魏松麗，劉元法，曹培讓，李進(jìn)偉，孟 宗

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，食品安全與營(yíng)養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 無(wú)錫214122)

油脂加工

水酶法制取菜籽油的超聲輔助微波破乳工藝研究

魏松麗，劉元法，曹培讓，李進(jìn)偉，孟 宗

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，食品安全與營(yíng)養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 無(wú)錫214122)

在超聲輔助作用下，采用微波輻射對(duì)水酶法制取菜籽油過(guò)程中產(chǎn)生的乳狀液進(jìn)行破乳。采用單因素試驗(yàn)方法，對(duì)超聲輔助微波破乳工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，最優(yōu)破乳工藝條件為：乳狀液體積分?jǐn)?shù)60%，pH 5.0，超聲強(qiáng)度400 W，超聲溫度40℃，超聲作用時(shí)間30 s，微波強(qiáng)度600 W，微波作用時(shí)間70 s。在最優(yōu)工藝條件下，破乳率可達(dá)96.30%±1.20%。

菜籽油；水酶法；乳狀液；超聲輔助；微波；破乳

工業(yè)上制備菜籽油多以預(yù)榨浸出工藝為主，盡管相較于傳統(tǒng)的壓榨工藝，預(yù)榨浸出工藝制備的菜籽油得率有所提高，但仍無(wú)法克服油品品質(zhì)較差和污染嚴(yán)重等問(wèn)題[1]。隨著新酶種的不斷出現(xiàn)和酶制劑價(jià)格的下浮，水酶法這種綠色新型的制油技術(shù)逐漸再次成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

水酶法制取菜籽油過(guò)程中面臨的重要問(wèn)題是大部分油脂以乳化液的形式與蛋白質(zhì)緊密結(jié)合而難以提取，清油得率低。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了相關(guān)研究，其中Embong等[2]利用煮沸的方法對(duì)菜籽油乳狀液進(jìn)行破乳，最終破乳率達(dá)到90%以上；章紹兵等[3]利用冷凍解凍-離心結(jié)合的方法對(duì)菜籽油乳狀液進(jìn)行破乳，最終破乳率達(dá)75%；胡麗麗等[4]利用無(wú)水乙醚萃取-離心結(jié)合的方法對(duì)菜籽油乳狀液進(jìn)行破乳，最終破乳率達(dá)98.05%。以上研究為解決菜籽油清油得率低的問(wèn)題做出了貢獻(xiàn)，但破乳方法較為單一，與工業(yè)化應(yīng)用要求還有很大距離。

本研究針對(duì)水酶法制取菜籽油過(guò)程中乳化液難以破乳的問(wèn)題，采用超聲輔助微波輻射破乳方法，系統(tǒng)研究了該方法破乳的作用規(guī)律，旨在為水酶法制取菜籽油的工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

甘藍(lán)型雙低脫皮油菜籽，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所提供；纖維素酶、果膠酶、Alcalase 2.4L堿性蛋白酶，購(gòu)于諾維信(中國(guó))生物技術(shù)有限公司；β-葡聚糖酶，購(gòu)于美侖生物技術(shù)有限公司；氫氧化鈉、鹽酸、乙醇等均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

小型高速粉碎機(jī)：青州市精誠(chéng)醫(yī)藥裝備制造有限公司；電子天平、pH計(jì)：梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；超級(jí)恒溫循環(huán)水浴鍋；數(shù)顯恒溫磁力攪拌器；RJ-TDL-50A低速臺(tái)式大容量離心機(jī)：無(wú)錫瑞江分析儀器有限公司；醫(yī)用低溫箱：三洋電機(jī)株式會(huì)社；數(shù)顯恒溫水浴鍋；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；Scientz ⅡD超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)：寧波新芝生物科技股份有限公司；NN-T251W型微波爐：日本Panasonic公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

