菜子冷榨餅蛋白質和油脂的水酶法提取工藝初探

摘要：比較了4種酶對提取脫皮菜子冷榨餅中的蛋白質與油脂的影響。結果表明，復合酶提取蛋白質與油脂的得率最高，蛋白酶次之，戊聚糖復合酶較差，且三者皆高于無酶水浸提，果膠酶作用不明顯。同時探索了酶處理時加酶量、酶反應時間、液固比、物料粒徑、反應攪拌速度等因素對蛋白和油脂提取率的影響。

關鍵詞：水酶法；菜子蛋白；菜子油

中圖分類號：S565.4.099 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114(2008)05-0581-03

Research of Technics on Aqueous Enzymatic Extraction of Protein and Oil from Dehulled Cold-press Rapeseed Cake

ZHU Jun1，2，HUANG Feng-hong2，NIU Yan-xing2，HUANG Qin-de1，2

(1. College of Food Science and Technology ，HuaZhong Agriculture University，Wuhan 430070；

2. Institute of Oil Crops Research，CAAS，National Rape Engineering Tech-nology Reseach Center，Wuhan 430062)

Abstract：The paper analyzed the extraction protein and oil from dehulled cold-press rapeseed cake with four enzymes，The results were as follows：the complex enzyme got maximal extraction rate，viscozyme got the minimal，and protease got the mid，which results was better than water-extraction，but the effect of pectinase was not obvious in the same reactions.The paper also researched the effect of enzyme/substrate，enzyme-treatment time，solid to liquid，materiel size and whisking speed et al on protein and oil extraction rate. It offered the elements to optimizing technics on aqueous enzymatic extraction of protein and oil from dehulled cold-press rapeseed cake.

Key words：aqueous enzymatic；rapeseed protein；rapeseed oil

菜子冷榨餅由菜子脫皮冷榨而來，其細胞結構已經有一定程度破碎，而其中的蛋白質卻得到很好的保存，因而利用水酶法處理菜子冷榨餅具有很大的優勢。目前我國每年油菜制油后得到的菜子餅粕達到600～700萬t[1]，但依然存在冷榨餅中菜子蛋白利用不充分等不足。為提高菜子蛋白的提取率和利用效率，國內外有許多學者如Bocevska[2]、Rosentha[3]、錢俊青[4]等將水酶法應用于菜子蛋白和菜子油的提取。在提取殘油，提高油脂得率，得到高品質、安全無毒、綠色無污染的新油脂品種的同時，具有更高生物學效價的無毒低變性菜子蛋白還可以作為良好的食用和飼用蛋白源。本文選擇復合酶、蛋白酶、葡聚糖復合酶、果膠酶，以菜子脫皮冷榨餅為原料分別研究水相酶解處理對菜子蛋白和菜子油提取率的影響[5]。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 脫皮菜子冷榨餅 將市售中雙7號油菜子清洗、脫皮后冷榨，干燥冷榨餅測得其中蛋白質含量為41.20%、粗脂肪含量為17.97%、粗纖維含量為8.78%、水分含量為7.64%。

1.1.2 酶 采用丹麥Novo公司產品。蛋白酶：Alcalase蛋白酶，食品級，最佳工作條件為pH值6.5～8.5、溫度55～70℃；Neutrase中性蛋白酶：食品級，最佳工作條件為pH值5.5～7.5、溫度45～55℃；Viscozyme L戊聚糖復合酶(包括纖維素酶、半纖維素酶、阿拉伯聚糖酶、β-葡聚糖酶、木聚糖酶等)：食品級，最佳工作條件為pH值3.5～5.5、溫度25～55℃；Pectinex果膠酶：食品級，最佳工作條件為pH值3.5～5.5、溫度45～55℃；復合酶：Alcalase蛋白酶∶戊聚糖復合酶按1∶1(W/W，下同)組成。

