响应面试验优化米糠膳食纤维脂肪替代物的制备工艺

刘 颖，宋丹丹，付 薇，于晓红，窦博鑫（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150076）

响应面试验优化米糠膳食纤维脂肪替代物的制备工艺

刘 颖，宋丹丹，付 薇，于晓红，窦博鑫
（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150076）

以米糠膳食纤维为原料，采取羧甲基取代的方法制备米糠膳食纤维脂肪替代物。利用响应面分析法优化米糠膳食纤维脂肪替代物的制备工艺。在单因素试验的基础上，参考响应面Box-Behnken法选择初始参数，利用Design-Expert 8.0.6软件进行二次回归分析对参数进一步优化。结果显示，最优参数为碱化温度25.9 ℃、氯乙酸添加量16.27 g/15 g、醚化时间4.54 h、醚化温度69 ℃。此条件下，所得的米糠膳食纤维脂肪替代物的羧甲基取代度为1.266 8。从红外光谱图可以看出，制备出的米糠膳食纤维脂肪替代物发生了羧甲基取代反应。

米糠膳食纤维；脂肪替代物；制备工艺；响应面分析法

脂肪同葡萄糖、蛋白质并称三大营养物质，它提供给人体所需的营养成分[1]，在食品的风味、质构、口感等方面起着重要的作用[2]。但近年来研究发现，高脂肪膳食被认为是肥胖症、高血脂、糖尿病等的诱因之一[3-5]。因此，脂肪替代物应运而生[6]。

脂肪替代物是一类添加到食品中可模拟同类全脂食品相同或相近的感官效果，但减少能量的物质。理想的脂肪替代物应具有类似脂肪的滑腻口感、低能量、无生理副作用等特点[7]。目前，脂肪替代物在人造黄油、冷冻食品和焙烤类食品中得到广泛应用[8-10]。米糠是稻谷加工中最重要的一类副产品，含有优质并且丰富的膳食纤维、脂肪、蛋白质和淀粉等营养素[11]。是开发米糠油、米糠保健食品及多种生物活性物质的宝贵资源。

我国以可溶性膳食纤维为原料制成脂肪替代物的研究较多，吉义平等[12]以麦芽糊精、可溶性米糠蛋白、米糠多糖和可溶性米糠膳食纤维为原料，采用酶解法制备脂肪替代物。但以不溶性膳食纤维为原料的很少，荆晓飞[13]以玉米皮不溶性膳食纤维为原料，采用羧甲基取代法制备脂肪替代物。

本研究参考荆晓飞[13]制备脂肪替代物的方法，以不被人体消化吸收的不溶性米糠膳食纤维为原料制备米糠膳食纤维脂肪替代物，研究其最佳制备工艺。本研究为了解决低附加值米糠大量废置的问题，并满足人们对低脂、低热量健康饮食产品的需求，从而创造更大的经济和社会效益。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

米糠膳食纤维为实验室自制：米糠溶于4 倍体积的乙醇在25 ℃条件下浸泡4 h，蒸馏水清洗掉残留有机溶剂，离心，清洗，60 ℃烘干，粉碎，过40 目筛，即得到脱脂米糠。脱脂后的米糠含有的脂肪含量为0.87%。

无水乙醇 天津市天力化学试剂有限公司；甲醇、异丙醇、冰乙酸 天津市富宇精细化工有限公司；氯乙酸 天津市巴斯夫化工有限公司；蒸馏水 实验室外供；氢氧化钠 天津市东丽区天大化学试剂厂；盐酸哈尔滨市化工试剂厂。

1.2 仪器与设备

电子天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；HH-ZK4双列四孔水浴锅 巩凡市予华仪器有限责任公司；低速大容量离心机 上海安亭科学仪器厂；SHBIV双A循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司；R-205旋转蒸发器、W20513数控恒温水浴锅 上海申胜生物技术有限公司；HZQ-D恒温振荡器 哈尔滨东联电子技术开发有限公司；Spectrum One-B型傅里叶变换红外光谱仪 美国铂金埃尔默公司。

