劉璇璇，武瑩敏，朱振寶，李道明，王建康，黃峻榕，馮莉，曹云剛

（陜西科技大學食品科學與工程學院，陜西西安 710021）

核桃屬胡桃科胡桃屬植物，是傳統(tǒng)健腦食物，有“健腦果”、“美容果”、“木本糧油之王”等美稱。脂肪和蛋白質是核桃仁的主要營養(yǎng)成分。核桃油富含人體必需脂肪酸，其中不飽和脂肪酸含量高達90%。據(jù)報道，多不飽和脂肪酸亞油酸和亞麻酸對糖尿病、動脈粥樣硬化、心血管疾病等有一定的預防作用，同時還具有增強免疫力，延緩衰老，促進大腦、神經(jīng)系統(tǒng)和視網(wǎng)膜發(fā)育的作用。此外，核桃油中還含有多種維生素及礦物元素，具有細胞修復、消炎、抗病毒、抗血栓等功效。核桃蛋白是一種優(yōu)質蛋白質，其氨基酸種類齊全、組成合理。研究表明，核桃蛋白酶解物具有改善記憶力、降血壓、降尿酸、抗氧化、抗癌、降血糖、抗疲勞等多種生理功能，因而受到越來越多研究者的關注，已用于新型生物活性肽的分離及應用研究。

核桃油的提取方法主要有壓榨法、溶劑浸提法等。壓榨法操作簡單、綠色、無污染、營養(yǎng)價值保留度高，但餅粕殘油多。而溶劑浸提法得到的油可能存在溶劑殘留的問題。與這些傳統(tǒng)的提油方法相比，水酶法是一種環(huán)境友好的提油技術，具有安全、高效、成本低、可同時獲得油脂和蛋白質等優(yōu)點。迄今為止，水酶法已在多種含油原料的提油工藝研究中得以應用，如胡麻子、元寶楓、油茶籽、紅花籽等。目前也有部分研究者對水酶法提取核桃油的工藝開展了相關研究，但是復合酶對核桃油和核桃多肽的聯(lián)產效果鮮見報道。

本研究通過比較4 種不同的蛋白酶與纖維素酶復配對核桃提油率及多肽產量的影響，旨在篩選出最佳酶組合；在此基礎上，探究酶解pH、酶解溫度、酶解時間、料液比、加酶量對核桃提油率以及多肽產量的影響，最終確定水酶法制備核桃油和核桃多肽的最佳聯(lián)產工藝條件，以期為水酶法在核桃油和核桃多肽聯(lián)產的產業(yè)化應用提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新疆阿克蘇薄皮核桃 市場購買無霉變、無蛀蟲、新鮮優(yōu)質的核桃；纖維素酶（700 EGU/g）、復合蛋白酶（1.5 AU-N/g）、堿性蛋白酶（2.4 AU-A/g）、中性蛋白酶（>1600 AU/g）諾維信生物技術有限公司；木瓜蛋白酶（800 U/mg）、Gly-Gly-Tyr-Arg 四肽標準品 上海源葉生物科技有限公司；GLC Mixture GLC-461 上海安譜實驗科技股份有限公司；正己烷色譜純，上海麥克林生化科技有限公司；其他試劑均為分析純。

HR/T20MM 立式高速冷凍離心機 湖南赫西儀器裝備有限公司；DK-8D 電熱恒溫水槽 上海精宏實驗設備有限公司；pHS-3E pH 計 上海儀電科學儀器股份有限公司；GENIUS 4K 臺式低速離心機長沙市鑫奧儀器儀表有限公司；UV2800/UV2800S雙光束紫外可見分光光度計 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；ME204E/02 電子分析天平、HE53/02 水分測定儀 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；KN520 自動凱氏定氮儀、SE-A6 全自動脂肪測定儀濟南阿爾瓦儀器有限公司；VORTEX 2 旋渦混合器 艾卡（廣州）儀器設備有限公司；de4116 電動攪碎機 佛山市順德區(qū)順之然電器實業(yè)有限公司；GC-2010 pro 氣相色譜儀 島津企業(yè)管理（中國）有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 核桃預處理 核桃去殼，于破碎機中進行破碎處理，直至獲得均勻的細漿為止，4 ℃冷藏備用。

1.2.2 核桃仁主要成分測定 參照GB 5009.5-2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》，采用凱氏定氮法測定核桃仁的蛋白質含量；參照GB 5009.6-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》，采用索氏提取法測定核桃仁的脂肪含量；利用水分測定儀測定核桃仁的水分含量。

