吐溫輔助水劑法制備花生油的原料預處理工藝研究

李萬山,章紹兵,索 婷,王 婧

(河南工業(yè)大學糧油食品學院,河南鄭州 450001)

花生是一種優(yōu)質油料作物[1],所含脂肪酸主要為不飽和脂肪酸[2]?；ㄉ偷奶崛》椒壳爸饕袎赫シ╗3]和浸出法[4]。壓榨法能夠保留其特殊風味,但提油率不高[5];浸出法提油率高,但溶劑殘留和環(huán)境污染問題已引起人們高度關注[6-7]。Sugarman[8]首先將水劑法應用到花生油提取的研究中。水劑法提油過程中還能提取蛋白,但會形成乳狀液降低清油提取率[9]。水酶法能夠對乳狀液進行有效破乳,但酶處理時間較長[10-11];同時,酶還會使蛋白發(fā)生水解,限制蛋白的應用[12]。因此,急需找到新的破乳方法改變水劑法提油工藝現(xiàn)狀。

表面活性劑輔助水劑法提取植物油的研究已有相關報道。郭玉寶等[13]利用十二烷基硫酸鈉(SDS)溶液提取花生油,冷凍破乳后清油總得率為94.62%。Sekhon等[14]利用0.02 mol/l SDS溶液提取芥花籽油,最高提油率為80%。SDS可以提高油脂得率,因其具有毒性會限制在食品中的應用[15]。吐溫20是一種食品級表面活性劑,Zhang等[16]用1.2%吐溫20溶液提取花生油,清油提取率高達76.1%,這與水酶法油脂得率基本一致[17],只是蛋白中吐溫20殘留量較高[18]。所以,如何降低表面活性劑用量并提高清油提取率將是該方法未來研究的方向。

目前,在花生水劑法研究中原料特性未受到足夠重視?；ㄉN類及儲藏時間,粉碎后的儲藏條件和紅衣等都可能影響油脂乳化和清油提取率。本文首先比較四種不同花生的水劑法工藝油脂得率,并通過制備花生蛋白模擬乳狀液分析蛋白乳化特性;進而以0.5%吐溫20溶液為提取介質(水作為參照),通過對粉碎后花生漿儲藏條件的研究,進而優(yōu)化花生的提油工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小白沙(新花生)(蛋白質含量23.53%,粗脂肪含量49.54%,水分含量5.56%)、大白沙(新花生)(蛋白質含量25.07%,粗脂肪含量49.81%,水分含量4.53%)、小白沙(陳花生)(蛋白質含量23.13%,粗脂肪含量46.88%,水分含量5.17%)、大白沙(陳花生)(蛋白質含量22.94%,粗脂肪含量50.86%,水分含量4.64%) 市售;花生油 山東魯花集團有限公司;十二烷基硫酸鈉(SDS)、氫氧化鈉、磷酸鹽、吐溫20 化學純。

水浴恒溫振蕩器 江蘇金怡儀器有限公司;DT5-4B型低速臺式離心機 北京時代北利離心機有限公司;BT-9300S激光粒度分布儀 丹東百特儀器有限公司;搖擺式粉碎機 浙江溫嶺創(chuàng)力藥材器械廠;UV-1600B型紫外可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司;恒溫磁力攪拌器 金壇市華峰儀器有限公司;FLUKO高速剪切乳化機 上海弗魯克流體機械制造有限公司;PHS-3C型pH計 上海大普儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 水劑法制備花生油和花生蛋白 參考婁麗麗等[19]的方法并有所改動。將花生用萬能粉碎機粉碎成漿狀,取20 g花生漿于250 mL離心杯中,1∶4加入水或0.5%吐溫20溶液,調pH至10,放入振蕩器中在50 ℃,150 r/min條件下振蕩40 min,之后放入離心機中在4000 r/min離心15 min,離心后會出現(xiàn)分層,從上至下依次為清油,乳狀液,水相,渣相。

1.2.1.1 制備花生清油 稱取清油和乳狀液于50 mL離心管,離心(4000 r/min,5 min),取清油稱重備用。

1.2.1.2 制備花生蛋白(純水提取) 收集水相調pH至10.5,靜置0.5 h取上清液,調pH至4.5靜置0.5 h,取沉淀水洗2次,真空冷凍干燥,將得到的花生蛋白保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 花生種類對水劑法工藝提取油脂的影響

1.2.2.1 四種不同花生水劑法工藝清油提取率的比較 采用1.2.1的方法得到四種不同花生清油,并計算比較花生清油提取率。

花生清油得率(%)=花生清油質量(g)/(花生漿質量(g)×花生粗脂肪含量(%))

式(1)