1.3 方法

1.3.1 米糠膳食纤维的制备

参考郑红艳[14]的方法制备米糠膳食纤维，在此基础上略有改动。称取10 g脱脂米糠，按1∶10的料液比添加蒸馏水，煮沸糊化10 min，冷却。在60 ℃、pH 6.5的条件下加入耐高温α-淀粉酶酶解50 min，沸水浴灭酶10 min。然后在50 ℃条件下加入1% 0.2 mol/L NaOH溶液，磁力搅拌60 min，以去除蛋白质和脂肪，离心后倾去上清液。蒸馏水洗涤沉淀至溶液呈中性；60 ℃条件下烘干；粉碎后得到膳食纤维提取率为33.23%米糠膳食纤维。

1.3.2 米糠膳食纤维脂肪替代物制备的单因素试验

1.3.2.1 溶剂媒介对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响

以甲醇、乙醇、异丙醇以及水为介质，15 g米糠膳食纤维溶于150 mL溶剂中，向其加入100 mL 15%的NaOH溶液，25 ℃碱化1.5 h，加入与米糠膳食纤维等量的氯乙酸配制成的15%氯乙酸溶液，70 ℃反应4.5 h，以羧甲基取代度为指标选择最佳反应媒介。

1.3.2.2 碱化温度对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响

15 g米糠膳食纤维溶于150 mL溶剂中，向其加入100 mL 15%的NaOH溶液，在20、25、30、35、40 ℃的条件下碱化1.5 h，加入与米糠膳食纤维等量的氯乙酸配制成的15%氯乙酸溶液，70 ℃条件下醚化反应4.5 h，测定米糠膳食纤维脂肪替代物的羧甲基取代度。

1.3.2.3 氯乙酸添加量对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响

15 g米糠膳食纤维溶于150 mL溶剂中，在25 ℃条件下，向其加入100 mL 15%的NaOH溶液碱化1.5 h，分别取氯乙酸添加量为7.5、10.0、15.0、22.5、30.0 g/15 g，并将其配制成15%氯乙酸溶液，70 ℃醚化4.5 h，测定米糠膳食纤维脂肪替代物的羧甲基取代度。

1.3.2.4 醚化时间对米糠脂肪替代物羧甲基取代度的影响

15 g米糠膳食纤维溶于150 mL溶剂中，向其加入100 mL 15%的NaOH溶液，在25 ℃条件下碱化1.5 h，加入与米糠膳食纤维等质量的15%氯乙酸溶液，70 ℃醚化3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 h，测定米糠膳食纤维脂肪替代物的羧甲基取代度。

1.3.2.5 醚化温度对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响

15 g米糠膳食纤维溶于150 mL溶剂中，向其加入100 mL 15%的NaOH溶液，在25 ℃条件下碱化1.5 h，加入与米糠膳食纤维等质量的15%氯乙酸溶液，分别在50、55、60、65、70、75 ℃醚化反应4.5 h，测定米糠膳食纤维脂肪替代物的羧甲基取代度。

1.3.3 米糠膳食纤维脂肪替代物制备的响应面试验

根据响应面Box-Behnken设计原理[15-16]，将单因素试验中对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度影响明显的因素进行分析试验，以碱化温度、氯乙酸添加量、醚化时间、醚化温度4 个因素为自变量，米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度为响应值，设计为四因素三水平的响应面分析试验。试验因素水平见表1。

表1 Box-Behnken试验因素与水平Table 1 Factors and levels used in Box-Behnken design

1.3.4 羧甲基取代度的测定

通过添加强亲水基团羧甲基基团来改进不溶性米糠膳食纤维的亲水性质，赋予膳食纤维良好的水溶性并且能够模拟脂肪的性质，从而使米糠膳食纤维达到脂肪替代物的效果。羧甲基取代度是指每个脱水葡萄糖单元上羟基被取代的平均数目。参考黄纪念[17]、张炯亮[18]等的方法，称取0.100 g米糠膳食纤维脂肪替代物，加入40 mL 2 mol/L HCl溶液，搅拌3.5 h，过滤，80%的甲醇溶液洗涤米糠膳食纤维脂肪替代物，直到滤液用AgNO3检查无氯离子为止。用50 mL 0.5 mol/L NaOH标准溶液溶解样品，加热使溶液呈透明状态，立即用0.5 mol/L的标准HCl溶液滴定剩余NaOH，用酚酞作指示剂，滴至红色刚刚褪去为止。

