張逸濛,楊瑞金

(1.江南大學(xué)食品學(xué)院,江蘇無(wú)錫 214122; 2.江南大學(xué)食品科學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無(wú)錫 214122)

油菜籽作為我國(guó)重要的一種油料作物,含有38%～45%的脂肪,20%～25%的蛋白質(zhì)和20%～25%的碳水化合物。油菜籽富含多酚,在所有油料作物中,油菜籽的多酚含量居于第一位,同時(shí)其含有豐富的植物甾醇[1]。同時(shí),油菜籽中含有一定的抗?fàn)I養(yǎng)因子,如硫苷、植酸、單寧等,也一定程度限制了油菜籽的發(fā)展[2]。其中硫苷全稱為硫代葡萄糖苷,其本身無(wú)毒,存在于植物的液泡中,但當(dāng)細(xì)胞發(fā)生破裂時(shí),硫苷會(huì)被位于細(xì)胞中的硫苷酶催化釋放出異硫氰酸酯、惡唑烷硫酮和腈類等有毒物質(zhì)[3]。

目前,水媒法作為一種條件溫和、環(huán)保的提油技術(shù),在工業(yè)上正逐漸代替壓榨法成為一種新型提油手段。水媒法是以水為媒介,并輔以乙醇、食用級(jí)酶或超聲波等處理以提取食用油的方法[4]。在水媒法的提油過(guò)程中,有占原料蛋白68.71%±1.42%的蛋白殘留在水相中,因此有必要對(duì)提油后的水相蛋白進(jìn)行回收,以提高資源利用率。然而,在用傳統(tǒng)堿溶酸沉法回收蛋白時(shí),蛋白易與水相中的多酚發(fā)生結(jié)合并部分氧化成醌類物質(zhì)[5-6],從而導(dǎo)致蛋白顏色偏深、純度較低且整體功能性質(zhì)劣于大豆蛋白。同時(shí),由于硫苷的存在,菜籽蛋白的利用也存在一定的安全問(wèn)題。文獻(xiàn)報(bào)道的脫酚方法主要有溶劑萃取法、微波輔助提取法、超聲輔助提取法、超臨界萃取法等。其中,溶劑萃取法對(duì)設(shè)備要求較低、工藝流程簡(jiǎn)單,并且符合綠色節(jié)能環(huán)保的理念,有較大的工業(yè)化應(yīng)用價(jià)值。許瑞如等[7]采用微波法提取桔梗根多酚,在微波功率210 W、料液比1∶30 g/mL、微波時(shí)間60 s、乙醇濃度50%、提取次數(shù)為2次時(shí)多酚提取率達(dá)6.49 mg/g。王成濤等[8]通過(guò)甲醇乙醇混合法脫酚并制備棉籽蛋白,確定的最佳工藝條件為:甲醇-乙醇混合比例1∶1,混合溶劑體積分?jǐn)?shù)90%,萃取溫度55 ℃,每次萃取時(shí)間25 min,料液比1∶3 g/mL,分3次進(jìn)行。在最佳工藝條件下制備的脫酚棉籽蛋白游離棉酚含量為157 mg/kg。呂丹丹[9]采用乙醇超聲輔助法對(duì)核桃多酚進(jìn)行提取,在最優(yōu)條件下核桃脫酚蛋白較未脫酚蛋白溶解度、乳化活性和乳化穩(wěn)定性、起泡性和泡沫穩(wěn)定性分別上升了9.3%、25.31%、17.93%、24.49%和89.58%。王風(fēng)雷等[10]用70%乙醇提取薺菜中硫苷,發(fā)現(xiàn)在料液比1∶25 g/mL,80 ℃反應(yīng)30 min時(shí)硫苷提取率為56.2 mg/g。

為提高蛋白品質(zhì),以乙醇酸法同時(shí)提取菜籽中的多酚和硫苷的工藝目前尚未見報(bào)道。有本研究首先對(duì)整粒菜籽進(jìn)行脫酚、脫硫苷的處理,減少處理時(shí)蛋白溶出的同時(shí)脫除油菜籽中多酚和硫苷,再以節(jié)能環(huán)保的水媒法為提取方法,對(duì)提油后得到的水相蛋白進(jìn)行提取,并對(duì)比脫酚前后油菜籽蛋白質(zhì)的顏色、純度、功能性質(zhì)的不同,旨在對(duì)水媒法利用油菜籽副產(chǎn)物及改善副產(chǎn)物品質(zhì)方面提供有益的參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

