亚麻籽油的水酶法提取工艺的研究

亚麻籽(Linum Ustitatissimum L.)又称胡麻籽,属亚麻科、亚麻属,已经成为我国重要的植物油料[1]。亚麻籽可分为油用型、纤维用型和兼用型三类。亚麻籽油中的不饱和脂肪酸高达80%以上,其中富含α-亚麻酸。α-亚麻酸具有重要的生理功效[2]。目前,国内外提取亚麻籽油的方法主要集中于压榨法、溶剂浸出法及CO2超临界萃取法等。压榨法收率低,而有机溶剂萃取会有溶剂残留,需要后续工序处理,CO2超临界萃取成本较高。水酶法提油工艺是一种新兴的提油方法,主要原理是在机械破碎的基础上,采用对油料种子细胞组织以及对脂多糖、脂蛋白等复合体具有降解作用的酶(如纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶、葡聚糖酶、蛋白酶等)处理油料[3,4]。酶对细胞壁的破坏,以及对脂多糖、脂蛋白的分解作用,可增加油料组织中油的流动性,从而提高出油率。水酶法提油的优点:游离油得率高,无溶剂残留,油品质较高,而且适用于工业化生产,具有广阔的市场前景[5],目前已应用于多种物质的提油中,但对于用水酶法提取亚麻籽油还未见相关报道。本文主要目的是选择合适的酶种,确立水酶法提取亚麻籽油的最佳工艺路线。1材料与方法1.1材料与设备脱胶亚麻籽新疆绿旗(集团)有限公司;碱性蛋白酶、复合纤维素酶、果胶酶NOVO公司;酸性蛋白酶无锡酶制剂厂;其余试剂均为分析纯。DFY-500中药粉碎机温岭市大德中药粉碎机有限公司;LXJ-Ⅱ离心机上海医用分析仪器厂生产;4K15型冷冻离心机Sigma公司生产;501型超级恒温器上海实验总厂生产;JB300-D强力电动搅拌机上海标本模型厂生产;DELTA320pH计梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。1.2实验方法1.2.1脱胶亚麻籽原料组成测定脂肪的测定:索氏抽提法[6];蛋白质的测定:凯氏定氮法[6];粗纤维的测定:酸性洗涤法[6];灰分的测定:马福炉灼烧灰化法[6];水分的测定:常压干燥法[6]。1.2.2工艺流程脱胶亚麻籽→破碎→酶解→离心→总游离油游离油1乳状液→离心→游离油2水解液渣O P取脱胶亚麻籽150g,经中药粉碎机粉碎后,以1∶5(W/V)的比例与水混合,用NaOH调节到所需pH,调节酶反应最适温度,搅拌酶解一定时间后离心得到游离油1、乳状液、水解液和渣,乳状液经离心得到游离油2。1.2.3游离油得率的计算游离油得率(%)=游原离料油总1的+游油离质油量2×100%2结果与讨论2.1脱胶亚麻籽原料组成测定脱胶亚麻籽的脂肪含量很高,达到51.79%,而且,含有丰富的蛋白质和粗纤维,分别为19.47%和11.49%,具有很高的营养价值。此外,还含有3.13%的灰分和5.66%的水分。2.2酶种及酶反应条件的确定2.2.1酶的种类对游离油得率的影响由图1可看出,酶的添加能有效提高游离油得率,其中作用最为显著的是碱性蛋白酶和复合纤维素酶的复合。单一的酶对提高游离油得率作用有限,因为植物细胞壁是以纤维素为骨架,并与半纤维素、果胶及蛋白质等大分子结合而成[7],蛋白酶的加入使得蛋白质降解成小分子,有利于油脂的释出。但是这两种酶的作用条件有所不同,添加顺序不同,游离油得率也有差别。实验表明,先添加碱性蛋白酶,再添加复合纤维素酶,游离油得率最高。在纤维素酶作用前加入蛋白酶,可以降低浆料的黏稠性,更有利于之后的纤维素酶作用。2.2.2料液比对游离油得率的影响由图2可以看出,当亚麻籽底物浓度较低时,游离油提取效率较低,这是由于此时酶反应体系中底物浓度和酶浓度都较低,影响了酶反应速度,因而影响了油的提取率。当料液比增加时,底物浓度和酶浓度都相应提高,反应速度加快,游离油得率有所增加。但料液比太高,浆料黏度增大,体系流动性较差,影响了酶和底物的作用。由图2可知,当料液比为1∶5时,游离油得率最高。因此,选用料液比为1∶5。2.2.3pH对游离油得率的影响由图3可看出,采用单一蛋白酶时,pH9.0时游离油得率最高。由图4可知,采用复合纤维素酶作用时,pH5.0时游离油得率最高。由于pH5.0接近亚麻籽蛋白的等电点[8],蛋白质溶解度下降,部分蛋白质发生沉淀,体系黏度下降,有利于纤维素酶的作用,而且不易于形成乳状液,有利于游离油的释出。2.2.4酶添加量对游离油得率的影响如图5所示,蛋白酶的添加能有效提高游离油的得率。它能降解大分子蛋白质的肽键,使包裹在蛋白质内部的油脂释出,当加酶量增加到1.0%时,游离油得率增加缓慢,继续增加酶量,对游离油得率影响不大。由图6可看出,纤维素酶可降解细胞壁的纤维素骨架,添加的越多,植物细胞壁崩溃的越彻底,越有利于细胞壁图1酶的种类对游离油得率的影响内的有效成分游离,提高胞内物质的提取。当纤维素1.不添加酶,2.复合纤维素酶,3.碱性蛋白酶,4.果胶酶+复合纤维素酶,5.果胶酶+酸性蛋白酶,6.先加碱性蛋白酶,再加复合纤维素酶,7.