濕法超微粉碎結合水酶法提取辣木籽油及其氧化穩定性分析

王標詩，胡小軍,張衛國,江 敏,彭元懷,張世奇,楊勝遠

(1.嶺南師范學院 化學化工學院，廣東 湛江 524048； 2.廣東省辣木資源開發與利用工程技術研究中心，廣東 湛江 524048)

辣木(Moringaoleifera)，又稱鼓槌樹，被稱為窮人的牛奶樹，日本譽其為不可思議之樹[1-2]。2012年，國家衛生部第19號公告批準辣木葉為新資源食品，為辣木產品標準化生產和市場化推廣開辟了新途徑。辣木渾身是寶，除辣木葉外，辣木籽也有很高的開發利用價值。

辣木籽中含有豐富的油脂，在國外辣木籽油被作為可持續的生物能源。國內外對辣木籽油的提取已有相關報道，如Bhutada等[3]報道了有機溶劑提取辣木籽油，也有借助超聲波技術輔助有機溶劑提取辣木籽油[4]，但是有機溶劑用量大，污染環境。Zhao等[5]報道了超臨界CO2萃取技術提取辣木籽油工藝，但是成本較高。Nguyen等[6]首先應用乙醇對辣木籽進行預處理，再進行超臨界CO2提取，出油率可適度提高。水酶法是一種環境友好的油脂提取新工藝[7-8]，馬李一[9]、劉華勇[10]和Yusoff[11]等報道了水酶法提取辣木籽油的工藝，但提取率都不太高。超微粉碎技術是近20年迅速發展起來的高新技術，能把原材料制成微米甚至納米級的微粉，已經在各行業得到了應用，如陳體強等[12]利用超微粉碎結合超臨界CO2技術分離靈芝孢子揮發油。

本文研究濕法超微粉碎結合水酶法提取辣木籽油工藝條件，并探討辣木籽油的氧化穩定性。為辣木的深加工和副產物高值化綜合利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

辣木籽，購于湛江市旭異南藥種植專業合作社。

胰蛋白酶(5萬 U/g)，國藥集團化學試劑有限公司；中性蛋白酶(6萬 U/g)、酸性蛋白酶(5萬 U/g)、堿性蛋白酶(20萬 U/g)，北京奧博星生物技術有限責任公司；風味蛋白酶(5萬 U/g)、復合蛋白酶(5萬 U/g)，江蘇瑞陽生物科技有限公司；2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)為食品級抗氧化劑，其他試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設備

pHS-3C型pH機，DHG-9240A型電熱恒溫鼓風干燥箱，DZF-6050 型真空干燥箱，FA2104N型電子精密分析天平，SXT-06索氏提取器，80-2電動離心機，HZS-HA水浴振蕩器，FM-CF型濕法超微粉碎機，JYL-350A料理機。

1.2 實驗方法

1.2.1 辣木籽的濕法超微粉碎預處理

辣木籽經去殼后壓碎成小顆粒，用50%乙醇浸泡12 h后進行濕法超微粉碎處理(功率3 kW)，再于低溫(40℃)真空干燥箱中烘48 h。瓶裝后置于干燥器中，備用。

同時將去殼后的辣木籽經普通的料理機微粉碎后直接低溫干燥48 h，過40目篩備用，做對照樣品。

1.2.2 辣木籽含油率的測定

參考GB/T 5009.6—2003，以無水乙醚為抽提劑，用索氏抽提法測定辣木籽含油率。

辣木籽含油率=辣木籽油質量/辣木籽質量×100%

1.2.3 辣木籽油水酶法提取工藝

準確稱取經預處理后的辣木籽粉3 g于200 mL錐形瓶中，按比例加入一定量的水，混勻后于90℃水浴中滅酶10 min，冷卻至室溫后調pH(用磷酸鹽緩沖溶液調節)，加酶，置于120 r/min恒溫振蕩器中，在設定的酶解溫度及酶解時間下進行酶解，酶解完成后置于90℃水浴鍋中滅酶10 min，冷卻至室溫后以4 500 r/min離心30 min，收集上層油相，殘渣于105℃烘箱內烘12 h，測定殘渣含油量并計算辣木籽油提取率。