油菜籽 市售,產(chǎn)于江蘇鹽城;芥子酸(sinapic acid) 純度≥99.0%,美國(guó)Sigma公司;黑芥子硫苷酸鉀(sinigrin) 純度≥99.0%,美國(guó)Sigma公司;福林酚 美國(guó)Sigma公司,使用前稀釋10倍;乙醇、碳酸鈉、氯化鈀、羧甲基纖維素鈉、硫酸鉀、硫酸銅、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸 分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

LE2002E電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;DK-S2電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;DGG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中國(guó)上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;DFY-500搖擺式高速中藥粉碎機(jī) 浙江溫嶺市林大機(jī)械有限公司;TGL-16M冷凍離心機(jī) 上海盧湘離心機(jī)儀器有限公司;723N可見分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司;M348834旋渦振蕩器 德國(guó)IKA公司;UltraScan Pro1166高精度分光測(cè)色儀 美國(guó)Hunterlab公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

乙醇酸法脫除多酚和硫苷:稱取50 g的新鮮菜籽于干燥錐形瓶中,加入250 mL的乙醇酸溶液(乙醇∶水=4∶6,pH=5),在80 ℃的溫度下于恒溫水浴搖床中反應(yīng)1 h,搖床轉(zhuǎn)速設(shè)置為150 r/min。

水相蛋白的提?。航?jīng)粉碎后的菜籽按照田凌宇[14]的方法對(duì)菜籽進(jìn)行水媒法提油。收集水媒法提油后得到的水相,由于水媒法提取菜籽油得到的水相pH=11左右,因此可以直接酸沉。用1 mol/L的鹽酸溶液將pH調(diào)至水媒法菜籽蛋白的等電點(diǎn)5.0,4 ℃酸沉30 min,于冷凍離心機(jī)中以5000r/min的轉(zhuǎn)速離心15 min,濾去上清液,收集沉淀。在沉淀中添加適量去離子水,將pH調(diào)至7.5后繼續(xù)離心,重復(fù)一次這樣的操作,收集得到的蛋白沉淀。復(fù)溶后冷凍干燥得到菜籽蛋白粉。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1 乙醇濃度對(duì)多酚和硫苷含量的影響 按照1.2.1的方法,在菜籽50 g,料液比1∶5 (g/mL),pH調(diào)節(jié)至5,80 ℃反應(yīng)1 h的條件下,分別設(shè)置乙醇濃度為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%進(jìn)行實(shí)驗(yàn),離心后取上清液,分別測(cè)定多酚和硫苷含量。

1.2.2.2 料液比對(duì)多酚和硫苷含量的影響 按照1.2.1的方法,在菜籽50 g,乙醇濃度為40%,pH調(diào)節(jié)至5,80 ℃反應(yīng)1 h的條件下,分別設(shè)置料液比為1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7 (g/mL)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),離心后取上清液,分別測(cè)定多酚和硫苷含量。

1.2.2.3 pH對(duì)多酚和硫苷含量的影響 按照1.2.1的方法,在菜籽50 g,乙醇濃度為40%,料液比為1∶5,80 ℃反應(yīng)1 h的條件下,分別在pH為2、3、4、5、6、7的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分別測(cè)定多酚和硫苷含量。

1.2.2.4 反應(yīng)溫度對(duì)多酚和硫苷含量的影響 按照1.2.1的方法,在菜籽50 g,乙醇濃度為40%,pH調(diào)節(jié)至5,料液比為1∶5,反應(yīng)1 h的條件下,分別在溫度為50、60、70、80、90 ℃的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),離心后取上清液,分別測(cè)定多酚和硫苷含量。

1.2.2.5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)多酚和硫苷含量的影響 按照1.2.1的方法,在菜籽50 g,乙醇濃度為40%,pH調(diào)節(jié)至5,料液比為1∶5,80 ℃的條件下,分別反應(yīng)0.5、1、1.5、2 h,離心后取上清液,分別測(cè)定多酚和硫苷含量。

