响应曲面法优化鲟鱼头鱼油提取工艺研究

吴汶飞

在鲟鱼的加工过程中，鲟鱼头常作为副产物被丢弃，不仅污染环境，也造成巨大的资源浪费。本研究以海博瑞鲟鱼头为原料，采用酶解法提取鲟鱼头鱼油。通过响应曲面法，运用Box-Behnken试验设计，以酶添加量、酶解时间和液料比为因素，建立提取鱘鱼头鱼油的回归模型，得出鱼油的最优提取工艺，旨在为鲟鱼头鱼油的开发提供理论依据，也可以在一定程度上扩大鲟鱼头的消耗途径。

一、材料与设备

1.材料与试剂。海博瑞鲟鱼头，衢州鲟龙水产食品科技开发有限公司；风味蛋白酶，丹麦诺维信公司。

2.仪器与设备。2500Y粉碎机，永康市铂欧五金制品有限公司；FB224电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；DF-101S恒温加热磁力搅拌器，巩义市予华仪器有限责任公司；SevenExcellence系列pH计，瑞士梅特勒-托利多公司；CF16RXⅡ离心机，日本日立公司。

二、试验与方法

1.鱼油提取工艺流程。将鲟鱼头分割成2cm×2cm×2cm的小块，置于粉碎机内处理15min。取10g原料，置于100mL烧杯中，按一定液料比加入去离子水，密封后在85℃下蒸煮30min，冷却至50℃后调节pH至7.0。添加一定量的风味蛋白酶，继续密封，在磁力搅拌条件下酶解一定时间。酶解完成后，在沸水浴中灭酶10min，冷却后将上层酶解液倒入离心管中，用适量去离子水冲洗烧杯内剩余残渣3次，并加入酶解液中，弃去残渣。酶解液在10000g、25℃条件下离心15min，分离出上层液即为粗鱼油，按照如下公式计算鱼油得率。

2.响应曲面试验设计。采取Box-Behnken设计，以酶添加量（X1）、酶解时间（X2）、液料比（X3）为因素，以鱼油得率（Y）为响应值，进行三因素三水平的响应曲面试验，以确定鲟鱼头鱼油的最优提取工艺参数。响应曲面因素水平设计如表1所示。

3.数据处理与分析。采用Design Expert 10.0软件对数据进行处理和分析。

三、结果与讨论

1.回归模型的建立及显著性检验。采用Design Expert 10.0软件对鲟鱼头鱼油提取工艺进行响应曲面试验设计，优化出17组试验安排，试验设计和试验结果详见表2。对表2数据进行多项式回归拟合，得到以酶添加量（X1）、酶解时间（X2）、液料比（X3）为自变量，鱼油得率（Y）为因变量的二次多项回归方程：

Y=16.41+0.83X1+0.48X2+0.77X3+0.24X1X2-0.11X1X3-0.075X2X3-0.80X12-2.08X22-0.70X32

回归模型的方差分析结果如表3所示。由表3可知，模型F值为52.56，P值＜0.0001，说明回归模型极显著。失拟项F值为1.41，P值＞0.05，表明失拟项不显著。模型决定系数R2为0.9854，R2Adj为0.9667，说明该模型拟合充分，能够通过此模型对鲟鱼头鱼油提取工艺进行分析和预测。由P值可知，一次项X1、X2、X3极显著，各因素的影响顺序为X1＞X3＞X2，即酶添加量＞液料比＞酶解时间；二次项X12、X22、X32极显著；交互项X1X2、X1X3、X2X3不显著，说明酶解时间、酶添加量、液料比这3个鲟鱼头鱼油提取工艺影响因素和鱼油得率之间不是简单的线性关系。

2.响应曲面分析。当液料比为5mL/g时，酶添加量和酶解时间的交互作用如图1所示。随着酶解时间和酶添加量的增加，鱼油得率先增加至最大值，后逐渐减小。对于酶添加量而言，在一定范围内酶添加量增加，鱼油得率增大；但当酶添加量过高时，可能影响其与底物接触而导致鱼油得率下降。对于酶解时间而言，在反应体系中适当延长酶解时间，可以最大程度水解蛋白质，释放出更多鱼油；但当酶解时间过长时，并不能得到更多鱼油，甚至还会影响鱼油品质，增加能耗。由图1可知，等高线趋近圆形，说明酶添加量和酶解时间之间的交互作用对鱼油得率的影响不显著，与方差分析结果一致。

当酶解时间为4h时，酶添加量和液料比的交互作用如图2所示。随着酶添加量和液料比的增加，鱼油得率先增加至最大值，后逐渐减小。当液料比较小时，反应体系中水含量较少，酶无法与蛋白质充分作用，导致鱼油得率较低；随着液料比的增大，水含量增加，酶解反应增强，促进鱼油释放，鱼油得率升高；但当水含量过高时，酶和蛋白质之间的接触变得困难，鱼油得率降低。由图2可知，等高线近似圆形，说明酶添加量和液料比之间的交互作用对鱼油得率的影响不显著，与方差分析结果一致。

当酶添加量为2.0%时，酶解时间和液料比的交互作用如图3所示。鱼油得率先随酶解时间和液料比的增加而增大，后逐渐减小。由图3可知，等高线趋近圆形，说明酶解时间和液料比之间的交互作用对鱼油得率的影响不显著，与方差分析结果一致。

3.最优条件的确定及验证试验。由表2的试验设计和Design Expert 10.0软件分析，得出鲟鱼头鱼油的理论最优工艺条件为：酶添加量2.25%、酶解时间4.27h、液料比6.01mL/g，在此理论优化工艺条件下的鱼油得率预测最大值为16.84%。按此条件进行3次平行试验，鱼油得率平均值为16.78%，与模型预测值接近，由此验证了鲟鱼头鱼油提取工艺回归模型的合理性和可靠性。

基金项目：辽宁省博士科研启动基金计划项目（2019-BS-017）。

作者简介：吴汶飞（1987-），讲师，博士，研究方向为食品加工与功能食品。