水酶法提取胡麻籽油的工艺研究

张会彦，刘 壮，欧阳伶俐，姚亚亚，李慧静

(河北农业大学 食品科技学院，河北 保定 071001)

油脂加工

水酶法提取胡麻籽油的工艺研究

张会彦，刘 壮，欧阳伶俐，姚亚亚，李慧静

(河北农业大学 食品科技学院，河北 保定 071001)

以胡麻籽为原料，采用复合酶酶解技术对胡麻籽油进行提取，考察了预处理方法、粉碎时间、酶的种类、复合酶复配比例及复合酶添加量对胡麻籽油提取率的影响，在前期实验的基础上，采用中心组合设计，对液料比、酶解pH、酶解温度及酶解时间进行了响应面优化。结果表明：高压高温湿热法预处理，胡麻籽在10 000 r/min转速下粉碎90 s利于胡麻籽油的提取；最佳复合酶制剂组成为中性蛋白酶与戊聚糖酶质量比2∶1，复合酶的最适添加量为1.2%(以脱壳胡麻籽质量计)；响应面优化的最适工艺参数为液料比9.19∶1、酶解pH 5.94、酶解温度53.62℃、酶解时间3.20 h；在最适工艺条件下，胡麻籽油提取率可达86.73%。

水酶法;复合酶;响应面法；胡麻籽油

胡麻(LinumUstitatissimumL.)又称亚麻，属亚麻科一年生或多年生草本植物[1]。胡麻在我国华北、西北以及高寒区被广泛种植，种植面积约60万hm2[2]。胡麻籽油营养丰富，α-亚麻酸是胡麻籽油的主要营养成分，含量超过50%，因此胡麻是一种不可多得的食用油原料[3]。目前，胡麻籽油的制备方法主要为压榨法、有机溶剂提取法、超临界萃取法[4]。但压榨法提取率较低，有机溶剂提取法因为有溶剂残留不利于健康，超临界萃取法设备与成本太高不利于工业化生产。而水酶法是在水代法基础上发展起来的一种提取油脂的新方法[5]，在提取过程中，酶对油料细胞壁中纤维素和蛋白质的水解，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[6]，并且酶的应用可以保持分离提取物质的特性不变，使其最终产品有更好的品质。相比有机溶剂提取法，以水作为溶剂得到的胡麻籽油能保持其原有的特性，营养价值更高。相比于超临界萃取法，水酶法操作条件温和，简单方便安全，易于工业化生产[7]。

目前，对胡麻籽油提取的研究多集中在传统方法上，对利用响应面法优化水酶法提取胡麻籽油的研究并不多。本文首先通过单因素实验筛选了胡麻籽的预处理方法、优化了胡麻籽粉碎时间，筛选了酶的种类，优化了复合酶的配比及其添加量，进而在前期实验的基础上，以胡麻籽油提取率为响应值，采用中心组合设计，对液料比、酶解pH、酶解温度及酶解时间进行了响应面优化，从而确定了水酶法提取胡麻籽油的最佳工艺。

1 材料与方法

1.1 实验材料

胡麻籽，购于农贸市场，脱壳后备用；真菌α-淀粉酶、戊聚糖酶、中性蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、复合蛋白酶、风味蛋白酶，购于丹麦诺维信公司；木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶，购于南宁庞博生物科技有限公司；酸性蛋白酶、β-葡聚糖酶，购于黑龙江肇东日成酶制剂有限公司；其他检测用试剂均为分析纯。

BXM-30R立式压力蒸汽灭菌锅，L3660低速离心机，DFY-400粉碎机，ZNCL-BS磁力搅拌器，AR423CN电子天平，MZG1500S微波炉，IH-P260电磁炉，STARTER3100 pH计，HH-601超级恒温水浴箱，CM320红外温度计。

1.2 实验方法

1.2.1 原料成分分析

胡麻籽中粗脂肪的测定：索氏抽提法[8]。胡麻籽中粗蛋白质的测定：凯氏定氮法[8]。

1.2.2 水酶法提取胡麻籽油工艺

称取50 g脱壳胡麻籽，采用不同的方法进行预处理，然后将其置于粉碎机中10 000 r/min转速下粉碎一定时间，按照一定液料比(水与胡麻籽体积质量比，下同)添加蒸馏水，用0.1 mol/L的NaOH溶液或0.1 mol/L的柠檬酸溶液调节料液pH至不同酶的最适pH，调节温度至不同酶的最适反应温度，添加一定量的酶(以脱壳胡麻籽质量计，下同)，酶解一定时间，酶解罐置于磁力搅拌器操作面上，转速为200 r/min。酶解完成后，将酶解液置于90℃水浴中灭酶10 min，冷却至室温后移至离心管中于4 000×g离心20 min，收集清油并称重。

