��Ӧ��������Ż�������ȡ����������
�� ��������ѧ*���� �գ��� ��
�����ϿƼ���ѧʳƷ�����﹤��ѧԺ����������  471003��
ժ  Ҫ��Ϊ�Ż�������ȡ���������գ��ڵ�������������ϣ�ѡ����Һ�ȡ���ȡ�¶ȡ���ȡʱ�䡢��������Ϊ�Ա�������������ȡ��Ϊ��Ӧֵ������Box—Benhnken��������������Ӧ����������о����Ա������������öԻ�������ȡ�ʵ�Ӱ�죬ģ��õ����ζ���ʽ�ع鷽�̵�Ԥ��ģ�ͣ�ȷ��������ȡ��������ѹ��ղ���Ϊ����Һ��Ϊ1��47(g·mL-1)����ȡ�¶�Ϊ43�棬��ȡʱ��Ϊ63 min����������Ϊ800W���ڴ������£���������ȡ�ʴﵽ28.03%����������Ʒ����FCC���ı�׼�����ú�����׶���ṹ���б�����
�ؼ��ʣ�������������������Ӧ�������
��ͼ����ţ�TQ201.7    ���ױ�ʶ�룺A    ���±�ţ�
 
Optimization of Ultrasonic-assisted Extraction
Conditions of Locust Bean Gum by Using Response Surface Methodology
YU Ming��ZHU Wen-xue*��GUO Han��SONG Yu
 (College of Food and Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China.)
Abstract��In this study��optimum condition of ultrasonic-assisted extraction of locust bean gum ��LBG��is optimized by response-surface test��On the basis of single-factor test��the mathematical regression model is established about the dependent variable (extraction yield of locust bean gum)and independent variables(ratio of material to water��extraction temperature��extraction time and ultrasonic power)through Box-Benhnken center composite design and response surface methodology��The optimum extraction conditions as follows��material to water ratio 1��47 (g·mL-1)��extraction temperature 43 ����time 63 min��ultrasonic power 800 W��Under these conditions��the yield of locust bean gum is 28.03 ����The locust bean gum products meet the FCC �� standards��The structural is identified using infrared spectrum.
Key words�� ultrasonic wave��locust bean gum��response surface methodology
 
