酶法提取杏仁粕中殘油的研究

楊帥杰，謝亞麗，寇雷，楊海燕

（1.新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，新疆烏魯木齊830011；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，新疆烏魯木齊830052）

杏（Prunus armeniaca L.）屬薔薇科李屬，其不但具有豐富的營養(yǎng)價值，而且還有潤肺、定喘、生津、止渴、清熱解毒等醫(yī)療作用[1]。新疆是我國杏果的最大原產(chǎn)地，其栽培面積和產(chǎn)量均居全國之首[2]。截至2015年底，杏的種植規(guī)模已經(jīng)超過13.24萬hm2，產(chǎn)量接近128萬噸[3]，其中90%以上分布于南疆，面積和產(chǎn)量均居全國各省（區(qū)）之首[4]。

杏仁中油脂含量在50%左右，是一種很好的植物油料來源。杏仁油脂中含有90%以上不飽和脂肪酸，其中油酸含量占70%左右，杏仁中還含有人體所必需的亞油酸和亞麻酸。這些不飽和脂肪酸不僅不會產(chǎn)生脂肪積累，并且可以降低低密度脂蛋白和血清膽固醇水平，有利于血管的軟化，具有防治高血壓、高血脂及心血管疾病的療效。同時還含有豐富的脂溶性VE，不僅具有抗氧化作用，而且可以清除人體內(nèi)的自由基，有保護細(xì)胞膜、延長循環(huán)系統(tǒng)中血紅細(xì)胞的壽命作用。杏仁油氣味清香，不僅可作為優(yōu)質(zhì)的食用油，精密儀器的潤滑油[5-7]，還可應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥、香料工業(yè)。

目前從油料種籽中制取植物油的主要方法是壓榨法和溶劑浸出法[8]，這兩種方法雖然出油率較高，但幾乎都要對油料進行高溫?zé)崽幚恚允褂土霞?xì)胞中的蛋白質(zhì)變性而利于油脂的釋放，這種工藝方法不僅耗能大，且取油后餅粕由于各種成分的變性程度較大而不能利用或利用程度有限。酶法提取植物油脂是一種新型的油脂加工方法[9-14]，它既可提高油脂的提取效率，又可獲得品質(zhì)較優(yōu)的植物油脂和蛋白質(zhì)。在酶法提取杏仁粕油的過程中，酶作用可破壞脂蛋白膜，降低乳狀液的穩(wěn)定性，提高清油提取率。因此，此方法更易受到企業(yè)的青睞，并對我國杏仁資源進行深加工研究和開發(fā)，將我國豐富的杏仁資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，也具有重要意義[15-16]。

以企業(yè)低溫壓榨杏仁油后的杏仁殘粕為原料，對粕殘油提取工藝進行了研究，找出影響提取的最佳因素，并通過正交試驗進行優(yōu)化，從而得出最佳的提取組合，為企業(yè)提高副產(chǎn)物的綜合利用提供了一定的參考價值，以期為企業(yè)的利益最大化提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

杏仁粕：奧力克公司；中性蛋白酶（20萬U/g）、纖維素酶（20萬U/g）：南京龐博生物有限公司；中性乙醚和乙醇2∶1（體積比）混合溶劑、0.5 mol/L KOH乙醇溶液、0.5 mol/L HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液：天津永晨精細(xì)化工有限公司；0.1 mol/LKOH標(biāo)準(zhǔn)溶液、1 g/100 mL酚酞乙醇溶液或2 g/100 mL堿性6B乙醇溶液、玻璃珠或瓷粒（助沸物）、10 g/100 mL碘化鉀溶液（不含碘酸鹽或游離碘）、0.5 mol/100 mL淀粉溶液、0.1 mol/L Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液（標(biāo)定后7 d內(nèi)使用）、環(huán)己烷和冰乙酸等體積混合液（溶劑）、Wijs試劑、三氯甲烷、乙酸、飽和碘化鉀溶液、0.5 g/100 mL淀粉溶液、0.005 mol/L Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液、0.001 mol/L Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液：天津市化學(xué)試劑三廠。