1.2.2.6 反應(yīng)次數(shù)對(duì)多酚和硫苷含量的影響 按照1.2.1的方法,在菜籽50 g,乙醇濃度為40%,料液比為1∶5,pH調(diào)節(jié)至5,80 ℃反應(yīng)1 h的條件下,分別反應(yīng)1、2、3、4次,離心后取上清液,分別測(cè)定多酚和硫苷含量。

1.2.3 多酚含量的測(cè)定

1.2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 參照吳梨[11]的方法,略作修改。準(zhǔn)確稱取芥子酸2.00 mg,用50%的甲醇準(zhǔn)確定容至10.00 mL,配制成濃度為0.20 g/L的芥子酸溶液,再用50%的甲醇稀釋至濃度分別為0.04、0.08、0.12、0.16、0.20(g/L)的芥子酸標(biāo)準(zhǔn)液。取0.40 mL上述濃度的標(biāo)準(zhǔn)液分別加入3.90 mL福林酚工作液,混合均勻后加入3.00 mL飽和碳酸鈉溶液,混合均勻后于25 ℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)1.5 h,顯色后于725 nm處測(cè)定它們的吸光度。以多酚(芥子酸)含量為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程見式(1):

y=5.696x+0.029,R2=0.997

式(1)

式中,x代表提取液中多酚含量,y代表吸光度。

1.2.3.2 多酚含量的測(cè)定 取0.40 mL菜籽多酚提取液,加入3.90 mL福林酚工作液,混合均勻后加入3.00 mL飽和碳酸鈉溶液,混合均勻后于25 ℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)1.5 h,顯色后于725 nm處測(cè)定它們的吸光度。菜籽多酚提取量用mg(芥子酸含量)/g(油菜籽干重)表示。

1.2.3.3 多酚脫除率的測(cè)定 參照李笑笑[12]的方法,稍作修改。準(zhǔn)確稱取1.00 g乙醇酸處理過(guò)并粉碎的菜籽粉于離心管中,加入10 mL 80%的丙酮,混勻后在超聲中反應(yīng)30 min,超聲后于冷凍離心機(jī)中以7000 r/min離心10 min,取上清液,所有提取過(guò)程重復(fù)兩次,合并提取液,測(cè)定提取液中多酚含量。多酚脫除率計(jì)算式見式(2):

式(2)

1.2.4 硫苷含量的測(cè)定

1.2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 準(zhǔn)確稱取黑芥子硫苷酸鉀(sinigrin)10.00 mg,用去離子水準(zhǔn)確定容至10 mL,配制成濃度為1 g/L的硫苷溶液,再用去離子水稀釋至濃度分別為0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7(mg/mL)的硫苷標(biāo)準(zhǔn)液。分別取1 mL上述標(biāo)準(zhǔn)液加入0.15%的羧甲基纖維素鈉(CMC)溶液2 mL,搖勻后加入0.1%的氯化鈀顯色液,混合均勻后于25 ℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)2 h,顯色后于540 nm處測(cè)定它們的吸光度[13]。以sinigrin含量為橫坐標(biāo),540 nm處的吸光值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程見式(3):

y=0.747x+0.007,R2=0.993

式(3)

式中,x代表提取液中硫苷含量,y代表吸光度。

1.2.4.2 硫苷含量的測(cè)定 將提取液于冷凍離心機(jī)中以6000 r/min離心10 min,取上清液1 mL加入0.15%的羧甲基纖維素鈉(CMC)溶液2 mL,搖勻后加入0.1%的氯化鈀顯色液,混合均勻后于25 ℃的恒溫水浴鍋中反應(yīng)2 h,并測(cè)定吸光值。菜籽硫苷提取量用mg(黑芥子硫苷酸鉀含量)/g(油菜籽干重)表示。

1.2.4.3 硫苷脫除率的測(cè)定 取10.00 g新鮮菜籽,用中藥粉碎機(jī)研磨成粉末,用石油醚脫脂8 h。準(zhǔn)確稱取脫脂菜籽粉0.15 g于10 mL比色管中,在沸水浴中干蒸10 min以滅酶活性,再加入約90 ℃的沸水繼續(xù)干蒸20 min,于離心機(jī)中以6000 r/min離心10 min,再取上清液適量用上述相同方法顯色并測(cè)定吸光度。未脫酚菜籽中硫苷含量用μmol(上清液中黑芥子硫苷含量)/g(油菜籽干重)表示。以同樣方法,計(jì)算出脫酚后菜籽中硫苷含量。硫苷脫除率計(jì)算公式見式(4):

