紫蘇籽油水酶法提取中的酶配比研究

夏瑤瑤，張志軍，賀東亮，李會珍，李曉君

(中北大學(xué) 化工與環(huán)境學(xué)院，太原 030051)

油脂加工

紫蘇籽油水酶法提取中的酶配比研究

夏瑤瑤，張志軍，賀東亮，李會珍，李曉君

(中北大學(xué) 化工與環(huán)境學(xué)院，太原 030051)

通過篩選、復(fù)配不同生物酶進(jìn)一步優(yōu)化紫蘇籽油水酶法提取工藝。以紫蘇籽為原料，采用單因素試驗(yàn)篩選出對紫蘇籽出油率影響較大的生物酶，設(shè)計L9(33)正交試驗(yàn)對不同生物酶復(fù)配比例進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：纖維素酶、中性蛋白酶和果膠酶為影響紫蘇籽出油率的主要酶，其最佳復(fù)配比例(基于紫蘇籽質(zhì)量)為纖維素酶5.5%、中性蛋白酶4.5%、果膠酶7.5%；在酶復(fù)配最佳條件下，紫蘇籽出油率可達(dá)29.96%。研究結(jié)果可為紫蘇籽油提取及紫蘇產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供理論和技術(shù)參考。

紫蘇籽油；酶配比；水酶法；出油率；正交試驗(yàn)

紫蘇(PerillafrtaescensL．Britt)為唇形科一年生草本植物，具特異芳香，是我國傳統(tǒng)的中藥材和油料作物[1-2]。紫蘇籽出油率高，紫蘇籽油中α-亞麻酸占55%～65%[3]。研究[4-7]表明，紫蘇籽油具有降血壓、降血脂、降膽固醇、抗癌、提高記憶力、改善情緒等生理功能。近年來，紫蘇作為新型保健油的植物資源，越來越受到人們重視，其開發(fā)利用正成為研究熱點(diǎn)[8-9]。

目前植物油提取工藝主要為壓榨法和溶劑浸出法。冷榨出油率低，熱榨蛋白質(zhì)易變性，溶劑法提取率高但容易有溶劑殘留且能耗高[10-12]。水酶法提油能提高油脂質(zhì)量，且處理條件較溫和，不破壞營養(yǎng)物質(zhì)，能夠降低能耗、溶耗，減少副產(chǎn)物中的有害成分，作為一種新興的制油工藝備受關(guān)注[13-15]。隨著酶工程技術(shù)快速發(fā)展，酶價格降低及工藝不斷改進(jìn)，水酶法提油將成為一個新的技術(shù)產(chǎn)業(yè)[16-19]。

關(guān)于水酶法提取芝麻油[11]、黃芥油[14]、南瓜籽油[16]方面已有研究報道，但在紫蘇籽油提取，特別是提取過程中酶制劑篩選方面的報道相對較少。本研究采用水酶法提取紫蘇籽油，以出油率為指標(biāo)，對不同酶制劑進(jìn)行篩選，并通過正交試驗(yàn)確定復(fù)合酶的最優(yōu)配比，以期為紫蘇籽油及蛋白質(zhì)產(chǎn)品工業(yè)化開發(fā)提供理論和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

紫蘇籽，2015年收獲于中北大學(xué)試驗(yàn)田。

纖維素酶(10 000 U/g)、中性蛋白酶(50 000 U/g)、果膠酶(30 000 U/g)，購于湖南鴻鷹祥生物工程股份有限公司；半纖維素酶(10 000 U/g)，購于河南聚榮食品配料有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋，TDL-5-A型高速離心機(jī)，SB-5200 DTDN超聲波清洗機(jī)，F(xiàn)LY-200B臺式小容量恒溫培養(yǎng)搖床，GZX-9070MBE電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 水酶法提取紫蘇籽油

將紫蘇籽按料液比1∶5加去離子水，打磨成漿液，50℃浸泡2 h，300 W超聲30 min，100℃水浴滅酶5 min，冷卻至室溫，加生物酶制劑，50℃酶解2 h，酶解后的溶液高速離心20 min(5 000 r/min)，取上層清油。中間乳狀液加熱破乳后離心20 min(5 000 r/min)，取上層油相。將兩次所取油合并，準(zhǔn)確稱取油脂質(zhì)量，根據(jù)下式計算出油率。

紫蘇籽出油率=紫蘇籽油質(zhì)量/紫蘇籽質(zhì)量×100%

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003和SPSS16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

以紫蘇籽質(zhì)量為基礎(chǔ)，設(shè)置酶用量梯度分別為：纖維素酶3.5%、4.5%、5.5%、6.5%、7.5%、8.5%，半纖維素酶0.5%、1.5%、2.5%、3.5%、4.5%、5.5%，中性蛋白酶0.5%、1.5%、2.5%、3.5%、4.5%、5.5%，果膠酶3.5%、4.5%、5.5%、6.5%、7.5%、8.5%，研究各酶用量對紫蘇籽出油率的影響。