1.2.3 水酶法提油及提油率的測定 稱取6 g 核桃仁細漿，按料液比1:4（g/mL）加入蒸餾水，攪拌均勻后置于50 ℃水浴鍋中預熱，1 h 后取出樣品，調節(jié)pH 為7.0，加酶量為3%（蛋白酶:纖維素酶=2:1），攪勻后置于60 ℃水浴鍋中酶解2.5 h，酶解過程中維持pH 不變，酶解結束后90 ℃加熱10 min 滅酶，冷卻至室溫，8000 r/min 離心30 min，收集核桃清油和核桃多肽水解液。

將乳化層以及油乳混合層收集之后進行二次離心，8000 r/min 離心20 min，收集核桃清油和核桃多肽水解液。將兩次離心所得的核桃清油和核桃多肽水解液進行合并，同時記錄核桃多肽水解液的體積，并計算核桃提油率。核桃提油率計算公式如下：

式中：X 為核桃提油率，%；m 為核桃油質量，g；M 為核桃仁質量，g；C 為核桃仁中油脂質量分數(shù)，%。

1.2.4 核桃多肽產量的測定 采用雙縮脲法測定核桃多肽產量，試驗步驟如下。

1.2.4.1 雙縮脲試劑的配制 稱取0.375 g 硫酸銅（CuSO·5HO）和1.5 g 酒石酸鉀（KNaCHO·4HO），用125 mL 蒸餾水溶解，然后加入75 mL 10%的NaOH，最后用蒸餾水定容至250 mL，即得雙縮脲試劑。

1.2.4.2 標準曲線的制作 采用梯度稀釋法，用體積分數(shù)為5%的三氯乙酸（TCA）將Gly-Gly-Tyr-Arg四肽標準品依次配制成0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 和1.8 mg/mL 的四肽標準溶液，分別取6.0 mL 標準溶液加入4.0 mL 雙縮脲試劑，置于旋渦混合器混勻，靜置20 min 后，4000 r/min 離心10 min，取上清液于540 nm 波長下測定OD 值（以第一管做空白對照），以多肽濃度為橫坐標X（mg/mL），OD 值為縱坐標Y，得到標準曲線為：y=0.3154x+0.0129（R=0.9953）。

1.2.4.3 水解液中多肽含量的測定 取2.5 mL 核桃水解液加入2.5 mL 10%的TCA，置于旋渦混合器混勻，靜置20 min 后4000 r/min 離心10 min，轉移上清液到50 mL 容量瓶中并用5%的TCA 定容，取6.0 mL 上述溶液置于另一試管中并加入雙縮脲試劑4.0 mL，混勻并靜置20 min 后于4000 r/min 離心10 min，取上清液于540 nm 下測定OD 值，對照標準曲線求得水解液中的多肽濃度。

已知水解液體積、原料質量以及水解液中的多肽濃度，核桃多肽產量的計算公式如下：

1.2.5 最佳酶組合的篩選 在酶解溫度60 ℃、pH7.0、酶解時間2.5 h、料液比1:4（g/mL）、加酶量3%下，考察4 種不同的酶組合（木瓜蛋白酶和纖維素酶、堿性蛋白酶和纖維素酶、復合蛋白酶和纖維素酶、中性蛋白酶和纖維素酶，各酶組合中蛋白酶與纖維素酶比例均為2:1）對核桃提油率以及多肽產量的影響，從而確定最佳酶組合。

1.2.6 單因素實驗 基于1.2.5 試驗結果，開展單因素實驗。在酶解溫度60 ℃、酶解時間2.5 h、料液比1:4（g/mL）、加酶量3%的條件下，考察不同酶解pH（5、6、7、8 和9）對核桃提油率以及多肽產量的影響；在酶解pH6、酶解時間2.5 h、料液比1:4（g/mL）、加酶量3%的條件下，考察不同酶解溫度（30、40、50、60 和70 ℃）對核桃提油率以及多肽產量的影響；在酶解pH6、酶解溫度50 ℃、料液比1:4（g/mL）、加酶量3%的條件下，考察不同酶解時間（1.5、2.0、2.5、3.0 和3.5 h）對核桃提油率以及多肽產量的影響；在酶解pH6、酶解溫度50 ℃、酶解時間2.5 h、加酶量3%的條件下，考察不同料液比（1:3、1:4、1:5、1:6和1:7（g/mL））對核桃提油率以及多肽產量的影響；在酶解pH6、酶解溫度50 ℃、料液比1:4（g/mL）、酶解時間2.5 h 的條件下，考察不同加酶量（2.0%、2.5%、3.0%、3.5%和4.0%）對核桃提油率以及多肽產量的影響。

