水酶法同時提取濃香花生油和水解蛋白質的研究_圖文

1、第30卷第5期河南工業(yè)大學學報(自然科學版Vol .30,No .52009年10月Journal of Henan University of Technol ogy (Natural Science Editi on Oct .2009收稿日期:2009207202基金項目:河南工業(yè)大學博士基金項目(150339作者簡介:章紹兵(19752,男,安徽無為人,講師,博士,主要從事與食品生物技術相關的教學和科研工作.文章編號:167322383(20090520009204水酶法同時提取濃香花生油和水解蛋白質的研究章紹兵,王建國,房健,劉嘉英(河南工業(yè)大學糧油食品學院,河南鄭州450052摘要

2、:為增加油脂風味,將花生在不同溫度下烘烤后再進行水酶法提油.結果表明:花生經(jīng)190烘烤20m in 后,提取出的油脂具有濃郁的香味.以此烘烤條件下的花生為研究對象,對其水酶法提油工藝參數(shù)進行優(yōu)化,得出最佳條件為:堿提pH9.5,固液比15,加酶量3.0%(V /W ,酶解時間2h .在最佳條件下油脂和蛋白質得率分別約為76%和79%.關鍵詞:水酶法;花生;濃香花生油;水解蛋白質中圖分類號:TS20112文獻標識碼:B0前言水酶法制油是在水代法制油基礎上發(fā)展起來的一種新型提油方法,其在物理破碎油籽的基礎上,進一步利用細胞壁多糖酶和蛋白酶在水相中酶解油籽,(主要是蛋白質和碳水化合物對水和油的親和性

3、存在差異,而使原先與非油成分存在相互作用的油脂得以分離聚集1-2.由于要同時提取蛋白質,水酶法的加水量通常高于水代法.而現(xiàn)代離心技術的應用又使水酶法的取油效率要遠高于水代法.水酶法應用于花生油和花生蛋白質的制取研究國內外已有較多報道.Shar ma 等3采用一種復合蛋白酶處理花生,油脂得率為86%92%.盡管其油脂得率較高,但酶解時間長達18h,離心機分離系數(shù)高達18000g,試驗條件極為苛刻,難以實現(xiàn)工業(yè)化.王瑛瑤等4采用堿性蛋白酶A lca 2lase 作用干法粉碎后的花生醬體系,可同時提取86%的花生清油(破乳后總的油脂得率和89%的花生水解蛋白質.華娣等5利用堿性蛋白酶從花生中同時提取

4、油和水解蛋白,通過一步酶解反應可提取79.32%的游離油和71.38%的水解蛋白.對工藝所得的渣和乳狀液,選用中性蛋白酶A s1398進行二次酶解,最終總游離油得率可達91.98%,總水解蛋白得率可達88.21%.這些研究證明至少在實驗室規(guī)模上水酶法提取花生油是有效可行的,但酶解時間較長(至少4h 以上,無論對生產(chǎn)效率還是產(chǎn)品的衛(wèi)生安全均有不利的影響.此外,該類工藝研究的考察指標僅是油脂和蛋白質的得率,沒有涉及到油脂的風味評價.實際上,評價一種食用油制取工藝除了油脂得率之外,油脂風味也是一項重要指標,如和精煉浸出油相比,具有濃香味的熱榨花生油更受消費者的青睞.水酶法提取油和壓榨油的質量接近,無

5、需太多精煉步驟即可食用,但因為酶解條件溫和,油脂香味存在欠缺.為此,作者借鑒水代法提取小磨芝麻油的傳統(tǒng)工藝,嘗試將花生烘烤后再進行水酶法提油,并對這一改進工藝的酶解相關參數(shù)進行了優(yōu)化.1材料與方法1.1材料花生仁(脫紅衣后蛋白質含量27.82%,粗脂肪含量49.66%,均按干基計:市售;A lcalase 2.4L 堿性蛋白酶:諾維信(天津公司;茚三酮:天津市科密歐化學試劑有限公司;其他試劑均為分析純.1.2試驗方法1.2.1花生仁基本成分的測定水分含量的測定:直接干燥法,參照G B /T 5009.3-2003;粗蛋白含量的測定:凱氏定氮法,參照G B /T 5009.5-2003;粗脂肪含

