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        水酶法提取紅瓜子仁油工藝條件優(yōu)化及其揮發(fā)性成分分析

        2022-08-04 04:21:06譚韓英謝冬娣陳振林李淑梅韋佳萍
        中國油脂 2022年7期
        關(guān)鍵詞:瓜子仁酶法揮發(fā)性

        譚韓英,高 丹,謝冬娣,陳振林,李淑梅,韋佳萍

        (賀州學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院,廣西 賀州 542899)

        紅瓜子是籽用西瓜的種子,其殼呈紅色,其仁富含蛋白質(zhì)、脂肪、鈣、磷和多種維生素[1-2]。紅瓜子仁粗脂肪含量在40%左右,油中不飽和脂肪酸含量達(dá)79%[3], 可作為一種優(yōu)質(zhì)的食用植物油進行開發(fā)。

        水酶法提油雖然在提取過程中易形成乳化層,對提取率有一定的影響[4],但由于其具有提取溫度比較低、易于處理、污染少等優(yōu)勢,在花生油[5]、椰子油[6]、南瓜籽油[7]、蓖麻籽油[8]等方面均有研究報道。此外,研究發(fā)現(xiàn)水酶法提取的花生油[9]、大豆油[10]、橄欖油[11]等與壓榨法、溶劑浸出法的相比,油脂的風(fēng)味物質(zhì)得到較好的保留。

        揮發(fā)性物質(zhì)是形成植物油風(fēng)味的重要成分,是判斷植物油質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo),也可以作為油脂貯藏期品質(zhì)變化的指標(biāo)[12]。目前對揮發(fā)性成分檢測使用的方法主要有頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用 (HS-SPME-GC-MS)[13-14]、氣相-離子遷移譜(GC-IMS)[15]、氣相色譜-嗅聞-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-O-MS)[16]等。目前尚未有對水酶法提取紅瓜子仁油工藝及其揮發(fā)性成分的研究,因此本文以紅瓜子為原料,對水酶法提取紅瓜子仁油工藝條件進行研究,并采用頂空氣相色譜-離子遷移譜(HS-GC-IMS)對其揮發(fā)性成分進行分析,為水酶法提取紅瓜子仁油提供一定技術(shù)支持。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        紅瓜子,賀州信都。堿性蛋白酶 Alcalase 2.4L(酶活 2.4 AU/g),丹麥諾維信公司;氫氧化鈉(分析純),西隴科學(xué)股份有限公司;石油醚(分析純),天津市大茂化學(xué)試劑廠;1 mol/L鹽酸溶液,廣州和為醫(yī)藥科技有限公司。

        FW100高速萬能粉碎機;HWS電熱恒溫水浴鍋;EX224ZH電子天平;SZC-C脂肪測定儀;TDL-5C低速大容量離心機;BPG-9070A精密鼓風(fēng)干燥箱;FlavourSpec?風(fēng)味分析儀, 德國G.A.S.公司。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 紅瓜子仁油的水酶法提取工藝

        紅瓜子→剝殼取仁→烘干(80℃,2 h)→粉碎(15 s)→取5.0 g紅瓜子仁粉并加水(料液比1∶5)→加酶并在設(shè)定條件下酶解→升溫滅酶(100℃,15 min)→離心(5 000 r/min,10 min)→紅瓜子仁油。

        1.2.2 紅瓜子仁油提取率的計算

        紅瓜子仁油提取率(Y)按式(1)計算。

        Y=m1/m0×100%

        (1)

        式中:m1為提取的紅瓜子仁油質(zhì)量;m0為紅瓜子仁中油的質(zhì)量。

        1.2.3 紅瓜子仁油揮發(fā)性成分分析

        采用HS-GC-IMS分析紅瓜子仁油的揮發(fā)性成分。

        1.2.3.1 樣品制備

        以最佳提取工藝提取的紅瓜子仁油,貯藏期0 d,作為樣品1(編號為HGZY-1);將紅瓜子仁油置于4℃冰箱中存放1年,作為樣品2(編號為HGZY-2)。

        1.2.3.2 樣品處理

        取2.0 mL油樣于20 mL頂空瓶中,在500 r/min、60℃下孵育15 min后進樣。

        1.2.3.3 GC-IMS 分析條件

        MXT-5色譜柱(15 m×0.53 mm×0.25 μm);柱溫60℃;IMS溫度45℃;分析時間20 min;自動進樣量500 μL;進樣針溫度85℃;載氣E1(漂移氣)流速150 mL/min;載氣E2(氣相載氣)流速為0~2 min 2 mL/min,2~10 min 10 mL/min,10~20 min 100 mL/min。通過儀器內(nèi)置NIST氣相保留指數(shù)數(shù)據(jù)庫和IMS遷移時間數(shù)據(jù)庫進行定性分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 水酶法提取紅瓜子仁油單因素試驗

