楊 端

(鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,鄭州 451100)

奇亞籽，屬薄荷家族，種子橢圓形，顏色一般有白色、黑色或灰色等[1-2]。奇亞籽油中富含必需脂肪酸α-亞麻酸和亞油酸，兩者含量分別為62.48%和22.43%，另外奇亞籽油中的油酸、棕櫚酸和硬脂酸含量也較為豐富，分別為6.9%～7.8%、7.1%～7.3%和3.2%～3.6%[3-5]。奇亞籽油具有調(diào)節(jié)血脂、抗氧化、降血壓等作用，對(duì)腫瘤也有良好的干預(yù)作用[6-7]。

奇亞籽油作為一種新興的油脂產(chǎn)品，從其提取工藝、品質(zhì)特性到生理活性功能的研究還處于初期階段。Imran 等[8]對(duì)奇亞籽采用沸水、微波焙燒、烘箱干燥、高壓滅菌4種熱處理方式處理后制備奇亞籽油。Ixtaina等[9]分別通過壓榨和溶劑浸提法獲得奇亞籽油，發(fā)現(xiàn)溶劑浸提法的奇亞籽油產(chǎn)率比壓榨法約高30%。Ixtaina 等[10]利用超臨界流體萃取法制備奇亞籽油，該方法綠色環(huán)保，提取效果受壓力、溫度、時(shí)間等因素影響。Guindani等[11]分析認(rèn)為超臨界流體萃取法雖然在整體操作過程中污染小，但是成本高，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)。岳金霞等[12]利用微波輔助提取奇亞籽油，研究了溶劑種類、液料比、微波功率、微波處理時(shí)間等對(duì)油脂得率的影響。綜上所述，國內(nèi)外關(guān)于采用水酶法提取奇亞籽油的報(bào)道較少。與傳統(tǒng)工藝相比，水酶法在能耗、環(huán)境和安全衛(wèi)生等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，并且操作條件溫和，能夠最大程度地保留原料中的微量營養(yǎng)物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)以奇亞籽為原料，利用響應(yīng)面法優(yōu)化水酶法提取奇亞籽油的工藝條件，以期為奇亞籽油的進(jìn)一步開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

奇亞籽，海鹽耐普實(shí)業(yè)有限公司；堿性蛋白酶(酶活100 000 U/g)，上海丹妮悅生物科技有限公司；中性蛋白酶(酶活100 000 U/g)，河北鴻濤生物技術(shù)有限公司；α-淀粉酶(酶活20 000 U/g)，南京綠意生物科技有限公司；纖維素酶(酶活50 000 U/g)，鄭州宇控生物科技有限公司。

PHSJ-5型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；EX1103ZH型電子天平，上海穎領(lǐng)電子衡器有限公司；DHG-L9140A型恒溫干燥箱，上海篤特科學(xué)儀器有限公司；TG16KR型高速離心機(jī)，上海繼譜科技有限公司；RE-501型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鞏義市瑞德儀器設(shè)備有限公司；KQ-50B型超聲波清洗機(jī)，昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水酶法提取奇亞籽油

參考文獻(xiàn) [13-14]，按如下工藝路線提取奇亞籽油：奇亞籽—干燥粉碎—過80目篩—溶液超聲—調(diào)pH—加酶酶解—高溫滅酶—離心—奇亞籽油。

稱取適量奇亞籽，粉碎干燥過80目篩，按一定液料比配制成溶液，在超聲溫度45℃、超聲破壁時(shí)間15 min、超聲功率120 W條件下進(jìn)行超聲預(yù)處理，然后將溶液pH調(diào)至酶的最適pH，加酶酶解一定時(shí)間后，升溫至90℃滅酶10 min，在2 000 r/min條件下離心5 min，即得奇亞籽油。按下式計(jì)算奇亞籽油提取率。

Y=m1/m2×100%

式中：Y為奇亞籽油提取率；m1為奇亞籽油質(zhì)量，g；m2為奇亞籽粉中油脂質(zhì)量，g。

1.2.2 奇亞籽主要成分測(cè)定

粗脂肪測(cè)定，參照GB 5009.6—2016；粗蛋白測(cè)定，參照GB 5009.5—2016；灰分測(cè)定，參照GB 5009.4—2016；水分及揮發(fā)物測(cè)定，參照GB 5009.236—2016。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)均使用“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，采取組間進(jìn)行對(duì)比，P<0.05表示具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 奇亞籽主要成分(見表1)

表1 奇亞籽主要成分 %

由表1可見，奇亞籽粗脂肪含量相對(duì)較高，為31.69%，屬于中含油油料。另外，奇亞籽中還含有約25%的蛋白質(zhì)。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 酶種類對(duì)奇亞籽油提取率的影響

在酶添加量4%、液料比8∶1、酶解時(shí)間2 h、各酶最適pH和溫度下，考察堿性蛋白酶(最適pH 10、溫度45℃)、中性蛋白酶(最適pH 7、溫度40℃)、α-淀粉酶(最適pH 6.5、溫度60℃)和纖維素酶(最適pH 4.5、溫度50℃)對(duì)奇亞籽油提取率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 酶種類對(duì)奇亞籽油提取率的影響

