楊雪艷，聶開立，2，林 風，王 芳，鄧 利，2

(1.北京化工大學 生物加工過程北京市重點實驗室，北京100029； 2.廈門北化生物產(chǎn)業(yè)研究院有限公司，福建 廈門 361026； 3.北京化工大學 理學院，北京100029)

綜合利用

亞麻籽功能成分的綜合提取工藝研究

楊雪艷1，聶開立1，2，林 風3，王 芳1，鄧 利1，2

(1.北京化工大學 生物加工過程北京市重點實驗室，北京100029； 2.廈門北化生物產(chǎn)業(yè)研究院有限公司，福建 廈門 361026； 3.北京化工大學 理學院，北京100029)

亞麻籽中含有亞麻膠、亞麻籽油、亞麻蛋白以及木酚素4種主要功能成分，研究了對亞麻籽功能成分的綜合提取工藝路線的篩選和對比，重點通過單因素實驗與正交實驗對一步法提取亞麻蛋白和木酚素的工藝條件進行了優(yōu)化。結(jié)果表明：在 40%乙醇溶液為提取溶劑、料液比1∶20、堿含量0.07 mol、提取溫度50℃、提取時間2 h、提取2次、酸沉pH 4.4的一步法最優(yōu)提取條件及最佳綜合提取工藝條件下，亞麻膠得率9.67%、亞麻籽油得率39.46%、亞麻蛋白得率15.27%、木酚素得率11.03%，其中木酚素純度為28%，提取率達到83.83%。該綜合工藝路線步驟簡單，合理可行，降低了能耗，提高了產(chǎn)品附加值，實現(xiàn)了亞麻籽的綜合利用。

亞麻籽；功能成分；提取工藝；綜合利用

亞麻是世界上最古老的纖維作物，也是目前重要的經(jīng)濟油料作物之一，在我國主要產(chǎn)于西北和華北地區(qū)[1]。亞麻籽外殼堅硬，表面平滑有光澤，多為金黃色或棕褐色，富含多種生物活性成分。亞麻籽中含有豐富的蛋白質(zhì)(20%左右)和富含α-亞麻酸的油脂(40%左右)，其表皮部分最外層含有亞麻膠(8%～14%)、亞麻木酚素(1%～5%)與膳食纖維(27%左右)[2-3]，這些成分均具有一定的藥理活性和保健作用[4]。

亞麻籽油中含有45%～60%的人體必需脂肪酸α-亞麻酸，具有降血脂和預防心血管疾病、動脈粥樣硬化等功效[2，5]。亞麻膠為可溶性膳食纖維，是一種天然雜多糖，持水能力極強，作為一種新型天然食品添加劑被廣泛應用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)[6]。亞麻蛋白可以保護心臟健康、增強人體免疫系統(tǒng)，亞麻籽分離蛋白可抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶活性。木酚素是一種植物類雌激素，在亞麻籽中的含量最高，具有抗癌、抗心血管疾病、預防骨質(zhì)疏松、緩解女性更年期癥狀以及輔助治療糖尿病等作用[1-2，4-5]。因此，亞麻籽是一種具有綜合開發(fā)利用價值的天然功能食品原料[7-8]。

目前我國對亞麻籽的利用主要是榨油，剩余餅粕作為動物飼料進行出售。為提高亞麻籽利用率，一種方法是利用榨油后的餅粕提取木酚素或蛋白質(zhì)，但是目標產(chǎn)品比較單一，附加值不高；另一種方法是根據(jù)各組分在亞麻籽中分布特點，將亞麻籽殼與仁分離，富殼部分作為提取亞麻膠、木酚素的原料，富仁部分作為亞麻籽油、亞麻蛋白的原料，這也是目前提高亞麻籽利用價值的主導思路，但殼仁分離需要特定的裝置[2，9]。黃慶德[10]公開了一種亞麻籽綜合加工的方法，經(jīng)干法或濕法提膠，微波加熱，再經(jīng)榨油，剩余餅粕過網(wǎng)篩，得到低脂亞麻籽蛋白粉和較粗的亞麻籽皮粉，以期實現(xiàn)亞麻籽油、亞麻膠、亞麻蛋白與木酚素4種成分的有效利用，但其僅是對餅粕的簡單過篩處理，并未將亞麻蛋白與木酚素有效提取出來?？傮w來說，我國對亞麻籽中功能成分的綜合開發(fā)利用尚且不夠，存在產(chǎn)品單一、加工成本高、附加值低等問題[9]。

