水酶法提取沙棗種子油工藝研究

張 娜 劉 源

沙棗(Elaeagnus angusti folia L.)又名桂香柳、銀柳、七里香，屬胡頹子科，胡頹子屬植物，是一種常綠灌木，沙棗喜光、耐寒、對風(fēng)沙、鹽堿抗性強，生長快，用途廣［1］，它不僅有很好的生態(tài)效益及經(jīng)濟(jì)價值，而且還具有很高的食用及藥用價值。沙棗果核大，據(jù)報道，其種子含油率高達(dá)26%，且富含不飽和脂肪酸［2］。因此，沙棗種子是一種高含油率油料，是制備營養(yǎng)保健油的優(yōu)質(zhì)原料，對其開發(fā)利用具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和市場前景，是一種急待開發(fā)的油脂資源。

水酶法是一種新型的提油方法。它以機械和酶解為手段破壞植物細(xì)胞壁，在提取過程中不需要有機溶劑，與傳統(tǒng)工藝相比，水酶法提油技術(shù)設(shè)備簡單、操作安全、效率高，處理條件溫和，所得毛油質(zhì)量高、色澤淺、易于精煉，生產(chǎn)過程相對能耗低，污染少，易處理［3，4］。水酶法最重要的工序就是酶處理，即采用能降解植物油籽細(xì)胞壁、脂類及其復(fù)合體(脂蛋白、脂多糖)的酶制劑，在油籽被機械破壞基礎(chǔ)上，在一定條件下，與料坯接觸，進(jìn)一步將細(xì)胞壁“打開”，同時使油脂從分解“復(fù)合體”中被釋放，從而達(dá)到“預(yù)處理、制坯”目的［5］。這一類酶很多，包括能降解、軟化細(xì)胞壁纖維素酶(CE)、半纖維素酶(HE)和果膠酶(PE)及蛋白酶、α－淀粉酶、α－聚半乳糖醛酸酶、β－葡聚糖酶等。隨著生物技術(shù)發(fā)展，酶種類會不斷增多，酶價格會不斷下降，所有這些都有助于水酶法在植物油提取中應(yīng)用［6］。為此本文以沙棗種子為原料研究水酶法對沙棗種子提油率的影響，找出最佳提油工藝及條件，為以后的生產(chǎn)實踐提供實驗基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料、試劑

沙棗種子 采摘新疆野生沙棗;纖維素酶 酶活力＞2 000 u/g;果膠酶 酶活力≥30 u/mg;α－淀粉酶酶活力≥3 700 u/g;胃蛋白酶1:3 000(BR);石油醚(沸程30～60℃)分析純;蒸餾水。

1.2 試驗儀器

DZKW－5－6電熱恒溫水浴鍋，AR2140電子天平，RE－2010旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，LXT－IIB低速大容量多管離心機，101電熱鼓風(fēng)干燥器。

1.3 試驗方法

1.3.1 水酶法提油工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 原料預(yù)處理 通過蒸煮去除沙棗果核外部果肉，將果核在較低溫度下烘干，粉碎、篩理、分揀、清理等，除去沙棗種子中的碎殼、霉變的沙棗，清理后的油料不得含有果核、石塊、雜鐵、繩頭、蒿草等雜質(zhì)。

1.3.2.2 研磨 用研缽將沙棗種子研碎，以充分破壞細(xì)胞組織。要求磨得越細(xì)越好，以增加物料與酶的接觸面積，便于充分酶解。一般油料破碎度大，出油率高。所以作為水酶法提取前道工序十分關(guān)鍵。根據(jù)對比實驗，未經(jīng)破碎或破碎程度較小的油籽進(jìn)行酶解出油率極低，因此，油籽必須進(jìn)行粉碎研磨成細(xì)的顆粒才能有效進(jìn)行酶解。

1.3.2.3 加水稱取5 g研碎的油料，按適當(dāng)?shù)牧弦罕燃尤胝麴s水，充分?jǐn)噭?，這樣可以得到最不穩(wěn)定的乳狀液，使油料充分溶脹，便于酶解及油脂的分離。

1.3.2.4 滅酶 將油料與水充分搖勻，在90℃水浴下滅酶10～15 min，這樣可以消除油料自身酶的干擾。

1.3.2.5 加酶 待料液降到常溫時，加入復(fù)合酶。此時，料液的自然pH值為5.2左右，所用復(fù)合酶的最適pH值在5～6之間，一般不加調(diào)整，可直接利用漿料本來的pH值。

