濃香花生油脂體的提取工藝優(yōu)化及品質(zhì)分析

張麗霞，魏松麗，朱閃閃，孫 強，蘆 鑫, 孫曉靜，金 璐

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，鄭州 450002； 2.開封市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試中心，河南 開封 475004)

花生是我國主要的油料作物之一，也是國民食用油脂和蛋白質(zhì)的重要來源。我國41%～47%的花生用于榨油[1]，花生加工業(yè)存在產(chǎn)業(yè)鏈短、缺乏精深加工等問題[2]。隨著國內(nèi)對花生加工產(chǎn)品消費需求持續(xù)增長，加快花生產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需求更加迫切。花生油脂體是花生中儲存脂肪的重要細(xì)胞器，由磷脂、油體蛋白和中性脂組成[3]，具有風(fēng)味清香、乳化性好、穩(wěn)定性佳等特點，在食品、化妝品、飼料及醫(yī)藥等行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景[4-5]。因此，進(jìn)行花生油脂體相關(guān)研究對提高花生產(chǎn)業(yè)的科技水平具有現(xiàn)實意義。

濃郁、獨特的烘烤香氣是花生產(chǎn)品備受歡迎的重要原因之一，因而開發(fā)濃香花生油脂體對于提高油脂體的工業(yè)轉(zhuǎn)化率和應(yīng)用價值尤為必要，但目前國內(nèi)相關(guān)研究報道較少。有研究[6]對比了烘箱烘烤、微波加熱和紅外輻射3種預(yù)處理方式對花生油脂體的增香效果，結(jié)果表明紅外輻射預(yù)處理制備的花生油脂體香氣強度最大，油脂體持水能力和乳化性顯著增加。也有研究[7]對濃香花生油脂體的香氣成分進(jìn)行分析，篩選出了2-乙基-6-甲基吡嗪、N-甲基吡咯等10種特征風(fēng)味物質(zhì)。這些研究為濃香花生油脂體的開發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)，但未對制備工藝作進(jìn)一步探討，且缺乏對濃香花生油脂體品質(zhì)的科學(xué)評價。酶法是提取花生油脂體的常用方法[8-9]，將提取普通花生油脂體的最佳工藝參數(shù)應(yīng)用于提取濃香花生油脂體，得率低，這可能與加熱對花生細(xì)胞壁[10]及組成成分[11]的影響有關(guān)。Farah等[12]研究表明，焙烤對花生油脂體的外觀、功能特性及蛋白膜有顯著影響。因此，有必要對濃香花生油脂體的品質(zhì)作進(jìn)一步分析。

本文以紅外輻射預(yù)處理的烘烤花生仁為原料，研究液料比、加酶量、酶解時間和酶解溫度對濃香花生油脂體得率的影響，通過響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化提取工藝，并對所得濃香花生油脂體進(jìn)行理化指標(biāo)、氨基酸組成等品質(zhì)分析，以期為花生油脂體的工業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

花生仁，品種為豫花37，河南邦農(nóng)種業(yè)有限公司提供。復(fù)合酶(纖維素酶、果膠酶與木聚糖酶比例為63∶24∶13)[13]，自制；纖維素酶(酶活2.0×104U/g)、果膠酶(酶活3.0×104U/g)、木聚糖酶(酶活3.0×104U/g)，購于龐博生物工程有限公司；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、鹽酸等，為分析純；去離子水，實驗室自制。

1.1.2 儀器與設(shè)備

T-18-DS-25型數(shù)顯高速分散機，德國艾卡有限公司；納米粒度與固體表面Zeta電位分析儀，美國麥可奇有限公司；Hitachi 835-50氨基酸分析儀，日本日立公司；DXF-060型手提式中藥粉碎機，廣州市大祥電子機械設(shè)備有限公司；PL203型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；SHA-B型水浴恒溫振蕩器；DL-5-B型大容量低速離心機。