脫皮油菜籽→干磨→加水混合(料液比1∶6)→煮沸4 min→復(fù)合多糖酶水解(果膠酶、β-葡聚糖酶與纖維素酶體積比為2∶1∶1，加酶量1.0%，溫度50℃，pH 4.8，時(shí)間1 h)→堿提(pH 9.0，溫度60℃，時(shí)間30 min)→蛋白酶水解(加酶量1.5%，pH 8.5，溫度60℃，時(shí)間3 h)→滅酶(90℃，10 min)→離心(4 500 r/min，10 min)→菜籽乳狀液→加水混勻→超聲處理→調(diào)節(jié)pH→微波處理→離心→菜籽清油。

1.2.2 破乳技術(shù)的篩選

離心分離破乳方法，參照陶海騰等[5]的方法；加熱破乳方法，參照祖亭月等[6]的方法；超聲破乳方法，參照李楊等[7]的方法；冷凍解凍破乳方法，參照彭瑤瑤等[8]的方法；冷凍微波解凍破乳方法，參照齊寶坤等[9]的方法；微波破乳方法，參照王文睿等[10]的方法；乙醇萃取破乳方法，參照李楊[11]的方法；超聲輔助乙醇萃取破乳方法，參照李楊[11]的方法。

1.2.3 超聲輔助微波破乳方法

用50 mL燒杯稱取5 g乳狀液，與一定量去離子水混合，放入超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中，在一定的超聲溫度和超聲強(qiáng)度下處理一定時(shí)間后取出。調(diào)節(jié)預(yù)處理后乳狀液的pH，將其置于微波爐中，在一定的微波強(qiáng)度下處理一定時(shí)間后，4 500 r/min離心10 min，得游離油、水相混合液和殘余物。破乳率按下式計(jì)算：

1.2.4 統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用SPSS17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA差異顯著性分析，采用Origin8.0和SAS9.1軟件作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 破乳技術(shù)的篩選

為確定菜籽乳狀液的最佳破乳技術(shù)，對(duì)近年來(lái)已報(bào)道的9種破乳技術(shù)的最佳條件進(jìn)行了試驗(yàn)，并進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同破乳技術(shù)的最佳條件對(duì)菜籽乳化液破乳率影響

由表1可知，不同破乳技術(shù)對(duì)菜籽乳狀液的破乳效果差別明顯，其中超聲輔助乙醇萃取技術(shù)對(duì)菜籽乳狀液的破乳率最高，為90.47%；冷凍微波解凍技術(shù)的效果次之，破乳率為89.82%；微波破乳技術(shù)的效果又次之，破乳率為83.93%?？梢?jiàn)，超聲輔助乙醇萃取、冷凍微波解凍及微波這3種破乳技術(shù)較適合應(yīng)用于菜籽乳狀液的破乳，但考慮到冷凍解凍技術(shù)和乙醇萃取技術(shù)存在能耗高或有機(jī)溶劑使用量大等問(wèn)題，因而將更加節(jié)能環(huán)保的超聲輔助和微波破乳技術(shù)有機(jī)結(jié)合，并以此作為菜籽乳狀液破乳的最佳技術(shù)進(jìn)行后續(xù)研究。

2.2 乳狀液體積分?jǐn)?shù)對(duì)破乳率的影響

在pH 5.0、超聲強(qiáng)度400 W、超聲溫度40℃、超聲作用時(shí)間30 s、微波強(qiáng)度600 W、微波作用時(shí)間70 s 的條件下，考察乳狀液體積分?jǐn)?shù)對(duì)菜籽乳狀液破乳率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可知，當(dāng)乳狀液體積分?jǐn)?shù)很低時(shí)，破乳效果并不理想，乳狀液體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)破乳率僅87.2%，隨著乳狀液體積分?jǐn)?shù)的增大，破乳率逐漸提高，在乳狀液體積分?jǐn)?shù)為60%達(dá)到最高，為96.30%±1.20%；之后隨乳狀液體積分?jǐn)?shù)的增大破乳率逐漸降低。此組試驗(yàn)說(shuō)明破乳率與乳狀液體積分?jǐn)?shù)有關(guān)，原因可能是適宜體積分?jǐn)?shù)的乳狀液經(jīng)微波作用后水分子高速旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)，并與油水界面的分子發(fā)生碰撞，使ξ-電位遭到削弱或破壞[12]，界面膜強(qiáng)度降低，進(jìn)而有利于油脂釋放和油滴聚集。因此，選擇乳狀液體積分?jǐn)?shù)為60%。