��������LBG���ǴӶ��ƶ�����ֲ��—����(Locust japonica L.)��������ȡ������һ�ֶ�����ۺ��壬�䵥Ԫ����β�DD�D��1��4����¶��Ϊ������ijЩ��¶�Dzл�������β—D—��1��6�������ǹ��ɵİ����¶���ǣ����߱���ԼΪ4��1 [1]�����������ӽṹ�и�¶�ǺͰ����DZ��ʵ������ԣ������˶��Ǿۺ�����ˮ����ά����ṹ�������ԣ�ʹ���������⻷�����γ���������������������ˮ�����໥���ò�������[2-4]����˻�������Ϊ�ȶ�������������������ȣ��㷺Ӧ����ʳƷ��ʯ���꾮����֯��ҽҩ�����û�����ú��[5-8]������������꣬������Ӧ�ü������������켰Ӧ������IJ������ӣ����������������й����г��Ի�����������Ҳ��ô����������
ֲ�コ����ȡĿǰ���ܼ���ȡ�������ӽ�����֬����΢������ȡ���ȣ�����ҵ�Ϲ��ڻ���������ȡ��Ҫ��ˮ����ȷ����ᴦ��[9]�����ڳ�������ȡ����Ŀǰ�㷺Ӧ������Ȼֲ����Ч�ɷ���ȡ��һ���·��������о���Ҫ�ڴ�ͳ��ˮ�ᷨ�����ϣ����Գ������������ó������Ŀջ����á���ЧӦ����е���ü���ϸ���ڵ����飬ʹϸ���ڵijɷ������ܳ����Դﵽ������ȡʱ�䡢�����ȡ�ʵ�Ŀ��[10]����ʵ���Ի�������ȡ��Ϊ����ָ�꣬������Ӧ��������Ż���������ȡ�������Ĺ���������ϣ��Ϊ�������û�������Դ����ҵ�������ṩ�������ݡ�
1           �����뷽��
1.1            �������Լ�
���������ں�����������г���ѡ������졢������������Ƥ��ù�������˵Ļ�����
��ˮ�Ҵ���ʯ���ѣ���Ϊ��������������е¶���ѧ�Լ����޹�˾��
1.2            �������豸
FW177���в�ҩ�����   �����̩˹���������޹�˾��BS223S�͵�����ƽ   �������������޹�˾��DCTZ2000��Ƶ����;���³�����ȡ��   ��������¡���\���������޹�˾��RE-52��ת������   �Ϻ�����������������LG-0.2������䶳�����豸   �й��������������ٶ��豸���칫˾��NicoletNexus470����Ҷ�任���������   ����������������޹�˾��
1.3            ����
1.3.1             ��������
������������ʯ������֬��������Ũ���Ҵ���������䶳����������
1.3.2             ���������ʵIJⶨ
���������ʹ�ʽ��W/%=
ʽ�У�WΪ���������ʣ�m1Ϊ������ĩ������m2Ϊ��������Ʒ����
1.3.3             ������ȡ������
1.3.3.1    ����������
ȷ��Ӱ�쳬����ȡ��������ȡ�ʵ�����������Ļ�������Ϊ��Һ��1��30(g·mL-1)����ȡʱ��40min����ȡ�¶�60�桢��������200W���ı�����һ�����أ��̶����������أ����е��������顣
1.3.3.2    ��Ӧ�淨�Ż�������ȡ����������
��Ӧ������������ú������Ʋ�ͨ������õ�һ�����ݣ����ö�Ԫ�����𲽻ع鷽�������������Ӧֵ֮��ĺ�����ϵ��ͨ���ع鷽�̷���Ѱ����ѹ��ղ������������������һ��ͳ�Ʒ���[11]�������ڵ����������������ϣ�����Һ�ȡ���ȡ�¶ȡ���ȡʱ�䡢��������Ϊ����������ֱ���A��B��C��D��ʾ����WΪ��Ӧֵ��������������ˮƽ����Ӧ�����������ȡ�Ż��Ĺ��ղ�����
2           ��������
2.1            ����������
2.1.1             ��Һ�ȵ�Ӱ��
����ȡʱ��40min����ȡ�¶�60�桢��������200W�����£�ѡ����Һ��1:10��1:20��1:30��1:40��1:50��1:60��g·mL-1����6��ˮƽ��ȡ�������������ͼ1��
           
      ͼ1 ��Һ�ȶԻ��������ʵ�Ӱ��                    ͼ2 ��ȡʱ��Ի��������ʵ�Ӱ��
   Fig.1 Effects of ratio of solid on liquid on yield rate       Fig.2 Effects of extraction time on yield rate
      of LBG from locust bean                               of LBG from locust bean
����Һ�ȵ�ʱ����������ȡ�ʽϵͣ���Ҫԭ�����ܼ����٣�ʹ������ճ�ȴ���Ũ���ݶ�С����ɢ�ٶ��������Ա�֤ԭ���еĶ��dzɷִ���ת�Ƶ���ȡҺ�У���ȡ����ȫ�����ʵ��ҹ������ѣ����Dz�����[12]����ͼ1���Կ��������ܼ���������ȡ�����󣬵���Һ�ȳ���1��50����ȡ�����ӵ�����������ƽ������ʵ���������������ͳɱ����ǣ���ˮ�����˹���������Һ��l��50����Ϊ�ˣ���ѡȡl��50Ϊ�Ա�����Һ��(A)����ˮƽ��
2.1.2             ��ȡʱ���Ӱ��
����Һ��1:50(g·mL-1)����ȡ�¶�60�桢��������200W�����£�ѡ����ȡʱ��10��20��30��40��50��60min��6��ˮƽ��ȡ�������������ͼ2��
��ͼ2�п��Կ�������ȡʱ����ǰ10��40min�ڣ���ȡ����ʱ���ӳ���������ߣ���40min��ȡ�ʴﵽ���ֵ�����������������ȡ������ʱ��������أ���ȡʱ��϶�ʱ�������ܽⲻ��֣�ʱ�����������Ӷ����ڳ�������ǿ���������·������ѣ��ں�������г�����ʧ����Ӱ�컱������ȡ�ʡ���ˣ������ȡʱ����40min������ѡȡ40minΪ�Ա�����ȡʱ��(B)����ˮƽ��
2.1.3             ��ȡ�¶ȵ�Ӱ��
����Һ��1:50(g·mL-1)����ȡʱ��40min����������200W�����£�ѡ����ȡ�¶�30��40��50��60��70�湲5��ˮƽ��ȡ�������������ͼ3��
             