從圖1可知，堿性蛋白酶的奇亞籽油提取率最高，故選擇堿性蛋白酶進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 液料比對(duì)奇亞籽油提取率的影響

在堿性蛋白酶添加量4%、酶解溫度45℃、pH 10、酶解時(shí)間2 h條件下，考察液料比對(duì)奇亞籽油提取率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 液料比對(duì)奇亞籽油提取率的影響

從圖2可知，隨著液料比的增加，奇亞籽油提取率也隨之升高，在液料比為8∶1時(shí)達(dá)到最高，之后隨著液料比的繼續(xù)增加，奇亞籽油提取率降低。這是因?yàn)楫?dāng)體系中液料比較低時(shí)，物料黏度較大，流動(dòng)性差，不利于酶與反應(yīng)物的充分作用，而當(dāng)體系中液料比較高時(shí)，酶與反應(yīng)物的濃度均降低，酶解不充分。因此，選擇8∶1為最適液料比。

2.2.3 酶添加量對(duì)奇亞籽油提取率的影響

在液料比8∶1、酶解溫度45℃、pH 10、酶解時(shí)間2 h條件下，考察酶添加量對(duì)奇亞籽油提取率的影響，結(jié)果見圖3。

從圖3可知，隨著酶添加量的增加，奇亞籽油提取率逐漸提高，在酶添加量為5%時(shí)達(dá)到最高，繼續(xù)增加酶添加量，奇亞籽油提取率降低。這是因?yàn)閴A性蛋白酶對(duì)脂蛋白等復(fù)合體有降解作用，并且由于酶解作用對(duì)奇亞籽細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，進(jìn)而增加油脂流動(dòng)性，有利于油脂釋放，但當(dāng)酶添加量達(dá)到一定程度后繼續(xù)增加，酶與奇亞籽內(nèi)蛋白的結(jié)合達(dá)到了飽和狀態(tài)，使得酶作用受到限制，導(dǎo)致奇亞籽油提取率降低。因此，選擇酶添加量為5%。

2.2.4 酶解時(shí)間對(duì)奇亞籽油提取率的影響

在液料比8∶1、堿性蛋白酶添加量4%、酶解溫度45℃、pH 10條件下，考察酶解時(shí)間對(duì)奇亞籽油提取率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 酶解時(shí)間對(duì)奇亞籽油提取率的影響

從圖4可知，酶解初期奇亞籽油提取率隨著酶解時(shí)間的延長呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，當(dāng)酶解時(shí)間達(dá)到2 h時(shí)，奇亞籽油提取率達(dá)到最高，但是繼續(xù)延長酶解時(shí)間提取率反而稍有下降，這可能是酶解時(shí)間過長，體系中的油脂溶出已經(jīng)達(dá)到了平衡。從節(jié)約成本考慮，選擇酶解時(shí)間為2 h。

2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以堿性蛋白酶作為酶解用酶，在酶解溫度45℃、pH 10條件下，以提取率(Y)為指標(biāo)，液料比(X1)、酶添加量(X2)和酶解時(shí)間(X3)為因素，進(jìn)行Box-Behnken響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，以優(yōu)化奇亞籽油的提取條件。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素與水平見表1，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素與水平

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表3 方差分析

注：*表示有顯著差異(P<0.05)；**表示有極顯著差異(P<0.01)。

由表3可知，回歸模型極顯著，失擬項(xiàng)不顯著，說明回歸方程對(duì)實(shí)驗(yàn)具有較好的擬合性，實(shí)驗(yàn)誤差較小，模型可用于優(yōu)化奇亞籽油提取工藝條件。3個(gè)因素對(duì)奇亞籽油提取率影響大小為液料比>酶解時(shí)間>酶添加量，并且3個(gè)因素的影響都達(dá)到了極顯著水平；交互相X1X2的影響達(dá)到顯著水平，X1X3達(dá)到極顯著水平，X2X3的影響不顯著；液料比、酶添加量、酶解時(shí)間各因素的二次項(xiàng)對(duì)提取率影響均在極顯著水平。

通過對(duì)模型方程求解得出提取奇亞籽油的最佳工藝條件為液料比8.47∶1、酶添加量5.17%、酶解時(shí)間2.16 h，在此條件下奇亞籽油提取率為89.65%。為了進(jìn)一步驗(yàn)證模型的可靠性，對(duì)最佳條件進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出奇亞籽油平均提取率為89.53%，與預(yù)測(cè)值接近，說明回歸模型與實(shí)際情況擬合較好。

3 結(jié) 論

以奇亞籽作為原料，采用水酶法提取奇亞籽油。通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)確定了奇亞籽油的最佳提取工藝條件為：堿性蛋白酶作為酶解用酶，酶解溫度45℃，pH 10，液料比8.47∶1，酶添加量5.17%，酶解時(shí)間2.16 h。在最佳條件下，奇亞籽油提取率為89.53%。