圖1 乳狀液體積分?jǐn)?shù)對(duì)破乳率的影響

2.3 pH對(duì)破乳率的影響

在乳狀液體積分?jǐn)?shù)60%、超聲強(qiáng)度400 W、超聲溫度40℃、超聲作用時(shí)間30 s、微波強(qiáng)度600 W、微波作用時(shí)間70 s的條件下，考察pH對(duì)菜籽乳狀液破乳率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 pH對(duì)破乳率的影響

由圖2可知，乳狀液pH小于7.0時(shí)的破乳率均高于pH大于7.0時(shí)的破乳率，且當(dāng)pH為5.0時(shí)破乳率最高，為96.30%±1.20%；pH為7.0時(shí)破乳率最低，僅為85.2%±1.13%。此組試驗(yàn)說(shuō)明破乳率與pH有關(guān)，且相較于中性條件，酸性條件和堿性條件均有利于微波破乳，其中酸性條件更有利于破乳的進(jìn)行。原因可能是酸性和堿性條件下乳狀液內(nèi)蛋白質(zhì)帶有較多電荷，微波作用時(shí)，帶電荷蛋白質(zhì)沿電場(chǎng)方向發(fā)生振動(dòng)、聚集，水油兩相間薄膜變薄、破裂，有利于油脂的釋放，且在酸性條件下，由于接近蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，蛋白質(zhì)溶解度降低，這也在一定程度上促進(jìn)了油脂的釋放，與李楊[11]研究大豆油得到的結(jié)果相符。因此，選擇pH為5.0。

2.4 超聲強(qiáng)度對(duì)破乳率的影響

在乳狀液體積分?jǐn)?shù)60%、pH 5.0、超聲溫度40℃、超聲作用時(shí)間30 s、微波強(qiáng)度600 W、微波作用時(shí)間70 s的條件下，考察超聲強(qiáng)度對(duì)菜籽乳狀液破乳率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 超聲強(qiáng)度對(duì)破乳率的影響

由圖3可知，隨著超聲強(qiáng)度逐漸增加，破乳率快速上升，并在超聲強(qiáng)度400 W時(shí)破乳率達(dá)到最高，為96.30%±1.20%；隨著超聲強(qiáng)度繼續(xù)增加，破乳率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。此組試驗(yàn)說(shuō)明破乳率與超聲強(qiáng)度有關(guān)，且當(dāng)超聲強(qiáng)度過(guò)小或過(guò)大時(shí)破乳效果都不理想。原因可能是在超聲強(qiáng)度過(guò)小時(shí)，超聲作用不能對(duì)乳狀液起到分散、均質(zhì)等作用[13]，不利于微波進(jìn)一步對(duì)乳狀液破乳；當(dāng)超聲強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，由于超聲的空穴效應(yīng)改變了菜籽乳狀液中蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，暴露出更多的親水基團(tuán)[14]，促進(jìn)乳狀液的進(jìn)一步乳化并增強(qiáng)了乳狀液的乳化穩(wěn)定性，不利于破乳的進(jìn)行。因此，選擇超聲強(qiáng)度為400 W。

2.5 超聲溫度對(duì)破乳率的影響

在乳狀液體積分?jǐn)?shù)60%、pH 5.0、超聲強(qiáng)度400 W、超聲作用時(shí)間30 s、微波強(qiáng)度600 W、微波作用時(shí)間70 s的條件下，考察超聲溫度對(duì)菜籽乳狀液破乳率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 超聲溫度對(duì)破乳率的影響

