水酶法提取胡麻籽油的工藝研究

張會(huì)彥，劉 壯，歐陽(yáng)伶俐，姚亞亞，李慧靜

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，河北 保定 071001)

油脂加工

水酶法提取胡麻籽油的工藝研究

張會(huì)彥，劉 壯，歐陽(yáng)伶俐，姚亞亞，李慧靜

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，河北 保定 071001)

以胡麻籽為原料，采用復(fù)合酶酶解技術(shù)對(duì)胡麻籽油進(jìn)行提取，考察了預(yù)處理方法、粉碎時(shí)間、酶的種類、復(fù)合酶復(fù)配比例及復(fù)合酶添加量對(duì)胡麻籽油提取率的影響，在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用中心組合設(shè)計(jì)，對(duì)液料比、酶解pH、酶解溫度及酶解時(shí)間進(jìn)行了響應(yīng)面優(yōu)化。結(jié)果表明：高壓高溫濕熱法預(yù)處理，胡麻籽在10 000 r/min轉(zhuǎn)速下粉碎90 s利于胡麻籽油的提取；最佳復(fù)合酶制劑組成為中性蛋白酶與戊聚糖酶質(zhì)量比2∶1，復(fù)合酶的最適添加量為1.2%(以脫殼胡麻籽質(zhì)量計(jì))；響應(yīng)面優(yōu)化的最適工藝參數(shù)為液料比9.19∶1、酶解pH 5.94、酶解溫度53.62℃、酶解時(shí)間3.20 h；在最適工藝條件下，胡麻籽油提取率可達(dá)86.73%。

水酶法;復(fù)合酶;響應(yīng)面法；胡麻籽油

胡麻(LinumUstitatissimumL.)又稱亞麻，屬亞麻科一年生或多年生草本植物[1]。胡麻在我國(guó)華北、西北以及高寒區(qū)被廣泛種植，種植面積約60萬(wàn)hm2[2]。胡麻籽油營(yíng)養(yǎng)豐富，α-亞麻酸是胡麻籽油的主要營(yíng)養(yǎng)成分，含量超過(guò)50%，因此胡麻是一種不可多得的食用油原料[3]。目前，胡麻籽油的制備方法主要為壓榨法、有機(jī)溶劑提取法、超臨界萃取法[4]。但壓榨法提取率較低，有機(jī)溶劑提取法因?yàn)橛腥軇埩舨焕诮】担R界萃取法設(shè)備與成本太高不利于工業(yè)化生產(chǎn)。而水酶法是在水代法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種提取油脂的新方法[5]，在提取過(guò)程中，酶對(duì)油料細(xì)胞壁中纖維素和蛋白質(zhì)的水解，以及對(duì)脂多糖、脂蛋白的分解作用，可增加油料組織中油的流動(dòng)性，從而提高出油率[6]，并且酶的應(yīng)用可以保持分離提取物質(zhì)的特性不變，使其最終產(chǎn)品有更好的品質(zhì)。相比有機(jī)溶劑提取法，以水作為溶劑得到的胡麻籽油能保持其原有的特性，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高。相比于超臨界萃取法，水酶法操作條件溫和，簡(jiǎn)單方便安全，易于工業(yè)化生產(chǎn)[7]。

目前，對(duì)胡麻籽油提取的研究多集中在傳統(tǒng)方法上，對(duì)利用響應(yīng)面法優(yōu)化水酶法提取胡麻籽油的研究并不多。本文首先通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)篩選了胡麻籽的預(yù)處理方法、優(yōu)化了胡麻籽粉碎時(shí)間，篩選了酶的種類，優(yōu)化了復(fù)合酶的配比及其添加量，進(jìn)而在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以胡麻籽油提取率為響應(yīng)值，采用中心組合設(shè)計(jì)，對(duì)液料比、酶解pH、酶解溫度及酶解時(shí)間進(jìn)行了響應(yīng)面優(yōu)化，從而確定了水酶法提取胡麻籽油的最佳工藝。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

