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        水酶法提取籽瓜種子油脂工藝的優(yōu)化

        2012-09-17 02:34:50羅述博趙曉燕趙麗芹
        中國糧油學(xué)報 2012年12期
        關(guān)鍵詞:籽瓜酶法油脂

        羅述博 張 超 趙曉燕 馬 越 趙麗芹 李 武

        (內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1,呼和浩特 010018)

        (北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心2,北京 100097)

        籽瓜又名打瓜,屬西瓜屬普通西瓜種的栽培變種,主要分布于甘肅、內(nèi)蒙古和新疆等地。栽培這種瓜主要是為收籽瓜種子[1]。籽瓜種子含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素B、維生素D等營養(yǎng)物質(zhì),單不飽和脂肪酸很高,適合高血壓和心腦血管疾病人食用。特別含有植物固醇這類物質(zhì),可以降低血液里低密度膽固醇含量。在醫(yī)藥上,黑瓜子有降壓、緩解急性膀胱炎等作用,常吃能延年益壽[2-3]。

        水酶法提取油脂在國內(nèi)外已有相關(guān)報道。水酶法提油與壓榨法、浸出法等傳統(tǒng)工藝相比具有諸多優(yōu)點:酶解條件溫和、溫度低、以水為提取溶劑,因而油質(zhì)量好、色澤淺、易于精煉,蛋白質(zhì)變性程度小,有利于綜合利用油料中的油脂和蛋白質(zhì),能耗低,所得毛油及餅粕質(zhì)量都有所提高[4]。生產(chǎn)過程中相對能耗低,廢水的BOD和COD值大為下降,污染少。目前工業(yè)生產(chǎn)中,只有橄欖油的提取采用此方法。此前未見采用水酶法對籽瓜種子油脂提取的相關(guān)研究,因此,本試驗利用水酶法提取籽瓜種子油脂,通過響應(yīng)面優(yōu)化其最佳工藝條件,為生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        籽瓜種子:民籽1號,甘肅省民勤縣金谷源農(nóng)業(yè)科技有限公司;中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、復(fù)合蛋白酶、纖維素酶上海江萊生物科技有限公司;果膠酶:諾維信公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        1030Analyzer定氮儀 HT1043脂肪快速提取器:瑞士Tetator公司;RT5加熱磁力攪拌器:德國IKA公司;DHG-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:北京市雅士林試驗設(shè)備有限公司;AL204電子天平、FE20實驗室pH計:瑞士METTLER TOLEDO公司;FW100型萬能粉碎機:天津泰斯特儀器有限公司。

        1.3 方法

        1.3.1 工藝流程

        其中:籽瓜種子去殼后,利用萬能粉碎機破碎15 s;按照一定料液比加入水,用1 mol/L NaOH和1 mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH;300 r/min攪拌酶解一定時間,樣品加熱到100℃滅酶5 min;8 000 r/min離心分離20 min,保留殘渣,舍棄游離油、乳化層和水解液,將殘渣Ⅰ用2倍的蒸餾水洗滌,8 000 r/min離心分離5 min,棄去上層液體,收集殘渣Ⅱ;將殘渣80℃隔夜烘干,測定油脂含量。

        1.3.2 水酶法提取單因素試驗

        酶解時間對出油效率的影響:酶解時間分別為1、2、3、4、5 h,加酶量3%,酶解溫度 45 ℃,酶解時間3 h。

        加酶量對出油效率的影響:加酶量分別為1%、2%、3%、4%和5%(酶與底物質(zhì)量比),溫度45℃,酶解時間3 h,料液比1∶6。

        酶解溫度對出油效率的影響:酶解溫度分別設(shè)定在40、45、50、55、60 ℃,加酶量 3%,酶解溫度 45℃,酶解時間3 h。

        料液比對出油效率的影響:料液比分別為1∶4、1∶5、1∶6、1∶7 和1∶8,加酶量 3%,溫度 45 ℃,酶解時間為3 h。

        1.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗工藝條件

        選取酶濃度、酶解溫度、酶解時間和料液比為自變量,出油效率為響應(yīng)值設(shè)計試驗(表1)。

        表1 籽瓜種子油脂提取響應(yīng)面試驗設(shè)計

        1.3.4 檢測方法

        含水量:參照 GB/T 5009.3—2003;灰分:參照GB/T 5009.4—2003;脂肪含量:參照 GB/T 5009.6—2003。

        1.4 出油效率計算[5]

        式中:A為原料籽瓜種子質(zhì)量/g;B為原料籽瓜種子含油率/%;C為酶解烘干后殘渣質(zhì)量/g;D為酶解烘干后殘渣含油率/%。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 籽瓜種子主要成分

