响应面法优化甜杏仁油提取工艺

何余堂，王 笠，刘 贺，钱建华，励建荣

（渤海大学化学化工与食品安全学院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁锦州121013）

响应面法优化甜杏仁油提取工艺

何余堂，王 笠，刘 贺，钱建华，励建荣*

（渤海大学化学化工与食品安全学院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁锦州121013）

以辽西地区大扁杏为原料，利用酶法提取杏仁油。选取料液比、酶用量及酶解时间3个因素，采用响应面实验设计，优化分离杏仁油的工艺条件。结果表明，最佳工艺参数为：料液比为1∶5.3，碱性蛋白酶1.1%，中性蛋白酶0.9%，酶解时间132min（碱性蛋白酶和中性蛋白酶分别为66min）。在此工艺条件下，杏仁油提取率为39.88%，说明响应面法优化杏仁油提取工艺参数效果较好。

大扁杏，甜杏仁油，酶法，响应面法

扁杏属蔷蔽科杏属落叶乔木果树，其杏仁大而扁，故名大扁杏，属于甜仁杏。大扁杏在我国华北、西北和辽宁西北部有较大的栽培面积，面积和产量逐年增长[1]。辽宁大扁杏主要为“龙王帽”、“一窝蜂”、“优一”、“白玉扁”等优良品种，其杏仁含油量大约在50%～60%[2]。大扁杏营养丰富，具有降低人体内胆固醇含量，促进皮肤微循环等功效。扁杏仁是我国出口创汇产品，需求量越来越大。国内大扁杏产品主要为整粒销售或加工成扁杏油，产品种类单一，经济效益偏低。因此，深加工是大扁杏产业的发展方向[3]。目前提取植物油脂的主要方法有压榨法和浸出法，两者生产出的杏仁油杂质多，色泽深，不利于进一步加工利用[4-6]。酶法提取杏仁油技术具有操作温度低、溶解能力强、无溶剂残留等优点[7]，克服了压榨法在提取过程中蛋白质变性严重及溶剂提取法易氧化、酸败等缺点。目前，辽宁省年产大扁杏仁近3000t，且持续稳定增长，扁杏产品深加工前景广阔。本研究以辽宁特产大扁杏为原料，利用酶法分离提取杏仁油，为大扁杏的综合加工与利用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甜杏仁 产地为辽宁省锦州义县，含油量55.1%；中性蛋白酶 规格：0.8L型，性状：液体，酶活力（80000U/mL）；碱性蛋白酶 规格：Alcalase 2.4L，性状：液体，酶活力（160000U/mL） 诺维信（中国）生物技术有限公司。

通用型果仁脱壳机 锦州壳牌集团有限公司；DFT-100粉碎机 温岭市大德中药机械有限公司；DHG-9075A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司；TD5A-WS型台式离心机 湘仪离心机仪器有限公司；L-3型双层玻璃反应釜 北京世纪森朗实验仪器公司；GC2010气相色谱仪 日本岛津公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 扁杏仁→预处理（去皮）→恒温干燥→粉碎→配料液混匀→调节pH为9.0，加入碱性蛋白酶酶解→调节pH为7.0，加入中性蛋白酶酶解→85℃灭酶10min→冷却→离心分离，3000r/min，10min→杏仁油

1.2.2 操作要点 挑选新鲜、籽粒饱满、肉质乳白的杏仁。浸泡杏仁，脱净仁衣。脱皮后的杏仁烘干后在粉碎机中进行粉碎得到杏仁粉。然后将粉碎后得到的杏仁粉与一定量的水混合，将pH调至弱碱性或中性，在一定温度下酶解浸提。在85℃下进行灭酶，除去反应液中的酶试剂。以3000r/min的速度离心，得到上层的杏仁油。

1.2.3 杏仁油提取率计算

杏仁油提取率（%）=（杏仁油质量/杏仁质量）×100%。

杏仁油提取百分率（%）=（杏仁油提取率/杏仁油含量55.1%）×100%。

1.2.4 单因素实验 选取料液比、酶用量、酶解时间3个因素，进行杏仁油提取单因素实验。提取温度设定为55℃。实验水平分别为：料液比（1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7）；酶添加量（碱性蛋白酶加入量分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，中性蛋白酶加入量分别为0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%）；酶解时间（60、90、120、150、180min），研究单因素对杏仁油提取率的影响。依据单因素实验结果确定响应面设计的因素水平。1.2.5 响应面实验 依据单因素实验结果，进行响应面法Box-Behnken模型实验设计，以料液比、酶用量、酶解时间为独立变量（X1、X2、X3），以杏仁油提取率为响应值，实验因素水平设计及结果见表1。

