粉碎處理對水酶法提取花生營養(yǎng)成分及其組成影響規(guī)律研究

李宇健，陳復(fù)生，郝莉花，夏義苗，趙自通(河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州 450001)

水酶法的原理是采用能降解油料植物細胞壁，或?qū)χ鞍?、脂多糖等大分子?fù)合物具有水解作用的酶來處理油料，破壞其組織結(jié)構(gòu)、水解大分子復(fù)合體，并利用非油成分對水和油親和力不同以及水油的密度差將油脂和蛋白質(zhì)分離出來[1]?；ㄉ械闹饕煞譃橛椭偷鞍踪|(zhì)，其子葉的含油細胞中儲存著花生的脂肪和蛋白質(zhì)?；ㄉ杏椭拇嬖谛问綖橹睆?.1 μm的油脂體，蛋白質(zhì)的存在形式為直徑2～10 μm 的蛋白體亞細胞[2]。因此，在水酶法工藝中，油料的粉碎程度對提高油料有效成分的得率起著重要作用。采用機械粉碎，最大程度破壞油料細胞，作為水酶法預(yù)處理工藝十分關(guān)鍵[3]。機械粉碎可降低油料的粒度、破壞油料的細胞壁，使細胞內(nèi)有效成分易于釋放，有利于物料與酶接觸面積的增加，提高酶的作用效果[4]。

朱凱艷等[5]研究花生粉碎程度對花生水酶法提取油脂和水解蛋白得率以及提油過程所得乳狀液穩(wěn)定性的影響，用蛋白酶提取花生水解蛋白和油脂，得率分別為77.5%和88.8%。但目前使用纖維素酶對粉碎處理后花生營養(yǎng)成分及組成影響規(guī)律的研究鮮有人探討。本試驗使用纖維素酶研究花生粉碎程度對水酶法提取油脂和蛋白質(zhì)的影響，利用高效液相色譜和氣相色譜分析比較花生中氨基酸、α-維生素E和花生油中脂肪酸含量的變化規(guī)律，分析粉碎程度對花生營養(yǎng)成分的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

花生購于鄭州市丹尼斯超市，去殼后貯存于4℃冰箱待用。37種脂肪酸甲酯混標(biāo)，上海安譜公司；異辛烷、氫氧化鈉、甲醇，色譜純；纖維素酶，丹麥諾維信(中國)有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

BT-9300H激光粒度分布儀；Waters2695高效液相色譜儀，配Waters 氨基酸分析包，美國沃特斯公司；Agilent 6890N氣相色譜儀，配FID檢測器，SP-2560毛細管柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；純凈儀，美國默克密理博公司；DHG-9246A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；FW-100型高速萬能粉碎機；BSA224S-CW型分析天平；THZ-82型數(shù)顯水浴恒溫振蕩器；K1100全自動凱氏定氮儀；FM200均質(zhì)機；TDL-5-A型低速離心機；LGJ-25型冷凍干燥機；DZF-2B型真空干燥箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 主要成分測定

水分含量測定：參照GB/T 5009.3—2003測定；粗脂肪含量測定：參照GB/T 5009.6—2003測定；粗蛋白質(zhì)含量測定：參照GB/T 5009.5—2003測定；灰分含量測定：參照GB/T 5009.4—2003測定。

1.2.2 不同方式粉碎去皮花生

將去皮花生以兩種方式粉碎，第一種是將去皮花生粉碎1～7次，每次的粉碎時間為2 s(±0.5 s)；第二種是將去皮花生粉碎不同時間，2 s遞增，粉碎時間分別為2～14 s(±0.5 s)。

1.2.3 花生粉碎后粒徑的測定

取0.5 g粉碎后的花生，放置于50 mL去離子水中。常溫振蕩20 min使粉碎的花生均勻分散在液體中。將料液滴入激光粒度分布儀的樣品池中進行測定，得出體積平均粒徑。