1.2.2.2 四種不同花生蛋白的乳化特性比較 a.花生蛋白模擬乳狀液(0.01 g/L)粒徑測定:設定粒度儀實部折射率1.46,虛部折射率0.1,吸取適量模擬乳狀液,用蒸餾水稀釋至折光率至8%～10%,測其粒徑D43。

b.花生蛋白模擬乳狀液(0.01 g/L)的乳化性質測定(乳化活性和乳化穩(wěn)定性):參考王穎佳等[21]的方法并有所改動。從b中制備好的模擬乳狀液中吸取60 μL底層模擬乳狀液,加入30 mL 0.1%SDS(十二烷基硫酸鈉)稀釋,混勻5 s,以SDS溶液為空白,500 nm處測定吸光度(E1),30 min后相同條件下測定吸光度(E2)。蛋白質的乳化能力以乳化活性指數(shù)(EAI)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)(ESI)表示,重復3次取平均值。

式(2)

式中,c為模擬乳狀液中蛋白質質量濃度,g/mL;φ為油體積分數(shù);L為比色皿光徑1 cm,E1為0 min吸光度。

式(3)

式中,T為模擬乳狀液放置時間,E1為0 min吸光度,E2為30 min吸光度。

1.2.3 花生預處理對水劑法工藝花生清油提取率的影響

1.2.3.1 花生儲藏溫度和時間對花生清油提取率的影響 將未經(jīng)處理的花生充分粉碎成漿狀后分別在4 ℃、室溫和37 ℃條件下儲藏0、2、4、6、8 d后進行油脂提取,測定不同花生儲藏溫度和時間對花生清油提取率的影響。

1.2.3.2 花生烘烤及脫紅衣對花生清油提取率的影響 將未脫紅衣的花生放烘箱中60 ℃烘烤4 h脫去紅衣,對照組為不烘烤花生和烘烤4 h不脫紅衣的花生,將所得花生粉碎后室溫儲藏2 d后進行油脂提取,測定不同花生烘烤及脫紅衣對花生清油提取率的影響。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗結果以兩次以上實驗的平均值表示,并使用SPSS 23軟件進行數(shù)據(jù)分析,P<0.05表示差異顯著。

2 結果與討論

2.1 花生種類對水劑法工藝清油提取率的影響

2.1.1 四種不同花生水劑法工藝清油提取率的比較 由圖1可知,不同種類花生采用純水提油時清油提取率差異較大。小白沙(新)和大白沙(新)的花生清油提取率顯著(P<0.05)低于小白沙(陳)和大白沙(陳),結果說明與新花生相比,儲藏一年以上的陳花生在水劑法工藝中油脂乳化程度更輕。一般來說,蛋白質是水劑法工藝中油脂產生乳化的重要因素[22]。因此,為探尋不同花生清油提取率存在明顯差異的原因,本文對這四種花生中提取出的蛋白乳化特性進行了分析和比較。

圖1 四種不同花生的清油提取率(純水提取)Fig.1 Free oil yields of four different peanuts(pure water extraction)注:字母不同代表有顯著性差異,P<0.05;圖2～圖8同。

2.1.2 四種不同花生蛋白的乳化特性比較 由圖2可知,用四種花生蛋白制備的模擬乳狀液粒徑比較接近,其D43均在8～10 μm范圍內。一般來說,乳狀液粒徑越小,乳狀液的乳化性質越好[23]。小白沙(新)花生蛋白制備的模擬乳狀液D43要比其他三種模擬乳狀液大(P<0.05),說明該蛋白的乳化性質相對較差。而其他三種花生蛋白乳狀液D43之間并無顯著差異。

圖2 四種不同花生蛋白的乳狀液粒徑(D43)Fig.2 Emulsion droplet size of four different peanut proteins(D43)

由圖3可知,小白沙(新)花生蛋白的乳化活性指數(shù)(EAI)顯著(P<0.05)低于其他花生蛋白,這與模擬乳狀液粒徑測定結果一致,進一步說明其乳化性能更差。兩種陳花生蛋白的EAI明顯高于兩種新花生蛋白。圖4表明,兩種陳花生蛋白的乳化穩(wěn)定性指數(shù)(ESI)也顯著(P<0.05)高于兩種新花生蛋白。由前文可知,兩種陳花生用水提取油脂時乳化程度更輕,而這與蛋白質EAI和ESI的測定結果似乎存在矛盾。其可能原因推測如下:用于測定乳化性質的花生蛋白不能完全代表水劑法過程中參與乳化的花生蛋白;除了蛋白質以外,花生中還有其他關鍵化學成分(如磷脂等)影響水劑法過程中油脂的乳化程度。李楊等[24]用磷脂酶處理生物解離大豆乳狀液過程中發(fā)現(xiàn),用磷脂酶處理可以水解油脂表面的磷脂,進而可以降低乳狀液的穩(wěn)定性。總而言之,在四種花生中大白沙(陳)的清油提取率最高,這可能與其特殊的原料性質密切相關。在下面研究中將以大白沙(陳)為實驗原料,進一步研究花生預處理對純水以及吐溫20溶液提取花生清油提取率的影響。