1.2.7 正交試驗 在單因素實驗基礎上，以酶解溫度、pH、酶解時間、料液比、加酶量為因素，以核桃提油率以及多肽產量為指標，進行L（3）正交試驗，確定最佳工藝條件。每組試驗重復3 次，結果取平均值，正交試驗因素與水平表見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Orthogonal test factor level table

1.2.8 核桃油脂肪酸組成分析

1.2.8.1 核桃油的甲酯化 取20 μL 核桃油于10 mL離心管中，加入2 mL 正己烷，振蕩混勻，再加入0.5 mL 2 mol/L 的氫氧化鉀-甲醇溶液，室溫甲酯化5 min后，按照0.5 g/mL 向混合溶液中加入無水硫酸鈉，振蕩脫水，1000 r/min 離心5 min，取上清液過0.22 μm有機濾膜，待測。

1.2.8.2 定性定量方法 氣相色譜條件：FBX-10 色譜柱（100 m×0.25 mm×0.20 μm），氣化室溫度250 ℃，進樣口溫度120 ℃，進樣量1 μL，分流比100:1。以N為載氣，N流量35 mL/min，H流量40 mL/min，空氣流量400 mL/min。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件對數(shù)據(jù)進行整理，采用SPSS Statistics 26.0 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，每組試驗數(shù)據(jù)重復測定3 次，實驗結果均以“平均值±標準差”的形式表示。

2 結果與分析

2.1 核桃仁主要成分

本試驗所用的新疆阿克蘇薄皮核桃主要成分如表2 所示。

由表2 可知，核桃仁脂肪含量較高，為70.05%，另外核桃仁中還含有13.86%的蛋白質，這與Pereira等報道的6 個不同品種的核桃仁脂肪含量（68.83%～72.14%）及蛋白質含量（14.38%～18.03%）基本一致。

表2 核桃仁的主要成分Table 2 Main ingredients of walnut kernel

2.2 不同酶組合對核桃提油率以及多肽產量的影響

由圖1 可知，復配酶中蛋白酶的種類對核桃提油率以及多肽產量的影響順序大小依次為：木瓜蛋白酶>堿性蛋白酶>復合蛋白酶>中性蛋白酶，4 種不同的蛋白酶與纖維素酶復配得到的提油率及多肽產量均有顯著性差異（<0.05），其中木瓜蛋白酶與纖維素酶復配得到的提油率及多肽產量均顯著高于其它酶組合（<0.05），因此，在加酶量相同的情況下木瓜蛋白酶與纖維素酶復配效果最佳，并以該酶組合進行后續(xù)的單因素實驗。

圖1 不同酶組合對核桃提油率以及多肽產量的影響Fig.1 Effects of different enzyme combinations on oil extraction rate and polypeptide yield of walnut

2.3 單因素實驗結果

2.3.1 酶解pH 對核桃提油率及多肽產量的影響由圖2 可知，pH 為5.0～6.0 時，核桃提油率和多肽產量均呈上升趨勢，在此范圍內核桃多肽產量顯著提高（<0.05），而核桃提油率無明顯變化（>0.05），當pH 為6 時二者均達到最大值，pH 超過6 后，隨著pH 的增大二者均呈下降趨勢。水酶法提取核桃油和核桃多肽過程中，pH 過高或過低都會影響纖維素酶和木瓜蛋白酶的活性，進而影響細胞壁的降解、脂蛋白的水解，致使提油率和多肽產量降低。此外，pH 過高，蛋白質乳化程度也隨之加劇，提油率和多肽產量都有所下降。pH 為6 時最接近酶反應的最佳pH，此時細胞壁的損傷程度和蛋白質的水解度均增大，包裹在蛋白質中的油脂釋放更完全。因此最佳酶解pH 為6。

圖2 酶解pH 對核桃提油率以及多肽產量的影響Fig.2 Effect of pH on oil extraction rate and polypeptide yield of walnut