先加复合纤维素酶,再加碱性蛋白酶80706050403020酶的种类游离油得率(%)1234567图2料液比对游离油得率的影响76747270686664料液比游离油得率(%)1∶31∶41∶51∶61∶7图3pH对游离油得率的影响(碱性蛋白酶,1.0%,w/w)767472706866pH游离油得率(%)7891011图4pH对游离油得率的影响(复合纤维素酶,1.0%,w/w)68676665646362pH游离油得率(%)234567图5碱性蛋白酶添加量对游离油得率的影响8075706560加酶量(%,w/w)游离油得率(%)00.511.522.5酶的添加量达到1.0%后,继续提高浓度对油的提取率影响不大。因此,蛋白酶和纤维素酶的最佳添加量都为1.0%。2.2.5酶作用时间对游离油得率的影响随着酶作用时间的增加,植物细胞壁逐渐降解,酶与底物反应越彻底,油的释放也会相应增加。但提油时间过长,会导致油品质的下降。由图7可看出,随蛋白酶作用时间的增加,游离油得率明显增加,在5h以后,游离油得率增加缓慢。如图8所示,纤维素酶作用5h后,游离油得率基本没变,此时,纤维素酶与底物的反应已基本完成。由于亚麻籽油不饱和脂肪酸含量很高,极易被氧化,所以酶解时间不宜过长。因此,酶解时间图6复合纤维素酶添加量对游离油得率的影响8075706560加酶量(%,w/w)游离油得率(%)00.511.522.5图7碱性蛋白酶作用时间对游离油得率的影响84828078767472酶作用时间(h)游离油得率(%)1357911图8复合纤维素酶作用时间对游离油得率的影响84828078767472酶作用时间(h)游离油得率(%)1357911实验号A蛋白酶添表1L9(34)正交都选择为5h。2.3酶反应条件的优化为了能确定酶解最佳工艺条件,选用蛋白酶添加量及作用时间、纤维素酶添加量及作用时间进行四因素三水平的L9(34)正交实验[9],以游离油提取率为评定指标,见表1。由表1可知,影响酶解反应的主次因素为:纤维素酶作用时间>纤维素酶添加量>蛋白酶作用时间>蛋白酶添加量。综合考虑游离油得率、经济因素,正交实验的最佳反应组合为A2B3C2D2,即蛋白酶添加量为1.5%,纤维素酶添加量为1.5%,蛋白酶作用时间为5h,纤维素酶作用时间为5h。根据最佳反应组合做验证实验,亚麻籽的出油率为82.26%。3小结采用水酶法提取亚麻籽油的酶解工艺通过优化,得到了最佳工艺条件,即将干法破碎的脱胶亚麻籽,以1∶5(W/V)的比例与水混合,调节温度为60℃,用NaOH调节pH到9.0,然后添加1.5%的碱性蛋白酶,反应5h后,调节温度到50℃,用HCl调节pH到5.0,然后添加1.5%的复合纤维素酶,再反应5h后,以3000r/min的转速进行离心,将得到的乳状液进行离心,最终的游离油得率为82.26%。亚麻籽油的水酶法提取工艺的研究@陈晶$江南大学食品学院!江苏无锡214036 @许时婴$江南大学食品学院!江苏无锡214036采用水酶法从亚麻籽中提取亚麻籽油。通过比较多种商品酶对亚麻籽油提取率的影响,选择了碱性蛋白酶和复合纤维素酶这两种酶,料液比为1∶5,先加入碱性蛋白酶(60℃,pH9.0)1.5%,反应5h,然后加入复合纤维素酶(50℃,pH5.0)1.5%,反应时间为5h,最终游离油得率可达到82.3%。水酶法;;碱性蛋白酶;;复合纤维素酶;;亚麻籽油[1]李志伟.应重视富含亚麻酸油料的开发利用[J].粮油加工,2004(9):13～14. [2]于修烛,李志西,杜双奎,侯倩华.α-亚麻酸保健功效及苏子油研究进展[J].粮油食品科技,2002,10(5):28～29. [3]Kwaku Tano-debrah,Yoshiyuki Ohta.Aqueous enymatic extraction of coconut oil by an enzyme-assisted process[J].J Sci Food Agric,1997,l74:497. [4]H Dominguez,M J Nunez,J M Lema.Enzymatic pretreatment to enhance oil extraction from fruits and oilseeds:a review[J].Food Chemi,1994,49:271～286. [5]A Rosenthal,D L Pyle,K Niranjan.Aqueous and enzymatic processes for edible oil extraction[J].Enzyme Microb Technol,1996,19:402～420. [6]大连轻工业学院编.食品分析[M].北京:中国轻工业出版社,1994.73～216. [7]Bocevska M,Karlovic Dj.Enzymatic Extraction of Corn Germ Oil,in T.H.Applewhite(ED)AOAAC[M].MonographAmerican Oil chemists'Society Press,Champaign,IL,USA,1990.470～474. [8]许晖.亚麻籽分离蛋白流变学特性的研究[J].中国食品学报,2002(4):25～29. [9]吴有炜.实验设计与数据处理[M].苏州:苏州大学出版社,2002.367.