        ͼ3 ��ȡ�¶ȶԻ��������ʵ�Ӱ��                         ͼ4 �������ʶԻ��������ʵ�Ӱ��
      Fig.3 Effects of extraction temperature on yield rate        Fig.4 Effects of ultrasonic power on yield rate
   of LBG from locust bean                                   of LBG from locust bean
�¶���ߣ��������˶���죬��������Ҳ��֮�ӿ죬��������ȡ��������������ͼ3�п��Կ�������60��ʱ����������ȡ�ʴﵽ���ֵ���������¶ȣ���������ȡ�ʿ�ʼ�½������������¶ȹ��ߣ�����ˮ��Ӿ磬ʹ��ṹ�⵽�ƻ���ʵ���л����֣��¶�Խ�ߣ���ȡҺ��ɫԽ���ȡҺ��ɫ�ص��������ࡣ��ˣ������ȡ�¶�Ӧ��60�渽����ѡȡ60��Ϊ�Ա����¶�(C)����ˮƽ��
2.1.4             �������ʵ�Ӱ��
����Һ��1:50(g·mL-1)����ȡ�¶�60�桢��ȡʱ��40min�����£�ѡ��������200��400��600��800��1000W��5��ˮƽ��ȡ�������������ͼ4��
��ͼ4���Կ��������ų������ʵ����ߣ�������������Ӧ��ߣ���800Wʱ�ﵽ���ֵ���������ʳ���800Wʹ���ǵ��������½��������������ʽϵ�ʱ������ǿ��û�дﵽ�ջ�����ѹ�����Ѳ����ջ����ã����ų������ʵ����ӣ�����ǿ�ȴﵽ�򳬹��˿ջ�����ѹ����ʱ�ջ��������ԣ�������ȡ�����ӡ���������ǿ�ȹ��󣬵��¿�������û���㹻��ʱ������ʱ�������ջ����ý��ͣ������������½�[13]����ˣ���ѳ���������800W������ѡȡ800WΪ�Ա�����������(D)����ˮƽ��
2.2            ��Ӧ���Ż����Ż���ȡ����
2.2.1             �������������Ʒ��������
����Box-Behnken����������������ԭ���������������������������������4������Ϊ�Ա������Ի�������ȡ��WΪ��Ӧֵ������������Ʒ����ͽ������1��2��
 
 
��1 ������������ȡ������Ӧ�����������ˮƽ����ֵ
Table 1 Coded factors and levels of response surface design
ˮƽ
A ��Һ��/(g·mL-1)
B��ȡʱ��/min
C��ȡ�¶�/��
D��������/W
2
1:60
50
70
1000
1
1:55
45
65
900
0
1:50
40
60
800
��1
1:45
35
55
700
��2
1:40
30
50
600
 
 
��2 ������������ȡ������Ӧ��������Ƽ����
Table 2 Arrangement and experimental results of response surface central composite design
�����
A ��Һ��/(g·mL-1)
B��ȡʱ��/min
C��ȡ�¶�/��
D��������/W
W��ȡ��/%
1
��1��1:45��
��1��35��
��1��55��
��1��700��
21.09
2
��1
��1
��1
1��900��
25.75
3
��1
��1
1��65��
��1
23.78
4
��1
��1
1
1
21.12
5
��1
1��45��
��1
��1
22.33
6
��1
1
��1
1
22.54
7
��1
1
1
��1
26.33
8
��1
1
1
1
23.34
9
1��1:55��
��1
��1
��1
20.67
10
1
��1
��1
1
21.67
11
1
��1
1
��1
21.55
12
1
��1
1
1
21.61
13
1
1
��1
��1
25.42
14
1
1
��1
1
23.89
15
1
1
1
��1
25.93
16
1
1
1
1
22.78
17
��2��1:40��
0��40��
0��60��
0��800��
24.2
18
2��1:60��
0
0
0
25.23
19
0��1:50��
��2��30��
0
0
21.46
20
0
2��50��
0
0
25.67
21
0
0
��2��50��
0
21.43
22
0
0
2��70��
0
24.46
23
0
0
0
��2��600��
22.2
24
0
0
0
2��1000��
21.49
25
0
0
0
0
27.9
26
0
0
0
0
28
27
0
0
0
0
26.81
28
0
0
0
0
27.36
29
0
0
0
0
28.28
30
0
0
0
0
28.34
 