1.2.3 预处理方法

比较高压高温湿热法、烘烤法、微波法和焙炒法对胡麻籽油提取率的影响，以确定最佳预处理方法。

(1)高压高温湿热法：将脱壳胡麻籽置于煮沸的灭菌锅中135℃下处理30 min。

(2)烘烤法：将脱壳胡麻籽置于远红外电热烤箱中135℃处理30 min。

(3)微波法：将脱壳胡麻籽置于微波炉内700 W加热30 min，其中加热2 min间歇5 s，微波炉动力搅拌速率为200 r/min。

(4)焙炒法：将脱壳胡麻籽置于焙炒锅中135℃处理30 min。

1.2.4 胡麻籽油提取率的计算

胡麻籽油提取率=胡麻籽清油质量/胡麻籽总油脂质量×100%。

2 结果与分析

2.1 胡麻籽成分分析

采用索氏抽提法和凯氏定氮法对胡麻籽进行成分测定，结果见表1。

表1 胡麻籽成分 (以干基计)

2.2 预处理方法对胡麻籽油提取率的影响

在粉碎时间90 s、中性蛋白酶与戊聚糖酶质量比2∶1、复合酶添加量1.2%、液料比9∶1、55℃ pH 6酶解3 h条件下，考察了预处理方法对胡麻籽油提取率的影响，结果如表2所示。

表2 预处理方法对胡麻籽油提取率的影响

热处理不仅有利于降低脂肪酶的活性，同时还有利于淀粉糊化。由表2可知，高压高温湿热法的效果好于烘烤法、微波法和焙炒法，因为高压高温湿热法可以使胡麻籽结构疏松，便于油脂的释放[9]。因此，在后续的实验中采用高压高温湿热法进行预处理。

2.3 粉碎时间对胡麻籽油提取率的影响

在中性蛋白酶与戊聚糖酶质量比2∶1、复合酶添加量1.2%、液料比9∶1、55℃ pH 6酶解3 h条件下，考察了粉碎时间对胡麻籽油提取率的影响，结果如图1所示。

由图1可知，粉碎时间在30～90 s时，胡麻籽油提取率随粉碎时间的延长而提高，因为胡麻籽比表面积变大，酶可作用的面积相应增大，胡麻籽油提取率也相应提高。但是随着粉碎时间的继续延长，胡麻籽油提取率反而降低。因为随粉碎时间延长，破乳难度提高了，提取率降低[10]。因此，在后续的实验中采用90 s的粉碎时间。

图1 粉碎时间对胡麻籽油提取率的影响

2.4 单一酶对胡麻籽油提取率的影响

在单一酶添加量1.0%、液料比5∶1、各自酶最适pH和温度、酶解2 h条件下，考察了不同酶对胡麻籽油提取率的影响，结果如图2所示。

注：1.纤维素酶；2.半纤维素酶；3.果胶酶；4.戊聚糖酶；5.中性蛋白酶；6.风味蛋白酶；7.复合蛋白酶；8.木瓜蛋白酶；9.菠萝蛋白酶；10.β-葡聚糖酶；11.真菌α-淀粉酶；12.酸性蛋白酶；13.对照。

图2 单一酶对胡麻籽油提取率的影响

由图2可知，由于酶可以加速被蛋白质或纤维素、半纤维素网状结构所包围的脂质体中油脂的释放，所以在单一酶中，戊聚糖酶与中性蛋白酶处理胡麻籽仁后，胡麻籽油提取率相比对照依次提高了24.2个百分点和22.8个百分点，且差异显著。故在后续的实验中上述两种酶均被采用。

2.5 复合酶对胡麻籽油提取率的影响

在复合酶添加量1.2%、液料比9∶1、55℃pH 6酶解3 h的条件下，考察了中性蛋白酶和戊聚糖酶不同质量配比对胡麻籽油提取率的影响，结果如图3所示。

由图3可知，上述两种酶的复配对提高胡麻籽油提取率具有协同作用。酶复配组成为中性蛋白酶与戊聚糖酶质量比2∶1时胡麻籽油提取率最高，表明该质量配比的复合酶能够有效地降解胡麻籽仁的细胞壁，从而使包埋在细胞内的油脂及其他物质最大程度地被释放到水中。