1.2 試驗方法

1.2.1 濃香花生油脂體的提取工藝

將花生仁平鋪一層置于140℃紅外烘烤箱中烘烤30 min，取出冷卻至室溫后脫紅衣，得到紅外烘烤增香預(yù)處理花生[6-7]，備用。稱取紅外烘烤增香預(yù)處理花生80 g，高速粉碎機粉碎后過0.15 mm(100目)篩，得到花生粉，備用。向花生粉中加入一定量去離子水，攪拌均勻后以12 000 r/min均質(zhì)5 min，再加入適量復(fù)合酶，調(diào)節(jié)pH為5.5，并將其放入恒溫水浴中酶解一定時間。酶解完成后取出，置于90 ℃恒溫水浴中滅酶10 min，待其冷卻至室溫，于4 500 r/min 離心10 min，收集上層，即得新鮮濃香花生油脂體，冷凍干燥后得到干基濃香花生油脂體。

同時取等量未經(jīng)紅外烘烤增香預(yù)處理的花生仁，按照上述工藝制備花生油脂體，作為對照組。

1.2.2 花生油脂體得率的計算

花生油脂體的得率(Y)按式(1)計算。

(1)

式中：m為干基花生油脂體質(zhì)量，g；M為紅外烘烤增香預(yù)處理花生原料的質(zhì)量，g。

1.2.3 理化指標(biāo)測定

1.2.3.1 色澤

取20 mL新鮮濃香花生油脂體于培養(yǎng)皿中，置于裝有照明系統(tǒng)的暗箱中，固定焦距和曝光度拍攝樣品圖像。采用Adobe Photoshop CS6軟件對樣品照片取色，每個樣品取色3次，樣品色澤由紅值(R)、綠值(G)和藍(lán)值(B)的平均值綜合評定[14]。

1.2.3.2 平均粒徑

取一定量新鮮濃香花生油脂體，用磷酸鹽緩沖液(pH 7.2)稀釋10倍后搖勻。采用納米粒度與固體表面Zeta電位分析儀對樣品稀釋乳液進(jìn)行測定，并以體積平均徑(D(4,3))表示樣品的平均粒徑。測定條件：溫度25 ℃，樣品折光率1.33，散射光檢測角度90°，掃描范圍0.3 nm～3 500 μm。

1.2.4 氨基酸組成測定

按照GB 5009.124—2016進(jìn)行氨基酸組成的測定。將新鮮濃香花生油脂體在110 ℃下用6 mol/L鹽酸水解24 h后，用異硫氰酸苯酯衍生化處理；然后通過配備2.6 mm×150 mm離子交換柱的Hitachi 835-50氨基酸分析儀進(jìn)行樣品氨基酸組成的測定。

1.2.5 凍融穩(wěn)定性測定

分別取等量3組新鮮濃香花生油脂體至具塞平底玻璃管中，在-20 ℃的超低溫冰箱中儲存24 h，后置于30 ℃的恒溫水浴中解凍2 h，25℃常溫靜置1 h，記為1個凍融循環(huán)，測定樣品乳清層高度和乳液總高度后，在-20 ℃繼續(xù)冷凍24 h，重復(fù)以上操作2次，即為3個凍融循環(huán)。

根據(jù)每次測定的乳清層高度和乳液總高度，按照式(2)計算乳析指數(shù)(CI)，其中第2、第3循環(huán)中乳清層高度為乳清層總高度。

(2)

式中：H1為乳清層高度，cm；H2為乳液總高度，cm。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

所有試驗進(jìn)行3次平行試驗，分別采用Origin 8.5軟件和Design-Expert V8.0.6軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖和響應(yīng)面分析。采用Duncan法進(jìn)行組間差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 液料比對濃香花生油脂體得率的影響

在加酶量400 U/g、酶解溫度60 ℃、酶解時間90 min條件下，考察液料比對濃香花生油脂體得率的影響，結(jié)果見圖1。

注：不同字母表示差異顯著，P<0.05。下同

由圖1可知：濃香花生油脂體得率隨液料比的增加而增大；當(dāng)液料比為6∶1時，濃香花生油脂體得率最大((42.40±0.47)%)，繼續(xù)增加液料比，得率變化不顯著(P>0.05)。這是因為液料比處于低水平時，反應(yīng)體系黏度較大，不利于酶分子和底物的遷移和反應(yīng)[15]；而液料比較大時，導(dǎo)致酶和底物的濃度降低，酶解程度受到影響[16]。因此，選擇6∶1為最適液料比。