式（1）、（2）中：DS为米糠膳食纤维脂肪替代物的羧甲基取代度；C（NaOH）为加入NaOH浓度，0.5 mol/L；V（NaOH）为加入NaOH体积，50 mL；C（HCl）为滴定时加入HCl浓度，0.5 mol/L；V（HCl）为滴定时所消耗的HCl体积/mL。

1.3.5 米糠膳食纤维脂肪替代物的红外光谱表征

将米糠膳食纤维脂肪替代物2 mg放入玛瑙研钵中，加入200 mg干燥的光谱纯KBr，混合研磨均匀，使其粒度在2.5 μm以下，装入压片模具中，进行压片，即可得到一透明KBr样品片，用红外光谱仪进行测定。

1.4 数据分析

各因素在相同条件下平行测定2 次，应用Microsoft Excel软件和Design-Expert 8.0.6软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 溶剂媒介对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响

图1 溶剂媒介对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响Fig.1 Influence of solvent media on the degree of carboxymethyl substitution of rice bran fat substitute

由图1可以看出，在相同的试验条件下，水作为溶剂媒介具有最高的羧甲基取代度为0.416 8，甲醇、异戊醇的羧甲基取代度为0.203 8、0.227 2，乙醇作为有机溶剂媒介的效果最差为0.199 2，这说明乙醇作为本反应的媒介对于试验条件的要求较高，在同等反应条件下，其副反应严重抑制了主要的羧甲基化反应，对醚化剂的利用程度大幅降低，增加了反应的难度，从而增大了反应成本[13]。与此同时，水作为溶剂媒介可以降低成本，有利于后续反应的安全性。综上所述，选水作为溶剂媒介。

2.1.2 碱化温度对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响

图2 碱化温度对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响Fig.2 Influence of alkalization temperature on the degree of carboxymethyl substitution of rice bran fat substitute

从图2可以看出，随着碱化温度的逐渐升高，羧甲基取代度开始逐渐升高而后逐渐降低。温度在20～25 ℃范围内羧甲基取代度从0.362 6升到0.422 5，这是因为此反应是亲电取代反应[19]，即羧甲基中碳进攻碱化米糠膳食纤维的活性中心，随着碱化温度的不断升高，羧甲基化反应机率不断升高，羧甲基取代度不断增加。温度在25～40 ℃范围内羧甲基取代度下降到0.335 3，随着碱化温度的不断升高，导致米糠膳食纤维发生焦化反应，产物颜色较深[20]，不利于米糠膳食纤维羟基基团的外露，逐渐减小了可以反应的空间，所以高温对碱性米糠膳食纤维具有反作用[21]。当温度为25 ℃时，羧甲基取代度达到最大为0.422 5。相同条件下，较低的温度有助于碱化反应的充分进行，25 ℃为一般室温，减小了对设备和环境的特殊要求，从而25 ℃为制备高羧甲基取代度的米糠膳食纤维脂肪替代物的最优碱化温度。

2.1.3 氯乙酸添加量对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响

图3 氯乙酸添加量对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响Fig.3 Influence of chloroacetic acid dosage on the degree of carboxymethyl substitution of rice bran fat substitute

从图3可以看出，随着氯乙酸添加量的不断升高，羧甲基取代度先增大随后减小。氯乙酸添加量在7.5～15 g/15 g范围内时，羧甲基取代度从0.512 0上升到0.715 7，这是因为当碱的添加量一定时，形成米糠膳食纤维的活性中心一定，在此情况下，随着氯乙酸用量增加，活性中心与之碰撞发生羧甲基化反应的机率也随之增加，使得羧甲基化增加[22-24]；在氯乙酸添加量为15～30 g/15 g时，羧甲基取代度下降到0.602 3，当氯乙酸添加量过高时，会消耗一部分碱，使副反应增加，从而导致羧甲基化降低[25]，在氯乙酸添加量为15 g/15 g时，羧甲基取代度最大为0.715 7。此时的碱与氯乙酸的比例最为合适，既能保证整个反应体系的碱性条件，又可以确保醚化反应的优势地位，反应效率最高。

2.1.4 醚化时间对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响

图4 醚化时间对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响Fig.4 Influence of etherification time on the degree of carboxymethyl substitution of rice bran fat substitute

