張偉光，邸 凱，趙國君

(齊齊哈爾大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

超聲輔助水酶法提取冬瓜籽油的工藝研究

張偉光，邸 凱，趙國君

(齊齊哈爾大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

以冬瓜籽為原料，采用超聲輔助水酶法提取冬瓜籽油。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，得出最佳提取工藝條件:顆粒粒度60目，液料比7∶1，酶用量2.0%(以冬瓜籽質(zhì)量計(jì))，pH 8.0，酶解溫度55℃，超聲時(shí)間20 min，超聲功率150 W，超聲溫度50℃。在最佳條件下，冬瓜籽油提取率為82.55%。

冬瓜籽油；超聲波；水酶法；提取

冬瓜屬葫蘆科一年生草本植物，別名白瓜、枕瓜、廣瓜，冬瓜原產(chǎn)于我國南方和印度，現(xiàn)在全國各地均有栽培，主要供應(yīng)季節(jié)為夏秋季[1]。冬瓜的果實(shí)富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、維生素以及膳食纖維等營養(yǎng)成分，具有產(chǎn)量高、耐貯運(yùn)、熱量低等特點(diǎn)[2-3]，還具有利尿、清熱、化痰、抗炎等功效[4-5]，可以降低糖尿病患者的血糖水平[6]。目前植物油的提取方法主要有壓榨法[7-8]、超臨界CO2萃取法[9-10]、微波輔助水酶法[11-13]、溶劑法[14]等。超聲波是一種效率較高的提取技術(shù)，通過提高介質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到輔助生物有效成分高效提取的目的[15]。超聲波輔助法具有儀器設(shè)備簡單、操作時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，可有效降低提取成本[16]。本實(shí)驗(yàn)采用超聲輔助水酶法提取冬瓜籽油，并優(yōu)化其工藝條件。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

冬瓜籽：購自齊齊哈爾市種子商店；水解蛋白酶Alcalase 3.0T：憶諾聯(lián)創(chuàng)生物科技發(fā)展(北京)有限公司，其他試劑均為分析純。

1810-B型石英自動(dòng)雙重純水蒸餾器， RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩，電熱恒溫水浴鍋，F(xiàn)Z102微型植物粉碎機(jī)，SK2200HP超聲清洗器，GT10-2型高速臺(tái)式離心機(jī)，101-2A型電熱鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 冬瓜籽油的提取

根據(jù)文獻(xiàn)[17]方法提取冬瓜籽油。將冬瓜籽清洗、烘干、粉碎、過篩處理后，每次準(zhǔn)確稱取20 g冬瓜籽粉末，置于250 mL圓底燒杯中，按一定液料比加入蒸餾水，通過超聲波處理并達(dá)到規(guī)定的時(shí)間，調(diào)節(jié)pH后加入一定量的Alcalase 3.0T蛋白酶，置于恒溫水浴鍋中不斷攪拌2.5 h，萃取結(jié)束后加熱8 min 滅酶，在4 000 r/min 離心25 min，收集上層游離油，棄去乳狀液及水解液，將殘?jiān)谜麴s水洗滌，繼續(xù)離心10 min，收集上層游離油，將兩次離心所得的游離油合并稱重，計(jì)算提取率。提取率=冬瓜籽油質(zhì)量/冬瓜籽中油脂質(zhì)量×100%。

1.2.2 冬瓜籽中油脂含量測定

按GB/T 14772—2008方法測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 酶解條件對冬瓜籽油提取率的影響

在沒有經(jīng)過超聲波處理的情況下，以冬瓜籽的顆粒粒度、液料比、酶用量、pH、酶解溫度作為考察因素，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并計(jì)算提取率，通過正交實(shí)驗(yàn)確定最優(yōu)工藝條件。

2.1.1 顆粒粒度對提取率的影響

在液料比7∶1、酶用量2.0%(以冬瓜籽質(zhì)量計(jì)，下同)、pH 8.0、酶解溫度55℃的條件下，研究顆粒粒度對提取率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 顆粒粒度對提取率的影響

從圖1 可以看出，冬瓜籽油的提取率與顆粒粒度的大小關(guān)系較大，顆粒粒度減小，提取率增加，顆粒粒度超過60目后提取率減小，是由于顆粒粒度特別小時(shí)，其吸附作用會(huì)變大，導(dǎo)致擴(kuò)散速度變小，使提取率降低。因此，確定冬瓜籽的粒度為60目。

2.1.2 液料比對提取率的影響

在顆粒粒度60目、酶用量2.0%、pH 8.0、酶解溫度55 ℃的條件下，研究液料比對提取率的影響，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 液料比對提取率的影響

從圖2可以看出，提取率隨著液料比的增加而增加，但增加趨勢逐漸縮小，液料比超過7∶1后提取率呈下降趨勢。液料比的加大有利于蛋白質(zhì)的溶出，可提高酶解速率，使提取率增大，當(dāng)液料比過大時(shí)，分子間的碰撞概率下降，從而降低提取率。因此，確定液料比為7∶1。