2.1.2 加酶量對濃香花生油脂體得率的影響

在液料比6∶1、酶解溫度60 ℃、酶解時間90 min條件下，考察加酶量對濃香花生油脂體得率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 加酶量對濃香花生油脂體得率的影響

由圖2可知：隨著加酶量的增加，濃香花生油脂體得率逐漸增大(P<0.05)；在加酶量為400 U/g時，得率最大，繼續(xù)增加加酶量，得率無明顯增加(P>0.05)。這是因為底物濃度固定時，加酶量越大，體系反應(yīng)速率越大，酶解越徹底[17]，但當(dāng)加酶量增加到一定程度后，酶與底物蛋白的結(jié)合達(dá)到飽和狀態(tài)[18]，酶解效率無顯著變化。綜合考慮，選取400 U/g為最適加酶量。

2.1.3 酶解時間對濃香花生油脂體得率的影響

在液料比6∶1、加酶量400 U/g、酶解溫度60 ℃條件下，考察酶解時間對濃香花生油脂體得率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 酶解時間對濃香花生油脂體得率的影響

酶解時間的長短是影響酶解效果的關(guān)鍵因素之一[19]。由圖3可知：隨著酶解時間的延長，濃香花生油脂體得率整體呈上升趨勢；在酶解時間從40 min延長到100 min的過程中，濃香花生油脂體得率呈快速上升趨勢(P<0.05)，并在100 min時達(dá)到最大值((44.75±0.32)%)。這是由于反應(yīng)前期，酶與底物充分接觸，反應(yīng)速率較快；繼續(xù)延長酶解時間，得率變化不大，此時酶解反應(yīng)已趨于完全。綜合考慮，選取100 min為最適酶解時間。

2.1.4 酶解溫度對濃香花生油脂體得率的影響

在液料比6∶1、加酶量400 U/g、酶解時間100 min條件下，考察酶解溫度對濃香花生油脂體得率的影響，結(jié)果見圖4。

由圖4可知：酶解溫度在40～50 ℃范圍內(nèi)，濃香花生油脂體得率隨酶解溫度升高而顯著增大(P<0.05)；但當(dāng)酶解溫度高于50 ℃時，由于溫度過高，部分酶空間結(jié)構(gòu)改變，酶解效率大大降低，得率大幅下降(P<0.05)。溫度對酶解反應(yīng)的影響較復(fù)雜，一方面溫度的升高能增加酶促反應(yīng)的速率，另一方面溫度過高又致使酶變性失活，反應(yīng)速率下降[20]。因此，選擇50 ℃為最適酶解溫度。

圖4 酶解溫度對濃香花生油脂體得率的影響

2.2 響應(yīng)面試驗

2.2.1 響應(yīng)面設(shè)計與結(jié)果

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理，以加酶量(A)、液料比(B)、酶解時間(C)和酶解溫度(D)為自變量，以濃香花生油脂體得率(Y)為響應(yīng)值，采用Design-Expert V8.0.6設(shè)計四因素三水平試驗對濃香花生油脂體的提取工藝進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化。響應(yīng)面試驗因素與水平見表1，響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗因素與水平

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

續(xù)表2

2.2.2 回歸模型建立與方差分析

利用Design-Expert V8.0.6對試驗結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合分析，建立濃香花生油脂體得率與加酶量、液料比、酶解時間和酶解溫度的二次多項回歸模型，該模型對應(yīng)的二次多元回歸方程為：Y=50.11+2.52A+1.47B+1.80C+1.61D+0.49AB+0.31AC-0.62AD-0.092BC-0.022BD+0.28CD-2.13A2-3.03B2-2.21C2-3.61D2。

對回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。

表3 方差分析

2.2.3 驗證試驗

通過Design-Expert V8.0.6軟件對回歸模型進(jìn)行求解得到提取濃香花生油脂體的最佳工藝條件為加酶量463.21 U/g、液料比6.28∶1、酶解時間109.19 min、酶解溫度50.93 ℃。考慮到試驗的可操作性，將工藝條件調(diào)整為加酶量460 U/g、液料比6∶1、酶解時間110 min、酶解溫度51 ℃，在此條件下進(jìn)行3組平行驗證試驗，得到濃香花生油脂體的平均得率為50.89%，與預(yù)測值(51.67%)接近，表明該回歸模型和最佳條件切實可靠，可以用來優(yōu)化濃香花生油脂體的提取工藝。

