烘烤對水酶法提取花生油品質(zhì)及乳狀液穩(wěn)定性的影響

劉 晨，李宇健，陳復(fù)生，張淑霞，江連洲

(1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州 450001； 2.鄭州海關(guān)技術(shù)中心，鄭州 450002；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，哈爾濱 150030)

水酶法提取花生油基本原理是花生在機(jī)械破碎基礎(chǔ)上加酶進(jìn)行酶解，使油脂易于從細(xì)胞中釋放，利用非油成分(蛋白質(zhì)和碳水化合物)對油和水親和力的差異及油水相對密度的不同將油與非油成分分離。油料的破碎程度是影響水酶法提取花生油的重要因素，油料破碎程度越大，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞越嚴(yán)重，細(xì)胞內(nèi)水溶性成分易于溶出釋放油脂，增加油料與酶的接觸面積，擴(kuò)大酶在料液中擴(kuò)散速率，促進(jìn)酶解反應(yīng)進(jìn)行[1-2]。研究發(fā)現(xiàn)，熱處理會破壞油料細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，有助于油脂釋放[3]。Yamamoto[4]、Dickey[5]等分析油料蒸煮前后細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)變化發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過蒸煮后各油料的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)均發(fā)生不同程度的破壞，有利于提高油脂提取率。

花生水酶法提油過程中，由于提取液含有豐富的蛋白質(zhì)和磷脂以及微小的細(xì)胞碎片，它們具有良好的表面活性，再加上提取和離心分離過程中的攪動(dòng)，無法避免產(chǎn)生大量穩(wěn)定的乳狀液，限制油脂的釋放。如果油料破碎程度過大，會增加頑固乳狀液形成，造成后續(xù)工藝中破乳困難[6]。Chabrand[7]、Wu[8]等研究發(fā)現(xiàn)，油料粉碎粒徑減小有利于油脂提取，但粉碎粒徑過小，導(dǎo)致游離油的釋放減少，增加破乳難度。趙自通[9]研究粉碎及烘烤預(yù)處理對乳狀液穩(wěn)定性的影響發(fā)現(xiàn)，乳狀液粒徑隨粉碎時(shí)間延長呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，烘烤花生較未烘烤花生形成的乳狀液粒徑更大，穩(wěn)定性更低，有利于后續(xù)破乳提取游離油。本研究通過研究烘烤預(yù)處理對水酶法提取花生油效率、花生油品質(zhì)及乳狀液穩(wěn)定性的影響，探討烘烤預(yù)處理在水酶法提油工藝中的應(yīng)用前景，以期為乳狀液的高效破乳提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

花生(粗脂肪50.62%，蛋白質(zhì)25.65%，粗纖維5.12%，水分5.42%，灰分2.39%)，購于鄭州市丹尼斯超市；復(fù)合植物水解酶Viscozyme L，丹麥諾維信(中國)有限公司。

Milli-Q超純水機(jī)，美國默克密理博公司；DHG-9246A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；FW-100高速萬能粉碎機(jī)；BSA224S-CW分析天平；THZ-82數(shù)顯水浴恒溫振蕩器；TDL-5-A低速離心機(jī)；LGJ-25冷凍干燥機(jī)；DZF-2B真空干燥箱；BT-9300H激光粒度分析儀；Waters 2695高效液相色譜儀，美國沃特斯公司；Agilent 6890N氣相色譜儀，安捷倫科技有限公司； FV3000激光共聚焦顯微鏡, 奧林巴斯株式會社。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 花生烘烤與粉碎

將脫皮花生在60、75、90、110、130、150℃條件下烘烤20 min，冷卻到室溫，粉碎10 s。經(jīng)粉碎后得到有黏性的花生粉，裝入不透光的自封袋密封，4℃冷藏備用。

1.2.2 花生粉碎粒徑測定

取0.5 g粉碎花生，放置于50 mL去離子水中。常溫振蕩20 min使粉碎花生分散均勻。用塑料吸管吸取分散均勻的料液，逐滴滴入激光粒度分析儀的樣品池中測定其體積平均粒徑和特征粒徑D90。

