响应曲面法优化南瓜皮果胶的酶提工艺

材料与方法

1.1 材料与试剂

原材料来自孝感农产品市场的新鲜、金黄、无腐烂的南瓜皮，经清洗后切碎，经120 ℃酶灭活20 min，然后在60 ℃条件下干燥20 h，干燥完毕用粉碎机进行粉碎，粉碎后过60目筛，取筛下部分作为试验原料。盐酸、氢氧化钠均为分析纯（调pH），直径7 cm定性滤纸，酒石酸、乙醇均为分析纯。

1.2 仪器与设备

干燥箱（上海福玛试验设备有限公司），中药粉碎机（天津泰新特仪器有限公司），BSA223S型电子天平[赛多利斯科学仪器（北京）有限公司]，PHS-25C型pH计（上海鸿盖仪器有限公司），TL-18M型台式高速冷冻离心机（上海市离心器械研究所），HH-4型水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司），SHZ-Ⅲ型循环水真空泵（上海亚荣生化仪器厂）。

1.3 方法

1.3.1 果胶提取工艺流程 新鲜南瓜皮清洗干燥（先在120 ℃下烘20 min以杀青，后在60 ℃条件下烘20 h）→粉碎→过60目筛→取1 g的原料进行水浴加热酶提→离心10 min（3 000 r/min）（重复酶提与离心两次）→取上清液进行醇沉（1∶2）12 h→抽滤→烘干至恒重（40 ℃下烘12 h）称量。

检测指标以提取率为标准。

1.3.2 响应曲面设计试验 在预试验的基础上，选取影响效果明显的因素及其最佳效果附近的3个水平进行响应曲面设计，四因素三水平分别是酶浓度（0.5%、0.7%、0.9%），温度（40、50、60 ℃），提取pH（4.0、4.4、4.8），液固比（15∶1、20∶1、25∶1）（mL∶g，下同）。在设计中，一共有29个试验点，其中24个为析因点，5个为零点，用以估算试验误差。试验以果胶提取率为响应值，试验设计因素及水平编码见表1。用Design Expert 8.0.6软件对试验数据进行多元回归及方差分析。

2 结果与分析

2.1 响应曲面分析试验设计方案及结果

以果胶提取率为响应值，根据响应曲面设计了29组试验，试验方案及结果见表2。利用Design Expert 8.0.6软件对试验数据进行多元回归及方差分析，方差分析结果见表3。各因子与响应值之间线性关系的显著性由F值检验来判断，P值越小则说明变量的显著性越高。由表3可知，模型的F值为29.59，P<0.000 1，表明模型是极显著的；校正系数RAdj=0.934 6，表明在果胶提取率总的变异中有93.46%是由变量引起的；失拟项用来检测回归模型与实际试验值拟合程度的好坏[10]，失拟项F为1.34，对应的P为0.419 3>0.05，失拟项不显著，模型拟合程度较好，试验误差小，可以用此模型对南瓜皮中果胶提取进行分析和预测。

F值越大，影响作用越大，在所选各因素水平范围内， 依据表3参数估计值可知影响因子的主效应主次顺序为：温度>浓度>液固比>pH。对试验数据进行多元回归拟合得到的回归模型为：y=-2.243 37-0.895A-0.011 12B+1.682 92C+0.036 249D+0.036AB-0.022 562BC-0.000 855BD+0.001 02532B2-0.242 38C2-0.000 301 216D2-0.000 343 75AB2-0.000 190 625B2C+0.000 008B2D+0.004 687 5BC2。

2.2 响应曲面交互作用分析

依据上述回归方程作出相应的响应曲面及等高线（图1、图2、图3），分析确定提取温度、液固比、酶浓度、pH 4个因素对南瓜皮中果胶提取的交互作用，曲线越陡，说明因素间的交互作用越强[11，12]。结果表明，提取温度、液固比、酶浓度3个因素的交互作用不明显，各影响因素对南瓜皮中果胶提取量的影响不是呈线性关系。图1表明，当提取pH固定为4.4，液固比固定为20∶1，在提取温度不变的条件下，酶浓度在0.5%～0.9%，随着浓度的升高，南瓜皮果胶的提取量逐渐增加；图2表明，当酶浓度固定为0.7%，液固比固定为20∶1，在提取温度不变的条件下，果胶提取率随着pH的增加先上升后下降；图3表明，当提取酶浓度固定为0.7%，提取液pH固定为4.4，在提取温度不变的条件下，液固比在（15∶1）～（25∶1），南瓜皮中果胶的提取率随液固比的升高而增加。

结合回归模型的数学分析结果，酶法提取南瓜皮果胶的最佳工艺参数为：酶浓度0.5%，提取温度40 ℃，pH 4.34，液固比24.63∶1。在此条件下模型预测南瓜皮果胶提取率为16.25%，实测提取率为16.30%，两者接近，说明该模型可靠，利用响应曲面法优化的南瓜皮果胶提取工艺是可行的。

3 结论

研究采用响应曲面分析法，通过改变提取条件优化了从南瓜皮粉中提取果胶的方法，提高了果胶提取率。探究了酶浓度、提取温度、pH和液固比对南瓜皮中果胶提取率的影响，利用响应曲面分析法优化出了最佳提取工艺参数为：酶浓度0.5%，提取温度40 ℃，pH 4.34，液固比24.63∶1。在此条件下模型预测南瓜皮果胶提取率16.25%，实测为16.30%，两者接近，说明该模型可靠，利用响应曲面法优化的南瓜皮果胶提取工艺是可行的，在食品医药行业具有应用价值。

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