从图4可以看出，随着醚化时间的延长，羧甲基取代度先增大再降低，醚化时间3.0～4.5 h时，羧甲基取代度从0.414 4增加到0.530 8，这是因为随着反应时间的延长，反应进行得越充分[20]。醚化时间4.5～5.0 h时，羧甲基取代度从0.530 8下降到0.472 4，由于体系长时间在强碱环境中，时间过长可能导致游离的碱将原本连接上的羧甲基裂解下来，羧甲基化产品发生轻微的水解，而导致羧甲基取代度下降，所以反应时间不宜过长。在醚化时间为4.5 h时，羧甲基取代度最大为0.530 8，同时反应进行的也最为充分，因此选择4.5 h作为制备米糠膳食纤维脂肪替代物的最佳醚化时间。

图5 醚化温度对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响Fig.5 Iinfluence of etherification temperature on the degree of carboxymethyl substitution of rice bran fat substitute

2.1.5 醚化温度对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响

从图5可以看出，羧甲基取代度随着醚化温度的升高体现先增大后减小的趋势，醚化温度在50～70 ℃时，羧甲基取代度由0.471 7逐渐升高到0.591 2，醚化温度升高增加了体系的热能，有助于基团与活性位点间的相互作用，既提高了相互接触的频率又提高了醚化反应强度[13]。若温度过低则大大降低醚化反应速率，副反应的强度增强，对最终产品的质量产生负面影响。随着温度的升高，羧甲基取代度在醚化温度75 ℃时下降到0.562 2，过高的温度会使碱性纤维发生焦化反应，产物颜色加深且结块，造成反应困难，已经连接上的羧甲基基团联结牢固程度下降，导致最终的羧甲基取代度下降[19]。当醚化温度70 ℃时有最大羧甲基取代度0.591 2，此时温度保证了主反应的效率，副反应速率降低，醚化剂得到充分利用。因此，制备米糠膳食纤维脂肪替代物的最适醚化温度为70 ℃。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 响应面试验设计与结果

表2 响应面试验设计方案及结果Table 2 Experimental matrix with results for response surface methodology

以碱化温度、氯乙酸添加量、醚化时间、醚化温度作为自变量，以取代度为响应值，试验设计与结果见表2。其中1～24为析因试验，25～29为中心试验。29 个试验点分为析因点和零点，其中析因点为自变量取值在A、B、C、D所构成的三维顶点，零点为区域的中心点，零点试验重复5 次，用以估计试验误差[13]。利用ANOVA分析效应面的回归参数。采用Design-Expert 8.0.6软件对表2数据进行多元线性回归拟合，得到以羧甲基取代度为响应值的二次多项回归模型方程：Y=－111.667 57＋0.625 35A＋9.359 2B＋10.260 06C＋2.190 12D＋0.128 84AB＋0.067 31AC－3.6×10－3AD－0.376 4BC＋0.038 82BD＋2.77×10－3CD－0.016 415A2－5.284 81B2－1.289 45C2－0.015 659D2。

2.2.2 回归方程的显著性检验及方差分析

表3 回归方程的显著性检验及方差分析Table 3 Significance test and analysis of variance (ANOVA) of regression equation

对模型方程进行显著性检验，由表3方差分析结果可见，模型差异性极显著（P＜0.000 1），说明方程与实际情况拟合较好，能够反映羧甲基取代度与各因素之间的关系。失拟项差异不显著（P＞0.05），说明其他因素对试验影响很小。适用于米糠膳食纤维脂肪替代物制备的工艺优化。由表3中F值的大小可以判断各因素对羧甲基取代度影响的强弱。各个因素对羧甲基取代度影响的程度大小的次序醚化温度＞氯乙酸添加量＞碱化温度＞醚化时间，数学模型的结果表明一次项A、B、D与二次项A2、B2、C2、D2以及交互项AB、AC差异性达到极显著水平（P＜0.01），交互项AD达到显著水平（P＜0.05），结果表明各考察因素对羧甲基取代度的影响具有交互作用，而不是简单的线性关系。可用该回归方程代替实验真实点对试验结果进行分析和预测。其相关系数R2=0.918 3，说明试验所选择的4 个变量对响应值的影响已达91.83%，表示该模型条件能够很好地反映实际值。其他影响因素对提取率的影响可忽略不计。