1.2.4 花生粉碎后脂肪酸含量變化測定

參照GB 5009.168—2016，將粉碎的花生用索氏提取裝置提取油脂，并用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器揮干殘留的有機溶劑，過程中充氮氣保護。將提取的油脂用2%氫氧化鈉甲醇溶液于80℃±1℃水浴上回流甲酯化，直至油滴消失，再加入15%三氟化硼甲醇溶液繼續(xù)回流2 min，此過程中充氮氣保護。甲酯化結(jié)束后，加入正庚烷和飽和氯化鈉水溶液，靜置分層，取上層正庚烷層，并用無水硫酸鈉脫除水分。取正庚烷提取液上Agilent 6890N氣相色譜儀測定脂肪酸組成。

1.2.5 花生粉碎后氨基酸含量變化測定

按照GB 5009.124—2016的方法測定。稱取粉碎后的花生2～5 g于水解管中，加入鹽酸4 mL(12 mol/L)，在110℃水解22 h，用高效液相色譜儀分析氨基酸組成。

1.2.6 花生粉碎后α-維生素E含量變化測定

按照GB/T 5009.82—2003的方法測定。準(zhǔn)確稱取1～10 g粉碎花生，置于皂化瓶，加30 mL無水乙醇攪拌使其分散均勻。加5 mL 10%抗壞血酸，苯并芘標(biāo)準(zhǔn)液2.00 mL，混勻。加入10 mL氫氧化鉀，混勻。于沸水浴回流30 min使其完全皂化。皂化后立即放入冰水中冷卻。將皂化后的試樣移入分液漏斗中，用50 mL水分2～3次洗皂化瓶，洗液并入分液漏斗中。用約100 mL乙醚分2次洗滌皂化瓶及殘渣，乙醚液并入分液漏斗中。用約50 mL水洗分液漏斗中的乙醚層，用pH試紙檢驗直至水層不顯堿性。后經(jīng)濃縮取上清液供液相色譜分析。

色譜條件：SinoChrom Si60色譜柱(5 μm，4.6 mm×25 cm)；流動相為98%甲醇和2%水；流速為1.7 mL/min；RF-510LC檢測器波長300 nm；進樣量20 μL。

1.2.7 水酶法提取花生油和蛋白質(zhì)

稱取20 g不同粉碎方式的去皮花生，加入100 mL 的去離子水，用均質(zhì)機均質(zhì)使花生原料均勻分散在液體中，按20 U/g向原料中加入纖維素酶，50℃振蕩酶解2 h，后將料液離心(20 min，4 000 r/min)，分離得到油、乳狀液、蛋白水解液和渣。

1.2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析，不同處理組采用One-Way方差分析(ANOVA)和Duncan’s multiple range tests(P<0.05)分析方法進行差異顯著性分析，數(shù)據(jù)表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”。

2 結(jié)果與討論

2.1 花生的主要成分

去皮花生的主要成分分析結(jié)果如表1所示。由表1可知，在去皮花生中，粗脂肪和粗蛋白質(zhì)的含量占花生總質(zhì)量的75%以上。

表1 去皮花生的主要成分 %

2.2 粉碎次數(shù)與粉碎時間對粒徑的影響

花生體積平均粒徑與粉碎次數(shù)和粉碎時間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 花生體積平均粒徑與粉碎次數(shù)和粉碎時間的關(guān)系

由圖1(A)可知，粉碎花生的體積平均粒徑隨著粉碎次數(shù)的增加逐步降低，前4次的粉碎花生體積平均粒徑迅速降低，從60 μm降低至27 μm。之后粉碎花生體積平均粒徑下降速度減緩，第7次粉碎后，粉碎花生花體積平均粒徑降低到19 μm。由圖1(B)可知，隨著粉碎時間的延長，8 s以前粉碎花生的體積平均粒徑持續(xù)下降，與圖1(A)有相似的趨勢，8～12 s粉碎花生的體積平均粒徑降低趨勢減緩。物料粉碎通常用物理方法來克服物料內(nèi)部的結(jié)合力，使其破碎達到一定粒度。根據(jù)原料和成品顆粒粒度，粉碎可分為粗粉碎、細粉碎、微粉碎和超微粉碎4種類型(見表2)。由表2可知，本試驗的粉碎類型屬于微粉碎。