胡麻籽，購(gòu)于農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，脫殼后備用；真菌α-淀粉酶、戊聚糖酶、中性蛋白酶、纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶、復(fù)合蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶，購(gòu)于丹麥諾維信公司；木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶，購(gòu)于南寧龐博生物科技有限公司；酸性蛋白酶、β-葡聚糖酶，購(gòu)于黑龍江肇東日成酶制劑有限公司；其他檢測(cè)用試劑均為分析純。

BXM-30R立式壓力蒸汽滅菌鍋，L3660低速離心機(jī)，DFY-400粉碎機(jī)，ZNCL-BS磁力攪拌器，AR423CN電子天平，MZG1500S微波爐，IH-P260電磁爐，STARTER3100 pH計(jì)，HH-601超級(jí)恒溫水浴箱，CM320紅外溫度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料成分分析

胡麻籽中粗脂肪的測(cè)定：索氏抽提法[8]。胡麻籽中粗蛋白質(zhì)的測(cè)定：凱氏定氮法[8]。

1.2.2 水酶法提取胡麻籽油工藝

稱取50 g脫殼胡麻籽，采用不同的方法進(jìn)行預(yù)處理，然后將其置于粉碎機(jī)中10 000 r/min轉(zhuǎn)速下粉碎一定時(shí)間，按照一定液料比(水與胡麻籽體積質(zhì)量比，下同)添加蒸餾水，用0.1 mol/L的NaOH溶液或0.1 mol/L的檸檬酸溶液調(diào)節(jié)料液pH至不同酶的最適pH，調(diào)節(jié)溫度至不同酶的最適反應(yīng)溫度，添加一定量的酶(以脫殼胡麻籽質(zhì)量計(jì)，下同)，酶解一定時(shí)間，酶解罐置于磁力攪拌器操作面上，轉(zhuǎn)速為200 r/min。酶解完成后，將酶解液置于90℃水浴中滅酶10 min，冷卻至室溫后移至離心管中于4 000×g離心20 min，收集清油并稱重。

1.2.3 預(yù)處理方法

比較高壓高溫濕熱法、烘烤法、微波法和焙炒法對(duì)胡麻籽油提取率的影響，以確定最佳預(yù)處理方法。

(1)高壓高溫濕熱法：將脫殼胡麻籽置于煮沸的滅菌鍋中135℃下處理30 min。

(2)烘烤法：將脫殼胡麻籽置于遠(yuǎn)紅外電熱烤箱中135℃處理30 min。

(3)微波法：將脫殼胡麻籽置于微波爐內(nèi)700 W加熱30 min，其中加熱2 min間歇5 s，微波爐動(dòng)力攪拌速率為200 r/min。

(4)焙炒法：將脫殼胡麻籽置于焙炒鍋中135℃處理30 min。

1.2.4 胡麻籽油提取率的計(jì)算

胡麻籽油提取率=胡麻籽清油質(zhì)量/胡麻籽總油脂質(zhì)量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 胡麻籽成分分析

采用索氏抽提法和凱氏定氮法對(duì)胡麻籽進(jìn)行成分測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 胡麻籽成分 (以干基計(jì))

2.2 預(yù)處理方法對(duì)胡麻籽油提取率的影響

在粉碎時(shí)間90 s、中性蛋白酶與戊聚糖酶質(zhì)量比2∶1、復(fù)合酶添加量1.2%、液料比9∶1、55℃ pH 6酶解3 h條件下，考察了預(yù)處理方法對(duì)胡麻籽油提取率的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 預(yù)處理方法對(duì)胡麻籽油提取率的影響

熱處理不僅有利于降低脂肪酶的活性，同時(shí)還有利于淀粉糊化。由表2可知，高壓高溫濕熱法的效果好于烘烤法、微波法和焙炒法，因?yàn)楦邏焊邷貪駸岱梢允购樽呀Y(jié)構(gòu)疏松，便于油脂的釋放[9]。因此，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中采用高壓高溫濕熱法進(jìn)行預(yù)處理。