式(4)

1.2.5 蛋白樣品相關(guān)性質(zhì)的測(cè)定

1.2.5.1 蛋白色澤的測(cè)定 采用色度儀測(cè)定,每個(gè)樣品重復(fù)4次。根據(jù)Xu等[15]的研究方法加以改善,測(cè)量值表示為L(zhǎng)*(亮度),a*(紅色/綠色)和b*(黃色/藍(lán)色)。白度計(jì)算公式見式(5):

白度=100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2

式(5)

1.2.5.2 蛋白純度的測(cè)定 本研究中所有有關(guān)蛋白純度的測(cè)定,均參照GB 5009.5-2010中第一法凱氏定氮法[16]。菜籽蛋白轉(zhuǎn)化系數(shù)為5.75。

1.2.5.3 持水(油)力的測(cè)定 將脫酚前后的蛋白粉各準(zhǔn)確稱取0.50 g置于10 mL離心管中,加入5 mL去離子水(大豆油),于40 ℃水浴鍋中靜置30 min,靜置完成后以5000 r/min進(jìn)行離心20 min,用滴管小心吸去上層的水(大豆油),稱重。持水(油)力計(jì)算公式見式(6):

持水(油)力=(離心后離心管加沉淀的質(zhì)量-離心管加干燥樣品的質(zhì)量)/菜籽蛋白的質(zhì)量

式(6)

1.2.5.4 乳化性和乳化穩(wěn)定性的測(cè)定 乳化性和乳化穩(wěn)定性的測(cè)定參考Pearce[17]的方法并稍作改進(jìn),用pH=7.0的磷酸鹽緩沖溶液配置15 mL 0.2%的蛋白溶液,加入5 mL大豆油,用高速攪拌器在15000 r/min下攪拌1 min。在0和10 min時(shí)分別在離心管底部吸去50 μL液體加至5 mL的0.1%的SDS溶液中,以SDS溶液為空白,于500 nm下測(cè)定吸光值。乳化性(EAI)和乳化穩(wěn)定性(ESI)的計(jì)算公式分別見式(7)和(8)。

式(7)

式(8)

式中N為稀釋倍數(shù);φ為水相體積分?jǐn)?shù)(v/v);C為蛋白質(zhì)濃度(g/mL);A0、A1為乳狀液在0、10 min的吸光值。

1.2.5.5 起泡和起泡穩(wěn)定性的測(cè)定 用pH=7.0的去離子水配置20 mL 1.0%的蛋白溶液,在室溫下攪拌30 min,用高速攪拌器在10000 r/min下攪拌1 min。攪拌結(jié)束后立即轉(zhuǎn)移至50 mL量筒中,立即測(cè)定此時(shí)泡沫的體積V1,起泡性(FC)的計(jì)算公式見式(9)。

FC(%)=V1×100/20

式(9)

將上述量筒中的液體于室溫靜置30 min,記錄30 min時(shí)泡沫的體積V2。起泡穩(wěn)定性(FS)的計(jì)算公式見式(10)。

FS(%)=V2×100/V1

式(10)

1.2.6 不同處理工藝菜籽多酚的分布 在乙醇濃度40%,料液比1∶5 (g/mL),pH=5,80 ℃水浴搖床反應(yīng)的條件下,分別用乙醇酸脫酚30 min一次、60 min一次和60 min三次,對(duì)原料進(jìn)行水媒法提油并對(duì)水相進(jìn)行蛋白回收,得到三種不同酚含量的蛋白R(shí)2、R3、R4,不進(jìn)行脫酚直接對(duì)原料提油提蛋白后得到R1蛋白,此四種蛋白用于對(duì)比不同酚含量下的蛋白品質(zhì)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有的結(jié)果表示均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD),所有樣品均進(jìn)行三次平行實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)分析通過(guò)SPSS 19.0進(jìn)行ANOVA分析評(píng)估顯著性差異。用Origin 2018和Excel軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 同步脫酚和硫苷工藝的優(yōu)化