表2 粉碎類型[6]

對比兩種粉碎方法，在粉碎條件、累積時間相同的情況下，兩種粉碎花生的體積平均粒徑分布無明顯差別?；ㄉ械挠椭偷鞍踪|(zhì)主要集中于長70 μm、寬40 μm的花生子葉含油細胞中，粉碎時間短會造成粉碎的花生顆粒不均勻，有大量未被破碎的顆粒。在使用纖維素酶進行水酶法提取花生中油脂和蛋白質(zhì)的過程中，粉碎花生的粒徑過大或過小都會產(chǎn)生影響，粉碎顆粒過大，纖維素酶能接觸的作用位點少；反之，粉碎顆粒過小，纖維素酶對花生細胞壁的作用對提取率的影響就會減小而變得不明顯，而且會使乳化現(xiàn)象加重，不利于提高提取率。

2.3 粉碎時間對殘油率和蛋白質(zhì)得率的影響

粉碎時間對蛋白質(zhì)得率和殘油率的影響如圖2所示。

注：圖中標(biāo)有不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

圖2不同粉碎時間對殘油率和蛋白質(zhì)得率的影響

由圖2(A)可知，隨著粉碎時間的延長，花生渣中的殘油率持續(xù)降低。在粉碎初期，花生渣中的殘油率很高，這是因為粉碎的花生顆粒粒徑過大，導(dǎo)致渣中還有大顆粒的花生原料，其中的油脂沒有通過水酶法的作用被釋放出來。在粉碎時間為10 s時，粉碎花生的體積平均粒徑減小到32 μm左右，此時花生渣的殘油率較低，為14.8%。

水酶法提油的同時能得到高質(zhì)量的蛋白質(zhì)。由圖2(B)可知，隨著粉碎時間的延長，蛋白質(zhì)得率出現(xiàn)了先升高后降低的趨勢，在粉碎時間為10 s時，蛋白質(zhì)得率達到最高，為70.5%，蛋白質(zhì)得率增加最大幅度在粉碎時間為4～6 s時，即粉碎花生體積平均粒徑從48 μm降低到40 μm。粉碎時間超過10 s后，蛋白質(zhì)得率有些許下降，這證明了粉碎花生的體積平均粒徑進一步減小時，花生含油細胞中的油脂體被破碎，油脂釋放出來與蛋白質(zhì)在水相發(fā)生乳化現(xiàn)象，所以蛋白質(zhì)得率下降，同時增加了乳狀液破乳的難度，這也會影響油脂的得率。

2.4 粉碎時間對脂肪酸的影響

油脂中的脂肪酸決定了油脂主要的營養(yǎng)功能，花生油中不飽和脂肪酸含量很高，其中主要是油酸(C18∶1)和亞油酸(C18∶2)，還有少量的花生烯酸(C20∶1)、棕櫚油酸(C16∶1)、亞麻酸(C18∶3)。飽和脂肪酸主要為棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、花生酸(C20∶0)、山崳酸(C22∶0)、木焦油酸(C24∶0)。以花生油中主要的3種不飽和脂肪酸(C18∶1、C18∶2、C20∶1)總和與主要的4種飽和脂肪酸(C16∶0、C18∶0、C20∶0、C22∶0)總和的變化反映粉碎時間對花生油中脂肪酸含量變化的影響。粉碎時間對花生油中脂肪酸含量的影響規(guī)律如表3所示。