1.2.3 水酶法提取花生油

稱取粉碎花生20 g，按料液比1∶5加入去離子水，加入1.5%復(fù)合植物水解酶Viscozyme L，在50℃水浴振蕩器中振蕩2 h，沸水浴滅酶5 min，冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移到離心筒內(nèi)5 000 r/min離心20 min，分別得到含油乳狀層、水層和渣層。含油乳狀層放置于真空干燥箱50℃干燥8 h后稱重，利用索氏抽提法測定其油脂含量，參照GB 5009.5—2016測定蛋白質(zhì)含量，參照GB/T 5537—2008測定磷脂含量。含油乳狀層經(jīng)凍融處理后所得花生油用于花生油品質(zhì)測定。渣層經(jīng)冷凍干燥后采用索氏抽提法測定殘油率。

含油乳狀層得率=含油乳狀層干燥后質(zhì)量/花生質(zhì)量×100%

1.2.4 花生油品質(zhì)測定

1.2.4.1 花生油質(zhì)量指標(biāo)測定

水分及揮發(fā)物，GB 5009.236—2016；不溶性雜質(zhì)，GB/T 5529—1985；折光指數(shù)，GB/T 5527—2010；相對密度，GB/T 5518—2008；過氧化值，GB 5009.227—2016；皂化值，GB/T 5534—2008；酸價(jià)，GB 5009.229—2016。

1.2.4.2 脂肪酸組成測定

采用氣相色譜法測定花生油中的脂肪酸組成。脂肪酸甲酯化：參考GB 5009.168—2016。氣相色譜條件：色譜柱為HP-88毛細(xì)管柱(100 mm×0.25 mm×0.25 μm)；進(jìn)樣口溫度250℃；檢測器溫度280℃；氮?dú)饬魉? mL/min；氫氣流速30 mL/min；空氣流速400 mL/min；分流比50∶1；升溫程序?yàn)槌跏紲囟?70℃，以4℃/min升至220℃，再以1℃/min升至240℃；進(jìn)樣量2 μL。

1.2.4.3 VE含量測定

利用高效液相色譜法對花生油中VE含量進(jìn)行測定。樣品制備：精密稱取0.5～0.6 g油樣置于容量瓶中，加入適量甲醇(色譜純)超聲15 min，冷卻定容至10 mL，經(jīng)濾膜過濾后，進(jìn)液相小瓶，待進(jìn)樣。高效液相色譜儀(HPLC)測定條件：色譜柱(250 mm×1.6 mm)；流動(dòng)相為甲醇-水(體積比70∶30)；流速1.0 mL/min；進(jìn)樣量10 μL。

1.2.5 乳狀液粒徑測定

經(jīng)過離心得到的含油乳狀層立即用去離子水稀釋10倍后，滴入激光粒度分析儀的樣品池中進(jìn)行測定，折光指數(shù)達(dá)到1.5，得出含油乳狀層的體積平均粒徑。

1.2.6Zeta電位分析

經(jīng)過離心得到的含油乳狀層立即用去離子水稀釋10倍后，滴加到激光粒度分析儀的比色皿中，上機(jī)進(jìn)行檢測，得到含油乳狀層的Zeta電位。

1.2.7 激光共聚焦顯微鏡觀察

參考遲延娜[10]的方法，用無水乙醇配制0.01%尼羅紅染料，用丙酮配制0.1%異硫氰酸熒光素(FITC)染料，4℃下避光保存。取1 mL含油乳狀層放入5 mL的離心管中，分別滴加10 μL 0.01%尼羅紅和10 μL 0.1%FITC染料，充分混合均勻，滴加在凹槽載玻片上蓋好蓋玻片，將制備好的樣品固定在激光共聚焦顯微鏡的載物臺上，觀察其微觀結(jié)構(gòu)。

1.2.8 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均為3組平行試驗(yàn)測定的結(jié)果，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jìn)行差異顯著性分析，數(shù)據(jù)表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”，用Origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 烘烤溫度對花生粉碎粒徑的影響

Rosenthal[11]、Yusoff[12]等研究發(fā)現(xiàn)，粉碎是影響油脂提取率的關(guān)鍵因素，油料粉碎粒徑越小，油脂提取率越高。Li等[13]對花生進(jìn)行烘烤預(yù)處理發(fā)現(xiàn)，烘烤會降低花生水分含量,改變花生脆度和硬度，從而影響花生粉碎粒徑及其粒徑分布，在相同的粉碎條件下，烘烤后的花生比未烘烤花生更容易破碎。不同烘烤溫度的脫皮花生用萬能粉碎機(jī)粉碎10 s后花生粉碎粒徑與烘烤溫度的關(guān)系如圖1所示。