2.2.3 各因素交互作用的响应面分析

响应面图中曲面的陡峭程度可以表明变量对羧甲基取代度的影响程度，曲面较陡表明影响较大，反之则较小；而等高线图反映了因素间交互作用的强弱大小，椭圆形表示交互作用显著，圆形表示交互作用不显著[26]。结合本研究中的二次回归方程及表3可知，二次项AB、AC、AD均具有显著的交互作用（P＜0.05），其中二次项AB、AC具有极显著的交互作用（P＜0.01），即碱化温度与氯乙酸添加量、碱化温度与醚化时间、碱化温度与醚化温度每两个因素间均具有显著交互作用。

图6 各因素交互作用对羧甲基取代度影响的响应面图Fig.6 Response surface graphs showing the effects of various factors on the degree of carboxymethyl substitution

由图6可看出，碱化温度和氯乙酸添加量、碱化温度和醚化时间、碱化温度和醚化温度对羧甲基取代度的影响较大，交互作用较强。AB、AC、AD每两个因素的交互作用对米糠膳食纤维脂肪替代物的羧甲基取代度的影响结果升高后降低，响应值呈抛物线形趋势，因此回归方程有极大值。

2.2.4 验证实验结果

通过软件分析确定最佳米糠膳食纤维脂肪替代物的制备工艺为碱化温度25.86 ℃、氯乙酸添加量16.27 g/15 g、醚化时间4.54 h、醚化温度68.96 ℃，此条件下由公式算出羧甲基取代度的理论值为1.268 3。为方便实际操作并考虑水浴锅的温度控制，将最优参数调整为碱化温度25.9℃、氯乙酸添加量16.27 g/15 g、醚化时间4.54 h、醚化温度69 ℃。此条件下对米糠膳食纤维脂肪替代物进行3 次平行制备实验，米糠膳食纤维脂肪替代物的平均羧甲基取代度为1.266 8。与预测提取率误差为0.118%，测定结果稳定，偏差不大，实验结果可靠，具有一定的实际预测性。

2.3 米糠膳食纤维脂肪替代物的红外光谱表征

如图7所示，米糠膳食纤维在3 444.02 cm－1处为—OH振动吸收峰，2 925.94 cm－1处为C—H键振动吸收峰。制备的羧甲基取代度为0.366 3的米糠膳食纤维脂肪替代物在1 606.97 cm－1处为C＝O双键振动吸收峰，1 412.36 cm－1处为亚甲基—CH2—的振动吸收峰。1 023.66 cm－1处为醚键结构C—O—C的特征振动吸收峰。羧甲基的对称伸缩振动峰在1 600～1 640 cm－1范围内，非对称伸缩振动吸收峰在1 400～1 450 cm－1范围内，所以1 606.97 cm－1和1 412.36 cm－1处的特征吸收峰表明氯乙酸与碱性米糠膳食纤维发生了醚化反应，羧甲基成功连接到膳食纤维上[27]。

图7 米糠膳食纤维脂肪替代物的红外光谱图Fig.7 FTIR spectra of rice bran dietary fiber and fat substitute prepared from it with a degree of substitution of 0.366 3

从图7还可看出，曲线a在3 444.02 cm－1处—OH振动以及2 925.94 cm－1处C—H键吸收强度比曲线b的吸收强度的弱，也是由于羧甲基取代了米糠膳食纤维中的羟基所产生的效果。在醚化反应阶段，如果反应条件不合适，醚化反应产生大量的副产物HOCH2COONa，阻碍了羧甲基化反应的正常进行，会显著增加在1 400～1 450 cm－1范围内的红外吸收强度而对1 023.66 cm－1醚键特征峰的影响较小，从而导致1 412.36 cm－1处亚甲基—CH2—的红外吸收强度高于1 023.66 cm－1处醚键的红外吸收强度[28]。因此，当1 412.36 cm－1处亚甲基—CH2—的红外吸收强度低于1 023.66 cm－1处醚键的红外吸收强度，表示制备的羧甲基米糠膳食纤维脂肪替代物纯度较高，且此处选择最优工艺条件下高取代度的样品更为合适。