1.1.3 儀器設備 HH-S電熱恒溫水浴鍋，上海索譜儀器有限公司；JJ-1型大功率電動攪拌器，常州國華電器有限公司；SB-120DT超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司；RE-2000旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠；ZK-82A真空干燥箱，上海試驗設備廠；SX2-5-12型箱式電阻爐，上海索譜儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 測定方法 蛋白質含量測定：凱氏定氮法測定[6]，參照GB5497-85。油脂含量測定：索氏抽提法測定(Soxhlet method)[7]。水分測定：常壓烘干法，參照GB5495-85。

1.2.2 試驗方法

1)水酶法提取油脂與蛋白質的工藝過程 將菜子冷榨餅清理、干燥、粉碎研磨過80目標準篩，于100℃處理5 min使芥子酶失活；調液固比、溫度、pH值、加酶量、反應時間、攪拌轉速等參數進行酶反應；酶反應后，調pH值至9.0，室溫下攪拌堿提后，離心分離出粗脂肪與殘渣，液相過濾后通過超濾膜，將濃縮液冷凍干燥得粗蛋白。測定殘渣中粗蛋白和粗脂肪的含量，由此計算粗脂肪與粗蛋白的提取率。

2)各種酶最佳作用條件的選擇 以脫皮菜子冷榨餅為底物，粗脂肪與粗蛋白為響應值，對各單一酶的最佳作用溫度和pH值進行篩選。菜子冷榨餅加水混勻后加入單一酶，調溫度與pH值，攪拌反應后，調pH值至9.0，室溫下攪拌堿提。復合酶最佳作用條件以各組分酶的最佳作用條件為準。復合酶反應分兩步進行：先調pH值為4.5，溫度為40℃，加入Viscozyme L戊聚糖復合酶，攪拌反應；反應結束后，再調pH值為8.0，溫度為65℃，再加Alcalase蛋白酶攪拌反應相同時間后，調pH值至9.0，室溫下攪拌堿提。無酶對比試驗：油料預處理后，不加酶，直接調pH值至9.0，室溫下攪拌堿提。

2 結果與分析

2.1 不同酶對蛋白質和油脂提取率的影響

本試驗選取的酶有戊聚糖復合酶、果膠酶和蛋白酶。試驗結果見圖1。從圖1可以看出，復合酶對粗蛋白和粗脂肪提取效果最顯著，高于其他酶；Alcalase蛋白酶、Neutrase酶和Viscozyme L酶提取粗脂肪的效果相當，Alcalase蛋白酶提取粗蛋白效果較好，且這4種酶均優于無酶水浸提，果膠酶影響不明顯。可見細胞內油脂分子主要以脂蛋白和脂多糖形式存在；Viscozyme L酶和果膠酶對蛋白質提取率影響較弱，可能由于其作用最佳pH值位于菜子蛋白等電點區，菜子蛋白溶解性不好，降低了菜子蛋白和油脂的提取率。因此，本試驗選取復合酶作為處理菜子冷榨餅的酶制劑。

2.2 反應參數對蛋白質和油脂提取率的影響

依據上述方法對菜子冷榨餅進行酶反應，Viscozyme L酶最佳作用條件為pH值4.5，溫度40℃，Alcalase蛋白酶最佳作用條件為pH值8.0，溫度65℃。利用單因素試驗分別考察加酶量、液固比、酶反應時間、物料粒徑、攪拌轉速等反應參數。

2.2.1 加酶量對蛋白質和油脂提取率的影響 分別以物料質量分數的0.1%、0.2%、0.5%、1%、1.5%、2%加入復合酶，反應結束后測粗蛋白和粗脂肪提取率(圖2)。隨著加酶量增加，粗蛋白和粗脂肪提取率不斷提高。提取率在加酶量低于1%時提高較明顯，之后趨于平穩。從成本角度考慮，加酶量在1%～1.5%之間為宜。

2.2.2 液固比對蛋白質和油脂提取率的影響 反應過程中使水與冷榨餅的質量比分別為3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1、8∶1，反應結束后測粗蛋白和粗脂肪提取率(圖3)。從圖3可以看出液固比為5∶1前粗蛋白和粗脂肪提取率提高較快，之后趨于平穩。隨著加水量增加，提取率出現下降的趨勢，可能是由于稀釋度變大，使酶活下降。因而加水量最佳值在4∶1～6∶1之間。

