響應面法優化糖熏熏雞皮色素提取工藝

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　　摘 要：為探究熏雞糖熏上色機理，對糖熏熏雞皮色素進行提取。對糖熏熏雞皮色素的提取工藝參數進行優化。以糖熏熏雞皮為原料，采用超聲輔助提取糖熏熏雞皮色素，以色素溶液的吸光度為指標，通過單因素試驗考察乙醇體積分數、超聲波處理提取時間、液料比對糖熏熏雞皮色素提取液吸光度的影響，并結合響應面試驗對提取工藝進行優化。結果表明：超聲輔助提取糖熏熏雞皮色素的最佳工藝條件為乙醇體積分數85%、超聲波處理提取時間32 min、液料比10∶1（V/m）;在最佳工藝參數條件下，實驗提取的糖熏熏雞皮色素的吸光度為3.397，與理論值相差0.38%，表明該色素的提取工藝條件合理可行。
　　關鍵詞：糖熏熏雞;色素;超聲輔助提取;響應面法
　　Abstract： In order to explore the mechanism of color formation in sugar-smoked chicken， it is necessary to extract pigment from sugar-smoked chicken skin. The objective of this study was to optimize process parameters for ultrasonic-assisted extraction of pigment from sugar-smoked chicken skin using one-factor-at-a-time method and response surface methodology （RSM）. The absorbance of pigment was investigated with respect to three variables， ethanol concentration， ultrasonic time and solid-to-liquid ratio. The use of 85% ethanol as extraction solvent， a solid-to-liquid ratio of 10：1 （V/m） and ultrasonic treatment for 32 min were found to be the optimal conditions to obtain a higher absorbance value of 3.397， with only 0.38% deviation as compared to the predicted value. Hence， the optimized extraction process was feasible.
　　Keywords： sugar-smoked chicken; pigment; ultrasonic-assisted extraction; response surface methodology
　　DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20190107-006
　　中圖分類號：TS251.1                                      文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2019）03-0020-06
　　引文格式：
　　陸逢貴， 鄒玉峰， 劉登勇， 等. 響應面法優化糖熏熏雞皮色素提取工藝[J]. 肉類研究， 2019， 33（3）： 20-25. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20190107-006.    http：//www.rlyj.net.cn
　　LU Fenggui， ZOU Yufeng， LIU Dengyong， et al. Response surface methodology applied to optimize the extraction process of pigment from sugar smoked chicken skin[J]. Meat Research， 2019， 33（3）： 20-25. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20190107-006.    http：//www.rlyj.net.cn