3 结 论

采用Box-Behnken响应面法，考察碱化温度、氯乙酸添加量、醚化时间、醚化温度4 个因素对米糠膳食纤维脂肪替代物羧甲基取代度的影响。在响应面试验中，方差分析结果可见，4 个因素的一次项A、B、D和二次项均具有显著性，4 个因素之间的乘积项AB、AC、AD均具有显著性，表明AB、AC、AD各因素之间的具有相互作用。二次多项式回归模型可以达到极显著水平，且失拟项不显著，表明回归方程对试验拟合较好。在验证实验中，最终确定最佳提取工艺参数碱化温度25.9 ℃、氯乙酸添加量16.27 g/15 g、醚化时间4.54 h、醚化温度69 ℃。此条件下，所得的米糠膳食纤维脂肪替代物的羧甲基取代度为1.266 8。从红外光谱图可以看出，制备出的米糠膳食纤维脂肪替代物发生了羧甲基取代反应。本实验为充分研究米糠膳食纤维脂肪替代物提供理论依据，也为响应面法在米糠膳食纤维脂肪替代物制备工艺的应用提供示范性研究。

[1] 孙沛然, 易翠平. 脂肪替代物研究进展[J]. 中国食品添加剂, 2011(2): 167-177. DOI:10.3969/j.issn.1006-2513.2011.02.022.

[2] 唐晓婷, 刘骞, 孔保华, 等. 脂肪替代品的分类及在食品中应用的研究进展[J]. 食品工业, 2014, 35(5): 190-195.

[3] LUNDMAN P, BOQUIST S, SAMANEGARD A, et al. A high-fat mealis accompanied by increased plasmainterleukin-6 concentrations[J]. Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases, 2007, 17(3): 195-202.

[4] HOWARD B V. Dietary fat and cardiovascular disease: putting the women’s health initiative in perspective[J]. Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases, 2007, 17(3): 171-174. DOI:10.1016/ j.numecd.2006.10.006.

[5] 杨铭铎, 于亚莉, 高峰. 食品生产中脂肪代用品的研究进展[J]. 食品科学, 2002, 23(8): 310-314. DOI:10.3321/ j.issn:1002-6630.2002.08.098.

[6] ELIZABERTH A F, TORRES S. Effect of fat replacers on the nutritive value and acceptability of beef frankfurters[J]. Journal of Food Composition and Analysis, 2004, 17: 469-474.

[7] 姚怀芝, 姚惠源. 脂肪替代品的研究现状及展望[J]. 广州食品工业科技, 2003, 19(2): 73-74. DOI:10.3969/j.issn.1673-9078.2003.02.028.

[8] 贾士杰. 脂肪替代物的应用概述[J]. 中国乳业, 2006(7): 53-55. DOI:10.3969/j.issn.1671-4393.2006.07.020.

[9] 宫艳艳. 脂肪替代物的分类及在食品中的应用[J]. 中国食品添加剂, 2009(2): 67-71. DOI:10.3969/j.issn.1006-2513.2009.02.011.

[10] 宫艳艳. 酵母葡聚糖脂肪替代物的研究[D]. 无锡: 江南大学, 2008.

[11] 潘亚萍. 米糠的开发与应用[J]. 中国油脂, 2010, 35(6): 52-54.

[12] 吉义平, 沈瑞敏, 雷霖. 复合型米糠脂肪替代品的制备工艺及性质研究[J]. 粮油食品科技, 2015, 23(1): 25-29. DOI:10.3969/ j.issn.1007-7561.2015.01.007.

[13] 荆晓飞. 玉米皮膳食纤维制备脂肪替代物的工艺研究[D]. 济南: 齐鲁工业大学, 2013.

[14] 郑红艳. 小米麸皮膳食纤维的提取及成分和功能性质研究[D]. 重庆: 西南大学, 2010.

[15] 国家标准主编室. 食品卫生微生物学检验[M]. 北京: 中国标准出版社, 2003: 13-18; 273-278.

[16] 林百全, 余晓斌. 利用SAS软件优化桑黄发酵培养基[J]. 食品与发酵工业, 2006, 32(11): 84-86. DOI:10.3321/j.issn:0253-990X.2006.11.021.

[17] 黄纪念, 孙强, 王长虹, 等. 羧甲基化法制备高持水力麦麸膳食纤维研究[J]. 中国粮油学报, 2013, 27(6): 94-100. DOI:10.3969/ j.issn.1003-0174.2012.06.020.

