菜籽粕中植酸高效提取的工藝研究

邱立明，孟 橘，魏 冰，韋東林，周 瑩，楊 敏

(1.西安中糧工程研究設計院有限公司，西安 710082； 2.西安愛菊糧油工業集團有限公司，西安 710038)

植酸(Phytic acid，PA)即環己六醇六磷酸酯，是一種天然物質，因其具有獨特的生理、藥理功能和化學性質，被廣泛應用于食品、醫藥、化工等領域。植酸與金屬離子反應，可生成不溶性螯合物，影響人體對礦物質元素的利用；與蛋白質反應，可降低蛋白質的生物效價和功能特性，減少人體對植物蛋白的攝取；同時還能抑制淀粉酶和胰蛋白酶的活性。因此，植酸又被認為是抗營養因子[1]。

植酸在雙低菜籽粕中含量為2%～4%，以“植酸-多價金屬陽離子-蛋白質”三元復合物的形式存在[2]。為了提高菜籽粕的飼用價值及其綜合利用價值，對菜籽粕中植酸的提取具有經濟意義。蘭文菊等[3]采用堿沉淀法從菜籽粕脫毒液中回收提取植酸，植酸提取率為45.96%；鮑傳穩等[4]研究了一種從菜籽預榨-浸出粕中兩步提取植酸的工藝，可獲得純度為69.96%的植酸產品，提取率為58.0%；羅倉學等[5]利用低濃度的醋酸溶液提取菜籽粕中的植酸，得到提取液中植酸含量為1.64%。但這些方法存在或操作復雜，或提取率較低等問題。

本研究采用乙醇硫酸體系對菜籽粕提取植酸的工藝條件進行了研究，以期為菜籽粕的脫毒技術及拓寬菜籽粕的綜合利用范圍提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

菜籽粕經40目篩篩分后,取篩下物備用。蒸餾水為實驗室三級或三級以上用水，濃硫酸，鹽酸，無水乙醇，碘化鉀，三氯化鐵，淀粉，硝酸釷，硫代硫酸鈉，磺基水楊酸鈉，活性炭，氯化鈣，氫氧化鈉，甲醇。除甲醇為色譜純，其他試劑均為分析純。

萬分之一電子精密天平，PHDZ-01筆試酸度計，B-220恒溫水浴鍋，722光柵型分光光度計，JJ-1型定時電動攪拌器，LD5-2B離心機，101A-1型電熱鼓風干燥箱，高速離心機，艾柯超純水機，HL-2恒流泵，RE-52旋轉蒸發儀，恒溫水浴振蕩器，千分之一電子天平，高壓反應鍋，高壓反應釜。

1.2 實驗方法

1.2.1 菜籽粕中植酸的提取

參考文獻[6]的方法。精確稱取5 g菜籽粕，加入一定配比的酸性乙醇水溶液，調整pH，在B-220恒溫水浴鍋中以一定溫度攪拌反應一定時間，離心，沉淀烘干、稱重，分析沉淀、上清液。

1.2.2 植酸提取率的計算

植酸提取率=(上清液體積×上清液中植酸含量)/(粕質量×粕中植酸含量)×100%。

1.2.3 植酸含量的測定

采用硝酸釷滴定法[7]測定植酸含量。

2 結果與討論

2.1 植酸提取的單因素實驗

2.1.1 提取溫度對植酸提取率的影響

5 g菜籽粕中加入3%(以50 mL水溶液計，下同)的濃硫酸和70%(以50 mL水溶液計，下同)乙醇水溶液50 mL，提取溫度分別設定為12、33、50℃，攪拌反應30 min，離心，分析上清液。結果見圖1。