本研究旨在以亞麻籽為原料，確定一條關于亞麻籽油、亞麻膠、木酚素、亞麻蛋白4種功能成分提取的整體綜合工藝路線，使亞麻籽中功能成分得到充分利用并有效提高亞麻籽的經(jīng)濟附加值。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

亞麻籽(粗脂肪43.34%、粗蛋白質(zhì)20.37%、木酚素4.64%、亞麻膠11.83%)，內(nèi)蒙古產(chǎn)區(qū)；木酚素標準品(純度≥98%)，上海源葉生物科技有限公司；乙醇、石油醚、氫氧化鈉、鹽酸為分析純，西隴化工股份有限公司；乙腈為色譜純，美國天地有限公司。

LC-20高效液相色譜儀(日本島津公司)，HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋，KQ-50DE數(shù)控超聲波清洗器，PH-10 pH計，LGT-18真空冷凍干燥箱，電熱鼓風干燥箱，TD25-WS多管架自動平衡離心機，RE52-99 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，UV-2000紫外分光光度計。

1.2 實驗方法

1.2.1 亞麻籽功能成分的提取

1.2.1.1 亞麻膠提取

[3]中亞麻膠提取方法，采用水浸醇沉法。取一定量的亞麻籽，以水為提取溶劑，在一定溫度下加熱提取，提取液經(jīng)離心得到上清液，上清液中加入一定量乙醇進行沉淀，沉淀物經(jīng)真空干燥得到亞麻膠。脫膠后的亞麻籽作為下一個目標物的提取原料。

1.2.1.2 亞麻籽油提取

溶劑浸提法。取適量亞麻籽，粉碎，過20目篩，加入一定比例的石油醚為提取溶劑，在一定溫度下水浴加熱，快速攪拌回流提取，提取液過濾，濾液旋蒸去除溶劑得到亞麻籽油，濾餅烘干，作為提取其他成分的原料。

1.2.1.3 亞麻蛋白提取

取一定量脫脂后的亞麻籽粕或脫膠脫脂亞麻籽粕作為提取原料加入250 mL三口燒瓶中，水作為提取溶劑并利用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至9.0，在一定溫度下水浴加熱，快速攪拌回流提取，提取液離心。液體部分調(diào)節(jié)pH至4.4得到沉淀，沉淀經(jīng)水洗中和得到亞麻蛋白粗提物，固體殘渣作為下一個目標物的提取原料。

1.2.1.4 木酚素提取

取一定量脫脂后的亞麻籽粕或脫膠脫脂亞麻籽粕作為提取原料加入250 mL三口燒瓶中，利用一定堿含量的堿性乙醇溶液作為提取溶劑，在一定溫度下水浴加熱，快速攪拌回流提取，提取液離心去除固體殘渣，上清液經(jīng)濃縮干燥得到木酚素粗提物。

1.2.1.5 一步法提取木酚素與亞麻蛋白

取一定量脫膠脫脂亞麻籽粕作為提取原料加入250 mL三口燒瓶中，利用一定堿含量的堿性乙醇溶液作為提取溶劑，在一定溫度下水浴加熱，快速攪拌回流提取，提取液離心去除固體殘渣。提取液經(jīng)調(diào)酸(pH 4.4)得沉淀物為亞麻蛋白粗提物，液體部分經(jīng)濃縮干燥得到木酚素粗提物。

1.2.2 功能成分含量測定

粗脂肪含量測定：GB/T 14772—2008；蛋白質(zhì)含量測定：考馬斯亮藍G-250染色比色法；亞麻膠含量測定：參考文獻[6]。

木酚素含量測定：采用高效液相色譜法進行測定。色譜柱為ODS-SP C18(4.6 mm×250 mm，5 μm)；流動相為0.12%磷酸水溶液-乙腈梯度洗脫；紫外檢測器，檢測波長220 nm；進樣量10 μL；柱溫30℃。

1.2.3 得率、提取率與提取量的計算

得率A1=B1/C1×100%

(1)

提取率A2=B2/C2×100%

(2)

提取量A3=B2/C1

(3)

式中：B1為粗提物產(chǎn)品的質(zhì)量，g；C1為原料的質(zhì)量，g；B2為粗提物產(chǎn)品中目標物的質(zhì)量，g；C2為原料中目標物的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同工藝路線對亞麻籽功能成分綜合提取的影響

設計以下4種功能成分的提取工藝路線：

工藝A：亞麻籽→提油→提膠→提蛋白質(zhì)→提木酚素。工藝B：亞麻籽→提油→提蛋白質(zhì)→提木酚素。工藝C：亞麻籽→提油→提木酚素→提蛋白質(zhì)。工藝D：亞麻籽→提膠→提油→一步法提取木酚素和蛋白質(zhì)。