[18] 张炯亮, 李芝藩. 羧甲基淀粉取代度测定方法的改进[J]. 石油化工应用, 2009, 28(6): 30-32. DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.2006.06.010.

[19] 刘祥. 高黏度羧甲基纤维素钠的研制[J]. 安徽工业大学学报, 2001, 18(4): 114-116.

[20] 席先鑫. 羧甲基改性纤维素纤维及织物的制备、结构与性能[D]. 武汉: 武汉纺织大学, 2014.

[21] PUSHPAMALAR V, LANGFORD S J, AHMAD M, et al. Optimization of reaction conditions for preparing carboxymethyl cellulose from sago waste[J]. Carbohydrate Polymers, 2011, 64(2): 312-318. DOI:10.1016/j.carbpol.2005.12.003.

[22] 付君善, 孙钦荣. 高取代度羧甲基壳聚糖的制备工艺研究[J].精细石油化工进展, 2011, 12(2): 56-58. DOI:10.3969/ j.issn.1009-8348.2011.02.016.

[23] 曾德芳, 马甲益, 袁继祖. N,O-羧甲基壳聚糖制备工艺的优化研究[J].武汉理工大学学报, 2005, 27(6): 15-18.

[24] 黄国清, 王冠芸, 肖军霞. 不同取代度的N,O-羧甲基壳聚糖的制备工艺研究[J]. 食品科技, 2014, 39(3): 250-254.

[25] 纪新强, 于兹东. 水溶性羧甲基壳聚糖制备研究[J]. 青岛大学学报(自然科学版), 2011, 16(1): 20-22. DOI:10.3969/ j.issn.1006-9798.2001.01.005.

[26] YISA M G, TERAO H, NOGUCHI N, et al. Stability criteria for tractor-implement on operation slopes[J]. Journal of Terramechanics, 1998, 35(1): 1-19. DOI:10.1016/S0022-4898(98)00008-1.

[27] 徐增德, 苏丹, 程雪, 等. 羧甲基壳聚糖及其纤维的制备及表征[J]. 合成纤维工业, 2012, 35(1): 15-17. DOI:10.3969/ j.issn.1001-0041.2012.01.005.

[28] 曾晖扬, 李卓美. 羧甲基纤维素钠取代度测定的新方法[J]. 纤维素科学与技术, 1996, 4(4): 38-43.

Optimization of Preparation Process for Fat Substitute from Rice Bran Dietary Fiber by Response Surface Methodology

LIU Ying, SONG Dandan, FU Wei, YU Xiaohong, DOU Boxin
(College of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

In this study, response surface methodology was used to optimize the preparation of fat substitute by carboxymethyl substitution of rice bran dietary fiber. A Box-Behnken design involving the independent variables chosen based on single factor experiments was used to define an experimental design matrix of reaction conditions for rice bran dietary fiber. For the optimization of the independent variables, quadratic regression analysis was performed using Design-Expert 8.0.6 software. The optimal parameters for the preparation of fat substitute were achieved as alkalization of rice bran dietary fiber at 25.9 ℃ followed by 4.54 h etherification at 69 ℃ after addition of 16.27 g of chloroacetic acid per 15 g of dietary fiber. Under these conditions, the degree of carboxymethyl substitution of rice bran dietary fiber was 1.266 8. IR spectra confirmed the occurrence of carboxymethyl substitution in the fat substitute prepared rice bran dietary fiber.

rice bran dietary; fat substitute; preparation process; response surface methodology

10.7506/spkx1002-6630-201604007

TS210.9

A

1002-6630（2016）04-0037-07

刘颖, 宋丹丹, 付薇, 等. 响应面试验优化米糠膳食纤维脂肪替代物的制备工艺[J]. 食品科学, 2016, 37(4): 37-43. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201604007. http://www.spkx.net.cn

LIU Ying, SONG Dandan, FU Wei, et al. Optimization of preparation process for fat substitute from rice bran dietary fiber by response surface methodology[J]. Food Science, 2016, 37(4): 37-43. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201604007. http://www.spkx.net.cn

2015-06-12

黑龙江省应用技术研究与开发计划项目（GC13C112）

刘颖（1968 —），女，教授，博士，研究方向为食品生物技术。E-mail：liuysh@hrbcu.edu.cn