表3 不同粉碎時間對花生油中主要脂肪酸含量的影響

由表3可知，隨著粉碎時間由2 s延長到12 s，花生油生飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸都有微弱的下降趨勢，飽和脂肪酸含量下降了8.4%，不飽和脂肪酸含量下降了4.4%?；ㄉ椭泻械姆词街舅崾欠词接退?、反式亞油酸，其含量隨著粉碎時間由 2 s 延長至12 s，增加了140%。這可能是因為粉碎后的花生含油細胞破裂而釋放油脂，油脂與氧氣接觸，脂肪酸發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致脂肪酸含量下降。因此，在花生粉碎時，粉碎時間不宜過長。反式脂肪酸含量升高可能是因為粉碎過程中粉碎機高速旋轉(zhuǎn)，使得粉碎花生溫度升高。在高溫條件下發(fā)生不飽和脂肪酸異構(gòu)化，主要是由于活化能的熱能作用下使順式結(jié)構(gòu)發(fā)生異構(gòu)化[7]。許多研究表明大量食用含反式脂肪酸的食物會加速動脈粥樣硬化，容易導(dǎo)致心腦血管疾病、冠心病、糖尿病和老年癡呆等疾病[8]。

2.5 粉碎時間對氨基酸的影響

Monteiro等[9]研究表明，花生各組分蛋白質(zhì)均含有18種氨基酸，包括人體必需的8種氨基酸。其中總蛋白中半胱氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、賴氨酸含量低，天冬氨酸、谷氨酸、絲氨酸、甘氨酸、精氨酸、亮氨酸含量較高。粉碎時間對花生中氨基酸含量的影響規(guī)律如表4所示。

表4 不同粉碎時間對花生中主要氨基酸含量的影響

注：同行標(biāo)有不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表4可知，隨著粉碎時間的延長，6種主要氨基酸的含量都有不同程度下降，其中絲氨酸下降最多，粉碎時間14 s與粉碎時間4 s時比，絲氨酸含量從14.65 mg/g下降到9.95 mg/g，降低了32.1%。在粉碎時間從4 s延長到6 s時，除了亮氨酸外其他幾種主要氨基酸的含量都有顯著的下降。天冬氨酸、谷氨酸和精氨酸在粉碎時間從6 s延長到8 s時，含量也都有顯著的下降，各主要氨基酸含量在 8 s 后下降的趨勢變緩?；ㄉ邪被峥偭侩S粉碎時間的變化如圖3所示。

由圖3可知，氨基酸總量隨著粉碎時間的延長逐步下降，由307.5 mg/g降低到269.9 mg/g，下降了12.2%。粉碎時間由4 s延長到6 s時氨基酸總量下降趨勢顯著。這可能是隨著粉碎花生粒徑逐步降低，花生蛋白中的氨基酸受到物理作用力的影響，氨基酸結(jié)構(gòu)被破壞進而其含量降低。有研究表明隨著溫度的升高，天冬氨酸、丙氨酸、谷氨酸、絲氨酸含量會降低[10]。

圖3 花生中氨基酸總量隨粉碎時間的變化

2.6 粉碎時間對α-維生素E含量的影響

維生素E是人體必須從外界獲取的必要維生素之一，對于植物本身具有提高其抗氧化性、延長種子壽命的作用[11]，但是粉碎過程是否會對其含量產(chǎn)生影響，目前研究報道較少。粉碎時間對花生中α-維 生素E含量的影響如表5所示。

表5 不同粉碎時間對花生中α-維生素E含量的影響

由表5可知，花生中α-維生素E含量隨著粉碎時間的延長而升高，但升高的幅度很小。這可能是粉碎處理使得α-維生素E更容易被釋放出來。鞠陽[12]研究發(fā)現(xiàn)，微波處理后油料中的維生素E含量有一定程度的升高。甘曉露等[13]研究發(fā)現(xiàn)，隨著烘烤溫度的升高(130～220℃)，水酶法提取的花生油中的α-維生素E含量先呈現(xiàn)下降趨勢，而后隨著溫度升高逐漸上升。