由圖4可知，隨著超聲溫度的升高，菜籽乳狀液的破乳率先緩慢增大，后快速減小，并在40℃時(shí)破乳率達(dá)到最高，為96.30%±1.20%。此組試驗(yàn)說(shuō)明破乳率與超聲溫度有關(guān)。原因可能是超聲溫度升高，分子振動(dòng)加劇，促進(jìn)了分子間的擴(kuò)散作用，而超聲溫度過(guò)高，蛋白質(zhì)發(fā)生熱變性，肽鏈結(jié)構(gòu)逐漸展開(kāi)，甚至斷裂，從而暴露出更多的親油基團(tuán)，使得吸油性有所升高[15]，從而不利于破乳的進(jìn)行。因此，選擇超聲溫度為40℃。

2.6 超聲作用時(shí)間對(duì)破乳率的影響

在乳狀液體積分?jǐn)?shù)60%、pH 5.0、超聲強(qiáng)度400 W、超聲溫度40℃、微波強(qiáng)度600 W、微波作用時(shí)間70 s的條件下，考察超聲作用時(shí)間對(duì)菜籽乳狀液破乳率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 超聲作用時(shí)間對(duì)破乳率的影響

由圖5可知，在超聲作用初期，破乳率隨超聲作用時(shí)間的延長(zhǎng)迅速上升，并在30 s時(shí)破乳率達(dá)到最高，為96.30%±1.20%；隨著超聲作用時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，破乳率持續(xù)下降。此組試驗(yàn)說(shuō)明破乳率與超聲作用時(shí)間有關(guān)，且超聲作用時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)破乳效果都不理想。原因可能是超聲作用時(shí)間過(guò)短，乳狀液還未來(lái)得及充分分散，不利于破乳的進(jìn)行；而超聲作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)變得疏松，使疏水性多肽部分展開(kāi)朝向脂質(zhì)而極性部分朝向水相，導(dǎo)致乳化活力及乳化穩(wěn)定性都增強(qiáng)[16]，從而加大了破乳的難度。因此，選擇超聲作用時(shí)間為30 s。

2.7 微波強(qiáng)度對(duì)破乳率的影響

在乳狀液體積分?jǐn)?shù)60%、pH 5.0、超聲強(qiáng)度400 W、超聲溫度40℃、超聲作用時(shí)間30 s、微波作用時(shí)間70 s的條件下，考察微波強(qiáng)度對(duì)菜籽乳狀液破乳率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 微波強(qiáng)度對(duì)破乳率的影響

由圖6可知，破乳率隨微波強(qiáng)度的增強(qiáng)不斷上升，在微波強(qiáng)度為600 W時(shí)，破乳率趨于最高，為96.30%±1.20%；微波強(qiáng)度大于600 W時(shí)，破乳率略有上升。此組試驗(yàn)說(shuō)明破乳率與微波強(qiáng)度有關(guān)，且隨微波強(qiáng)度的增加而增大。原因可能是由于微波電磁場(chǎng)的高頻振蕩，乳狀液內(nèi)部的電極性分子自由振蕩，使破乳得以實(shí)現(xiàn)[10]，并且隨著微波強(qiáng)度的增加，破乳率呈上升趨勢(shì)。微波強(qiáng)度繼續(xù)增加，由于油脂的釋放一定程度上限制了界面蛋白質(zhì)的進(jìn)一步破壞，故繼續(xù)增加微波強(qiáng)度對(duì)進(jìn)一步破乳效果不大。盡管當(dāng)微波強(qiáng)度大于600 W時(shí)破乳率略有上升，但考慮到微波強(qiáng)度大于600 W時(shí)破乳效果提升不明顯且能耗增加，所以選擇微波強(qiáng)度為600 W。