2.3 粉碎時(shí)間對(duì)胡麻籽油提取率的影響

在中性蛋白酶與戊聚糖酶質(zhì)量比2∶1、復(fù)合酶添加量1.2%、液料比9∶1、55℃ pH 6酶解3 h條件下，考察了粉碎時(shí)間對(duì)胡麻籽油提取率的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，粉碎時(shí)間在30～90 s時(shí)，胡麻籽油提取率隨粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，因?yàn)楹樽驯缺砻娣e變大，酶可作用的面積相應(yīng)增大，胡麻籽油提取率也相應(yīng)提高。但是隨著粉碎時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，胡麻籽油提取率反而降低。因?yàn)殡S粉碎時(shí)間延長(zhǎng)，破乳難度提高了，提取率降低[10]。因此，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中采用90 s的粉碎時(shí)間。

圖1 粉碎時(shí)間對(duì)胡麻籽油提取率的影響

2.4 單一酶對(duì)胡麻籽油提取率的影響

在單一酶添加量1.0%、液料比5∶1、各自酶最適pH和溫度、酶解2 h條件下，考察了不同酶對(duì)胡麻籽油提取率的影響，結(jié)果如圖2所示。

注：1.纖維素酶；2.半纖維素酶；3.果膠酶；4.戊聚糖酶；5.中性蛋白酶；6.風(fēng)味蛋白酶；7.復(fù)合蛋白酶；8.木瓜蛋白酶；9.菠蘿蛋白酶；10.β-葡聚糖酶；11.真菌α-淀粉酶；12.酸性蛋白酶；13.對(duì)照。

圖2 單一酶對(duì)胡麻籽油提取率的影響

由圖2可知，由于酶可以加速被蛋白質(zhì)或纖維素、半纖維素網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所包圍的脂質(zhì)體中油脂的釋放，所以在單一酶中，戊聚糖酶與中性蛋白酶處理胡麻籽仁后，胡麻籽油提取率相比對(duì)照依次提高了24.2個(gè)百分點(diǎn)和22.8個(gè)百分點(diǎn)，且差異顯著。故在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中上述兩種酶均被采用。

2.5 復(fù)合酶對(duì)胡麻籽油提取率的影響

在復(fù)合酶添加量1.2%、液料比9∶1、55℃pH 6酶解3 h的條件下，考察了中性蛋白酶和戊聚糖酶不同質(zhì)量配比對(duì)胡麻籽油提取率的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，上述兩種酶的復(fù)配對(duì)提高胡麻籽油提取率具有協(xié)同作用。酶復(fù)配組成為中性蛋白酶與戊聚糖酶質(zhì)量比2∶1時(shí)胡麻籽油提取率最高，表明該質(zhì)量配比的復(fù)合酶能夠有效地降解胡麻籽仁的細(xì)胞壁，從而使包埋在細(xì)胞內(nèi)的油脂及其他物質(zhì)最大程度地被釋放到水中。

注：復(fù)配1為質(zhì)量比1∶1；復(fù)配2為質(zhì)量比2∶1；復(fù)配3為質(zhì)量比3∶1；復(fù)配4為質(zhì)量比1∶2；復(fù)配5為質(zhì)量比1∶3。

圖3 中性蛋白酶與戊聚糖酶復(fù)配對(duì)胡麻籽油提取率的影響

2.6 復(fù)合酶添加量對(duì)胡麻籽油提取率的影響

在中性蛋白酶與戊聚糖酶質(zhì)量比2∶1、液料比9∶1、55℃ pH 6 酶解 3 h條件下，考察了復(fù)合酶添加量對(duì)胡麻籽油提取率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 復(fù)合酶添加量對(duì)胡麻籽油提取率的影響

由圖4可知，隨著復(fù)合酶添加量的增加，酶活性位點(diǎn)與底物接觸更多，使得胡麻籽油提取率提高。綜合考慮提取率和酶使用成本，確定復(fù)合酶添加量為1.2%。

2.7 響應(yīng)面法優(yōu)化水酶法提油工藝

通過(guò)前期實(shí)驗(yàn)，根據(jù)Design-expert 8.0.7.1軟件中心組合設(shè)計(jì)原理，以液料比(A)、酶解pH(B)、酶解溫度(C)、酶解時(shí)間(D)4個(gè)因素為自變量，選擇小因子矩陣，可旋轉(zhuǎn)類型(k<6)，α=1.68。每個(gè)因素取5個(gè)水平， 以 -1.68、-1、0、1、1.68 進(jìn)行編碼，以胡麻籽油提取率(Y)為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)因素水平見(jiàn)表3，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表4，方差分析見(jiàn)表5。