2.3.2 酶解溫度對核桃油提取率及多肽產量的影響由圖3 可知，在酶解溫度30～60 ℃范圍內，提油率隨溫度的上升而升高，當酶解溫度達到60 ℃時，提油率達到最高，而多肽產量則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最高點對應的酶解溫度為50 ℃，當溫度超過50 ℃后多肽產量顯著下降（<0.05），而提油率無明顯變化（>0.05）。這主要是因為酶的活性受溫度影響較大，當溫度接近酶作用的最佳溫度時，酶的活性增強，反應更徹底，而溫度過高或者過低都會影響酶的活性，進而影響提油率及核桃多肽產量。林莉等在采用水酶法提取薏米糠油時也證實，酶解過程中若溫度過高，提油率下降。綜合考慮核桃提油率和多肽產量這兩個指標，選擇最佳酶解溫度為50 ℃。

圖3 酶解溫度對核桃提油率以及多肽產量的影響Fig.3 Effect of enzymolysis temperature on oil extraction rate and polypeptide yield of walnut

2.3.3 酶解時間對核桃油提取率及多肽產量的影響由圖4 可知，在酶解時間1.5～3.5 h 范圍內，提油率以及多肽產量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，酶解時間為2.5 h 時核桃的提油率及多肽產量均顯著高于其它酶解時間（<0.05）。隨著酶解時間的延長，細胞壁損傷程度以及蛋白質水解度均增大，油脂的釋放量也相應增加；酶解時間過長，提油率及多肽產量反而有所下降，可能是因為核桃多肽參與了油脂乳化，導致油脂不易分離，同時水解液中的多肽含量也有所下降。因此最佳酶解時間為2.5 h。

圖4 酶解時間對核桃提油率以及多肽產量的影響Fig.4 Effect of enzymolysis time on oil extraction rate and polypeptide yield of walnut

2.3.4 料液比對核桃油提取率及多肽產量的影響由圖5 可知，核桃提油率隨料液比的增大呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，當料液比為1:4（g/mL）時，提油率達到最高，超過此點后，核桃提油率顯著下降（<0.05）。這主要是因為水作為提取油脂過程中反應介質，能促進酶解反應，料液比過高會使油脂乳化加劇，油相稀薄，油脂不易分離，而料液比太低會使整個體系粘度增大，影響酶和底物反應，使得提油率下降。李靜等在采用水酶法提取牡丹籽油時也證實，隨著液料比增加，提油率先上升后下降，與本研究結論一致。核桃多肽產量則隨料液比的增大呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，這可能是因為隨著料液比的增大，酶與底物更易結合，酶解反應越充分，從而使得多肽產量增加。與料液比為1:4（g/mL）時的多肽產量相比，料液比為1:5（g/mL）時的多肽產量無顯著提高（>0.05），而提油率卻顯著降低（<0.05）。盡管料液比為1:6（g/mL）時的多肽產量要顯著高于料液比為1:4（g/mL）時的多肽產量（<0.05），但提油率卻急劇下降，由1:4（g/mL）時的57.01%降至46.36%（<0.05）。因此，為了使核桃具有較高的綜合利用率，選擇最佳料液比為1:4（g/mL）。

圖5 料液比對核桃提油率以及多肽產量的影響Fig.5 Effects of solid-liquid ratio on oil extraction rate and polypeptide yield of walnut

2.3.5 加酶量對核桃油提取率及多肽產量的影響由圖6 可知，當加酶量在2.0%～3.0%范圍內時，加酶量的增加能有效提高提油率（<0.05），主要是因為大分子蛋白質在蛋白酶的作用下水解，包裹在蛋白質內部的油脂得以釋放。當加酶量超過3.0%時，提油率增加不顯著（>0.05）。祖亭月等在采用水酶法提取橡膠籽油時證實，隨著復合酶用量增加，提油率呈先升高后趨于穩(wěn)定的趨勢，與本研究結論一致。核桃多肽產量在加酶量為3.0%時達到最大值，可能是因為當酶制劑作用位點的氨基酸均被切斷后，繼續(xù)增加酶的添加量并不能有效提高核桃多肽產量。綜合考慮提油率、多肽產量以及酶的成本，選擇酶的添加量為3.0%。

圖6 加酶量對核桃提油率以及多肽產量的影響Fig.6 Effects of enzyme dosage on oil extraction rate and polypeptide yield of walnut