6、量的測定:索10河南工業(yè)大學學報(自然科學版第30卷式抽提法,參照G B /T 5009.6-2003.1.2.2游離氨基含量的測定取一定體積的待測水解液置于10mL 試管中,并用pH8.0硼酸-硼砂緩沖液補足體積至3mL,然后在每個樣品管中再加入1mL 2%(W /V 茚三酮溶液,混勻,沸水浴15m in,冷卻后加入5mL 蒸餾水,搖勻后在570n m 處測吸光值(A .以恒重的甘氨酸作為標準物,按相同測定方法得到標準曲線:A =0.0267C -0.4732(C 為甘氨酸濃度,g/mL;R 2=0.9987.將甘氨酸質量換算成mol 數(shù),即C =0.4989A +0.2361.游離氨基含量

7、(mmol/g 蛋白質=C 1/(C 2×1000式中:C 1為待測水解液的游離氨基濃度,mol/mL;C2為待測水解液的蛋白質濃度,g /mL.1.2.3水酶法提取花生油及水解蛋白的工藝流程 圖1水酶法提取花生油及水解蛋白的工藝流程具體操作方法:烘烤:將200g 花生仁放入烤盤,在電熱烘箱中烘烤.烘烤溫度分別為(160±5、(190±5、和(220±5,烘烤時間均為20m in .在烘烤的過程中每隔5m in 晃動烤盤,盡量使花生受熱均勻.脫紅衣:將花生快速冷卻(冷水浴后,手搓去紅衣.粉碎:使用高速萬能粉碎機(F W 200,北京中興偉業(yè)儀器有限公司對

8、脫皮花生進行充分粉碎,直至物料呈半固態(tài)漿狀. 堿提:將60g 花生漿轉移至具塞錐形瓶中,兌入一定比例的去離子水,攪拌分散后用4mol/L Na OH 調節(jié)體系pH 值為堿性,放入氣浴恒溫振蕩器(SHZ 82,金壇市金城教學儀器廠中,55下具塞振蕩1h .酶解:加入一定量的堿性蛋白酶A lcalase 2.4L,具塞酶解一定時間.滅酶:將具塞錐形瓶中置于水浴鍋中進行滅酶,溫度為90,時間為15m in .離心:將物料趁熱轉移至具塞離心杯中進行離心(4000r/m in,15m in .取油和水解液:用吸管吸出上層清油;棄去乳狀層,用4層紗布過濾水解液后測量其體積,并取樣進行蛋白質和游離氨基含量測

9、定.清油得率=清油重量原料含油量×100%.蛋白質得率=水解液中蛋白質原料中蛋白質×100%.1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析試驗結果以兩次以上結果的平均值表示,并使用SPSS 13.0f orW indows 軟件進行單因素方差分析,P <0.05代表差異顯著.2結果與討論2.1花生預處理及其對油脂風味的影響花生紅衣具有一定的營養(yǎng)價值,但在水酶法提油工藝中卻有兩個不利影響:一是影響粉碎效果.試驗發(fā)現(xiàn)花生脫紅衣后容易被粉碎成漿狀,反之則不易,這應該與紅衣含有大量的粗纖維有關.二是紅衣中的色素會進入水解液,最終將加深水解蛋白粉的顏色.因此在花生預處理中需要將其脫除.試驗發(fā)現(xiàn),分別以

10、未經(jīng)烘烤的花生以及不同溫度烘烤后的花生為提油對象(酶解條件相同,油脂得率并無顯著差異,但油脂風味卻截然不同.由未經(jīng)烘烤的花生及160烘烤的花生提取出的油脂,香味均清淡不明顯;花生經(jīng)190烘烤后,其油脂有濃郁的香味;花生經(jīng)220高溫烘烤后,油脂雖然香味濃郁但卻夾雜明顯的焦糊味.因此,本研究將花生的烘烤溫度確定為190.小磨芝麻油的香味成分來源于芝麻中的蛋白質、含氮化合物,以及與自身的糖等加熱發(fā)生美拉德反應的產(chǎn)物6,花生油的香味來源也應與之類似.2.2固液比對油和蛋白質得率的影響(圖2(堿提pH9.5;加酶量2%(V /W ;酶解時間3h 圖2固液比對花生油和蛋白質得率的影響由圖2可知,體系固液比