2.1.1 乙醇濃度對(duì)多酚和硫苷提取量的影響 由圖1可知,多酚提取量隨乙醇濃度的提高先增大后減小,當(dāng)乙醇濃度到達(dá)40%時(shí),多酚提取量達(dá)到最高值5.89 mg/g;同樣的,硫苷提取量的走勢(shì)與多酚幾乎一致,硫苷提取量隨乙醇濃度的提高先增大后減小,當(dāng)乙醇濃度為40%時(shí)硫苷達(dá)到最高提取量18.31 mg/g。植物類多酚常與植物中其他大分子結(jié)合形成穩(wěn)定的化合物[18],當(dāng)乙醇濃度過(guò)低時(shí),導(dǎo)致水溶性物質(zhì)的浸出,干擾多酚的測(cè)量;乙醇濃度過(guò)高時(shí),溶劑極性太低,不足以破壞多酚和蛋白質(zhì)以及其他大分子的連接,降低了多酚的回收率。而硫苷本身是一種穩(wěn)定的化合物,當(dāng)其接觸與其極性相似的乙醇溶液時(shí),便會(huì)從中釋放出來(lái)[19];由于是對(duì)整粒菜籽進(jìn)行脫除,而硫苷酶主要位于菜籽內(nèi)部,因此硫苷酶不會(huì)釋放,硫苷也不易被分解。故而選擇40%的乙醇溶液對(duì)菜籽中的多酚硫苷進(jìn)行脫除。

圖1 乙醇濃度對(duì)多酚和硫苷提取量的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on the yield of polyphenols and glucosinolates

2.1.2 料液比對(duì)多酚和硫苷提取量的影響 由圖2可知,多酚提取量隨料液比的增大先增大后基本保持不變,基本穩(wěn)定在提取量為6.50～7.00 mg/g左右,在料液比為1∶6時(shí),菜籽多酚提取量最高為6.75 mg/g;硫苷提取量隨著料液比的提高先上升后下降,菜籽硫苷提取量在料液比1∶5時(shí)達(dá)到最高值18.73 mg/g。在料液比為1∶6時(shí),多酚已基本溶出,繼續(xù)添加乙醇溶液對(duì)硫苷提取量沒(méi)有正面的效果;而在料液比為1∶5時(shí),硫苷已基本全部溶出。從節(jié)約試劑、降低成本的角度考慮,采用1∶5的料液比作為菜籽多酚和硫苷的最佳提取條件。

5.3 檢查調(diào)整。對(duì)整機(jī)上各緊固螺絲、螺帽進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)要及時(shí)緊固;對(duì)主離合器、插秧離合器、秧針與導(dǎo)軌的間隙、秧針與苗箱的間隙等進(jìn)行檢查調(diào)整。

圖2 料液比對(duì)多酚和硫苷提取量的影響Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on yield of polyphenols and glucosinolates

2.1.3 pH對(duì)多酚和硫苷提取量的影響 由圖3可知,當(dāng)pH從2調(diào)到3時(shí),多酚提取量有小幅的減小,進(jìn)而將pH調(diào)到5時(shí),多酚提取量又有一定量的增加,達(dá)到最高點(diǎn)pH=5時(shí)多酚提取量為6.18 mg/g,當(dāng)pH繼續(xù)升高至中性時(shí),多酚提取量又有降低的趨勢(shì);在pH從2～6時(shí),硫苷提取量趨于定值,基本穩(wěn)定在(17.00～18.00) mg/g之間,最大值為pH=5時(shí)硫苷提取量為17.73 mg/g,當(dāng)pH繼續(xù)升高至中性時(shí),硫苷提取量明顯降低。這是由于植物細(xì)胞的通透性可以被酸度影響,并適當(dāng)抑制多酚氧化酶和內(nèi)源硫苷酶的活性[20],這使得多酚和硫苷等有效活性物質(zhì)更易溶出,并且抑制了多酚酶促氧化反應(yīng)和硫苷內(nèi)分解反應(yīng)的發(fā)生。當(dāng)pH過(guò)低可能會(huì)使菜籽中其他大分子溶出,并且增加了脫酚脫硫苷的成本,因此在pH=5的弱酸性環(huán)境下菜籽中的多酚硫苷更易溶出且不易被分解。