2.8 微波作用時(shí)間對(duì)破乳率的影響

在乳狀液體積分?jǐn)?shù)60%、pH 5.0、超聲強(qiáng)度400 W、超聲溫度40℃、超聲作用時(shí)間30 s、微波強(qiáng)度600 W的條件下，考察微波作用時(shí)間對(duì)菜籽乳狀液破乳率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 微波作用時(shí)間對(duì)破乳率的影響

由圖7可知，破乳率隨微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)不斷上升，在微波作用時(shí)間70 s時(shí)，破乳率趨于最高，為96.30%±1.20%；微波作用時(shí)間大于70 s時(shí)，破乳率趨于平衡，變化不明顯。此組試驗(yàn)說(shuō)明破乳率與微波作用時(shí)間有關(guān)，且隨微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。原因可能是隨著微波作用時(shí)間的延長(zhǎng)，微波對(duì)乳狀液產(chǎn)生的熱效應(yīng)增強(qiáng)，乳狀液界面張力和黏度下降，油水密度差增加，從而降低乳狀液的穩(wěn)定性，有利于水油兩相分別聚集[12]，使破乳易于實(shí)現(xiàn)。微波作用時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，由于油脂釋放已趨于完全，且蛋白質(zhì)嚴(yán)重?zé)嶙冃?，難以與乳狀液中油脂再次結(jié)合，故破乳率達(dá)到平衡。因此，選擇微波作用時(shí)間為70 s。

3 結(jié) 論

本文在超聲輔助作用下，采用微波輻射對(duì)水酶法制取菜籽油過(guò)程中產(chǎn)生的乳狀液進(jìn)行破乳工藝研究，探討乳狀液體積分?jǐn)?shù)、pH、超聲強(qiáng)度、超聲溫度、超聲作用時(shí)間、微波強(qiáng)度、微波作用時(shí)間對(duì)破乳率的影響。采用單因素試驗(yàn)方法，對(duì)超聲輔助微波破乳工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，確定最優(yōu)破乳工藝條件為：乳狀液體積分?jǐn)?shù)60%，pH 5.0，超聲強(qiáng)度400 W，超聲溫度40℃，超聲作用時(shí)間30 s，微波強(qiáng)度600 W，微波作用時(shí)間70 s。在最優(yōu)工藝條件下，破乳率可達(dá)96.30%±1.20%。因此，超聲輔助微波輻射技術(shù)是一種可應(yīng)用于水酶法制取菜籽油中的非常有效的破乳方式。

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Ultrasound-assistedmicrowavedemulsificationofrapeseedoilpreparedbyaqueousenzymaticmethod

WEI Songli, LIU Yuanfa, CAO Peirang, LI Jinwei, MENG Zong

(Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition, State Key Laboratory of Food Science and Technology, School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China)

The emulsion produced during aqueous enzymatic extraction of rapeseed oil was treated by microwave for demulsification assisted by ultrasound. The process conditions of ultrasound-assisted microwave demuldification were optimized by single factor experiment. The results showed that the optimal demulsification conditions were obtained as follows: volume fraction of emulsion 60%, pH 5.0, ultrasonic power 400 W, ultrasonic temperature 40℃, ultrasonic treatment time 30 s, microwave power 600 W, and microwave treatment time 70 s. Under the optimal conditions, the demulsification rate of rapeseed oil emulsion was 96.30%±1.20%.

rapeseed oil; aqueous enzymatic method; emulsion; ultrasound-assist; microwave; demulsification

2016-10-25;

：2017-03-16

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)(2013AA102103-1)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31471678)；中央高?？蒲谢?JUSRP51501)

魏松麗(1991)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橛椭罴庸ぱ芯颗c開(kāi)發(fā)(E-mail)weisongli1991@163.com。

孟 宗，副教授，碩士生導(dǎo)師(E-mail)mengzong@jiangnan.edu.cn。

TS224; TS225.1

： A

：1003-7969(2017)07-0001-05