表1 响应面因素水平编码表Table 1 Variables and levels in response surface method

1.2.6 数据处理 采用SAS9.12对实验数据进行回归分析，进行响应曲面的绘制。多项式模型方程拟合由决定系数R2表达，利用F检验分析显著性。

2 结果与分析

2.1 甜杏仁油提取单因素实验

在料液比（原料∶水）1∶5、酶用量为0.8%，1.0%（碱性蛋白酶1.0%，中性蛋白酶0.8%）、反应温度55℃、酶解时间120min的条件下，改变不同参数，分别研究料液比、酶用量及酶解时间对杏仁油提取率的影响。

2.1.1 料液比对杏仁油提取率的影响 在碱性蛋白酶加入量为1.0%，中性蛋白酶加入量为0.8%，酶解时间为120min，温度为55℃的条件下，料液比分别为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7，研究料液比对杏仁油提取率的影响。结果见图1，料液比为1∶5时，杏仁油提取率比较高，达到37.75%；料液比过高或过低，均导致提取率下降。

图1 料液比对杏仁油提取率的影响Fig.1 Effect of material-liquid ratio on almond oil extraction percentage

2.1.2 酶添加量对杏仁油提取率的影响 在料液比1∶5，酶解时间为120min，温度为55℃的条件下，碱性蛋白酶加入量分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，中性蛋白酶加入量分别为0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%，研究酶添加量对杏仁油提取率的影响。结果见图2，随着酶添加量的增加，杏仁油提取率快速升高，碱性蛋白酶1.0%、中性蛋白酶0.8%时，提取率为37.83%，达到较高值；酶用量继续增加后，提取率升高甚微。

图2 酶用量对杏仁油提取率的影响Fig.2 Effect of enzyme additivity on almond oil extraction percentage

2.1.3 酶解时间对杏仁油提取率的影响 在料液比1∶5，碱性蛋白酶加入量1.0%，中性蛋白酶加入量0.8%，温度55℃的条件下，酶解时间分别为60、90、120、150、180min，研究酶解时间对杏仁油提取率的影响。结果见图3，随着酶解时间的延长，杏仁油提取率快速升高，达到120min时，提取率达到较高值为37.65%，酶解时间继续延长后，提取率几乎不再增长。

图3 酶解时间对杏仁油提取率的影响Fig.3 Effectofextrationtimeonalmondoilextractionpercentage

2.2 响应面实验分析

2.2.1 方差分析及二元回归方程拟合 以杏仁油提取率为响应值，根据表2结果，通过SAS分析获得回归方程的参数估计（表3），获得回归方程为：

杏仁油提取率（%）Y=37.63+1.95X1+6.303X2+ 1.583X3-2.674X12-0.928X1X2-5.454X22+0.363X1X3+ 0.168X2X3-2.334X32（R2=0.989）

方程的决定系数为0.989。从表4可看出，交互项不显著，回归方程的模型项、线性项及二次项系数均极显著。失拟项P=0.0731gt;0.05，不显著，说明该回归方程对实验拟合情况较好，实验误差小。可用此模型分析和预测甜杏仁油分离提取效果。

表2 响应面实验设计及结果Table 2 Box-Behnken matrix design and experimental results

表3 回归系数分析Table 3 Analysis of regression coefficients

表4 回归方程的方差分析Table 4 Variance analyses of regression equation

2.2.2 响应曲面分析与优化 响应曲面见图4～图6。可以看出，随着酶添加量和酶解时间的增加，甜杏仁油提取率相应提高，然后趋于缓慢增加；料液比过大或过小均对提取率有负面影响。对回归模型进行数学分析，得到最大响应值所对应的因素水平为：X1= 0.30、X2=0.56、X3=0.38，从而得到甜杏仁油提取的最优条件：料液比为1∶5.3、酶添加量为（碱性蛋白酶1.1%，中性蛋白酶0.9%）、酶解时间为132min（碱性蛋白酶和中性蛋白酶分别为66min）；杏仁油提取率最高可达39.97%。