圖3 pH對(duì)多酚和硫苷提取量的影響Fig.3 Effect of pH on yield of polyphenols and glucosinolates

2.1.4 提取溫度對(duì)多酚和硫苷提取量的影響 由圖4可知,提取溫度是乙醇搖床提取菜籽多酚和硫苷提取量的重要因素之一。在溫度從50 ℃上升到90 ℃時(shí),多酚和硫苷的提取量均不斷增加,其中(70～80) ℃,多酚和硫苷溶出量明顯增加,原因是隨著溫度的增加,分子運(yùn)動(dòng)加快,多酚和硫苷類物質(zhì)不斷的向溶液中擴(kuò)散。溫度到達(dá)80 ℃之后,多酚和硫苷的溶出小幅增加,原因是80 ℃時(shí)溶劑中的小分子已接近飽和,且溫度過(guò)高可能會(huì)使一些熱不穩(wěn)定成分分解破壞,因此變化不明顯。一直以來(lái)人們認(rèn)為多酚和硫苷等物質(zhì)是熱不穩(wěn)定性物質(zhì),當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)可能會(huì)分解[21-22],但觀察圖4可知,90 ℃是多酚和硫苷的含量基本與80 ℃時(shí)的一致,說(shuō)明菜籽中的多酚和硫苷在90 ℃以內(nèi)都有良好的熱穩(wěn)定性,提高溫度并不會(huì)使這些物質(zhì)大量分解?？紤]到能源節(jié)約的問(wèn)題,選擇80 ℃為菜籽多酚和硫苷脫除反應(yīng)的溫度,此時(shí)多酚和硫苷的提取量分別為6.06和17.74 mg/g。

圖4 溫度對(duì)多酚和硫苷提取量的影響Fig.4 Effect of temperature on yield of polyphenols and glucosinolates

2.1.5 提取時(shí)間對(duì)多酚和硫苷提取量的影響 由圖5可知,在反應(yīng)的2 h內(nèi),多酚和硫苷的提取量不斷增加。在反應(yīng)的前1 h內(nèi),多酚和硫苷提取量的增長(zhǎng)趨勢(shì)均比較明顯,反應(yīng)達(dá)到1 h時(shí)多酚和硫苷的提取量分別達(dá)到較高值5.63和17.51 mg/g。當(dāng)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行時(shí),隨后的1 h多酚和硫苷的增幅均不明顯。這是由于在反應(yīng)前1 h時(shí),多酚和硫苷的擴(kuò)散速度較快,有效物質(zhì)從固體表面向溶質(zhì)內(nèi)部擴(kuò)散[23],隨著擴(kuò)散的進(jìn)行,濃度差的減小導(dǎo)致擴(kuò)散推動(dòng)力的減小,導(dǎo)致擴(kuò)散速度減緩,溶劑的吸收量接近飽和,提取量不再上升。

圖5 提取時(shí)間對(duì)多酚和硫苷提取量的影響Fig.5 Effect of time on yield of polyphenols and glucosinolates

2.1.6 提取次數(shù)對(duì)多酚和硫苷提取量的影響 由圖6可知,隨著提取次數(shù)的增加,硫苷和多酚的提取量不斷增加,提取次數(shù)對(duì)提取量的影響較小。當(dāng)提取次數(shù)為三次時(shí),菜籽多酚總提取量為7.92 mg/g,菜籽硫苷總提取量為30.17 mg/g。提取次數(shù)超過(guò)3次時(shí),菜籽多酚和硫苷提取量的增幅趨于平緩,考慮到經(jīng)濟(jì)節(jié)能,因此不再增加提取次數(shù)。

圖6 提取次數(shù)對(duì)多酚和硫苷提取量的影響Fig.6 Effect of frequency on yield of polyphenols and glucosinolates