        籽瓜種子(民籽1號)的主要成分見表2。

        表2 籽瓜種子的主要成分/%

        2.2 酶種類的選擇

        不同酶提取效果存在很大差異(圖1),堿性蛋白酶提取效果最好,為73.5%,其次是復(fù)合蛋白酶,木瓜蛋白酶和中性蛋白酶比前兩者低。堿性蛋白酶的高提取率一方面可能是由于其性質(zhì)更容易與籽瓜種子蛋白發(fā)生相互作用,另一方面堿性蛋白酶的最適提取條件是在堿性環(huán)境下進行的,高pH能增大蛋白的水解度,更有利于油脂的釋放[6]。纖維素酶和果膠酶的提取效果相較蛋白酶有很大差距。這與籽瓜種子本身的成分含量有關(guān),其主要組成成分為油脂和蛋白質(zhì),油脂大部分以脂多糖和脂蛋白的形式存在,蛋白酶的作用更有利于油脂從其中釋放[7]。

        圖1 酶種類對籽瓜種子出油效率的影響

        2.3 水酶法提取籽瓜種子油單因素試驗結(jié)果

        2.3.1 加酶量對出油效率的影響

        由圖2可知,隨著加酶量上升,出油效率也隨著提高,當達到3%時出油效率穩(wěn)定。酶含量的增加,提高了對整個體系中蛋白質(zhì)溶解效果,更好釋放其中的油脂[8]。但進一步增加酶用量,出油效率不會繼續(xù)上升,底物與酶的作用接近飽和??紤]到加工成本等因素,選擇3%為最適宜的加酶量。

        圖2 加酶量對籽瓜種子出油效率的影響

        2.3.2 酶解溫度對出油效率的影響

        圖3中顯示隨著溫度上升,提取率呈上升趨勢,當達到45℃之后,出油效率緩慢下降。這可能是因為酶對底物作用都是在適宜條件下其體現(xiàn)最快的反應(yīng)速率,45℃應(yīng)該是所使用酶的最適反應(yīng)溫度,同時過高的溫度能夠?qū)е旅甘セ钚?,降低反?yīng)速率[9]。

        圖3 酶解溫度對籽瓜種子出油效率的影響

        2.3.3 酶解時間對出油效率的影響

        圖4顯示隨著酶解時間延長,出油效率上升,4 h后出現(xiàn)輕微下降。雖然時間延長有利用油脂的提取,但是隨著反應(yīng)的進行,底物減少,反應(yīng)速度逐漸趨緩,出油效率不再上升[10],同時時間過長會是油脂中的不飽和脂肪酸發(fā)生氧化,降低油脂品質(zhì)[11],因此,選取4 h較為合適。

        圖4 酶解時間對籽瓜種子出油效率的影響

        2.3.4 料液比對出油效率的影響

        圖5顯示隨著料液比增加,底物濃度上升,并呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在料液比為1∶6的情況下,出油效率達到最大值。料液比過小,體系流動性差,不利于酶對底物的作用;料液比過大,整個體系中的酶濃度下降,同時底物與酶相互碰撞作用的機會減少,降低反應(yīng)速度[12]。因此1∶6為最適的料液比。

        圖5 料液比對籽瓜種子出油效率的影響

        2.4 響應(yīng)面分析方案與結(jié)果

        在單因素試驗基礎(chǔ)上,進行響應(yīng)面分析試驗,結(jié)果見表3。建立油脂提取率與加酶量、酶解溫度、酶解時間和料液比4因子的數(shù)學(xué)二次多項回歸方程:

        表3 籽瓜種子出油效率響應(yīng)面分析方案及結(jié)果

        表4顯示模型極顯著(P<0.000 1),因變量與所考察自變量之間的線性關(guān)系顯著(R2=0.945 2),模型調(diào)整確定系數(shù)RAdj2=0.890 5,說明該模型能解釋89.05%響應(yīng)值變化,擬合程度高,失擬項不顯著(P >0.05),能很好的對響應(yīng)值進行預(yù)測[13]。一次項X1、X3及二次項 X22、X42表現(xiàn)為極顯著,說明他們對響應(yīng)值的影響極大,且所考察因素對響應(yīng)值影響不是單一線性關(guān)系[14-15]。影響因素主次順序為:加酶量>時間>溫度>料液比。

        表4 回歸模型系數(shù)及顯著性檢驗結(jié)果

        圖6顯示不同因素交互作用對提取率的影響,其中等高線的形狀可反映出交互效應(yīng)的強弱[16-17]。在試驗范圍內(nèi)尋找出油效率最高點,得到加酶量2.96%,酶解溫度44.4 ℃,酶解時間 2.86 h,料液比1∶5.74 時,油脂最高出油效率為 76.5%。

        圖6 響應(yīng)曲面立體圖

        2.5 驗證試驗

        在最佳工藝條件下進行3組平行試驗,所得出油效率平均值為76.3%,與回歸方程中最大出油效率76.5%的相對偏差為1.2%,說明該模型能夠較好地預(yù)測實際油脂提取情況。

        3 結(jié)論

        研究顯示堿性蛋白酶可以最有效的提高籽瓜種子的出油效率,響應(yīng)面分析結(jié)果顯示影響出油效率大小的因素依次為加酶量>酶解時間>酶解溫度>料液比,其最佳提取條件為加酶量2.96%,酶解溫度44.4 ℃,酶解時間 2.86 h,料液比 1∶5.74,出油效率為 76.3%。

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