提取率=(原料中油質量-殘渣中油質量)/原料中油質量×100%

1.2.4 辣木籽油酸價、過氧化值的測定

酸價的測定，采用GB/T 5530—2005《動植物油脂 酸值和酸度測定》；過氧化值的測定，采用GB/T 5538—2005《動植物油脂 過氧化值測定》。

1.2.5 辣木籽油氧化穩定性分析

參考葉麗紅等[13]實驗方法。分別取15 g辣木籽油置于50 mL廣口瓶中，分別在2℃、室溫、60℃、室溫自然光、室溫避光條件下存放，24 h攪拌1次，取樣測定辣木籽油的過氧化值，研究溫度和光照對辣木籽油氧化穩定性的影響；采用 Schaal 烘箱加速法，選擇BHT作為抗氧化劑，按0.01%的比例添加到辣木籽油中，混合均勻，密封置于恒溫箱中，在(60±1)℃條件下加速氧化，同時以不添加BHT的辣木籽油為對照，24 h攪拌1次，通過定時取樣測定辣木籽油的過氧化值來確定其抗氧化效果。

以上實驗均平行3次，實驗結果以“均值±標準偏差”的形式表示。

2 結果與分析

2.1 辣木籽的含油率

以無水乙醚為有機抽提溶劑，通過索氏提取器抽提得到辣木籽油，經過計算可得辣木籽含油率為36.84%±0.45%。段瓊芬等[4]研究表明, 辣木籽含油率的平均值為37.24%，與本實驗較為接近。劉華勇[10]研究表明，辣木籽中粗脂肪含量為38.03%，也與本實驗的測定結果比較接近。樊建麟等[14]研究表明，辣木籽中粗脂肪含量為40.12%，比本實驗測定結果稍高，可能是原料的來源不同等原因所致。

2.2 酶種類的選擇

分別在每種酶的最適pH、最適溫度下,酶添加量2.0%,料液比1∶5，按照1.2.3的方法酶解6 h, 考察胰蛋白酶、堿性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶、風味蛋白酶、復合蛋白酶、酸性蛋白酶+復合蛋白酶(比例1∶1，復合酶1)及中性蛋白酶+復合蛋白酶(1∶1，復合酶2)對辣木籽油提取率的影響，結果如圖1所示。

圖1 酶種類對辣木籽油提取率的影響

由圖1可知，在其他條件相同及各種酶的最適條件下，提取率最高的是中性蛋白酶+復合蛋白酶(1∶1)，提取率達72.13%，其次是中性蛋白酶，說明中性蛋白酶與復合蛋白酶復配能使辣木籽內的蛋白質很好地分解，釋放出游離油。而提取率最低的為胰蛋白酶，僅為40.82%。因此，確定水酶法提取辣木籽油的最適酶為中性蛋白酶+復合蛋白酶(1∶1)。

2.3 粉碎方式對水酶法提取辣木籽油的影響

為了探討濕法超微粉碎對水酶法提取辣木籽油的影響，以普通的微粉碎處理作對比分析，在復合酶添加量2.0%、酶解溫度 55℃、料液比 1∶5、pH 5下酶解6 h, 考察粉碎方式對水酶法提取辣木籽油的影響，結果如圖2所示。

圖2 粉碎方式對水酶法提取辣木籽油的影響

由圖2可知，濕法超微粉碎的樣品經水酶法提取后，辣木籽油提取率達到72.13%，而微粉碎的樣品經水酶法提取后，辣木籽油提取率僅60.35%，可見濕法超微粉碎能明顯提高辣木籽油的提取率，可使提取率增加11.78個百分點。