圖1 提取溫度對植酸提取率的影響

從圖1可以看出，植酸提取率隨著提取溫度的升高變化幅度不大。考慮到節約能源和降低芥子酶的活性，將最佳提取溫度確定為室溫。

2.1.2 提取時間對植酸提取率的影響

5 g菜籽粕中加入3%濃硫酸和70%乙醇水溶液50 mL，在室溫下，分別攪拌反應30、60、90、120、180 min，離心，分析上清液。結果見圖2。

圖2 提取時間對植酸提取率的影響

從圖2可以看出，提取時間對植酸提取率有較大的影響，隨著提取時間的延長，植酸提取率不斷增加，當提取時間超過120 min后提取率趨于穩定。因此，將最佳提取時間定為120 min。

2.1.3 料液比對植酸提取率的影響

在5 g菜籽粕中分別按1∶ 3、1∶ 5、1∶ 7、1∶ 10、1∶ 12 的料液比，加入含3%的濃硫酸和70%乙醇的水溶液，在室溫下攪拌反應120 min，離心，分析上清液。結果見圖3。

圖3 料液比對植酸提取率的影響

從圖3可以看出，料液比從1∶ 3增加到1∶ 7，植酸提取率從55%提高到67%，當料液比為1∶ 12，提取率為70%，增幅不大。因此，確定最佳料液比為1∶ 7。

2.1.4 水溶液中硫酸體積分數對植酸提取率的影響

配制濃硫酸體積分數分別為0%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%的70%乙醇水溶液各35 mL，分別加入5 g菜籽粕，在室溫下攪拌反應120 min，離心，分析上清液。結果見圖4。

圖4 硫酸體積分數對植酸提取率的影響

植酸只有在強酸條件下，才能從植酸與蛋白質的復合結構中游離出來。從圖4可以看出，硫酸體積分數是影響植酸提取率的關鍵因素，硫酸體積分數為4.0%時，菜籽粕中植酸提取較為完全。因此，確定最佳硫酸體積分數為4.0%。

2.1.5 水溶液中乙醇體積分數對植酸提取率的影響

配制含4%濃硫酸的體積分數分別為0%、30%、60%、70%、80%、90%的乙醇水溶液各35 mL，分別加入5 g菜籽粕，在室溫下攪拌反應120 min，離心，分析上清液。結果見圖5。

圖5 乙醇體積分數對植酸提取率的影響

從圖5可以看出，乙醇體積分數由0%增至60%時，植酸提取率上升較快。乙醇體積分數由60%增加至80%時,植酸提取率緩慢上升，乙醇體積分數由80%增加至90%時，植酸提取率幾乎無變化。原因可能是乙醇體系在植酸提取過程中要保證一定的水溶液比例才可達到最優提取效率。因此，確定最佳乙醇體積分數為80%。

2.2 植酸提取工藝的正交實驗優化

在單因素實驗的基礎上，確定提取溫度為室溫，以植酸提取率為考察指標，選擇影響植酸提取率的主要因素(乙醇體積分數、硫酸體積分數、料液比、提取時間)為考察因素，每個因素選擇3個水平進行L9(34)正交實驗，因素水平見表1，正交實驗設計及結果見表2。

表1 因素水平

從表2可知，影響植酸提取效果的因素大小依次為D>A>B>C，即提取時間對植酸提取率的影響最大，是植酸提取過程中最重要的因素，其次是乙醇體積分數和硫酸體積分數，料液比的影響最小。以植酸提取率為考察指標，最優水平組合為A2B2C2、3D3。考慮到加大料液比將會增加生產成本，且料液比對植酸提取率的影響最小，故料液比(C)選擇1水平。另外提取時間(D)的k2、k3比較接近，考慮生產成本因素，故提取時間(D)選擇2水平。最后確定最佳提取條件為A2B2C1D2，即乙醇體積分數80%、硫酸體積分數4%、料液比1∶ 7、提取時間120 min，在最佳條件下植酸提取率為70.5%。

表2 正交實驗設計及結果

3 結 論

采用單因素實驗和正交實驗對乙醇硫酸體系提取菜籽粕中的植酸工藝進行優化。得到的最優工藝參數為按料液比1∶ 7加入含乙醇80%、濃硫酸4%的水溶液，常溫提取120 min，此條件下菜籽粕中植酸提取率達到70.5%。