圖3 四種不同花生蛋白的EAIFig.3 EAI of four different peanut proteins

圖4 四種不同花生蛋白的ESIFig.4 ESI of four different peanut proteins

2.2 花生預處理對水劑法工藝清油提取率的影響

2.2.1 花生漿儲藏溫度和時間對清油提取率的影響 由圖5可知,在4 ℃條件下,以水為提油介質,隨著儲藏時間增加,清油提取率逐漸升高,在儲藏到第8 d時清油提取率最高達到49%,比不儲藏時油脂得率增加了39%。這說明隨著儲藏時間增加,花生漿中原先和蛋白有一定結合的油脂分子可能會發(fā)生解離[25],極性相似的油脂分子最終相互聚集到一起,從而減少了乳化油脂的數(shù)量?；ㄉ鷿{儲藏0～2 d,以吐溫20溶液為提油介質清油提取率顯著升高(P<0.05),說明吐溫20的輔助破乳作用明顯,原因可能與吐溫20和蛋白在界面上競爭吸附有關[26]。進一步延長儲藏時間,吐溫20溶液的清油提取率增加變緩,在第8 d時清油提取率最高約為59%。

圖5 4 ℃下花生漿儲藏時間對花生清油提取率的影響Fig.5 Effect of storage time of peanut paste on free oil yield of peanuts at 4 ℃

由圖7可知,進一步提高儲藏溫度后(37 ℃),以水為提油介質的清油提取率與室溫儲藏時的清油提取率(圖6)差異并不顯著,這說明溫度發(fā)揮促進油脂聚集的作用可能是有限的。與前面研究結果相似,以吐溫20溶液為提油介質的清油提取率有明顯升高,在儲藏時間為第6 d時達到最大值約為71%。

圖6 室溫下花生漿儲藏時間對花生清油提取率的影響Fig.6 Effect of storage time of peanut paste on free oil yield of peaunts at room temperature

圖7 37 ℃下花生漿儲藏時間對花生清油提取率的影響Fig.7 Effect of storage time of peanut paste on free oil yield of peaunts at 37 ℃

2.2.2 花生烘烤及脫紅衣對清油提取率的影響 由圖8可知,經(jīng)過脫紅衣處理后,花生清油提取率有很大程度的降低,這說明花生紅衣的存在與否嚴重影響到油脂的乳化程度?；ㄉ鷿{中紅衣的存在(通常難以被徹底粉碎)可能會在油脂和蛋白分子之間形成障礙,限制振蕩提油時蛋白發(fā)揮乳化作用,進而提高了清油提取率,這與易建華等[27]關于核桃的研究結果是一致的。對于脫紅衣花生,即使采用吐溫20溶液為提油介質也無法增加清油提取率。因為脫紅衣前采用了低溫60 ℃烘烤,所以為明確烘烤處理過程是否對清油提取率產生影響,將花生進行了烘烤但不脫紅衣處理后進行提油。結果發(fā)現(xiàn)以水為提油介質,烘烤不脫紅衣的花生清油提取率與未處理的花生清油提取率相比有明顯的降低,這可能是蛋白乳化作用增強所致。以吐溫20溶液為提油介質,烘烤未脫紅衣的花生清油提取率與未處理花生清油提取率相比卻有顯著升高(P<0.05),說明60 ℃烘烤花生后(不脫紅衣)有利于吐溫20進一步發(fā)揮破乳作用。

圖8 低溫烘烤及脫紅衣對花生清油提取率的影響Fig.8 Effect of low temperature roasting and removal skin on free oil yield of peanuts

3 結論

通過對四種不同種類花生的研究發(fā)現(xiàn),大白沙(陳)花生水劑法清油提取率最高;通過制備花生蛋白模擬乳狀液測定乳化性質的研究發(fā)現(xiàn),大白沙(陳)花生蛋白乳化性質反而更好。對花生漿儲藏研究發(fā)現(xiàn),合適的儲藏時間(2～6 d)和儲藏溫度(室溫或37 ℃)能夠促進油脂相互聚集并最終提高清油提取率;隨著儲藏時間的延長,油脂分子進一步聚集,吐溫輔助破乳的作用會降低。低溫烘烤脫紅衣處理極大地降低了花生清油提取率,而烘烤不脫紅衣處理可以更好發(fā)揮吐溫輔助破乳的作用,進一步提高花生清油提取率。