2.1.7 最佳工藝下菜籽多酚和硫苷的脫除率 根據(jù)所做的單因素實(shí)驗(yàn),最佳脫除菜籽多酚及硫苷的條件為:乙醇濃度40%,料液比1∶5,pH=5,提取溫度80 ℃,反應(yīng)時(shí)間60 min,反應(yīng)次數(shù)為3次,此工藝下多酚提取量為(8.14±0.42) mg/g,硫苷提取量為(32.28±2.32) mg/g。該工藝較其他傳統(tǒng)脫酚的工藝相比,乙醇濃度較低,一定程度地降低了料液比,也避免了強(qiáng)酸條件,符合工藝的節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的理念。同時(shí),菜籽多酚和菜籽硫苷的提取量曲線趨勢(shì)基本一致,說(shuō)明菜籽多酚和硫苷在用乙醇酸的處理工藝中可以同步脫除。

在最優(yōu)條件下對(duì)菜籽進(jìn)行脫酚和脫硫苷的工藝,脫除率見表1。根據(jù)NY/T 1795-2009《雙低油菜籽等級(jí)規(guī)格》的國(guó)標(biāo)中要求[24],含油量范圍在37%～41%之間的油菜籽中的硫苷含量低于45 μmol/g,該油菜籽屬于低硫苷油菜籽,對(duì)于人類和牲畜的健康影響小。由表1可知,脫酚前硫苷含量為94.54 μmol/g,脫酚后硫苷含量為14.51 μmol/g,符合低硫苷菜籽的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)人體的健康危害小。

表1 乙醇處理后多酚和硫苷的脫除率Table 1 Removal rate of polyphenols and glucosinolates after ethanol treatment

2.2 脫酚對(duì)蛋白質(zhì)品質(zhì)的影響

2.2.1 不同處理工藝菜籽多酚的分布 不同工藝得到的蛋白粉樣品編號(hào)、脫酚液及蛋白中的多酚含量見表2。

表2 不同處理工藝菜籽多酚的分布Table 2 Distribution of rapeseed polyphenol in different treatments

表3 脫酚程度對(duì)蛋白質(zhì)色澤的影響Table 3 Effect of degree of polyphenol removal on protein colour

2.2.3 純度 由圖7所示,隨著脫酚程度的增加,蛋白粉的純度有所提高,純度由R1的57.24%逐漸上升至R4的63.63%,可見乙醇酸的脫酚處理使得菜籽蛋白的純度提高6.39%。原因是乙醇酸處理造成菜籽表面的多酚、硫苷等物質(zhì)在溶劑中富集,在水媒法提油過(guò)程進(jìn)入水相的多酚、硫苷含量減少,導(dǎo)致蛋白和酚類及其他小分子的結(jié)合減少,酸沉后蛋白質(zhì)的純度得以提高。

圖7 脫酚程度對(duì)蛋白質(zhì)純度的影響Fig.7 Effect of degree of polyphenol removal on protein purity

2.2.4 功能性質(zhì) 對(duì)比觀察表4中數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)乙醇酸處理過(guò)后得到的菜籽蛋白較未用乙醇酸處理得到的菜籽蛋白具有更好的持水力、持油力、乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性和起泡穩(wěn)定性,并且在上述幾個(gè)指標(biāo)上基本符合脫酚程度越高,增長(zhǎng)幅度越明顯的趨勢(shì)。然而溶解度隨著酚含量的上升有小幅度的下降同時(shí)遠(yuǎn)低于大豆蛋白的溶解度。按照最佳工藝處理過(guò)后水相蛋白的持水力、持油力、乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性、起泡穩(wěn)定性較未處理蛋白分別提高59.31%、26.26%、52.17%、121.29%、60.78%、41.42%,而溶解度較未處理蛋白降低9.85%。用乙醇酸反應(yīng)60 min進(jìn)行三次處理后得到的菜籽蛋白在所有功能性質(zhì)的指標(biāo)上均高于未用乙醇酸處理的菜籽蛋白。

表4 脫酚程度對(duì)蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的影響Table 4 Effect of degree of polyphenol removal on protein function and properties

一般來(lái)說(shuō),增加蛋白質(zhì)產(chǎn)品中酚的含量會(huì)降低蛋白質(zhì)的溶解度[27]。盡管未經(jīng)處理的蛋白質(zhì)中的多酚含量最高,但它卻擁有比用酸乙醇處理后較高的溶解度,一方面可能是溶劑誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性的結(jié)果,未經(jīng)溶劑處理的蛋白質(zhì)以及蛋白質(zhì)多酚復(fù)合物的天然形態(tài)會(huì)與醇處理后蛋白質(zhì)及其復(fù)合物有一定性質(zhì)上的差異。另一方面,由溶劑引起的物理化學(xué)變化例如殘余巰基的阻隔性,也可能是造成這些差異,導(dǎo)致不溶性的原因。