11、在13和16之間改變第5期章紹兵等:水酶法同時提取濃香花生油和水解蛋白質的研究11時,油脂的得率變化并不顯著;而當固液比為17時,油脂得率顯著下降.對于蛋白質得率而言,加水量過多或過少都會導致其降低,當固液比為14或15時,蛋白質的得率較高.一般情況下,加水量越多越有利于蛋白質的提取.本研究中蛋白質由于經(jīng)受了高溫處理,其溶解性已顯著下降,表現(xiàn)為不加酶進行提取(固液比為15,pH 為9.5時其得率僅為22%;相反如原料不經(jīng)熱處理,同樣條件下蛋白質的得率約為73%.因此,欲提高蛋白質得率,需高度依賴酶解增加蛋白質的溶解性.加水量過少,稠厚的花生漿不利于酶分子的遷移,因此影響酶解反應的效率;加水量過

12、多,體系稀薄,酶和蛋白質分子的碰撞幾率降低,也不利于蛋白質的水解和提取.2.3堿提pH 對油和蛋白質得率的影響(圖3 (固液比15;加酶量2%(V /W ;酶解時間3h 圖3堿提pH 對花生油和蛋白質得率的影響許多研究已表明,堿性體系有利于提取油脂和蛋白質.將體系pH 調整為堿性,一方面固然是使用堿性蛋白酶的需要,而另一方面則是為了降低乳狀層的穩(wěn)定性,有利于被蛋白質乳化的油脂游離出來7.由圖3可以看出,pH 值對清油和蛋白質的得率影響顯著.pH 值為9.5時,清油得率最高.蛋白質被高度水解后將會釋放被其乳化的油脂,因此酶解效率直接影響清油得率.本研究中堿提pH 值即為蛋白質酶解反應的初始pH

13、值,pH 值過低和過高可能都不利于A lcalase 的作用,因此影響了油脂得率.蛋白質得率隨pH 值增加呈上升趨勢,這應該和體系pH 值越高越偏離花生蛋白質的等電點有關.2.4正交試驗結果與分析選取對油脂和蛋白質得率影響顯著的4個因素:堿提pH 值(A ,固液比(B ,加酶量(C 和酶解時間(D ,每個因素取3個水平,進行L 9(34正交試驗,考察指標有3個:油脂得率、蛋白質得率和蛋白質的游離氨基含量(游離氨基含量越高意味蛋白質的水解程度越大.因素和水平設計如表1所示,正交試驗結果如表2所示.表1正交試驗因素和水平水平堿提pH 值A固液比B加酶量C /%酶解時間D /h19.014 1.02

14、29.515 2.03310.0163.04由表2可知,影響油得率的因素的顯著程度依次為A >B >C >D;影響蛋白質得率的因素的顯著程度依次為B >C >A >D ;影響游離氨基含量的因素的顯著程度依次為B >C >D >A .因此,影響油脂和蛋白質得率的最顯著的因素分別是堿提pH 值和固液比.這樣的結論是建立在有最低加酶量(1%和最短酶解時間(2h 保障的基礎上的,并不表示酶的濃度和作用時間無關緊要.從表2還可以看出,以油脂得率為考察指標,理論最佳試驗條件為A 2B 1C 3D 2,即最佳條件為pH9.5,固液比14,加酶量3.0%,

15、酶解時間3h;以蛋白質得率為考察指標,理論最佳試驗條件為A 3B 2C 3D 2,即最佳條件為pH10,固液比15,加酶量3.0%,酶解時間3h;以游離氨基含量為考察指標,理論最佳試驗條件為A 2B 3C 3D 3,即最佳條件為pH9.5,固液比16,加酶量3.0%,酶解時間4h .油脂和蛋白質得率是水酶法提油工藝的兩個最重要的經(jīng)濟指標,因此也是工藝優(yōu)化的主要目標.以油脂和蛋白質得率為考察指標而獲得的兩個理論最優(yōu)組合并不相同,而且在試驗中均未出現(xiàn).如果根據(jù)這兩個組合進行試驗,酶解時間均為3h .酶解時間較長是限制水酶法提油工藝實現(xiàn)工業(yè)化應用的瓶頸之一,因為其至少有3個不利影響:富含油脂和蛋白質