2.3 濃香花生油脂體的品質(zhì)

2.3.1 理化指標(biāo)(見表4)

表4 濃香花生油脂體的理化指標(biāo)

由表4可以看出：濃香花生油脂體呈半流動態(tài)乳液狀，淡黃色，具有濃郁的烘烤花生香，相較于對照組油脂體特色明顯；濃香花生油脂體的R值顯著高于對照組，而G值和B值明顯低于對照組，表明濃香花生油脂體呈現(xiàn)出更多的紅色、更少的綠色和藍(lán)色，該結(jié)果與油脂體顏色觀測結(jié)果一致；濃香花生油脂體平均粒徑稍大于對照組，原因可能是紅外輻射預(yù)處理使?jié)庀慊ㄉ椭w中的蛋白質(zhì)油-水界面排布發(fā)生改變，界面張力增加，界面壓減小，從而使部分油脂體發(fā)生絮凝和聚集[22-23]，與Farah等[12]的研究結(jié)果一致。

2.3.2 氨基酸組成

濃香花生油脂體的氨基酸組成及含量測定結(jié)果見表5。

表5 濃香花生油脂體氨基酸組成及含量mg/100 g

由表5可知：濃香花生油脂體中氨基酸種類齊全，其中含量最多的3種必需氨基酸為亮氨酸(1.18 mg/100 g)、纈氨酸(0.90 mg/100 g)、苯丙氨酸(0.90 mg/100 g)；含量最多的3種非必需氨基酸為谷氨酸(2.05 mg/100 g)、天冬氨酸(1.38 mg/100 g)、精氨酸(1.06 mg/100 g)。相較于對照組，濃香花生油脂體除蛋氨酸含量略高外，其他氨基酸含量均略低于對照組，這與濃香花生油脂體較高的預(yù)處理溫度(140℃，30 min)有關(guān)。較長時間的高溫處理可導(dǎo)致部分蛋白質(zhì)變性，蛋白質(zhì)溶解度降低[24-25]，從而可能導(dǎo)致濃香花生油脂體中氨基酸含量降低。

2.3.3 凍融穩(wěn)定性

通過乳析指數(shù)考察濃香花生油脂體的凍融穩(wěn)定性，結(jié)果見圖5。

注：同一樣品不同小寫字母表示差異顯著。

乳析指數(shù)越小表明凍融穩(wěn)定性越好。由圖5可知：對照組花生油脂體3次凍融循環(huán)的乳析指數(shù)均大于35%，且每次凍融循環(huán)后油脂體的乳析指數(shù)均有所增高，表明對照組油脂體的凍融穩(wěn)定性在3次凍融循環(huán)中逐步下降；而相較于對照組，濃香花生油脂體的乳析指數(shù)在第1和第2個凍融循環(huán)幾乎為零，第3個凍融循環(huán)僅為(9.77±0.17)%，表明1～2個凍融循環(huán)對濃香花生油脂體的凍融穩(wěn)定性影響不大，第3個凍融循環(huán)則能引起其凍融穩(wěn)定性的輕微下降，說明濃香花生油脂體凍融穩(wěn)定性良好。

3 結(jié) 論

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理對濃香花生油脂體的提取工藝進(jìn)行了響應(yīng)面優(yōu)化。濃香花生油脂體的最佳提取工藝條件為液料比6∶1、加酶量460 U/g、酶解時間110 min、酶解溫度51 ℃、pH 5.5，在此條件下濃香花生油脂體得率為50.89%。所制備的濃香花生油脂體呈半流動態(tài)乳液狀，淡黃色，具有濃郁的烘烤花生香，平均粒徑為(3.49±0.61)μm，氨基酸含量有所降低但種類齊全，凍融穩(wěn)定性良好，工業(yè)應(yīng)用價值較高。