對這4種提取工藝進行了對比，結(jié)果見圖1。

圖1 不同工藝路線對亞麻籽油、亞麻蛋白得率 與木酚素提取量的影響

由圖1可知，不同工藝路線中亞麻籽油得率相同，其區(qū)別在于亞麻蛋白得率與木酚素提取量的不同。對比A、B與C工藝路線，B工藝路線中蛋白得率最高，C工藝路線中木酚素提取量最高。這是由于木酚素在亞麻籽中與其他物質(zhì)形成低聚物而存在，且極性較大，是采用堿性的乙醇溶液進行提取的，而多糖采用乙醇溶液提取、蛋白質(zhì)采用堿性水溶液提取，3種物質(zhì)的提取溶劑與條件相近，因此亞麻膠與亞麻蛋白的優(yōu)先提取會使木酚素提取量降低，而木酚素的經(jīng)濟價值與食用價值均高于前兩者，因此考慮將木酚素的提取提前，即C工藝路線。然而C工藝路線的木酚素提取液中雖然木酚素含量較A、B路線稍有提高，但由于含有大量的亞麻膠與蛋白質(zhì)，特別是蛋白質(zhì)的存在使其黏度特別大，從而不能進一步地濃縮、純化。

D工藝路線是采用堿性的乙醇溶液將木酚素與蛋白質(zhì)同時提取出來，提取液經(jīng)調(diào)節(jié)pH至酸性等電點使蛋白質(zhì)沉降，上清液為木酚素粗提液。D工藝路線中木酚素提取量明顯提高，達到31.7 mg/g，而蛋白質(zhì)得率相對其他工藝路線略低。D工藝路線將木酚素與蛋白質(zhì)提取合并，可以明顯降低能耗。另外考慮到亞麻膠主要存在于亞麻籽表皮的最外層，將亞麻膠的提取調(diào)整至粉碎亞麻籽之前，減少膠對蛋白質(zhì)與木酚素提取的影響。因此，亞麻籽中功能成分的綜合提取工藝路線確定為D工藝路線。

2.2 木酚素和蛋白質(zhì)一步法提取條件的單因素實驗

采用D工藝路線，對一步法提取木酚素和蛋白質(zhì)的工藝條件進行了探究，考察了乙醇體積分數(shù)、料液比、堿含量、提取溫度、提取時間、提取次數(shù)對木酚素提取量的影響。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，酸沉前后木酚素提取量的差值越大，越多的木酚素隨蛋白質(zhì)沉淀，且得到的蛋白質(zhì)越多。

2.2.1 乙醇體積分數(shù)對木酚素提取量的影響

在堿含量0.037 5 mol、提取溫度50℃、提取時間4 h、提取2次、料液比1∶10條件下，考察了乙醇體積分數(shù)對木酚素提取量的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 乙醇體積分數(shù)對木酚素提取量的影響

由圖2可知，酸沉前乙醇體積分數(shù)為50%時，木酚素的提取量最高，而乙醇體積分數(shù)為60%時經(jīng)酸沉得到的木酚素提取量最高，這是由于乙醇體積分數(shù)超過60%時，蛋白質(zhì)不能被提取出來，隨酸沉過程進入蛋白質(zhì)的木酚素的量就很少，乙醇體積分數(shù)超過60%時，木酚素的提取量降低。綜合考慮，50%乙醇體積分數(shù)為木酚素的最佳提取條件。

2.2.2 料液比對木酚素提取量的影響

在堿含量0.037 5 mol、提取溫度50℃、提取時間4 h、提取2次、乙醇積體分數(shù)50%條件下，考察了料液比對木酚素提取量的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，酸沉前后木酚素提取量均隨料液比的增加而增加，當料液比為1∶20時，木酚素提取量最高，其提取率可達82%。當料液比超過1∶20時，成本過高且得到蛋白質(zhì)的量降低，因此最佳料液比為1∶20。

圖3 料液比對木酚素提取量的影響

2.2.3 堿含量對木酚素提取量的影響

在料液比1∶10、乙醇體積分數(shù)40%、提取溫度50℃、提取時間4 h、提取2次條件下，考察了堿含量對木酚素提取量的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 堿含量對木酚素提取量的影響

由圖4可知，酸沉前后木酚素提取量隨堿含量的增加而增加，當堿含量增加至0.05 mol時，提取量基本保持不變。堿含量過低時，提取得到的蛋白質(zhì)的量較少。綜合考慮木酚素與蛋白質(zhì)的提取量，堿含量0.05 mol為最佳提取條件。

