2007年第35卷第6期(总第199期)
0 引 言
响应面法(Response surface methodology)是利用
合理的试验设计,采用多元二次回归方程拟合因素与
响应值之间的函数关系,通过对回归方程的分析来寻
求最优工艺参数,解决多变量问题的一种统计方法[1]。
与过去推广的“正交设计方法”不同,它把因子与试验
结果(响应值)的关系函数化,研究因子与响应值之间、
因子与因子之间的相互关系。因其合理的设计与优良
的结果,现越来越广泛地应用于食品研究[2]。乳酸菌胞
外多糖(Exopoly Saccharides,EPS)是乳酸菌在生长代谢
过程中分泌到细胞壁外常渗于培养基的一类糖类化
合物,分为荚膜多糖与黏液多糖[3],它们都是微生物代
谢次产物,分子量多在×104～×106u。乳酸菌EPS
可赋予发酵乳制品特殊的质构和风味,酸乳质地的细
腻程度、口感滑润与否、乳清是否容易析出等许多特
性都与乳酸菌EPS的作用有关[4,5],因此,探讨乳酸菌
EPS与酸乳制品品质之间的关系及其相互作用作用机
理,对促进我国乳品发展具有重大现实意义。经预备
试验及总结他人的研究成果,确定了影响酸乳EPS提
取的主要因素为乙醇浓度、提取时间、乙醇与溶液体
积比。本文通过Box- Behnken设计对影响因素进行优
化,以求得到最佳的提取条件。
1 材料与方法
材料及设备
材料:脱脂奶粉(进口),MY105菌种(进口),透析
袋 (进口分装)。
试剂:体积分数为95%乙醇(AR),NaOH(AR),浓
硫酸(AR),苯酚(AR),TCA(AR),葡萄糖(AR)。
设备:MP- 120 pH计,HWS- 250型恒温培养箱,
海尔冰箱,UV- 2450紫外分光光度计,722分光光度
计,5804R冷冻离心机,AL204电子天平。
方法
工艺流程:脱脂奶粉→10%脱脂牛乳→20MPa均
质→95℃灭菌10 min→接种→37℃发酵→4℃过
夜→称量25 g→25 g蒸馏水稀释→加质量分数为20%
的TCA5 mL→10 000 r/min离心15 min取上清液→质
收稿日期:2006- 11- 21
作者简介:罗玲泉(1981- ),男,硕士研究生,研究方向为乳品工艺。
通讯作者:刘成国
响应面法优化酸乳EPS提取工艺
罗玲泉,刘成国,周向荣
(湖南农业大学食品科技学院,湖南 长沙 410128)
摘 要:对影响酸乳EPS提取的乙醇体积分数、提取时间、乙醇与溶液体积比三因素,运用Box- Behnken设计进行优化,确定主要因素的
最佳条件。优化的结果为:在乙醇体积分数为82%,提取时间 h,酒精与溶液体积比︰1时酸乳EPS提取吸光度最大,达到。
关键词:响应面;酸乳;EPS;提取
中图分类号:Q936 文献标识码:A 文章编号:1001- 2230(2007)06- 0028- 03
Study on the response surface methodology in the optimization of extraction of
EPS in yoghurt
LUO Ling- quan,LIU Cheng- guo,ZHOU Xiang- rong
(College ofFood Science ofHunan AgricutualUniversity,Changsha410128,China)
Abstract:Through Box- Behnken design and response surface anslysis,thispapersresearchsthe main factorsofimpacting on the extraction of
EPSin yoghurt and determinesthe most appropriate result indicatesthat on the condition of82%concertation ofethanol,
h ofextractio、the 1︰1 volume ratio ofethanoland solution,the OD value ofextracted EPSin yoghurt ismax ,up to .
Key words:response surface;yoghurt;EPS;extraction
中国乳品工业
28
,(total199)
量分数为40%的NaOH调pH值→90℃热处理30min
→10000r/min离心15min取上清液→乙醇沉淀→
10000r/min离心15min取沉淀→10mL双蒸水溶解→
透析4d→490nm紫外测吸光度。
Box-Behnken设计因素水平编码如表1所示[6]。
2 结果与讨论
试验设计结果及分析
Box-Behnken设计方案及响应值结果如表2所示。
表2中,X1,X2,X3分别代表乙醇体积分数、提取时间、乙
醇与溶液体积比。
表2中,试验号1~12是析因试验,试验号13~15是中
心试验;15个试验点分为析因点和零点,其中析因点为
自变量取值在X1,X2,X3所构成的三维顶点;零点为区
域的中心点,零点试验重复3次,用以估计试验误差。运
用对表2的数据进行完全二次回归分析,回归分
析结果如表3和表4所示。回归方程为
y! =+-
++-
(1)
由表4可以看出,模型显著,而失拟项不显著,表
明二次回归模型可以用来预测响应值无需引入更高
次模型,也无需引入新的变量。表3中,R2=%表明
此模型能解释%响应值变化,离回归标准差较
小,回归方程拟合程度良好。但二次回归模型因素中
只有X2,X2X1显著,X12,X1,X32,X1显著性不明显,X3,
X3X2,X22非常不显著。因此,要对回归模型进行修改,
采用SAS软件逐步回归法依次剔去最不显著项,最后
得回归模型方差分析结果如表5所示。
由表5可以看出,采用逐步回归法剔去最不显著
的X3,X3X2后,二次回归模型因素中X2,X2X1,X12,X32显
