水酶法提取籽瓜種子油脂工藝的優化

羅述博 張 超 趙曉燕 馬 越 趙麗芹 李 武

(內蒙古農業大學食品科學與工程學院1，呼和浩特 010018)

(北京市農林科學院蔬菜研究中心2，北京 100097)

籽瓜又名打瓜，屬西瓜屬普通西瓜種的栽培變種，主要分布于甘肅、內蒙古和新疆等地。栽培這種瓜主要是為收籽瓜種子［1］。籽瓜種子含有豐富的蛋白質、脂肪、維生素B、維生素D等營養物質，單不飽和脂肪酸很高，適合高血壓和心腦血管疾病人食用。特別含有植物固醇這類物質，可以降低血液里低密度膽固醇含量。在醫藥上，黑瓜子有降壓、緩解急性膀胱炎等作用，常吃能延年益壽［2－3］。

水酶法提取油脂在國內外已有相關報道。水酶法提油與壓榨法、浸出法等傳統工藝相比具有諸多優點:酶解條件溫和、溫度低、以水為提取溶劑，因而油質量好、色澤淺、易于精煉，蛋白質變性程度小，有利于綜合利用油料中的油脂和蛋白質，能耗低，所得毛油及餅粕質量都有所提高［4］。生產過程中相對能耗低，廢水的BOD和COD值大為下降，污染少。目前工業生產中，只有橄欖油的提取采用此方法。此前未見采用水酶法對籽瓜種子油脂提取的相關研究，因此，本試驗利用水酶法提取籽瓜種子油脂，通過響應面優化其最佳工藝條件，為生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

籽瓜種子:民籽1號，甘肅省民勤縣金谷源農業科技有限公司;中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、復合蛋白酶、纖維素酶上海江萊生物科技有限公司;果膠酶:諾維信公司。

1.2 儀器與設備

1030Analyzer定氮儀 HT1043脂肪快速提取器:瑞士Tetator公司;RT5加熱磁力攪拌器:德國IKA公司;DHG－9240A電熱恒溫鼓風干燥箱:北京市雅士林試驗設備有限公司;AL204電子天平、FE20實驗室pH計:瑞士METTLER TOLEDO公司;FW100型萬能粉碎機:天津泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

其中:籽瓜種子去殼后，利用萬能粉碎機破碎15 s;按照一定料液比加入水，用1 mol/L NaOH和1 mol/L的鹽酸調節pH;300 r/min攪拌酶解一定時間，樣品加熱到100℃滅酶5 min;8 000 r/min離心分離20 min，保留殘渣，舍棄游離油、乳化層和水解液，將殘渣Ⅰ用2倍的蒸餾水洗滌，8 000 r/min離心分離5 min，棄去上層液體，收集殘渣Ⅱ;將殘渣80℃隔夜烘干，測定油脂含量。

1.3.2 水酶法提取單因素試驗

酶解時間對出油效率的影響:酶解時間分別為1、2、3、4、5 h，加酶量3%，酶解溫度 45 ℃，酶解時間3 h。

加酶量對出油效率的影響:加酶量分別為1%、2%、3%、4%和5%(酶與底物質量比)，溫度45℃，酶解時間3 h，料液比1∶6。

酶解溫度對出油效率的影響:酶解溫度分別設定在40、45、50、55、60 ℃，加酶量 3%，酶解溫度 45℃，酶解時間3 h。

料液比對出油效率的影響:料液比分別為1∶4、1∶5、1∶6、1∶7 和1∶8，加酶量 3%，溫度 45 ℃，酶解時間為3 h。

1.3.3 響應面優化試驗工藝條件

選取酶濃度、酶解溫度、酶解時間和料液比為自變量，出油效率為響應值設計試驗(表1)。

表1 籽瓜種子油脂提取響應面試驗設計

1.3.4 檢測方法

含水量:參照 GB/T 5009.3—2003;灰分:參照GB/T 5009.4—2003;脂肪含量:參照 GB/T 5009.6—2003。

1.4 出油效率計算［5］

式中:A為原料籽瓜種子質量/g;B為原料籽瓜種子含油率/%;C為酶解烘干后殘渣質量/g;D為酶解烘干后殘渣含油率/%。

2 結果與分析

2.1 籽瓜種子主要成分

籽瓜種子(民籽1號)的主要成分見表2。

表2 籽瓜種子的主要成分/%

2.2 酶種類的選擇

不同酶提取效果存在很大差異(圖1)，堿性蛋白酶提取效果最好，為73.5%，其次是復合蛋白酶，木瓜蛋白酶和中性蛋白酶比前兩者低。堿性蛋白酶的高提取率一方面可能是由于其性質更容易與籽瓜種子蛋白發生相互作用，另一方面堿性蛋白酶的最適提取條件是在堿性環境下進行的，高pH能增大蛋白的水解度，更有利于油脂的釋放［6］。纖維素酶和果膠酶的提取效果相較蛋白酶有很大差距。這與籽瓜種子本身的成分含量有關，其主要組成成分為油脂和蛋白質，油脂大部分以脂多糖和脂蛋白的形式存在，蛋白酶的作用更有利于油脂從其中釋放［7］。