2.2.4 提取溫度對木酚素提取量的影響

在料液比1∶20、乙醇體積分數(shù)50%、堿含量0.037 5 mol、提取時間4 h、提取2次條件下，考察了提取溫度對木酚素提取量的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 提取溫度對木酚素提取量的影響

由圖5可知，提取溫度50℃時，酸沉前木酚素的提取量最高。在提取溫度40～70℃之間時，酸沉前后木酚素提取量隨提取溫度的變化并不明顯。同時高溫會導致木酚素結(jié)構不穩(wěn)定以及乙醇的易揮發(fā)性。綜合考慮，提取溫度為50℃是最優(yōu)條件。

2.2.5 提取次數(shù)對木酚素提取量的影響

在料液比1∶20，乙醇體積分數(shù)50%，堿含量0.037 5 mol、提取溫度50℃、提取時間2 h條件下，考察了提取次數(shù)對木酚素提取量的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 提取次數(shù)對木酚素提取量的影響

由圖6可知，木酚素的提取量隨提取次數(shù)的增加而增加，在該提取條件下，木酚素的總提取量達到42.73 mg/g，而其中前2次的提取率達到81.10%。提取2次之后，木酚素提取量增加緩慢，為縮短提取時間、減少溶劑用量，選擇提取2次。

2.2.6 提取時間對木酚素提取量的影響

在料液比1∶20、乙醇體積分數(shù)50%、提取溫度50℃、堿含量0.037 5 mol、提取2次條件下，考察了提取時間對木酚素提取量的影響，結(jié)果見圖7。

圖7 提取時間對木酚素提取量的影響

由圖7可知，隨提取時間的延長，提取液中木酚素提取量逐漸增加，1 h內(nèi)木酚素提取量迅速上升，在提取2 h之后基本達到平衡，為節(jié)約時間降低能耗，選擇2 h為最佳提取時間。

2.3 木酚素和蛋白質(zhì)一步法提取條件的正交實驗優(yōu)化

通過單因素分析，為研究各因素的相互交叉影響，按2.1中確定的最佳提取工藝路線D，在提取次數(shù)2次的條件下，根據(jù)表1中正交實驗因素水平對木酚素和蛋白質(zhì)一步法提取條件進行五因素四水平L16(45)的正交實驗，以木酚素提取量和蛋白質(zhì)得率作為指標，確定最佳工藝參數(shù)，結(jié)果見表2、表3。

表1 正交實驗因素水平

表2 正交實驗安排及結(jié)果

表3 以木酚素提取量(蛋白質(zhì)得率)為指標的方差分析

由表2可知，在提取過程中各因素對木酚素提取量的影響順序為料液比>堿含量>乙醇體積分數(shù)>提取溫度>提取時間，其最優(yōu)水平組合為A4B1C4D4E1。各因素對蛋白質(zhì)得率的影響順序為乙醇體積分數(shù)>料液比>提取溫度>提取時間>堿含量，其最優(yōu)水平為A3B1C4D4E1。從表3的方差分析結(jié)果看，料液比對木酚素提取量具有極顯著性影響、對蛋白質(zhì)得率具有顯著性影響，堿含量對木酚素提取量具有顯著性影響，是由于木酚素在亞麻籽中以二糖苷的形式化存在，而糖苷分子又進一步與3-羥基-3-甲基戊二酸鏈接形成低聚物，因此木酚素的提取需要一定的堿將其從低聚物中水解下來。另外，乙醇的體積分數(shù)對蛋白質(zhì)得率具有極顯著性影響，乙醇體積分數(shù)高時會明顯降低蛋白質(zhì)的得率，這是由于蛋白質(zhì)在不同體積分數(shù)乙醇溶液中的溶解性不同。提取溫度對蛋白質(zhì)的得率也有顯著性影響。綜合考慮木酚素與蛋白質(zhì)的經(jīng)濟價值，以及高溫可能破壞功能成分結(jié)構，選擇最優(yōu)水平為A4B1C4D2E1，即料液比為1∶20，乙醇體積分數(shù)為40%，堿含量為0.07 mol，提取溫度為50℃，提取時間為2 h。以A4B1C4D2E1為提取條件進行了驗證實驗，各物質(zhì)得率分別為：亞麻膠9.67%，亞麻籽油39.46%，木酚素11.03%(純度28%)，蛋白質(zhì)15.27%(其中含有5%左右木酚素)。亞麻籽經(jīng)提取多種功能成分剩余的殘渣主要為不溶性膳食纖維和部分蛋白質(zhì)，得率約為22.18%。