2.2.2           ģ�͵Ľ����������Լ���
����Design Expert 7.0��������������ж��ζ�Ԫ�ع�������õ�����������ȡ����������ر�����ĺ�����ϵΪ��
W=-486.04333+6.3205A+4.65283B+5.91717C+0.19791D-0.0327AB-0.0263AC-0.000355AD+0.0133BC-0.00033BD+0.001215CD-0.0317A2-0.0432B2-0.0494C2-0.000151D2
�Ա�2�е�����������ͳ�Ʒ������õ��ķ������������3��ʾ��
��3 �ع鷽�̷��������
Table 3 Variance analysis of regression equation
������Դ
ƽ����
���ɶ�
������
Fֵ
Pֵ
A
0.23
1
0.23
0.19
0.6682
B
5.51
1
5.51
4.62
0.0484
C
19.05
1
19.05
15.96
0.0012
D
0.73
1
0.73
0.61
0.4469
A2
17.23
1
17.23
14.43
0.0017
B2
31.99
1
31.99
26.81
0.0001
C2
41.83
1
41.83
35.06
< 0.0001
D2
62.54
1
62.54
52.40
< 0.0001
AB
10.69
1
10.69
8.96
0.0091
AC
6.92
1
6.92
5.80
0.0294
AD
0.50
1
0.50
0.42
0.5256
BC
1.77
1
1.77
1.48
0.2422
BD
0.44
1
0.44
0.37
0.5548
CD
5.90
1
5.90
4.95
0.0419
ģ��
162.70
14
11.62
9.74
< 0.0001
�в�
17.90
15
1.19
 
 
ʧ����
16.16
10
1.62
4.63
0.0522
�����
1.74
6
0.35
 
 
�����
180.60
29
��
��
��
ע��P��0.05����ʾ��ָ��������
�ɱ�3�ɿ�������ȡʱ�����ȡ�¶ȶԻ���������ȡ��Ӱ����������Һ�Ⱥͳ������ʶԻ���������ȡ��Ӱ�첻��������Fֵ��֪�������ض�W��Ӱ�����Ϊ��C��B��D��A������ȡ�¶ȶԻ�������ȡ�ʵ�Ӱ�켫��������ȡʱ��Ի�������ȡ��Ӱ����������Һ�Ⱥͳ������ʶԻ�������ȡ��Ӱ�첻�������ӱ�3�ķ����������������ģ�͵�PֵС��0.0001�������ö��η���ģ�ʹﵽ������ˮƽ��������������е�AB��AC��CD�����ֳ�������ˮƽ���ع鷽����������Լ�������������ģ�ͻع鼫����������ʧ���������˵���������ɺ��Ե����ض�ʵ������Ӱ���С���÷��̶�������ϽϺ�[14-16]��
2.2.3             ����ˮƽ���Ż�
Ϊ�˿��콻����Ի��������ʵ�Ӱ�죬���������������̶����������£����콻����Ի��������ʵ�Ӱ�죬��ģ�ͽ��н�ά��������Design Expert 7.0������������õ���Ӧ�����ͼ��ͼ5��7��
        
 
ͼ5 ��Һ�Ⱥ���ȡʱ��Ի�������ȡ�ʵ���Ӧ�����ͼ
Fig.5 Response analysis of the relations between the ratio of solid on liquid��extraction time on yield rate of LBG
 
       
 
ͼ6 ��Һ�Ⱥ���ȡ�¶ȶԻ�������ȡ�ʵ���Ӧ�����ͼ
Fig.6 Response analysis of the relations between the ratio of solid on liquid��extraction temperature on yield rate of LBG
 