        2.1.1 酶添加量對紅瓜子仁油提取率的影響

        在pH 9、酶解溫度50℃、酶解時間3 h條件下,按1.2.1方法提取紅瓜子仁油,考察堿性蛋白酶添加量對紅瓜子仁油提取率的影響,結(jié)果見圖1。

        圖1 酶添加量對紅瓜子仁油提取率的影響

        由圖1可知,隨著酶添加量的增加,紅瓜子仁油提取率逐漸增加然后趨于平緩,當(dāng)酶添加量為5%時,紅瓜子仁油提取率最高。這是因為酶添加量越多,酶與底物反應(yīng)越充分,蛋白質(zhì)被酶解,與蛋白質(zhì)結(jié)合的油脂被釋放,使紅瓜子仁油提取率增加,但當(dāng)酶與底物達(dá)到飽和時,酶添加量增多并不能使紅瓜子仁油提取率增加。

        2.1.2 酶解時間對紅瓜子仁油提取率的影響

        在堿性蛋白酶添加量3%、pH 9、酶解溫度50℃條件下,按1.2.1方法提取紅瓜子仁油,考察酶解時間對紅瓜子仁油提取率的影響,結(jié)果見圖2。

        圖2 酶解時間對紅瓜子仁油提取率的影響

        由圖2可知,隨著酶解時間的延長,紅瓜子仁油提取率先快速增加后趨于平緩,當(dāng)酶解時間為4 h時,紅瓜子仁油提取率最高。這是由于延長酶解時間,紅瓜子仁中的蛋白質(zhì)不斷被酶解,油脂得到充分釋放,油脂提取率不斷增大,但隨著酶解時間的繼續(xù)延長,底物與酶結(jié)合已經(jīng)達(dá)到飽和,提取率不再增加。

        2.1.3 酶解溫度對紅瓜子仁油提取率的影響

        在堿性蛋白酶添加量3%、pH 9、酶解時間3 h條件下,按1.2.1方法提取紅瓜子仁油,考察酶解溫度對紅瓜子仁油提取率的影響,結(jié)果見圖3。

        圖3 酶解溫度對紅瓜子仁油提取率的影響

        由圖3可知,隨著酶解溫度的升高,紅瓜子仁油提取率不斷增加,在酶解溫度為50℃時達(dá)到最高,之后隨著酶解溫度的繼續(xù)升高紅瓜子仁油提取率降低。這是因為溫度對酶催化反應(yīng)速率的影響有雙重效應(yīng),溫度升高,反應(yīng)速率加快,達(dá)到酶最適反應(yīng)溫度時,酶的活性發(fā)揮到最高,但隨著溫度的繼續(xù)升高,酶逐漸變性,催化反應(yīng)速率下降[17]。

        2.1.4 pH對紅瓜子仁油提取率的影響

        在堿性蛋白酶添加量3%、酶解溫度50℃、酶解時間3 h條件下,按1.2.1方法提取紅瓜子仁油,考察pH對紅瓜子仁油提取率的影響,結(jié)果見圖4。

        圖4 pH對紅瓜子仁油提取率的影響

        由圖4可知,pH為9時,紅瓜子仁油提取率最高。pH影響酶的活性,酶在最適pH條件下催化活性最高,pH過低或過高都會引起酶變性而失活。另外試驗過程中觀察到pH為7、8時,乳化現(xiàn)象相對嚴(yán)重。

        2.2 水酶法提取紅瓜子仁油正交試驗

        在單因素試驗的基礎(chǔ)上,以酶添加量(A)、酶解時間(B)、酶解溫度(C)、pH(D)為因素,以紅瓜子仁油提取率為考察指標(biāo),采用L9(34)正交試驗對水酶法提取紅瓜子仁油的工藝條件進行優(yōu)化。正交試驗因素水平見表1,正交試驗設(shè)計及結(jié)果見表2,方差分析見表3。