FZ102植物粉碎機：北京市永光明醫(yī)療儀器廠；PL203型電子天平、PL203型感量0.000 1 g分析天平：上海梅特勒-托利多儀器有限公司；HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州市國立試驗設(shè)備研究所；DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科技有限公司；EYEL4N-1001型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海愛朗儀器有限公司；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；TD5A-WS臺式低速離心機：長沙湘儀儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 原料預(yù)處理

將中溫處理的杏仁粕用粉碎機粉碎后，備用。

1.2.2 杏仁粕殘油的提取工藝

杏仁粕→粉碎→過目→稱量→酶解→離心→濃縮→殘油

1.2.3 杏仁粕殘油提取率的計算

1.2.4 單因素的確定

通過選出酶品種、原料粒度大小、酶添加量、酶解時間、酶解溫度、酶解pH值6個因素中的每個的最佳參數(shù)，來確定單因素的最佳提取條件。

1.2.4.1 酶的選擇

選擇100目的原料，在料液比為1∶5（g/mL），pH值為7，酶解時間為2 h，酶解溫度為35℃，從纖維素酶、中性蛋白酶、纖維素酶和中性蛋白酶的混合酶中選擇最佳提取酶或最佳混合比例。

1.2.4.2 原料粒度大小的選擇

分別選擇 20、40、60、80、100 目的篩過篩粉碎后的原料，以杏仁粕殘油的提取率為條件，通過對這5種不同粒度大小的原料的比較，篩選出提取杏仁粕殘油的最佳的原料粒度大小。

1.2.4.3 酶添加量的選擇

選用中性蛋白酶與纖維素酶的混合酶1∶1（質(zhì)量比）為提取酶，在酶解時間為2 h，酶解pH值為7，酶解溫度為35℃，測酶的添加量分別為0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%時的杏仁粕殘油的提取率，選擇最佳酶添加量。

1.2.4.4 酶解pH值的選擇

選用100目的原料，中性蛋白酶與纖維素酶的混合酶1∶1（質(zhì)量比）為提取酶，在酶解時間為2 h，酶解溫度為35℃，酶的添加量為3.5%，測酶解時pH值分別為 5.5、6、6.5、7、7.5 時杏仁粕殘油的提取率，選擇最佳酶解pH值。

1.2.4.5 酶解溫度的選擇

選用100目的原料，中性蛋白酶與纖維素酶的混合酶1∶1（質(zhì)量比）為提取酶，在酶的添加量為3.5%，酶解時間為2 h，酶解pH值為7，測酶解時的溫度分別為 35、40、45、50、55 ℃時杏仁粕殘油的提取率，選擇最佳的酶解溫度。

1.2.4.6 酶解時間的選擇

選用100目的原料，中性蛋白酶與纖維素酶的混合酶1∶1（質(zhì)量比）為提取酶，在酶的添加量為3.5%，酶解時間為2 h，酶解pH值為7，酶解溫度為40℃，測酶解時間分別為 1、1.5、2、2.5、3 h 時杏仁粕殘油的提取率，選擇最佳的酶解時間。

1.2.5 正交試驗設(shè)計

在單因素的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗對單因素進一步進行優(yōu)化（見表1）。

表1 L9（34）正交試驗設(shè)計表Table 1 Orthogonal experimental design

1.2.6 油脂品質(zhì)的測定方法

對所得杏仁粕殘油的品質(zhì)的感官分析參照國標(biāo)：GB/T 5525-2008《植物油脂透明度、氣味、滋味鑒定法》。

1.2.6.1 油脂酸價的測定

參照GB 5009.229-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中酸價的測定》，對所得油脂酸價進行品質(zhì)分析。

1.2.6.2 油脂碘價的測定

參照GB/T 5532-2008《動植物油脂碘值的測定》，對所得油脂碘價進行品質(zhì)分析。

1.2.6.3 油脂皂化價的測定

參照GB/T 5534-2008《動植物油脂皂化值的測定》，對所得油脂皂化價進行品質(zhì)分析。

1.2.6.4 油脂過氧化值的測定

參照GB 5009.227-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中過氧化值的測定》，對所得油脂過氧化值進行品質(zhì)分析。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 提取杏仁粕中殘油的最佳酶