2.2.3 酶反應時間對蛋白質和油脂提取率的影響 酶反應時間分別為15 min、30 min、45 min、60 min、75 min、90 min，反應結束后測粗蛋白和粗脂肪得率(圖4)。從圖4可知，酶反應時間長于60 min后，粗蛋白和粗脂肪提取率增加，但其幅度逐漸趨于下降。為縮短時間、降低能耗，酶反應時間取45～75 min為宜。

2.2.4 物料粒徑對蛋白質和油脂提取率的影響 分別取粒徑為40目、60目、80目、100目、120目、140目的冷榨餅進行反應，反應結束后測粗蛋白和粗脂肪提取率(圖5)。隨著物料粒徑的減小，粗蛋白和粗脂肪提取率略有增加，但其幅度很小。為減少能耗，節約成本，物料粒徑選擇80～100目。

2.2.5 攪拌轉速對蛋白質和油脂提取率的影響 反應過程中，使酶反應時攪拌器轉速分別為30、60、120、180、240、300 r·min^-1，試驗結果見圖6。從圖6可以看出，攪拌轉速對粗蛋白和粗脂肪提取率的影響不顯著。從節約能耗角度考慮，攪拌轉速選擇120～180 r·min^-1。

由上述單因素試驗可知，粗蛋白和粗脂肪提取率均隨加酶量、液固比、反應時間增加有明顯提高，這3個因素對提取率影響較顯著；而物料粒徑和攪拌轉速對其提取率影響不顯著，可見菜子經脫皮冷榨后細胞已經發生一定程度破碎，此時阻礙油脂逸出的主要是油脂與蛋白等大分子之間的親和力。

3 結論

復合酶對提取脫皮菜子冷榨餅中粗蛋白和粗脂肪提取率的影響最大，蛋白酶作用較顯著，葡聚糖復合酶次之，果膠酶作用不明顯。酶反應參數中，加酶量、液固比和反應時間對提取率影響較顯著，其值分別選擇1%～1.5%、4∶1～6∶1和45～75 min為宜；物料粒徑和反應攪拌轉速則對提取率影響較低，從節約能耗、降低成本出發分別選擇其值為80～ 100目、120～180 r·min^-1。由此，確定了1個定性因素(酶種類：復合酶)，3個定量因素(加酶量、液固比、酶反應時間)4個因素，為采用響應曲面分析方法研究酶反應參數對菜子脫皮冷榨餅中菜子蛋白和菜子油提取率的影響奠定了基礎。

參考文獻：

[1] 劉水冰.淺析我國油菜生產的現狀和發展[J].中國種業，2005(1)：17.

[2] BOCEVSKA M. KARLOVIC D J，TURKULOV J. Quality of corn germ oil obtained by aqueous enzymatic extraction[J].JAOCS，1993，70：1273-1277.

[3] ROSENTHAL A，PYLE D L，NIRANJAN K，et al. Combined effect of operational variahles and enzyme activity on aqueous enzymatic extraction of oil and protein from soybean[J]. Enzyme and Microbial Technology ，2001，28(6)：224-228.

[4] 錢俊青，何國慶.酶法水相提取大豆油難點的解決方法[J].中國農業科學，2001，34(2)：192-195.

[5] 李桂英，袁永俊.中性蛋白酶提取菜子油的研究[J].食品研究與開發.2006，27(5)：69-71.

[6] AOAC. Official Methods of Analysis[M].15th ed. Washington DC：Association of Official Analytical Chemists，1990.

[7] DENG Y，PYLE D L，XIRANJAN K. Studies of aqueous enzymatic-extraction of oil from rapeseed[A]. Agricultural Engineering and Rural Development I. Conference Proceedings[C]. Beijing：China Agricultural Press，1992.190-195.

(責任編輯 鄭 威)