2.1.1 纖維素酶與果膠酶的影響(見圖1)

由圖1可知，當(dāng)纖維素酶用量小于5.5%時，紫蘇籽出油率隨酶用量增加而逐漸升高，5.5%時達(dá)到最大，為21.27%；當(dāng)纖維素酶用量大于5.5%時，出油率隨酶用量增加逐漸降低?？梢娎w維素酶的用量對紫蘇籽出油率有一定的影響，纖維素酶的最適用量為5.5%。

由圖1可知，當(dāng)果膠酶用量小于6.5%時，紫蘇籽出油率隨酶用量增加而升高，6.5%時達(dá)到最大，為10.73%；當(dāng)果膠酶用量大于6.5%時，隨酶用量增加出油率反而降低。可見果膠酶的用量對紫蘇籽出油率有一定的影響，且最適用量為6.5%。

圖1 纖維素酶與果膠酶用量對出油率的影響

2.1.2 半纖維素酶與中性蛋白酶的影響(見圖2)

圖2 半纖維素酶與中性蛋白酶用量對出油率的影響

由圖2可知，半纖維素酶的用量對紫蘇籽出油率幾乎沒有影響，當(dāng)半纖維素酶用量為0.5%時，紫蘇籽出油率最高，但僅為2.67%。

由圖2可知，當(dāng)中性蛋白酶用量小于3.5%時，紫蘇籽出油率隨酶用量增加而增加，3.5%時達(dá)到最大，為20.80%；當(dāng)中性蛋白酶用量大于3.5%時，出油率隨酶用量增加呈下降趨勢?？梢娭行缘鞍酌傅挠昧繉ψ咸K籽出油率有一定的影響，且最適用量為3.5%。

2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以纖維素酶用量(A)、中性蛋白酶用量(B)及果膠酶用量(C)3個主要因素設(shè)計三因素三水平正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果見表1，方差分析見表2。

由表1與表2可知，3種酶對紫蘇籽出油率的影響順序?yàn)槔w維素酶(A)>中性蛋白酶(B)>果膠酶(C)，其中纖維素酶與中性蛋白酶對紫蘇籽出油率的影響達(dá)到顯著水平，果膠酶的影響不顯著。 酶復(fù)配的優(yōu)化組合為A2B3C3，即纖維素酶用量為5.5%、中性蛋白酶用量為4.5%、果膠酶用量為7.5%，此時紫蘇籽出油率最高。對最優(yōu)復(fù)合酶配比組合A2B3C3進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，紫蘇籽出油率可達(dá)到29.96%，高于任何一種單一酶的出油率，可見通過酶的復(fù)合水解作用，顯著提高了紫蘇籽的出油率。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果

表2 方差分析

注：F0.05(2,2)=19.00，F(xiàn)0.01(2,2)=99.00。

3 結(jié) 論

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)確定紫蘇籽油水酶法提取過程中酶對出油率影響依次為纖維素酶>中性蛋白酶>果膠酶，酶復(fù)配最優(yōu)組合(以紫蘇籽質(zhì)量計)為纖維素酶5.5%、中性蛋白酶4.5%、果膠酶7.5%。在酶復(fù)配最佳條件下，紫蘇籽出油率最高，可達(dá)29.96%。研究結(jié)果可為紫蘇籽油提取及紫蘇產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供理論和技術(shù)參考。

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Enzyme proportion in aqueous enzymatic extraction of perilla seed oil

XIA Yaoyao，ZHANG Zhijun，HE Dongliang，LI Huizhen，LI Xiaojun

(College of Chemical and Environmental Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China)

Screening and remixing different enzymes were conducted to optimize the aqueous enzymatic extraction technique of perilla seed oil. With perilla seed as raw material, the enzyme which had larger influence on extraction rate of perilla seed oil was selected by single factor experiment, and the enzyme proportion was optimized by L9(33) orthogonal experiment. The results showed that cellulase, neutral protease and pectinase were main enzyme for perilla seed oil extraction, and the optimal enzyme proportion based on the mass of perilla seed oil was cellulase 5.5%, neutral protease 4.5% and pectinase 7.5%. Under the optimal condition of enzyme proportion, extraction rate of perilla seed oil could reach 29.96%. The result was helpful to provide theoretical and technical references for perilla seed oil extraction and perilla industralization.

perilla seed oil; enzyme proportion; aqueous enzymatic method; oil extraction rate; orthogonal experiment

2016-03-30;

2016-08-17

山西省科技攻關(guān)項目(20150311009-4)

夏瑤瑤(1991)，女，在讀碩士，研究方向?yàn)樯锘?E-mail)1397868433@qq.com。

張志軍，教授，博士生導(dǎo)師(E-mail)zjzhang@nuc.edu.cn。

TS224.4;TQ644.1

A

1003-7969(2017)01-0019-03