圖1 酶種類對籽瓜種子出油效率的影響

2.3 水酶法提取籽瓜種子油單因素試驗結果

2.3.1 加酶量對出油效率的影響

由圖2可知，隨著加酶量上升，出油效率也隨著提高，當達到3%時出油效率穩定。酶含量的增加，提高了對整個體系中蛋白質溶解效果，更好釋放其中的油脂［8］。但進一步增加酶用量，出油效率不會繼續上升，底物與酶的作用接近飽和。考慮到加工成本等因素，選擇3%為最適宜的加酶量。

圖2 加酶量對籽瓜種子出油效率的影響

2.3.2 酶解溫度對出油效率的影響

圖3中顯示隨著溫度上升，提取率呈上升趨勢，當達到45℃之后，出油效率緩慢下降。這可能是因為酶對底物作用都是在適宜條件下其體現最快的反應速率，45℃應該是所使用酶的最適反應溫度，同時過高的溫度能夠導致酶失去活性，降低反應速率［9］。

圖3 酶解溫度對籽瓜種子出油效率的影響

2.3.3 酶解時間對出油效率的影響

圖4顯示隨著酶解時間延長，出油效率上升，4 h后出現輕微下降。雖然時間延長有利用油脂的提取，但是隨著反應的進行，底物減少，反應速度逐漸趨緩，出油效率不再上升［10］，同時時間過長會是油脂中的不飽和脂肪酸發生氧化，降低油脂品質［11］，因此，選取4 h較為合適。

圖4 酶解時間對籽瓜種子出油效率的影響

2.3.4 料液比對出油效率的影響

圖5顯示隨著料液比增加，底物濃度上升，并呈現先上升后下降的趨勢，在料液比為1∶6的情況下，出油效率達到最大值。料液比過小，體系流動性差，不利于酶對底物的作用;料液比過大，整個體系中的酶濃度下降，同時底物與酶相互碰撞作用的機會減少，降低反應速度［12］。因此1∶6為最適的料液比。

圖5 料液比對籽瓜種子出油效率的影響

2.4 響應面分析方案與結果

在單因素試驗基礎上，進行響應面分析試驗，結果見表3。建立油脂提取率與加酶量、酶解溫度、酶解時間和料液比4因子的數學二次多項回歸方程:

表3 籽瓜種子出油效率響應面分析方案及結果

表4顯示模型極顯著(P＜0.000 1)，因變量與所考察自變量之間的線性關系顯著(R2=0.945 2)，模型調整確定系數RAdj2=0.890 5，說明該模型能解釋89.05%響應值變化，擬合程度高，失擬項不顯著(P ＞0.05)，能很好的對響應值進行預測［13］。一次項X1、X3及二次項 X22、X42表現為極顯著，說明他們對響應值的影響極大，且所考察因素對響應值影響不是單一線性關系［14－15］。影響因素主次順序為:加酶量＞時間＞溫度＞料液比。

表4 回歸模型系數及顯著性檢驗結果

圖6顯示不同因素交互作用對提取率的影響，其中等高線的形狀可反映出交互效應的強弱［16－17］。在試驗范圍內尋找出油效率最高點，得到加酶量2.96%，酶解溫度44.4 ℃，酶解時間 2.86 h，料液比1∶5.74 時，油脂最高出油效率為 76.5%。

圖6 響應曲面立體圖

2.5 驗證試驗

在最佳工藝條件下進行3組平行試驗，所得出油效率平均值為76.3%，與回歸方程中最大出油效率76.5%的相對偏差為1.2%，說明該模型能夠較好地預測實際油脂提取情況。

3 結論

研究顯示堿性蛋白酶可以最有效的提高籽瓜種子的出油效率，響應面分析結果顯示影響出油效率大小的因素依次為加酶量＞酶解時間＞酶解溫度＞料液比，其最佳提取條件為加酶量2.96%，酶解溫度44.4 ℃，酶解時間 2.86 h，料液比 1∶5.74，出油效率為 76.3%。

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