3 結(jié) 論

(1)本研究通過改變亞麻膠、亞麻籽油、亞麻蛋白和木酚素的提取在綜合工藝路線中的先后順序，通過對比分析得到最佳工藝路線為：亞麻籽除雜→水浸醇沉提取亞麻膠→烘干、粉碎→溶劑浸提法提取亞麻籽油→脫膠脫脂亞麻籽粕→一步法提取木酚素和蛋白質(zhì)→殘渣。

(2)一步法提取木酚素和蛋白質(zhì)的最優(yōu)提取條件為料液比1∶20，40%乙醇溶液為提取溶劑，堿含量0.07 mol，提取溫度50℃，提取時間2 h，提取次數(shù)2次。在最佳工藝路線和最優(yōu)提取條件下，各物質(zhì)得率分別為：亞麻膠9.67%，亞麻籽油39.46%，木酚素11.03%(純度為28%)，蛋白質(zhì)15.27%(其中含有5%左右木酚素)。亞麻籽經(jīng)提取多種功能成分剩余的殘渣主要為不溶性膳食纖維和部分蛋白質(zhì)，得率約為22.18%。該工藝合理可行、步驟簡單，可同時獲得多種亞麻籽加工產(chǎn)品，使亞麻籽中功能成分得到了充分利用，并有效提高了亞麻籽的經(jīng)濟附加值。

參考文獻：

[1] KATARE C，SAXENA S，AGRAWAL S，et al. Flax seed：a potential medicinal food[J]. J Nutr Food Sci，2012，2：120-127.

[2] 張文斌. 亞麻木酚素的提取純化與生物活性研究[D]. 江蘇 無錫：江南大學，2007.

[3] KADIVAR M. Studies on integrated processes for the recovery of mucilage，hull，oil and protein from solin (low linolenic acid flax)[D]. Saskatoon：University of Saskatchewan，2001.

[4] OOMAH B D. Flaxseed as a functional food source[J]. J Sci Food Agric，2001，81(9)：889-894.

[5] 周亞東，李明. 世界油用亞麻生產(chǎn)發(fā)展回顧與展望[J]. 中國農(nóng)學通報，2010，26(9)：151-155.

[6] 張澤生，張?zhí)m，徐慧，等. 亞麻粕中亞麻膠提取與純化[J]. 食品研究與開發(fā)，2010，31(9)：234-237.

[7] GUTIéRREZ C，RUBILAR M，JARA C，et al. Flaxseed and flaxseed cake as a source of compounds for food industry[J]. J Soil Sci Plant Nutr，2010，10(4)：454-463.

[8] YOSHIE-STARK Y，MUELLER K，KAWARADA H，et al. Functional properties of linseed meal fractions：application as nutraceutical ingredient[J]. Food Sci Technol Res，2011，17(4)：301-310.

[9] 胡曉軍. 亞麻籽加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及對策[J]. 糧油食品科技，2009，17(6)：28-30.

[10] 黃慶德. 一種亞麻籽綜合加工方法：CN103030705A[P]. 2013-04-10.

Multible-extraction of functional components from flaxseed

YANG Xueyan1，NIE Kaili1，2，LIN Feng3，WANG Fang1，DENG Li1，2

(1. Beijing Key Laboratory of Bioprocess，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China；2. Amoy-buct Industrial Bio-technovation Institute，Xiamen 361026，F(xiàn)ujian，China；3.Faculty of Science，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China)

Flaxseed contained four kinds of functional components，such as flaxseed gum，flaxseed oil，flaxseed protein and lignan. The screening and comparison of multible-extraction process of functional components from flaxseed were studied. The process conditions of extracting flaxseed protein and lignan by one-step method were optimized by single factor experiment and orthogonal experiment. The results showed that the optimal conditions of one-step method and multible-extraction process were obtained as follows：with 40% ethanol solution as extraction solvent，ratio of material to liquid 1∶20，alkaline content 0.07 mol，extraction temperature 50℃，extraction time 2 h，extraction times twice and acid precipitation pH 4.4. Under these conditions，the yields of flaxseed gum，flaxseed oil，flaxseed protein and lignan were 9.67%，39.46%，15.27% and 11.03%，respectively. The purity and extraction rate of lignan were 28% and 83.83% respectively. The mutible- extraction process was simple，reasonable and feasible，which reduced the energy consumption and improved the additional value of products. The comprehensive utilization of flaxseed was realized.

flaxseed；functional component；extraction process；comprehensive utilization

2016-04-27；

2016-11-10

楊雪艷(1986)，女，碩士研究生，研究方向為生物加工(E-mail)xueyan12121021@126.com。

鄧 利，教授(E-mail)dengli@mail.buct.edu.cn。

TS222;TS209

A

1003-7969(2017)01-0116-06