2.4 辣木籽油水酶法提取單因素實驗

2.4.1 復合酶添加量對辣木籽油提取率的影響

在料液比1∶9、pH 6.0、酶解溫度45℃下酶解6 h，探討中性蛋白酶+復合蛋白酶(1∶1)添加量對辣木籽油提取率的影響，結果如圖3所示。

圖3 復合酶添加量對辣木籽油提取率的影響

由圖3可知，在2%～5%范圍內，隨著復合酶添加量的增大，辣木籽油提取率逐漸增加且上升趨勢明顯，當復合酶添加量達到5%時，辣木籽油提取率達到72.40%，繼續增加復合酶添加量至6%時，辣木籽油提取率增加不明顯，之后再增加復合酶添加量，辣木籽油提取率開始降低且降幅相對較為明顯。考慮到經濟成本等諸多方面的影響因素，確定最佳復合酶添加量為5.0%。

2.4.2 pH對辣木籽油提取率的影響

在料液比1∶9、復合酶添加量5.0%、酶解溫度45℃下酶解6 h，探討不同pH對辣木籽油提取率的影響，結果如圖4所示。

圖4 pH對辣木籽油提取率的影響

由圖4可知，當pH達到5.0時，辣木籽油提取率最高，達到74.30%，當pH高于5.0或者小于5.0時，辣木籽油的提取率都相應降低。因此，水酶法提取辣木籽油的最適pH應控制在5.0左右。

2.4.3 料液比對辣木籽油提取率的影響

在復合酶添加量5.0%、pH 6.0、酶解溫度45℃下酶解6 h，探討不同料液比對辣木籽油提取率的影響，結果如圖5所示。

圖5 料液比對辣木籽油提取率的影響

由圖5可知，料液比從1∶5到1∶7，辣木籽油提取率逐漸上升，料液比1∶7時辣木籽油提取率最大，達到76.61%。之后隨料液比增大，辣木籽油提取率呈下降趨勢。可能由于料液比過低時，反應體系流動性差，不利于蛋白酶的作用，油脂不能很好溶出，因而油脂提取率較低；當底物濃度和酶濃度達到合適的比例時，反應速率加快，油脂提取率也隨之增加，但料液比過大時，底物濃度和酶濃度均被稀釋，影響酶與底物的反應速率從而使提取率降低。因此，水酶法提取辣木籽油的最佳料液比為1∶7。

2.4.4 酶解時間對辣木籽油提取率的影響

在料液比1∶9、復合酶添加量5.0%、pH 6.0、酶解溫度45℃下進行酶解，探討不同酶解時間對辣木籽油提取率的影響，結果如圖6所示。

圖6 酶解時間對辣木籽油提取率的影響

由圖6可知，隨著酶解時間的延長，辣木籽油提取率呈上升趨勢，當酶解時間達到8 h以上時，辣木籽油提取率趨于平穩。可能由于酶解時間越長，油料細胞被蛋白酶降解越充分，酶作用越完全。因此，從節約能源和材料的角度考慮，水酶法提取辣木籽油的最佳酶解時間為8 h左右。

2.4.5 酶解溫度對辣木籽油提取率的影響

在料液比1∶9、復合酶添加量5.0%、pH 6.0下酶解6 h，探討不同酶解溫度對辣木籽油提取率的影響，結果如圖7所示。

圖7 酶解溫度對辣木籽油提取率的影響

由圖7可知，隨著酶解溫度的升高，辣木籽油提取率呈現先升高后下降的趨勢，當酶解溫度達到55℃，辣木籽油提取率最高，達到74.96%。過低或過高的溫度都會影響酶的活性，甚至可能導致酶蛋白變性，進而影響酶與底物的作用，從而降低提取率。因此，水酶法提取辣木籽油的最佳酶解溫度為55℃。

2.5 辣木籽油水酶法提取正交實驗

以單因素實驗為基礎，選擇中性蛋白酶和復合蛋白酶按1∶1組成的復合酶為酶解用酶，pH為5.0，以辣木籽油提取率為考察指標，復合酶添加量(A)、料液比(B)、 酶解時間(C)、酶解溫度(D)為考察因素，進行 L9(34)正交實驗，優化提取辣木籽油的最佳工藝條件。正交實驗設計及結果見表1。