蛋白質(zhì)的持水、持油能力與蛋白質(zhì)的特殊構(gòu)象相關(guān),脫酚后持水、持油能力的提高可能是熱處理使蛋白質(zhì)的特殊構(gòu)象發(fā)生改變,使極性氨基酸殘基或是非極性側(cè)鏈暴露在分子表面,與水/油分子的結(jié)合能力增強(qiáng)。蛋白質(zhì)的乳化性質(zhì)指的是蛋白質(zhì)促進(jìn)油和水結(jié)合的能力,脫酚后蛋白質(zhì)乳化和乳化穩(wěn)定性的提高可能是由于高溫和乙醇處理使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,從而使更多的疏水基團(tuán)暴露在蛋白質(zhì)分子的表面,使蛋白質(zhì)的表面疏水性上升,表面張力下降,同時(shí)也可能是脫酚降低了蛋白質(zhì)和多酚結(jié)合能力,使優(yōu)質(zhì)蛋白暴露出來(lái)[28]。蛋白質(zhì)和多酚結(jié)合能力的下降也可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)中羧基、氨基這類具有較強(qiáng)起泡性能的表面活性物質(zhì)暴露,使得起泡力和起泡穩(wěn)定性增強(qiáng)[29]。

同時(shí),對(duì)比大豆分離蛋白,未對(duì)原料進(jìn)行脫酚處理得到的菜籽蛋白在持水力、乳化性、起泡穩(wěn)定性上均顯不足,但是菜籽蛋白經(jīng)過(guò)脫酚處理后,除了溶解度之外,菜籽蛋白的各項(xiàng)功能性質(zhì)均優(yōu)于大豆蛋白。因此,基于脫酚菜籽蛋白的功能性質(zhì),可將其運(yùn)用到肉制品、烘焙制品等中去,這也為日后脫酚菜籽蛋白的應(yīng)用前景提出了研究方向。

3 結(jié)論

用乙醇酸法處理菜籽原料對(duì)菜籽中多酚和硫苷的脫除效果,并對(duì)處理后的菜籽原料進(jìn)行水媒法提油,對(duì)副產(chǎn)物水相進(jìn)行蛋白的回收,研究發(fā)現(xiàn)酚類的脫除對(duì)水媒法水相蛋白的顏色、純度、功能性質(zhì)有改善。研究結(jié)果表明,由單因素實(shí)驗(yàn)得到的乙醇酸法脫除菜籽多酚和硫苷的最佳提取工藝條件為乙醇濃度40%,料液比1∶5,pH=5,提取溫度80 ℃,反應(yīng)時(shí)間60 min,反應(yīng)次數(shù)為3次,此工藝下多酚提取量為(8.14±0.42) mg/g,多酚脫除率為51.86%±2.31%。該工藝下硫苷提取量為(32.28±2.32) mg/g,硫苷脫除率為84.66%±0.76%,硫苷脫除后達(dá)到低硫苷菜籽的標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)原料進(jìn)行粉碎,并對(duì)水媒法提油后得到的水相進(jìn)行酸沉蛋白。結(jié)果表明,蛋白質(zhì)的顏色變淺,白度由未處理42.93±0.94上升到乙醇酸法處理后的50.01±1.72;純度上升,乙醇酸法處理后的水相蛋白純度比未處理前提高6.39%;持水力、持油力、乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性、起泡穩(wěn)定性均隨著蛋白質(zhì)中酚的減少而提高:處理過(guò)后水相蛋白的持水力、持油力、乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性、起泡穩(wěn)定性分別提高59.31%、26.26%、52.17%、121.29%、60.78%、41.42%,而溶解度較未處理蛋白降低9.85%。同時(shí),與大豆蛋白的功能性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比后,發(fā)現(xiàn)脫酚菜籽蛋白的功能性質(zhì)除溶解度外均優(yōu)于大豆蛋白,提供了日后脫酚菜籽蛋白的應(yīng)用方向。