       
ͼ7 ��ȡ�¶Ⱥͳ������ʶԻ�������ȡ�ʵ���Ӧ�����ͼ
Fig.7 Response analysis of the relations between the extraction temperature, ltrasonic power on yield rate of LBG
�ڽ��������ȡ�ʵ�Ӱ���У���Һ������ȡʱ�䡢��Һ������ȡ�¶ȡ���ȡ�¶��볬�����ʵĽ������ö���ȡ��W��Ӱ����������ͼ5��7��֪�����Ÿ���������������Ӧֵ���󣻵���Ӧֵ���󵽼�ֵ��������������������Ӧֵ�𽥼�С��
�ɻع鷽���������Ӧ��ͼ�е����ۣ��ɵõ�������ȡ����������ѹ��ղ���Ϊ����Һ��Ϊ1��47(g·mL-1)����ȡ�¶�Ϊ42.68�棬��ȡʱ��Ϊ63.58min����������Ϊ807.05W����ʱ��������������ȡ����Ϊ28.21%��
 
2.2.4             ��֤����
Ϊ��֤��Ӧ����������ý���Ŀɿ��ԣ����������Ż���������5��ƽ��ʵ�顣��ʵ����ȡ�����У���ʵ�������ʶȵ���Ϊ����Һ��Ϊ1��47(g·mL-1)����ȡ�¶�Ϊ43�棬��ȡʱ��Ϊ63min����������Ϊ800Wʱ��������֤ʵ�飬�õ���������ƽ����ȡ��Ϊ28.03%��������ֵ��Ϊ�ӽ��������������ڱ�1����ˮƽ��������������ѧģ�Ͷ��Ż�������ȡ�������Ĺ����ǿ��еġ�
2.3            ��������Ʒ����
������䶳���ﲢ�����Ļ�������Ʒ������ɺ����ʵIJⶨ[17]���������4��
��4 ��������ɺ����ʷ��������n=3����
Tab.4Composition and property analysis results of locust bean gum
 
��ɫ
״̬
����/%
������/%
ˮ��/%
�ҷ�/%
pH
ճ��/ Pa·s
FCC��
�׻�΢����
��ĩ
≥75
≤7.0
≤14
≤1.2
 
 
������
���Դ���
��ĩ
802
6.780.15
10.81.8
1.00.15
5.8
3.03
 
�ɱ�4��֪��ͨ����ѹ�����ȡ�Ļ�������Ʒ��������FCC���ı�׼��pH��ճ��ֵ�ܴﵽ1%ʳƷ����������Һ�ı�׼��pH 5.4~6.5��ճ��1.5~4.0 Pa·s�������ܽ������ˮ�дﵽ0.06%��
2.4            �������ṹ����
�������ĺ������ͼ��ͼ8��ʾ��
ͼ8�������ĺ������ͼ
Fig.8 The infrared spectrogram of LBG
��ͼ8�п��Կ�����3420cm-1�������շ壬��ʾ��-OH�������񶯷壻2926cm-1�������շ壬��ʾ��-CH2��-CH3���ŵ�C-H�����񶯷壻1657cm-1��ʾ���������ʻ������շ壻1442 cm-1��ʾ��-CH2�ı������շ壻1100��1000 cm-1��ʾ��Ϊ����͸�¶�ǺͰ������ϵIJ������ǻ���C-O�������շ壻813 cm-1��870 cm-1���ָ�¶�ǵĵ��������շ�[18-20]���������ͼ��һ����֤�˻������еĶ���������͵İ����Ǻ͸�¶����ɡ�
 
3           ����
ȷ���˳�����ȡ����������ѹ��ղ�����ϣ���Һ��1��47(g·mL-1)����ȡ�¶�43�棬��ȡʱ��63min����������800W����ȡ��28.03%��������ȡ�¶Ⱥ���ȡʱ������Ӱ�컱������ȡ�ʣ�����������Һ������ȡʱ�䡢��Һ������ȡ�¶ȡ���ȡ�¶��볬�����ʶ���ȡ�ʵ�Ӱ��������
ͨ����ѹ�����ȡ�Ļ�������Ʒ����FCC���ı�׼���������ͼ��һ����֤�˻������еĶ���������͵İ����Ǻ͸�¶����ɡ�
 