2.4 正交試驗結果

表3 為提取核桃油正交試驗結果。由表3 可知，不同因素對提油率影響的主次順序依次為：酶解時間>加酶量>酶解pH>料液比>酶解溫度，由K 值分析得出最佳的生產工藝方案為：ABCDE，即加酶量3.5%、料液比1:5（g/mL）、酶解pH6、酶解時間3.0 h、酶解溫度50 ℃。不同于正交試驗結果中提油率最高的第7 組ABCDE，故需要驗證試驗ABCDE和ABCDE。

表3 核桃提油率正交試驗結果Table 3 Orthogonal test results of the extraction rate of walnut oil

表4 為核桃多肽產量正交試驗的結果。由表4可知，不同因素對核桃多肽產量影響的主次順序依次為料液比>酶解溫度>加酶量>酶解時間>酶解pH，由K 值分析得出最佳的生產工藝方案為ABCDE，即加酶量3.5%、料液比1:5（g/mL）、酶解pH7、酶解時間2.0 h、酶解溫度60 ℃。不同于正交試驗結果中多肽產量最高的第7 組ABCDE，故需要驗證試驗ABCDE和ABCDE。

表4 核桃多肽產量正交試驗結果Table 4 Orthogonal test results of the yield of walnut polypeptide

2.5 正交結果驗證試驗

由表5 可知，ABCDE組合的提油率為53.37%，多肽產量為4.01 mg/g，其提油率顯著高于ABCDE和ABCDE（<0.05），且多肽產量顯著高于ABCDE（<0.05），從而驗證了該工藝參數(shù)優(yōu)化組合是可行的，故正交試驗得出的最佳工藝參數(shù)為：加酶量3.0%，料液比1:5（g/mL），酶解pH5，酶解時間3.0 h，酶解溫度60 ℃。

表5 驗證試驗結果Table 5 Experiment results of verification

2.6 核桃油脂肪酸組成

采用氣相色譜法對水酶法最佳工藝條件下提取的核桃油中的脂肪酸組成進行分析，檢測結果如圖7和表6 所示。

表6 水酶法制取核桃油中脂肪酸組成Table 6 Fatty acid composition in walnut oil by aqueous enzymatic extraction

圖7 脂肪酸標準品（A）及水酶法提取的核桃油的色譜圖（B）Fig.7 Chromatograms of fatty acids standards (A) and the walnut oil extracted by aqueous enzymatic method (B)

由圖7 可知，水酶法提取的核桃油中共檢測出5 種脂肪酸，其中飽和脂肪酸2 種，多不飽和脂肪酸2 種，單不飽和脂肪酸1 種。本試驗測得主要脂肪酸相對含量由大到小依次為：亞油酸>油酸>-亞麻酸>棕櫚酸>硬脂酸，此研究結果與Simsek 等、Zhai等研究結果一致。

由表6 可知，本試驗制取的核桃油以不飽和脂肪酸為主，相對含量為91.47%，其中多不飽和脂肪酸含量為72.83%，單不飽和脂肪酸含量為18.64%。不飽和脂肪酸主要為亞油酸和油酸，其中亞油酸含量高達62.26%，油酸的含量為18.64%，另外還含有10.57%的-亞麻酸。這與Li 等用氣相色譜法對不同品種核桃的油脂脂肪酸組成檢測結果一致。

3 結論

本研究通過比較4 種不同的蛋白酶與纖維素酶復配對核桃提油率及多肽產量的影響，確定了木瓜蛋白酶與纖維素酶復配（2:1，w/w）為最佳酶組合；通過單因素和L（3）正交試驗，得出水酶法聯(lián)產核桃油和核桃多肽的最佳工藝參數(shù)為加酶量3.0%，料液比1:5（g/mL），pH5，時間3.0 h，溫度60 ℃，在此工藝條件下核桃提油率可達53.37%，多肽產量為4.01 mg/g。利用氣相色譜法定性、定量分析了試驗制取的核桃油中脂肪酸組成，結果表明核桃油中共檢測出5 種脂肪酸，分別為亞油酸（62.26%）、油酸（18.64%）、-亞麻酸（10.57%）、棕櫚酸（6.00%）、硬脂酸（2.53%）；核桃油以不飽和脂肪酸為主，總含量高達91.47%，其中多不飽和脂肪酸含量為72.83%，單不飽和脂肪酸含量為18.64%。水酶法作為環(huán)境友好、成本低廉的新型提油技術，可同時制備核桃油和核桃多肽，對于核桃資源的充分利用具有重要應用價值。但利用水酶法制備的核桃油的理化性質以及核桃多肽的結構、生物活性等仍需進一步探索。