图4 Y=f（X1，X2）响应曲面立体图Fig.4 Response surface plot for Y=f（X1，X2）

图5 Y=f（X1，X3）响应曲面立体图Fig.5 Response surface plot for Y=f（X1，X3）

图6 Y=f（X2，X3）响应曲面立体图Fig.6 Response surface plot for Y=f（X2，X3）

为验证回归模型，在最优工艺条件下进行3次重复实验，杏仁油提取率分别为39.88%、39.93%、39.82%，平均39.88%（误差0.09%）。回归方程的最大预测值与实验数值比较接近，说明回归方程可较真实地反映各因素对响应值的影响。利用响应面分析法优化甜杏仁油提取率的工艺参数，可取得较理想的结果。

3 结论与讨论

在单因素实验基础上，采用响应面法对甜杏仁油的提取工艺参数进行优化。结果表明，料液比、酶用量、酶解时间对甜杏仁油提取率的影响均达到显著水平。酶法提取甜杏仁油的最佳工艺条件为：料液比为1∶5.3、酶用量（碱性蛋白酶1.1%，中性蛋白酶0.9%）、酶解时间132min（碱性蛋白酶和中性蛋白酶分别为66min）。在此条件下杏仁油提取率为39.88%，与理论值39.97%基本一致，说明采用响应面法优化杏仁油提取的工艺参数效果比较好。杏仁油提取率达到39.88%，明显高于新疆小白杏杏仁油的提取率21.97%[8]。杏仁油提取率亦高于山西甜杏仁油提取率36.77%，但杏仁油提取百分率（72.38%）稍微低于山西甜杏仁的72.58%，可能与原料来源不同及酶用量有关[9]。

甜杏仁作为我国特有的资源，是一种很好的药用兼植物蛋白源食品。对我国杏仁资源进行深加工研究和开发，将杏仁资源优势转化为产业优势，具有重要的现实意义。

[1]高丽红.我国扁杏产业的生产现状及发展建议[J].河北果树，2008（2）：1-3.

[2]李新华，李晓娜.超临界CO2流体萃取大扁杏杏仁油工艺研究[J].食品科学，2009，30（12）：78-81.

[3]李素玲，王强，田金强，等.杏仁深加工技术研究进展[J].粮油加工，2009（9）：61-64.

[4]姚石，周如金，朱广文.杏仁油提取的各种工艺方法与研究[J].广东石油化工学院学报，2011，21（1）：30-32.

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[6]贾晓艳，张清安，张霞，等.响应面法优化微波辅助提取扁杏仁油工艺及成分分析[J].中国粮油学报，2011，26（3）：60-63.

[7]李淑芳，陈晓明.在杏仁油提取中影响酶解反应的因素研究[J].食品工业科技，2004，25（11）：53-54，57.

[8]马燕，高蕾，王青，等.响应面法优化浸提法提取甜杏仁油工艺参数[J].食品工业科技，2010，31（4）：229-230，234.

[9]盛小娜，王璋，许时婴.水酶法提取甜杏仁油及水解蛋白的研究[J].中国油脂，2007，32（11）：26-30.

Optimization with response surface method on sweet almond oil extraction

HE Yu-tang，WANG Li，LIU He，QIAN Jian-hua，LI Jian-rong*
（College of Chemistry，Chemical Engineering and Food Safety，Bohai University，Liaoning Provincial Key Laboratory of Food Quality Safety and Functional Food，Jinzhou 121013，China）

Da Bian apricot from westhern Liaoning was used as material to extraction sweet almond oil with enzymatic method.The optimum extraction parameters of almond oil were obtained with the response surface method with selecting material-liquid ratio，enzyme additivity and extration time as three factors.The results showed that the optimum parameters of sweet almond oil were material-liquid ratio 1∶5.3，enzyme additivity with alkaline protease 1.1%and neutral protease 0.9%，and extraction time 132min（alkaline protease and neutral protease 66min each）.The extraction percentage of sweet almond oil was 39.88%under optimum parameters，which exhibited good effects of response surface method in optimizing parameters of almond oil extraction process.

Da Bian apricot；sweet almond oil；enzymatic method；response surface methodology

TS225.1+9

B

1002-0306（2012）01-0217-04

2011－08－30 *通讯联系人

何余堂（1967-），男，博士，教授，研究方向：粮油植物蛋白与生物技术。

国家科技部科技人员服务企业行动项目（2009GJB00034）。