圖1 花生粉碎粒徑與烘烤溫度的關(guān)系

由圖1可知，隨著烘烤溫度由60℃升高到150℃，特征粒徑D90和體積平均粒徑均呈下降趨勢，特征粒徑D90從80.9 μm降低到50.86 μm，體積平均粒徑從33.98 μm降低到21.05 μm，下降幅度比較平緩。特征粒徑D90在烘烤溫度從60℃升高到90℃時(shí)下降幅度較大，粉碎的顆粒度更加均勻，說明適度的烘烤有助于花生粉碎，這與Rozalli等[14]研究的結(jié)果一致。

2.2 烘烤溫度對花生含油乳狀層得率和渣中殘油率的影響

對不同烘烤溫度處理的脫皮花生進(jìn)行了水酶法提取花生油的試驗(yàn)研究，烘烤溫度對含油乳狀層得率和渣中殘油率的影響如圖2所示。

注：標(biāo)有不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由圖2可知，隨著烘烤溫度的逐漸升高，水酶法提取得到的花生含油乳狀層得率呈先升高后下降的趨勢，烘烤溫度由60℃升高到90℃時(shí)，含油乳狀層得率上升顯著，從41.88%上升到48.15%。渣中殘油率隨著烘烤溫度升高呈先下降后上升的趨勢，烘烤溫度為90℃時(shí)，渣中殘油率最低，為9.87%,這說明適當(dāng)熱處理有利于花生油的提取?；ㄉ腿闋顚拥寐侍岣叩脑蚩赡苁菬崽幚韺?dǎo)致蛋白質(zhì)部分變性，使得原被束縛的油釋放出來，隨著烘烤溫度繼續(xù)升高，蛋白質(zhì)變性嚴(yán)重，蛋白溶解性降低，部分油被不溶性蛋白截留進(jìn)入渣中，導(dǎo)致含油乳狀層得率降低。烘烤溫度為90℃時(shí)，含油乳狀層得率達(dá)到最高，渣中殘油率最低，因此將90℃作為水酶法提取花生油的烘烤預(yù)處理溫度。

2.3 烘烤溫度對花生油品質(zhì)的影響

60℃是花生脫紅衣處理時(shí)所用烘烤溫度，將60℃烘烤與90℃烘烤后水酶法提取的花生油質(zhì)量指標(biāo)、脂肪酸組成及VE含量進(jìn)行比較，研究烘烤對花生油品質(zhì)的影響。

2.3.1 花生油的質(zhì)量指標(biāo)(見表1)

由表1可知，60℃烘烤與90℃烘烤花生油的水分及揮發(fā)物、不溶性雜質(zhì)、折光指數(shù)、相對密度、皂化值、酸價(jià)和過氧化值均沒有顯著性差異，符合GB 1534—2017壓榨一級油指標(biāo)。甘曉露[15]在研究烘烤溫度對水酶法提取花生油質(zhì)量的影響時(shí)也得出類似的結(jié)果。

表1 不同烘烤溫度水酶法花生油的質(zhì)量指標(biāo)

注：同行不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

2.3.2 花生油的脂肪酸組成(見表2)

表2 不同烘烤溫度水酶法花生油的脂肪酸組成及含量

由表2可知，60℃烘烤與90℃烘烤后水酶法提取的花生油中脂肪酸組成和含量均沒有顯著性差異，其中主要的不飽和脂肪酸為油酸和亞油酸，占總脂肪酸的79%左右。鄧博心[16]分別使用紅外、烘箱和微波對花生進(jìn)行適度預(yù)烘烤，研究了預(yù)烘烤對水酶法花生油品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)預(yù)烘烤對水酶法花生油的主要脂肪酸組成和含量無顯著性影響。Latif等[17]的研究也表明，不同熱處理方式、烘烤溫度和烘烤時(shí)間對水酶法芝麻油的肪肪酸組成無顯著性影響。

2.3.3 花生油的VE含量(見表3)

表3 不同烘烤溫度水酶法花生油的VE含量

VE是一種脂溶性維生素，同時(shí)也是一種天然的抗氧化劑[18]。天然VE根據(jù)苯環(huán)結(jié)構(gòu)上連接的甲基數(shù)目不同分為4種：α-、β-、γ-、δ-VE。對于人體的生物學(xué)活性依次為α-、β-、γ-、δ-VE，以α-VE最高。由表3可知，90℃烘烤水酶法提取的花生油中各類VE含量略低于60℃烘烤水酶法，但沒有顯著性差異。李鵬飛[19]將花生在210℃下烘烤20 min后水酶法提取的花生油中α-VE和δ-VE與未烘烤水酶法的花生油相比僅損失了1.53%和10.9%，與本研究結(jié)果相近。