 
 
�ο����ף�
[1]         �˵���.������ʳƷ��Ӽ�[M].����:�й��Ṥҵ������, 2006.
[2]         MAO C F,RWEI S P.Cascade Analysis of Xanthan and Locust Bean Gum[J]. Polymer, 2006, 47(23): 7980-7987.
[3]         MAO C F,CHEN J C.Cascade Interchain Association of Locust Bean Gum in Sucrose Solutions:An Interpretation Based on Thixotropic Behavior[J]. Food Hydrocolloids, 2006, 20 (5): 730-739.
[4]         ERTAN A,SELIM K,ONDER P. Synergistic Effect of the Locust Bean Gum on the Thermal Phase Transitions of k-carrageenan Gels[J]. Food Hydrocolloids, 2009, 23 (2): 451-459.
[5]         �º�,Ǯ����,����. �������䶳�����е�Ӧ���о�[J].�й�ʳƷ��Ӽ�, 2011, (2): 178-180.
[6]         ˾����,��ع��,�����µ�.�����������������ȶ��Ե��о�[J].ʳƷ�о��뿪��, 2010, 31 (9) : 62-64.
[7]         ����,���ϼ,����,��.����ֲ�コ�����꾮Һ�Ŀ�����ʵ��[J].��������湤��, 2011, 30(3) : 10-12.
[8]         ��Ծ��,����,����,��.��ԭ���ͻ��������ά����C�ȶ����о�[J].ҩ�����ٴ��о�, 2007, 15 (6) :513-514.
[9]         PATRICK A D, CHRISTOPHE B, CHRISTELLE R. Composition and physicochemical properties of locust bean gum extracted from whole seeds by acid or water dehulling pre-treatment[J]. Food Hydrocolloids, 2008, (22): 807-818.
[10]      �����,����,������.��������ȡɽҩ���ǵ��о�[J] .����ʳƷ�Ƽ�,2005, 13(5) : 14-16.
[11]      CAI W R,GU X H,TANG J.Extraction,purification,and characterization of the polysaccharides from Opuntia milpa alta[J].Carbohydrate Polymers, 2008,71(3): 403-410.
[12]      ������,���·�,л������.������������ȡ��������Ƥ�й������о�[J].ʳƷ��ѧ,2006, 27(10) : 341-344.
[13]      ���׾�,�˺�.�׽��Ӷ��ǵ���ȡ�뺬���ⶨ[J].�½���ҽҩ, 2005, 23(1): 13-14.
[14]      ����ӡ,������.��Ӧ�淨�Ż����涳�ɹ��ղ���[J].ʳƷ��ѧ, 2011, 32(4): 135-138.
[15]      ������,����,����.��Ӧ�淨�Ż��̻�����ӵij�����ȡ����[J].ʳƷ��ѧ, 2011, 32(2): 66-70.
[16]      ���,����,���ľ�,��.��Ӧ���Ż����о�����—�Լ׷���֬��ճ���ĺϳ�[J].�й�����, 2010, 19(2): 8-12.
[17]      ��Դٻ.ʳƷ������[M].����:��������������, 2006.
[18]      �ij���. ���ֶ��ǵĺ�������о� [J]. �人����ѧѧ��, 2007, 29(1): 45-47.
[19]      ����,ţ��÷,���Ļ�,��. �������㶹�����ѽ��������о�[J]. ����ѧ����׷���, 2002, 25(11): 1786-1789.
[20]      ��÷, ����,�ѽ���,��.�������빽��ʵ���������ǵķ��봿����������������о�[J].��������ѧ��, 2008, 27(2): 158-161.


���߼�飺������1987—����Ů��˶ʿ�о�������Ҫ������Ȼ���↑���������о���E-mail��yuming@yeah.net
*ͨ�����ߣ�����ѧ��1967—�����У����ڣ���ʿ����Ҫ����ũ��Ʒ���в�ҩ�ӹ��о���E-mail��zwx@mail.haust.edu.cn