注：复配1为质量比1∶1；复配2为质量比2∶1；复配3为质量比3∶1；复配4为质量比1∶2；复配5为质量比1∶3。

图3 中性蛋白酶与戊聚糖酶复配对胡麻籽油提取率的影响

2.6 复合酶添加量对胡麻籽油提取率的影响

在中性蛋白酶与戊聚糖酶质量比2∶1、液料比9∶1、55℃ pH 6 酶解 3 h条件下，考察了复合酶添加量对胡麻籽油提取率的影响，结果如图4所示。

图4 复合酶添加量对胡麻籽油提取率的影响

由图4可知，随着复合酶添加量的增加，酶活性位点与底物接触更多，使得胡麻籽油提取率提高。综合考虑提取率和酶使用成本，确定复合酶添加量为1.2%。

2.7 响应面法优化水酶法提油工艺

通过前期实验，根据Design-expert 8.0.7.1软件中心组合设计原理，以液料比(A)、酶解pH(B)、酶解温度(C)、酶解时间(D)4个因素为自变量，选择小因子矩阵，可旋转类型(k<6)，α=1.68。每个因素取5个水平， 以 -1.68、-1、0、1、1.68 进行编码，以胡麻籽油提取率(Y)为响应值，进行响应面实验。实验因素水平见表3，实验设计及结果见表4，方差分析见表5。

表3 实验因素水平

表4 实验设计及结果

注：表中数据为两次实验的平均值。

表5 方差分析

注：**差异极显著，P<0.01；P>0.05差异不显著。

对表4的实验结果进行线性回归二次多项式拟合，得到回归方程：Y=0.86-0.022A2-0.053B2-0.023C2-0.030D2。

由表5可知，该模型P小于0.01，失拟项P大于0.05，说明该实验方法较为可靠，实验模型能真实描述响应值与各因素之间关系。液料比、酶解pH、酶解温度及酶解时间的二次项对胡麻籽油提取率影响极显著。

2.8 最佳实验条件的确定及验证

利用Design-expert 8.0.7.1统计分析软件对酶解条件进行优化，根据以上模型，优化工艺参数为：液料比9.19∶1、酶解pH 5.94、酶解温度53.62℃及酶解时间3.20 h，此条件下胡麻籽油提取率预计可达87.27%。在上述优化条件下，重复3次验证实验，胡麻籽油提取率为86.73%。

3 结 论

本文以胡麻籽为原料，以胡麻籽油提取率为指标，筛选出最适预处理方法为高压高温湿热法，确定了最适粉碎时间90 s，筛选出最佳复合酶配比为中性蛋白酶与戊聚糖酶质量比2∶1，复合酶用量为1.2%。通过前期实验及响应面实验得到最佳提取工艺为液料比9.19∶1、酶解pH 5.94、酶解温度53.62℃及酶解时间3.20 h；在最佳工艺条件下胡麻籽油提取率为86.73%。本研究为水酶法提取胡麻籽油的工业化生产奠定了基础。

[1] 董丽华,牛艳,赵银宝,等.胡麻籽原料的质量品质对胡麻籽油品质的影响[J].安徽农业科学,2012,40(10):5838-5957.

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[3] 张培宜,毛丹卉,张明靓,等.不同方法提取胡麻油性质的对比研究[J].中国粮油学报,2012,27(7):71-73.

[4] 崔宝玉,刘喆,阚侃,等.亚麻油提取工艺的研究进展[J].中国麻业科学,2010,32(4):238-241.

[5] 杨建远,邓泽元.水酶法提取植物油脂技术研究进展[J].食品安全质量检测学报, 2016,7(1):225-230.

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Aqueous enzymatic extraction process of flaxseed oil

ZHANG Huiyan, LIU Zhuang, OUYANG Lingli, YAO Yaya, LI Huijing

(College of Food Science and Technology, Hebei Agricultural University, Baoding 071001, Hebei, China)

With flaxseed as raw material, flaxseed oil was extracted by compound enzymatic hydrolysis technology. The effects of pretreatment methods, grinding time, enzyme types, combination proportion of compound enzyme and dosage of compound enzyme on the extraction rate of flaxseed oil were studied. Based on the previous experiments, the ratio of liquid to material, enzymatic hydrolysis pH, enzymatic hydrolysis temperature and enzymatic hydrolysis time were optimized by response surface method. The results showed that high pressure and high temperature hydro-thermal pretreatment and grinding for 90 s at 10 000 r/min were beneficial for extraction of flaxseed oil. The optimal compound enzyme composition was mass ratio of neutrase to pentosanase 2∶1 and the optimal dosage was 1.2% (based on the mass of dehulled flaxseed). The optimal extraction parameters of flaxseed oil were obtained as follows: ratio of liquid to material 9.19∶1, enzymatic hydrolysis pH 5.94, enzymatic hydrolysis temperature 53.62℃ and enzymatic hydrolysis time 3.20 h. Under these conditions, the extraction rate of flaxseed oil could reach 86.73%.

aqueous enzymatic method; compound enzyme; response surface methodology; flaxseed oil

2016-09-23；

2017-02-09

河北省食品科学与工程学科“双一流”建设基金项目(2016SPGCA18)

张会彦(1973)，女，实验师，研究方向为食品科学与工程(E-mail)1165660667@qq.com。

李慧静，教授，博士(E-mail)huijingli2002@163.com。

TS224； TS225.19

A

1003-7969(2017)06-0005-04