        表1 正交試驗因素水平

        表2 正交試驗設(shè)計及結(jié)果

        由表2和表3可知,各因素對紅瓜子仁油提取率的影響大小順序為D (pH)>A(酶添加量)>C(酶解溫度)>B(酶解時間),且各因素對紅瓜子仁油提取率的影響均極顯著,最佳提取條件為A2B2C2D2。在最佳提取條件下進行驗證試驗,紅瓜子仁油提取率為76.67%,將其結(jié)果與試驗方案A2B1C2D3、A3B1C3D2、A1B2C2D2的結(jié)果進行顯著性分析,結(jié)果表明,A2B2C2D2與A2B1C2D3、A3B1C3D2試驗結(jié)果差異不顯著,考慮到提取時間越長、酶用量越多,成本更高,因此確定最佳提取條件為A2B1C2D3,即酶添加量5%、酶解時間3 h、酶解溫度50℃、pH 10,在此條件下紅瓜子仁油提取率為75.68%。

        2.3 紅瓜子仁油揮發(fā)性成分

        2.3.1 新鮮紅瓜子仁油揮發(fā)性成分

        按照1.2.3方法對水酶法提取的新鮮紅瓜子仁油進行揮發(fā)性成分分析,結(jié)果見表4。由表4可知,紅瓜子仁油中共鑒定出25 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),包括13種醛類、8種酮類、2種醇類、2種萜類,揮發(fā)性成分?jǐn)?shù)量與大豆油、玉米油[18]相近。

        2.3.2 不同貯藏時間下紅瓜子仁油揮發(fā)性成分的指紋圖譜

        按照1.2.3方法對貯藏0 d和1年的紅瓜子仁油進行揮發(fā)性成分分析(每個樣品平行測定3次),并制作指紋圖譜,結(jié)果如圖5所示。圖5中顏色越深表示揮發(fā)性成分的含量越高。

        由圖5可知,兩種紅瓜子仁油樣品的揮發(fā)性物質(zhì)含量存在明顯差異。A區(qū)域物質(zhì)在1號樣品(HGZY-1,貯藏時間0 d)中含量最高,明顯大于2號樣品(HGZY-2,貯藏時間1年),可作為特征揮發(fā)性成分用于區(qū)分樣品間差異的主要物質(zhì)是 3-甲基-1-丁醇和3-羥基-2-丁酮;B區(qū)域物質(zhì)在2號樣品中的含量明顯高于1號樣品中的,主要為3-甲基丁醛、丁醛、戊醛、β-蒎烯、2-丁酮、丙酮、2-戊酮、E-2-庚烯醛、己醛、2-庚酮、庚醛、3-甲基-2-丁烯醛、2-辛酮和2-甲基丙烯醛等。上述結(jié)果說明貯藏時間對紅瓜子仁油揮發(fā)性物質(zhì)的含量有一定影響,可結(jié)合揮發(fā)性成分分析的相關(guān)技術(shù)進一步研究貯藏期間各揮發(fā)性成分的變化規(guī)律,為紅瓜子仁油貨架期預(yù)測提供參考。

        圖5 不同紅瓜子仁油樣品揮發(fā)性成分的指紋圖譜

        3 結(jié) 論

        本研究通過單因素試驗和正交試驗,獲得水酶法提取紅瓜子仁油最佳工藝條件,即料液比1∶5、堿性蛋白酶添加量5%、酶解溫度50℃、酶解時間3 h、pH 10,在此條件下紅瓜子仁油提取率為75.68%。本研究過程中發(fā)現(xiàn)水酶法提取紅瓜子仁油存在一定的乳化現(xiàn)象,如果能找到合適的方法破乳,將進一步提高油脂提取率。通過HS-GC-IMS技術(shù)鑒定出紅瓜子仁油中主要的揮發(fā)性成分有25種,其中 3-羥基-2-丁酮和 3-甲基-1-丁醇可初步確定為新鮮紅瓜子仁油揮發(fā)性成分的標(biāo)志物。貯藏時間影響紅瓜子仁油中揮發(fā)性物質(zhì)的組成及含量,通過研究紅瓜子仁油貯藏期間揮發(fā)性成分的變化規(guī)律,可以為預(yù)測紅瓜子仁油貨架期提供參考。

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