著,X1,X3X1,X22虽然不显著,但由于其Pr>F值均小于
,应当予以保留。因此,经修改后的回归方程
y! =++
+ (2)
采用SAS软件对式(2)进行岭脊分析求得解得当
因素
-1
0
1
乙醇体积
分数/%
75
85
95
提取
时间/h
6
15
24
乙醇与溶液
体积比
1∶1
2∶1
3∶1
表1 Box-Behnken设计因素水平编码表
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
X1
-1
-1
-1
-1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
编码因素取值
X2
-1
0
0
1
-1
-1
1
1
-1
0
0
1
0
0
0
X3
0
-1
1
0
-1
1
-1
1
0
-1
1
0
0
0
0
响应值
OD值
表2 Box-Behnken设计方案及响应值结果表
离回归标准差
离回归标准差(RMSE)
决定系数R2
变异系数
表3 模型适合性分析表
表4 完全两次回归模型方差分析表
方差来源
X1
X2
X3
X12
X2X1
X2
X3X1
X3X2
X32
模型
误差
总离差
失拟项
自由度
1
1
1
1
1
1
1
1
1
9
5
14
3
平方和
均方和
F值
Pr>F
注:(9,5)=。
表5 修改后二次回归模型方差分析结果表
方差来源
X1
X2
X2X1
X3X1
X12
X22
X32
模型
误差
总离差
自由度
1
1
1
1
1
1
1
7
7
14
平方和
均方和
F值
Pr>F
注:(7,7)=。
ResearchPapers研究报告
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2007年第35卷第6期(总第199期)
[11]MAY,BARBANODM,SANTOSM
toRawMilkonProteolysisandLipolysisat4℃[J].JDairySci,
2003,86:1616-1631.
[12]SENYKGG,BARBANODM,SHIPEW
AssociatedwithIncreasingSomaticCellCounts[J].JDairySci,
1985,68:2189-2194.
[13]AZZARACD,
from CowswithProlongedSubclinicalMastitis[J].JDairySci,
1985,68:3171-3175.
[14]KELLYAL,
MilkasInfluencedbyMilkPlasminActivity,Plasmin/β-Lactoglobu-
linComplexation,PlasminogenActivationandSomaticCellCount
[J].IntDairyJournal,1997,7:411-420.
[15]MANJIB,KAKUDAY,-
peratureonAgeGelationofUltraHighTemperatureMilkProcessed
byDirectandIndirectHeatingSystems[J].JDairySci,1986,69:2994-
3001.
[16]RANDOLPHHE,
ofMilkX-FattyAcidComposition[J].JDairySci,1974,57:865-868.
(上接第12页)
研究报告ResearchPapers
X1=82%,X2=,X3=时吸光度取得最大值。所以,
此试验可以得到最佳点:乙醇体积分数为82%,提取时
间,乙醇与溶液体积比为︰1,此时吸光度为
。
响应面分析
响应面分析 (ResponseSurfaceAnalysis,RSA)的
图形是特定的响应面对应的因素X1,X2,X3构成的一个
三维立体图,以及在二维平面上的等高线[7](图1和图
2)。
图1 响应面(X2=)
图2 等高线(X2=)
由图1和图2可以看出,因素乙醇与溶液体积比、
乙醇体积分数、提取时间对响应值影响均显著,其中
因素乙醇与溶液体积比对响应值影响最大,表现为曲
线最陡峭,乙醇体积分数次之,提取时间影响最小,
表现为曲线较为平滑,且随其增大或减小,响应值变
化较小。为检验RSA法的可靠性,采用上述最优提取
条件进行多糖的提取试验,重复3次得其平均值为
,与理论预测值相比相对误差为%。因此,采
用RSA法优化得到的浸提条件参数准确可靠,具有实
用价值[8-9]。
3 结 论
经过响应面方法优化的最佳提取酸乳EPS的工
艺:乙醇体积分数为82%,提取时间为,乙醇与溶
液体积比为︰1;在此条件下提取EPS,吸光度可达
。
参考文献:
[1]杨文雄,高彦祥.响应面法及其在食品工业中的应用[J].中国食品及添
加剂,2005(2):68-71.
[2]葛宇,许时婴,王璋.响应面法优化冰淇淋复配稳定剂配方研究[J].食
品科学,1995(3):5-11.
[3]李清春.乳酸菌胞外多糖的研究[J].电子科技大学学报,2003(6):764-
769.
[4]励建荣,封平.乳酸菌产胞外多糖的研究[J].食品与机械,2005(1):70-
73.
[5]夏文水.酸乳质量及其胞外多糖研究[D].江南大学,2004.
[6]张寒俊,刘大川,李永明.响应面分析法在菜籽浓缩蛋白制备工艺中
的应用[J].中国油脂,2004(8):41-43.
[7]李红,赵征,敖海英,等.响应面法在植脂稀奶油搅打特性优化中的应
用[J].中国乳品工业,2003(2):12-14.
[8]李亚娜,林永成,佘志刚.响应面分析法优化羊栖菜多糖的提取工艺
[J].华南理工大学学报,2004(32):29-31
[9]冯 涛,曹东旭,高辉,等.利用响应面法确定竹叶中黄酮最佳提取条
件[J].天津轻工业学报,2003(2):9-14.
30