表3 實(shí)驗(yàn)因素水平

表4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

注：表中數(shù)據(jù)為兩次實(shí)驗(yàn)的平均值。

表5 方差分析

注：**差異極顯著，P<0.01；P>0.05差異不顯著。

對(duì)表4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性回歸二次多項(xiàng)式擬合，得到回歸方程：Y=0.86-0.022A2-0.053B2-0.023C2-0.030D2。

由表5可知，該模型P小于0.01，失擬項(xiàng)P大于0.05，說(shuō)明該實(shí)驗(yàn)方法較為可靠，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍苷鎸?shí)描述響應(yīng)值與各因素之間關(guān)系。液料比、酶解pH、酶解溫度及酶解時(shí)間的二次項(xiàng)對(duì)胡麻籽油提取率影響極顯著。

2.8 最佳實(shí)驗(yàn)條件的確定及驗(yàn)證

利用Design-expert 8.0.7.1統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)酶解條件進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)以上模型，優(yōu)化工藝參數(shù)為：液料比9.19∶1、酶解pH 5.94、酶解溫度53.62℃及酶解時(shí)間3.20 h，此條件下胡麻籽油提取率預(yù)計(jì)可達(dá)87.27%。在上述優(yōu)化條件下，重復(fù)3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，胡麻籽油提取率為86.73%。

3 結(jié) 論

本文以胡麻籽為原料，以胡麻籽油提取率為指標(biāo)，篩選出最適預(yù)處理方法為高壓高溫濕熱法，確定了最適粉碎時(shí)間90 s，篩選出最佳復(fù)合酶配比為中性蛋白酶與戊聚糖酶質(zhì)量比2∶1，復(fù)合酶用量為1.2%。通過(guò)前期實(shí)驗(yàn)及響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)得到最佳提取工藝為液料比9.19∶1、酶解pH 5.94、酶解溫度53.62℃及酶解時(shí)間3.20 h；在最佳工藝條件下胡麻籽油提取率為86.73%。本研究為水酶法提取胡麻籽油的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

[1] 董麗華,牛艷,趙銀寶,等.胡麻籽原料的質(zhì)量品質(zhì)對(duì)胡麻籽油品質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(10):5838-5957.

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Aqueous enzymatic extraction process of flaxseed oil

ZHANG Huiyan, LIU Zhuang, OUYANG Lingli, YAO Yaya, LI Huijing

(College of Food Science and Technology, Hebei Agricultural University, Baoding 071001, Hebei, China)

With flaxseed as raw material, flaxseed oil was extracted by compound enzymatic hydrolysis technology. The effects of pretreatment methods, grinding time, enzyme types, combination proportion of compound enzyme and dosage of compound enzyme on the extraction rate of flaxseed oil were studied. Based on the previous experiments, the ratio of liquid to material, enzymatic hydrolysis pH, enzymatic hydrolysis temperature and enzymatic hydrolysis time were optimized by response surface method. The results showed that high pressure and high temperature hydro-thermal pretreatment and grinding for 90 s at 10 000 r/min were beneficial for extraction of flaxseed oil. The optimal compound enzyme composition was mass ratio of neutrase to pentosanase 2∶1 and the optimal dosage was 1.2% (based on the mass of dehulled flaxseed). The optimal extraction parameters of flaxseed oil were obtained as follows: ratio of liquid to material 9.19∶1, enzymatic hydrolysis pH 5.94, enzymatic hydrolysis temperature 53.62℃ and enzymatic hydrolysis time 3.20 h. Under these conditions, the extraction rate of flaxseed oil could reach 86.73%.

aqueous enzymatic method; compound enzyme; response surface methodology; flaxseed oil

2016-09-23；

2017-02-09

河北省食品科學(xué)與工程學(xué)科“雙一流”建設(shè)基金項(xiàng)目(2016SPGCA18)

張會(huì)彥(1973)，女，實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)與工程(E-mail)1165660667@qq.com。

李慧靜，教授，博士(E-mail)huijingli2002@163.com。

TS224； TS225.19

A

1003-7969(2017)06-0005-04