16、的漿料在水相中容易遭受微生物污染而變質;易揮發(fā)的風味物質損失加劇;生產(chǎn)周期延長.因此,應該在不顯著影響油脂和蛋白質得率的前提下盡量縮短酶解時間.由表2中的極差分析可知,在試驗條件下酶解時間對油脂和蛋白質得率的影響均最小,因此綜合考慮后最終確定酶解時間為2h .從表2可知,第5組試驗的油脂得率最高,蛋白質得率較高且水解程度較高,而且酶解時間僅為2h .所以此試驗組合A 2B 2C 3D 1,即堿提pH9.5,固液比15,加酶量3.0%,酶解時間2h 被確定為最佳工藝條件.由此條件可獲取約76%的清油和79%的水解蛋白.12河南工業(yè)大學學報(自然科學版第30卷在本試驗的離心條件下,體系離心后在油水

17、之間有明顯的乳狀層,嚴重影響清油的得率.乳狀層的產(chǎn)生主要是由于體系中尚存在水解程度較低的蛋白質,其具有較強的乳化性所引起的.如果使用蛋白酶對乳狀層進行二次酶解將會釋放出數(shù)量相當可觀的游離油脂5.表2正交試驗結果試驗號A B C D 油得率/%蛋白質得率/%游離氨基含量/(mmolg-11111169.7968.86 1.18 2122273.8481.73 1.36 3133369.1280.33 1.67 4212376.2069.17 1.41 5223176.3778.91 1.50 6231270.6374.68 1.54 7313274.1775.91 1.27 8321365.58

18、78.54 1.39 9332166.2578.94 1.53油得率k1212.75220.16206212.41k2223.2215.79216.29218.64k3206206219.66210.9R17.214.1613.667.74蛋白質k1230.92213.94222.08226.71得率k2222.76239.18229.84232.32k3233.39233.95235.15228.04R10.6325.2413.07 5.61游離氨k1 4.21 3.86 4.11 4.21基含量k2 4.45 4.25 4.30 4.17k3 4.19 4.74 4.44 4.47R0.2

19、60.880.330.30本研究工藝路線短,設備簡單,所得油脂風味好,但和溶劑法相比油脂得率并不理想,通過乳狀層的破乳、洗渣等手段可以進一步增加水酶法提油工藝油脂和蛋白質的得率7.3結論花生經(jīng)190烘烤20m in后,通過水酶法工藝提取出的油脂具有濃郁的香味.以此烘烤條件下的花生為研究對象,對其水酶法提油工藝參數(shù)進行優(yōu)化,得出最佳條件為:堿提pH9.5,固液比15,加酶量3.0%,酶解時間2h.在此條件下油脂和蛋白質得率分別約為76%和79%.參考文獻:1Rosenthal A,Pyle D L,N iranjan K.Aque2ous and enzy matic p r ocesses f

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23、School of Che m istry and Che m ical Engineering,Henan U n ivesity of Technology,Zhengzhou450052,ChinaAbstract:I n this work,s oft independent modeling of class anal ogy(SI M CApattern recogniti on analysis was app lied t o discri m inate peanut oil,s oybean oil,rice bran oil,pal m oil,rapeseed oil,

24、corn oil,cott onseed oil, sunfl ower oil and sesame oil.The fatty acid compositi on of219sa mp les fr om9kinds of vegetable oil and fat were analyzed by Gas chr omat ography,and the content of fatty acids was obtained by the peak area nor maliza2 ti on method.Each type of vegetable oil in9of the rel

25、ative content of fatty acids as the variable was used in the p r ocessing of s pectra p retreated.which2/3of sa mp les were selected f or calibrati on,the other f or validati on. N ine kinds of vegetable oil on the training set of p rinci pal component analysis(PCAand thr ough the estab2 lishment of

26、 cr oss-validati on of the PCA model of the types of vegetable oils and fats,then use SI M CA dis2 cri m inant model established set of sa mp les t o verify authenticati on.The results show that the classificati on ac2 curacy of the9kinds of vegetable oil and fat were yielded about100%.I n additi on t o validati on accuracy of sesa me oil were yielded about75%.The validati on accuracy of the8kinds of vegetable oil and fat were yielded about100%.Key words:vegetable oil and fat;fatty acid;gas chr omat ography;discri m inant;SI M CA;PCA(上接第12頁ST UDY ON