試驗選用中性蛋白酶、纖維素酶、纖維素酶和中性蛋白酶的混合酶作為提取酶，并篩選出最佳酶品種。酶種類對提油率的影響見圖1。

圖1 酶種類對提油率的影響Fig.1 The effect of enzyme type on the oil extraction rate

從圖1可以看出，纖維素酶與中性蛋白酶的混合物1∶1（質(zhì)量比）的提油率最高，所以試驗選用纖維素酶與中性蛋白酶的混合酶作為提取杏仁粕中殘油的最佳提取酶。這是由于植物細(xì)胞壁由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠組成，油脂存在于油料籽粒細(xì)胞中，并通常與其他大分子（蛋白質(zhì)和碳水化合物）結(jié)合，構(gòu)成脂多糖和脂蛋白等復(fù)合體，只有將油料組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和油脂復(fù)合體破壞，才能提出其中的油脂。纖維素酶和中性蛋白酶的混合比例分別為1∶2、1∶1、2∶1（質(zhì)量比）時提油率的大小見圖2。

圖2 纖維素酶和中性蛋白酶的混合比例對提油率的影響Fig.2 The effect of the mixture ratio of cellulase and neutral protease on the oil extraction rate

從圖2中可以看出，當(dāng)纖維素酶和中性蛋白酶的混合比例為1∶1（質(zhì)量比）時，酶解的提油率最高。這是由于植物油料種籽的細(xì)胞壁的組成成分中有52%左右是纖維素和半纖維素，加入足量的纖維素酶可以很好的使植物油料種子的細(xì)胞壁分解，從而使其中的油脂分子釋放出來；其次，植物油料種子中的部分油脂分子與一些大分子物質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物（脂多糖、脂蛋白），加入中性蛋白酶可以很好的使脂蛋白這類復(fù)合物分解，從而釋放出油脂分子。

2.2 提取杏仁粕中殘油的最佳原料粒度大小

試驗選用原料粒度大小分別為 20、40、60、80、100目的原料來測定原料粒度大小對提油率的影響，如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著原料粒度的逐漸減小，提油率增加較快，當(dāng)原料粒度為100目時，杏仁粕中殘油的提油率最高；所以原料粒度為100目是提取杏仁粕中殘油的最佳原料粒度。這是由于對原料粒度進行有效的破碎能破壞油料的細(xì)胞組織，破壞細(xì)胞的細(xì)胞壁。原料的顆粒小不僅有利于水溶性成分的擴散，而且能夠提高酶的擴散速率。在一定的尺寸范圍內(nèi)，顆粒小酶解效果就好，反之，酶解效果就差。

圖3 原料粒度大小對提油率的影響Fig.3 The effect of raw material size on oil extraction rate

2.3 最適宜的酶添加量

酶添加量對提油率的影響見圖4。

圖4 酶添加量對提油率的影響Fig.4 The effect of enzyme amount on oil extraction rate

從圖4中看出，當(dāng)酶的添加量為3%時提油率最高，因此，酶法提取杏仁粕中油脂的最佳的酶的添加量為3%。這是由于在原料濃度不變的條件下，同時其他試驗條件均適宜，隨著酶的濃度不斷增加，對組成細(xì)胞壁的成分的分解能力增加，同時也提高了分解與油脂結(jié)合的蛋白質(zhì)等大分子的復(fù)合體，所以提油率會不斷升高，但當(dāng)酶濃度達(dá)到一定程度時，提油率趨于平穩(wěn)。

2.4 最佳酶解pH值

pH值對提油率的影響見圖5。

圖5 pH值對提油率的影響Fig.5 The effect of pH on oil extraction rate

如圖5所示，杏仁粕中殘油的提取率隨著pH值的增加而增大，當(dāng)pH值為7時提油率最高，隨后開始降低。這是由于酶活性的大小易受溶液pH值的影響，一般情況下，當(dāng)pH值為7時中性蛋白酶的活性最強。

2.5 最佳酶解溫度

酶解溫度對提油率的影響見圖6。

圖6 酶解溫度對提油率的影響Fig.6 The effect of enzyme temperature on oil extraction rate

由圖6可知，隨著酶解溫度的提高，提油率逐漸增加，但當(dāng)溫度為40℃時以后，提油率下降最終趨于平穩(wěn)，因此，酶解的最佳溫度是40℃。這是由于一開始，隨著酶解溫度的增加，會使酶的活性增強，從而加快酶解速度，但當(dāng)溫度升高到一定值時，就會抑制甚至破壞酶的活性。