3 結(jié) 論

使用小型高速萬能粉碎機粉碎去皮花生，相同粉碎時間情況下單次和多次粉碎的花生體積平均粒徑?jīng)]有顯著區(qū)別。粉碎花生體積平均粒徑隨著粉碎時間的延長而減小，粉碎時間為10 s時，粉碎花生體積平均粒徑下降到32 μm左右，此時蛋白質(zhì)得率達到最高，為70.5%，殘油率較低，為 14.8%。繼續(xù)延長粉碎時間，粉碎花生體積平均粒徑過小會導(dǎo)致乳化現(xiàn)象加重，蛋白質(zhì)得率出現(xiàn)降低的趨勢。

隨著粉碎時間的延長，花生油中脂肪酸和花生中氨基酸發(fā)生氧化，粉碎時間由2 s延長到12 s時花生油中的飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸含量分別下降了8.4%和4.4%，反式脂肪酸含量增加了140%；α-維 生素E含量略微升高。綜合考慮，當(dāng)粉碎時間為10 s，粉碎花生體積平均粒徑達到32 μm左右時，花生中營養(yǎng)物質(zhì)的損失相對較小，適合作為最優(yōu)的粉碎條件用于水酶法提取花生油和蛋白質(zhì)的研究。

[1] 吳祥庭. 酶法提油技術(shù)的研究進展[J]. 糧油食品科技, 2006, 14(6):41-42.

[2] 程紅焱, 宋松泉. 種子的貯油細胞器——油體及其蛋白[J]. 植物學(xué)通報, 2006, 23(4):418-430.

[3] 李楊, 張雅娜, 齊寶坤,等. 水酶法提油工藝的預(yù)處理方法研究進展[J]. 中國食物與營養(yǎng), 2013, 19(12):24-28.

[4] 孫紅. 油茶籽油水酶法制取工藝研究[D].北京:中國林業(yè)科學(xué)研究院,2011.

[5] 朱凱艷, 張文斌, 楊瑞金,等. 粉碎處理對花生水酶法提取油脂和蛋白質(zhì)的影響[J]. 食品與機械, 2012, 28(2):119-122.

[6] 劉樹立, 王華. 超微粉碎技術(shù)的優(yōu)勢及應(yīng)用進展[J]. 干燥技術(shù)與設(shè)備, 2007，5(1):35-38.

[7] 李昌模, 張鈺斌, 李帥,等. 反式脂肪酸生成機理的研究[J]. 中國糧油學(xué)報, 2015, 30(7):141-146.

[8] Food and drug administration. Food labeling:transfatty acids in nutrition labeling, nutrient content claims, and health claims. Final rule[J]. Fed Regist, 2003, 68(133):41433-41506.

[9] MONTEIRO P V, PRAKASH V. Effect of proteases on ara-chin, conarachin I, and conarachin II from peanut (ArachishypogaeaL.)[J]. J Agric Food Chem, 1994, 42(2):268-273.

[10] 易弋, 韋陽道, 鄧春,等. 氨基酸殘基在蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性機制中的研究進展[J]. 廣西科技大學(xué)學(xué)報, 2015, 26(4):1-5.

[11] SATTLER S E, GILLILAND L U, MAGALLANES-LUN-DBACK M, et al. Vitamin E is essential for seed longevity and for preventing lipid peroxidation during germination[J]. Plant Cell, 2004, 16(6):1419-1432.

[12] 鞠陽. 微波處理對油料結(jié)構(gòu)及油脂品質(zhì)和風(fēng)味的影響[D].鄭州： 河南工業(yè)大學(xué), 2015.

[13] 甘曉露, 章紹兵, 陸啟玉,等. 烘烤溫度對水酶法提取花生油質(zhì)量的影響[J]. 中國油脂, 2012, 37(8):12-15.