2.4 燒烤溫度對花生含油乳狀層的組成、粒徑和Zeta電位的影響

在水酶法提取花生油過程中，形成大量穩(wěn)定的水包油型乳狀液，限制油的釋放。水酶法得到的含油乳狀層主要由水分、蛋白質(zhì)、油脂、磷脂等組成。不同烘烤溫度的花生含油乳狀層的組成、粒徑和Zeta電位見表4。

表4 不同烘烤溫度的花生含油乳狀層的組成、粒徑和Zeta電位

注：同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表4可知，烘烤溫度為60℃和90℃得到的含油乳狀層的組成基本相同，但是體積平均粒徑和Zeta電位具有顯著性差異。乳狀液粒徑和Zeta電位是衡量乳狀液穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，粒徑越大，乳狀液越易發(fā)生聚集融合，Zeta電位絕對值越小，帶電粒子的相互作用越弱，乳狀液越不穩(wěn)定；相反則說明乳狀液越穩(wěn)定。烘烤溫度為90℃得到的含油乳狀層體積平均粒徑達(dá)到了32.23 μm，遠(yuǎn)大于花生油脂體的粒徑，同時(shí)Zeta電位為-8.74 mV，穩(wěn)定性較差。而烘烤溫度為60℃得到的含油乳狀層體積平均粒徑為3.49 μm，與花生油脂體的粒徑大小相近，Zeta電位為-19.51 mV，穩(wěn)定性較好。綜合考慮，烘烤溫度為90℃得到的花生含油乳狀層穩(wěn)定性較差，較60℃烘烤預(yù)處理的更易于破乳。

2.5 花生含油乳狀層的微觀結(jié)構(gòu)

使用尼羅紅和異硫氰酸熒光素(FITC)分別對含油乳狀層中的油脂和蛋白質(zhì)染色后，激發(fā)熒光染料，通過激光共聚焦顯微鏡采集尼羅紅和FITC的熒光信號得到含油乳狀層的微觀結(jié)構(gòu)圖，對其進(jìn)行觀察和分析。圖3為不同烘烤溫度的花生含油乳狀層的微觀結(jié)構(gòu)放大圖。

注：(a)60℃烘烤，放大40倍；(b)90℃烘烤，放大20倍。

圖3 不同烘烤溫度的花生含油乳狀層的微觀結(jié)構(gòu)放大圖

由圖3(a)可知，60℃烘烤得到的水酶法花生含油乳狀層的油脂的粒徑大多小于10 μm，油滴被蛋白界面膜緊密地包裹起來，限制了油滴的聚集，因此乳狀液更加穩(wěn)定。由圖3(b)可知，90℃烘烤得到的水酶法花生含油乳狀層油脂的粒徑顯著大于60℃烘烤條件下的，且由許多小油滴匯聚成大的油滴，形狀呈不規(guī)則狀。這進(jìn)一步驗(yàn)證90℃烘烤得到的水酶法花生含油乳狀層較60℃烘烤預(yù)處理下的更易于破乳。

3 結(jié) 論

為提高花生油提取率，本研究將烘烤預(yù)處理應(yīng)用于水酶法工藝，研究了烘烤預(yù)處理對水酶法提取花生含油乳狀層得率、花生油品質(zhì)及形成的乳狀液穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)：隨著烘烤溫度的逐漸升高，水酶法提取得到的花生含油乳狀層得率呈先升高后下降的趨勢，烘烤溫度為90℃時(shí)，含油乳狀層得率最高，達(dá)到48.15%；渣中殘油率隨著烘烤溫度的升高呈先下降后上升的趨勢，烘烤溫度為90℃時(shí)，渣中殘油率最低，為9.87%。90℃和60℃烘烤花生油各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)、脂肪酸組成及含量均沒有顯著性差異。90℃烘烤花生油中各類VE含量略低于60℃烘烤花生油，但差異不顯著。90℃烘烤得到的水酶法花生含油乳狀層油脂的粒徑顯著大于60℃烘烤條件下的，且由許多小油滴匯聚成大的油滴，形狀呈不規(guī)則狀。90℃烘烤得到的水酶法花生含油乳狀層較60℃烘烤預(yù)處理的更易于破乳。