2.1.3 酶用量對提取率的影響

在顆粒粒度60目、液料比7∶1、pH 8.0、酶解溫度55 ℃的條件下，研究酶用量對提取率的影響，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 酶用量對提取率的影響

從圖3可以看出，提取率隨著酶用量的增加而增加，這是由于酶可對細(xì)胞膜上的脂蛋白進(jìn)行水解使細(xì)胞中油脂得以釋放，酶用量超過2.0%后提取率呈下降趨勢，是由于酶用量過多，使得酶本身發(fā)生自溶反應(yīng)，導(dǎo)致提取率降低。因此，確定酶用量為2.0%。

2.1.4 pH對提取率的影響

在顆粒粒度60目、液料比7∶1、酶用量2.0%、酶解溫度55℃的條件下，研究pH對提取率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 pH對提取率的影響

從圖4可以看出，冬瓜籽油提取率隨著pH的增加而明顯增加，當(dāng)pH超過8.0后提取率開始降低；這是由于水解蛋白酶的最適宜pH為6.5～8.5，超過這個(gè)范圍酶的活性下降。因此，確定pH為8.0。

2.1.5 酶解溫度對提取率的影響

在顆粒粒度60目、液料比7∶1、酶用量2.0%、pH 8.0的條件下，研究酶解溫度對提取率的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 酶解溫度對提取率的影響

從圖5可以看出，隨著酶解溫度的升高，冬瓜籽油提取率明顯增加，當(dāng)酶解溫度高于55 ℃后，提取率開始下降，原因是溫度過高使酶變性，降低酶解的反應(yīng)速度。因此，確定酶解溫度為55 ℃。

2.1.6 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)確定最佳酶解工藝條件

影響提取率的主要因素有：顆粒粒度，液料比，酶用量，pH，酶解溫度。用L16(45)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，冬瓜籽油提取最佳酶解工藝正交實(shí)驗(yàn)的因素水平見表1，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表1 因素水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

從表2可以看出，對提取率的影響因素貢獻(xiàn)依次為酶解溫度gt;酶用量gt;顆粒粒度gt; pHgt;液料比，冬瓜籽油提取最佳酶解工藝條件的組合為A1B2C2D2E3，即顆粒粒度60目、液料比7∶1、酶用量2.0%、pH 8.0、酶解溫度55 ℃。在最佳條件下進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，平均提取率為72.49%。

2.2 超聲波處理對冬瓜籽油提取率的影響

在上述最佳酶解條件下，研究最佳超聲波處理?xiàng)l件。在課題組前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定影響提取率的主要因素有：超聲時(shí)間，超聲功率，超聲溫度。用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，冬瓜籽油提取最佳超聲波處理?xiàng)l件正交實(shí)驗(yàn)的因素水平見表3，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表4。

表3 因素水平

表4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

從表4可以看出，對提取率的影響因素貢獻(xiàn)依次為超聲功率gt;超聲時(shí)間gt;超聲溫度，冬瓜籽油提取最佳超聲波處理?xiàng)l件的組合為A2B2C2，即超聲時(shí)間20 min、超聲功率150 W、超聲溫度50 ℃。在最佳條件下進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，平均提取率為82.55%，提取率與沒有超聲處理的相比提高了10.06個(gè)百分點(diǎn)。

3 結(jié) 論

采用超聲輔助水酶法提取冬瓜籽油，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過正交實(shí)驗(yàn)確定了最佳工藝條件：顆粒粒度60目，液料比7∶1，酶用量2.0%，pH 8.0，酶解溫度55 ℃，超聲時(shí)間20 min，超聲功率150 W，超聲溫度50 ℃。為進(jìn)一步驗(yàn)證正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，在最佳工藝條件下進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，平均提取率為82.55%。

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Ultrasound-assistedaqueousenzymaticextractionofBenincasahispidaCogn.seedoil

ZHANG Weiguang，DI Kai，ZHAO Guojun

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, Heilongjiang，China)

TheBenincasahispidaCogn. seed oil was extracted by ultrasound-assisted aqueous enzymatic method．On the basis of single factor experiment, the optimal extraction conditions were obtained by orthogonal experiment as follows: partical size 60 meshes, liquid-solid ratio 7∶1, dosage of alcalase 2.0%(based on the mass ofBenincasahispidaCogn. seed), pH 8.0, enzymolysis temperature 55 ℃, ultrasonic time 20 min, ultrasonic power 150 W, ultrasonic temperature 50℃. Under these conditions,the extraction rate was 82.55%.

BenincasahispidaCogn. seed oil；ultrasound；aqueous enzymatic method；extraction

TS225;TQ644.1

A

1003-7969(2017)11-0012-04

2017-01-20；

2017-06-20

黑龍江省教育廳基本業(yè)務(wù)專項(xiàng)理工面上項(xiàng)目(135109205)

張偉光(1970)，男，副教授，碩士，研究方向?yàn)榫?xì)化學(xué)品合成及油脂加工(E-mail)zhangweiguang1230@163.com。