　　熏雞作為我國著名的傳統特色美食，是醬鹵肉制品的典型代表之一，其加工工藝主要包括原料的處理、鹵制及熏制等，因獨特的工藝和配方造就了熏雞色艷味佳、油而不膩、造型優美等特點，得到廣大消費者的認可。然而，熏雞在運輸、貯藏和銷售過程中會發生一系列的變化，從而導致產品品質下降，而氧化導致的色素變化就是其中的一個主要機制，最終導致熏雞色澤的變化以及貨架期的縮短[1-3]。此外，煙熏在為熏雞提供特有煙熏風味和良好煙熏色澤的同時，也容易產生雜環胺等有害物質，不利于熏雞產業的發展。相較于傳統木煙熏制而言，糖煙熏制的優勢在于可以為熏雞提供與木熏相似的煙熏味和煙熏色澤，最為重要的是，糖熏過程中產生的雜環胺等有害物質更少、更安全、更有利于熏雞產業的發展和增加消費者的認可度[4-5]。鑒于此，本研究采用糖熏熏雞為材料展開研究。目前有關熏雞的研究主要集中在風味物質和干燥工藝等[3-4，6]方面，色素的提取則在植物（如紅樹莓花青素[7]、花椒紅色素[8]、梔子黃色素[9]、β-胡蘿卜素[10]、番茄紅素[11]和紫薯皮色素[12]等）和微生物（如酵母紅色素[13]、紅曲紅色素[14]等）方面研究較多，有關糖熏熏雞顏色的相關研究鮮有報道。
　　傳統的提取方法，如浸提法，耗時耗材且效率低下[15]，因此，需要采取一種省時省力的高效提取方法。與常規溶劑提取技術相比，超聲輔助提取因其機械效應和聲學空化作用而具備高效率、短時間、低成本及高自動化的優點[7，16]。超聲通常用于色素提取，因為它可以防止天然色素的成分受到結構性破壞，能較好地維持色素的穩定性。使用超聲提取熏雞皮色素時，有很多工藝條件需要進行優化，如提取劑的濃度、液料比、超聲溫度等，這些變量的相互作用共同影響著色素的提取率。在這種情況下，響應面法（response surface methodology，RSM）成功地結合了統計和數學系統，比其他經典方法[17-19]更有效地節省了時間，方便優化，廣泛應用于工藝優化研究[20-21]。 　　利用超聲輔助提取糖熏熏雞皮色素，以色素提取液吸光度作為衡量指標，通過單因素試驗結果，分析乙醇體積分數、液料比和超聲時間對糖熏熏雞皮色素提取效果的影響，在此基礎上，進行響應面試驗，優化提取工藝，為糖熏熏雞皮色素的高效提取及對糖熏熏雞顏色的探究提供理論依據。
　　1 材料與方法
　　1.1 材料與試劑
　　糖熏熏雞，購于錦州萬達超市。氯仿、無水乙醇、甲醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、苯、石油醚、正己烷均為分析純 美國Sigma-Aldrich公司。
　　1.2 儀器與設備
　　Allgra 64R冷凍離心機 上海普迪生物技術有限公司;FRQ小型超聲波清洗機 杭州法蘭特超聲波科技有限公司;QSJ-A03A1切碎機 佛山市小熊電器有限公司;PL203電子天平 上海梅特勒-托利多有限公司;UV2550紫外-可見分光光度計 北京優譜通用科技有限公司。
　　1.3 方法
　　1.3.1 糖熏熏雞皮色素提取工藝
　　糖熏熏雞皮→預處理（去除黑點、毛根等）→切碎機絞碎→取樣（2 g）→加乙醇→超聲處理（25 ℃、400 W）→離心→過濾→取樣（0.5 mL）→定容（100 mL）→測定吸光度（282 nm）。
　　1.3.2 糖熏熏雞皮色素的光譜特性測定
　　糖熏熏雞皮多次絞碎后，獲取熏雞皮碎末，取2 g于離心管內，加入適量體積分數的無水乙醇，超聲波輔助提取適當時間后，6 000 r/min條件下離心15 min，濾去殘渣后吸取0.5 mL定容于100 mL容量瓶，在200～400 nm波長下進行光譜掃描，得到糖熏熏雞皮色素的紫外-可見分光光譜圖。
　　1.3.3 糖熏熏雞皮色素提取劑的選擇
　　以吸光度為指標，稱取2 g熏雞皮碎末，在一定液料比和提取時間條件下分析蒸餾水、無水乙醇、石油醚、甲醇、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯、苯和正己烷對糖熏熏雞皮色素提取效果的影響。
　　1.3.4 單因素試驗設計
　　以吸光度為指標進行單因素試驗：1）提取劑乙醇體積分數的選擇：超聲波處理提取時間為35 min，液料比9∶1（V/m），乙醇體積分數分別為60%、70%、80%、90%、100%;2）超聲波處理提取時間的選擇：液料比9∶1，提取液為80%乙醇溶液，提取時間分別為25、30、35、40、45 min;3）液料比的選擇：提取液為80%乙醇溶液，超聲波處理提取時間35 min，液料比分別為5∶1、7∶1、9∶1、11∶1、13∶1。
　　1.3.5 響應面優化試驗設計
　　單因素試驗結束后，遵循Box-Behnken設計原理，以吸光度為優化目標，展開響應面試驗，利用Design-Expert軟件進行參數優化，篩選出糖熏熏雞皮色素的最佳提取參數。響應面試驗的因素與水平如表1所示。
　　1.3.6 驗證實驗
　　在最佳提取工藝條件下，分別以超聲功率0 W和400 W進行提取實驗，測定相應的光譜圖，以驗證在此提取條件下，提取物質是否發生降解以及確定超聲處理對實驗的影響。
　　1.4 數據處理
　　采用Origin 8.6軟件對數據進行統計處理，應用Design-Expert 8.0軟件設計及分析響應面試驗。
　　2 結果與分析
　　2.1 糖熏熏雞皮色素的光譜特性
　　由圖1可知，糖熏熏雞皮色素的最大吸收峰在282 nm波長處，因此，本研究選擇在282 nm波長處測定吸光度，來表示糖熏熏雞皮色素的相對含量。