2.6 最佳酶解時間

酶解時間對提油率的影響見圖7。

圖7 酶解時間對提油率的影響Fig.7 The effect of enzyme time on oil extraction rate

如圖7所示，提油率隨酶解時間的延長逐漸提高，在酶解時間為3 h時達(dá)到最大值。這是由于酶與原料接觸的時間越充分，酶解就越完全，提油率就會相應(yīng)提高，但酶解時間過長，就會導(dǎo)致酶長時間處在一個溫度較高的環(huán)境會使其活性降低甚至失活。

2.7 正交試驗結(jié)果

在單因素的基礎(chǔ)上，采取L9（34）對單因素進行優(yōu)化，見表2。

通過表2可知，各個試驗因素對提油率的影響主次不同，按影響大小順序為：酶解pH值＞酶添加量＞酶解溫度＞酶解時間。從試驗結(jié)果可以看出，影響杏仁粕出油率的因素中，酶解pH值為主要影響因素，其影響大于其他因素。在相同的提取條件下，隨著pH值的增加提油率在明顯增加，而其他因素對提油率的影響較其次之。組合為A2B3C1D2的提油率最高，該組合的提油率為26.25%；但是每個單因素的最優(yōu)水平分別為A3、B3、C3、D2，即每個單因素的最優(yōu)水平組合成的最優(yōu)水平組合為A3B3C3D2，該組合在9個水平組合中是沒有的，所以我們將表中的最優(yōu)水平組合A2B3C1D2與選出的最優(yōu)水平組合A3B3C3D2進行對比試驗，做了以下的補充試驗，見表3。

表2 提取杏仁粕中殘油的正交分析Table 2 The orthogonal analysis of residual oil in almond residue was extracted

表3 補充試驗Table 3 Additional experiments

由表3知最佳的提油的工藝條件為：酶的添加量為3%，酶解pH值為7.5，酶解時間為2.5 h，酶解溫度為40℃。

2.8 杏仁粕中殘油的品質(zhì)分析

2.8.1 油脂的感官品質(zhì)

油脂的感官品質(zhì)評定見表4。

表4 油脂的感官品質(zhì)評定Table 4 Evaluation of the sensory quality of oil

2.8.2 油脂化學(xué)常數(shù)的測定結(jié)果

杏仁粕殘油化學(xué)常數(shù)測定結(jié)果見表5。

表5 杏仁粕殘油化學(xué)常數(shù)測定結(jié)果Table 5 Determination of the chemical constants of residual oil of almond residuel

通過測定知杏仁粕殘油的酸價為1.88。一級油的酸價≤1.0 mgKOH/g，因此本試驗提取的殘油酸價符合二級油脂酸價的標(biāo)準(zhǔn)。游離脂肪酸的含量達(dá)到二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，通過測定結(jié)果得知所得油脂為不干性油。

3 結(jié)論

1）本試驗分別就每個影響提油率的單因素進行試驗，篩選出最佳的酶法提取杏仁粕中殘油的單因素水平。通過試驗得到最佳的提取酶是纖維素酶和中性蛋白酶為1∶1（質(zhì)量比）的混合酶，最佳原料粒度的大小為100目，最佳酶添加量是3%，最佳酶解pH值是7，最佳酶解溫度為40℃，最佳酶解時間為2.5 h。

2）通過本試驗的正交分析得到酶法提取杏仁粕中殘油的主要影響因素依次為：酶解pH值＞酶的添加量＞酶解溫度＞酶解時間。采用中性蛋白酶與纖維素酶的混合酶1∶1（質(zhì)量比），選用粒度大小為100目的原料提取杏仁粕中殘油的最優(yōu)條件為：酶的添加量為3%，酶解pH值為7.5，酶解溫度為40℃，酶解時間為2.5 h，在此條件下，所得的提油率為26.25%。

3）酶法提取所得的杏仁粕殘油具有濃郁的杏仁香味，顏色呈棕黃色，透明；酸價為1.88，碘價為24.43，皂化價為185.79，過氧化值為2.45。從總體上看，提取的杏仁粕殘油在外觀性狀及品質(zhì)上都符合二級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（）（）