表1 正交實驗設計及結果

由表1可知，各因素對辣木籽油提取率的影響大小依次為復合酶添加量(A)>料液比(B)>酶解時間(C)>酶解溫度(D)。由極差分析中直觀得出最佳組合為A3B1C2D2,即復合酶添加量為6%，料液比為1∶6，酶解時間為8 h，酶解溫度為50℃。在該條件下做3次重復驗證實驗，得到辣木籽油提取率為85.23%±0.72%。馬李一等[9]研究結果表明，水酶法提取辣木籽油最高得油率為28.6%，如果換算成提取率不超過70%，故本實驗最佳條件下的提取率要遠高于其實驗結果；而劉華勇[10]研究表明，水酶法提取辣木籽油最高提取率為76%，低于本實驗結果，其預處理方法與本實驗明顯不同。本實驗結果提取率較高的主要原因可能是對原料進行了超微粉碎預處理，對辣木籽細胞壁的破壞力更強，并在處理過程中使用復合蛋白酶對辣木籽進行處理，使油脂更容易與蛋白質等成分分離，故提取效果更好。

2.6 辣木籽油的酸價和過氧化值

利用上述最佳工藝條件提取辣木籽油,用國標法測出其酸價(KOH)為0.012 mg/g，過氧化值為1.03 meq/kg。與馬李一等[9]報道的辣木籽油酸價較為接近，而本實驗得到的過氧化值更低。

2.7 辣木籽油的氧化穩定性

2.7.1 溫度對辣木籽油氧化穩定性的影響 (見圖8)

由圖8可知，在各溫度下放置10 d，隨著放置時間的延長，辣木籽油的過氧化值均呈上升趨勢，且溫度越高，過氧化值增加越明顯，說明辣木籽油的自動氧化一直在不斷進行，且溫度越高，辣木籽油的氧化程度越高。因此，低溫有利于辣木籽油的保存，能夠延緩辣木籽油的自動氧化。

圖8 溫度對辣木籽油氧化穩定性的影響

2.7.2 光照對辣木籽油氧化穩定性的影響(見圖9)

圖9 光照對辣木籽油氧化穩定性的影響

由圖9可知，隨著放置時間的延長，辣木籽油的過氧化值一直在不斷增加，在室溫避光條件下辣木籽油的過氧化值變化幅度較小，而放置在室溫自然光條件下的辣木籽油過氧化值隨著放置時間的延長變化較為劇烈，放置10 d，辣木籽油過氧化值達到36.37 meq/kg，這是因為光能促進過氧化物的分解，還能引發游離基，促進氧化反應的進行。可見，在較長時間的保存過程中，光照對辣木籽油的影響較大。這與段瓊芬等[15]的研究結果基本一致。

2.7.3 抗氧化劑對辣木籽油氧化穩定性的影響(見圖10)

圖10 抗氧化劑對辣木籽油氧化穩定性的影響

由圖10可知，在辣木籽油中添加一定量抗氧化劑BHT的情況下，于60℃烘箱中進行加速氧化反應，隨著辣木籽油保存時間的延長，其過氧化值逐漸增加，在相同時間內，不添加抗氧化劑的辣木籽油過氧化值更高，說明添加抗氧化劑BHT能抑制辣木籽油的氧化。因此，在辣木籽油的貯藏過程中，可以通過添加抗氧化劑的方法延長辣木籽油的保質期。這與葉麗紅等[13]研究的番木瓜籽油氧化穩定性結果基本一致。

3 結 論

(1)采用濕法超微粉碎預處理后再經水酶法提取辣木籽油，在單因素實驗的基礎上通過正交實驗優化得到的最佳工藝條件為：以中性蛋白酶+復合蛋白酶(1∶1)為酶解用酶，酶添加量6%，料液比1∶6，酶解時間8 h，pH 5.0，酶解溫度50℃。在最佳工藝條件下，辣木籽油提取率為85.23%±0.72%。各因素對辣木籽油提取率的影響大小依次為復合酶添加量>料液比>酶解時間>酶解溫度。

(2)溫度、光照、氧氣均會引起貯藏過程中辣木籽油過氧化值的升高。其中光照比溫度對辣木籽油過氧化值的影響更大。因此，貯藏辣木籽油時，應盡量放置低溫、陰涼、避光處。添加抗氧化劑可明顯抑制辣木籽油氧化，有效延長辣木籽油的保質期。