　　2.2 不同提取劑對糖熏熏雞皮色素的提取效果
　　在一定液料比和超聲時間條件下[7]，以蒸餾水、乙醇、石油醚、甲醇、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯、苯和正己烷為提取劑，提取糖熏熏雞皮色素。由圖2可知，在相同提取條件下，乙醇對該色素提取效果最好，吸光度達2.975，較其他組提取效果最優，其次是甲醇（A=2.136），正己烷（A=0.554）提取效果最差。因此選定乙醇溶液作為本研究的提取劑。
　　2.3 糖熏熏雞皮色素提取的單因素試驗結果
　　2.3.1 超聲波處理提取時間的選擇
　　由圖3可知，隨著超聲波處理提取時間逐漸增加，糖熏熏雞皮色素的吸光度先增加后減小，35 min時，吸光度達到最大值1.572。這主要是由于超聲的空化效應可以增加分子的運動速率和介質的穿透能力，使得溶劑和熏雞皮快速作用，此外，前期提取劑和待提物之間有著較大的滲透壓，在此情況下色素成分會快速溶出，增大提取率。但是當超聲波處理提取時間超過35 min后，超聲的機械、空化及熱效應有可能會破環糖熏熏雞皮色素的結構[22-24]，導致其吸光度下降。因此適宜的超聲波處理提取時間為35 min。
　　2.3.2 液料比的選擇
　　由圖4可知：在液料比為9∶1時，糖熏熏雞皮色素的吸光度達到最大值1.748;隨著液料比的增大，即液料比為9∶1～13∶1時，色素吸光度下降，這是由溶劑增多，色素溶液相對稀釋所致。此外，考慮到經濟問題和后續的工作量，液料比也不宜過大[25-27]。因此，選定9∶1作為本研究的液料比。
　　2.3.3 乙醇體積分數的選擇
　　由圖5可知，隨著乙醇體積分數逐漸增加，糖熏熏雞皮色素的吸光度先增加后減小，乙醇體積分數為80%時，吸光度達到最大值2.245。這是由于乙醇為有機溶劑，隨著其體積分數的增加，會破壞色素與基質之間的成鍵能力，增大溶解量，使得吸光度增大;但是，當乙醇體積分數繼續增大時，會使得溶劑的極性降低，減少色素的溶出量，降低色素提取液的吸光度[28-30]。因此，選定乙醇體積分數為80%。
　　2.4 糖熏熏雞皮色素提取的響應面試驗結果
　　2.4.1 模型建立與方差分析 　　響應面試驗的設計方案與結果如表2所示。利用Design Expert 8.0軟件對表中數據進行二次多項式回歸擬合，得到吸光度的回歸方程為：Y=3.37+0.12A-0.14B+8.38×10-3C-0.32AB-9.00×10-3AC-0.37BC-0.50A2-0.38B2-0.49C2。
　　由表3可知，回歸模型和失擬項均極顯著（P<0.01），決定系數R2=0.946 7，RS/N=10.933，說明此模型擬合度好，實驗誤差小，可以利用此模型分析影響因素與響應值之間的關系，并可以確定最佳提取工藝參數。二次項A2、B2、C2均極顯著（P<0.01），根據F值確定3 個單因素對提取率的影響大小依次為料液比<乙醇體積分
　　2.4.2 因素間的交互作用
　　由圖6～8可知，乙醇體積分數與超聲波處理提取時間（A、B）、超聲波處理提取時間與液料比（B、C）的交互作用對色素提取率的影響均極顯著（P<0.01），而乙醇體積分數與液料比（A、C）的交互作用對提取率的影響并不顯著（P>0.05）。
　　2.4.3 回歸模型驗證
　　利用Design-Expert軟件，對響應面回歸方程求偏導，得到本實驗的最佳工藝參數為液料比9.58∶1、超聲波處理提取時間31.41 min，乙醇體積分數85%，理論吸光度為3.410。為了現實操作的可行性，將提取的最佳工藝條件更正為液料比10∶1、超聲波處理提取時間32 min、乙醇體積分數85%，在更正工藝下，重復3 次實驗，糖熏熏雞皮色素吸光度為3.397±0.025，與理論值相差0.38%，說明該優化工藝較為可靠。
　　2.5 驗證實驗結果
　　由圖9可知，2 組糖熏熏雞皮色素的最大吸收峰均在282 nm波長處，說明在本研究的最佳提取工藝下，超聲處理并沒有影響到該色素的光譜特性，此外，超聲功率400 W處理組在此提取條件下的吸光度優于超聲功率0 W處理組，說明超聲處理有助于糖熏熏雞皮色素的提取。
　　3 結 論
　　以超聲波輔助提取糖熏熏雞皮色素，糖熏熏雞皮色素最大吸收峰在282 nm波長處。采用響應面法優化提取工藝，各因素對色素提取效果影響大小的排列順序依次為液料比<乙醇體積分數<超聲時間，其中，乙醇體積分數與超聲波處理提取時間（A、B）、超聲波處理提取時間與液料比（B、C）的交互作用對吸光度影響均極顯著（P<0.01）。最優提取條件為液料比10∶1、超聲波處理提取時間32 min、乙醇體積分數85%，在此條件下，重復3 次實驗，色素吸光度為3.397±0.025，與理論值相差0.38%，表明該工藝合理可行。本研究采用超聲輔助提取糖熏熏雞皮色素，為糖熏熏雞皮色素的高效提取以及糖熏熏雞顏色的探究提供相關理論依據。
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