1.3.2.6 滅酶 水浴一定時間待完全酶解后，升溫至90℃，保持30 min，充分滅酶。

1.3.2.7 萃取、離心 加入石油醚萃取，然后離心，3 600 rad/min，15 min，吸取上層溶劑相。再將水相及料渣用石油醚潤洗，再離心，取上層溶劑相。合并兩次溶劑相，旋蒸回收溶劑，烘干得清油。

1.3.2.8 計算沙棗種子油得率 準(zhǔn)確稱量所得清油重量。提取率=(清油重/油料重)×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 酶的選用及配比優(yōu)化

2.1.1 單一酶對比試驗

酶的專一性，決定采用單一純酶在酶解工藝中有很大局限性，因此，選擇合適幾種酶混合使用，將會使細(xì)胞降解更徹底、效果更好，混合酶應(yīng)用商品化愈來愈受到油脂界關(guān)注［5］。沙棗種子細(xì)胞壁的主要成分是纖維素和果膠，故本實驗選取了纖維素酶、果膠酶、α－淀粉酶及蛋白酶來進(jìn)行優(yōu)化配比。

取四組5g沙棗種子粉，分別加入纖維素酶、果膠酶、蛋白酶及α－淀粉酶，加酶量2%，酶解溫度45℃，酶解時間5 h，料液比1:7，沙棗種子油提取率見表1。

表1 單一酶對比試驗

由表1可看出在單一酶對比試驗中，選用胃蛋白酶沙棗種子油提取率最低，所以選取纖維素酶、果膠酶、α－淀粉酶進(jìn)行復(fù)合配比。

2.1.2 復(fù)合酶配比試驗

將纖維素酶、果膠酶、α－淀粉酶進(jìn)行復(fù)合配比。提取條件:加酶量2%，酶解溫度45℃，酶解時間5 h，料液比1:7，沙棗種子油得率見表2。

表2 復(fù)合酶配比試驗

由表2可看出，在四種復(fù)合酶中，纖維素酶、果膠酶、α－淀粉酶按1:1:1配比，沙棗種子油提取率最高，效果最好，所以采用這三種酶進(jìn)行1:1:1復(fù)配提取沙棗種子油。

2.2 水酶法提取沙棗種子油單因素試驗

2.2.1 酶解時間對提取率的影響

料液比1:7，加酶量2%，酶解溫度45℃，改變酶解時間進(jìn)行對比試驗，試驗結(jié)果見圖1。

圖1 酶解時間對沙棗種子油提取率的影響

從圖1可看出，提取率開始隨著酶解時間的延長而增加，在5 h時提取率達(dá)到最高，當(dāng)酶解時間超過5 h時，提取率卻隨著時間的增加而減少，并且料液開始有不良?xì)馕懂a(chǎn)生。酶解時間過長會使酶部分變性失活，并且反應(yīng)時間過長使乳狀液趨于穩(wěn)定，破乳困難，對提油不利［7］。

2.2.2 料液比對提取率的影響

加酶量2%，酶解溫度45℃，酶解時間5 h，改變料液比進(jìn)行對比試驗，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 料液比對沙棗種子油提取率的影響

從圖2可看出，開始時，隨著加水量的增加，提取率有明顯提高，當(dāng)料液比超過1:4以后，提取率隨著加水量的增加呈下降趨勢。在水酶法中，酶解時料液比對油脂浸出效果影響較大，且不同的油料有不同的最佳加水量，太高或太低的料液比均不利于酶解釋放油脂。據(jù)研究，酶的活性與系統(tǒng)的水量有關(guān)，酶在含水量為35%的介質(zhì)中具有最大活性［5］。

2.2.3 酶解溫度對提取率的影響

料液比1:4，加酶量2%，酶解時間5 h，改變酶解溫度進(jìn)行對比試驗，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 酶解溫度對沙棗種子油提取率的影響

由圖3可看出，隨著溫度的上升，提取率逐漸提高，但超過45℃，提取率會逐漸下降。隨著溫度的不斷升高，會使部分酶鈍化并失去活性，導(dǎo)致沙棗種子油提取率降低。

2.2.4 加酶量對提取率的影響

料液比1:4，酶解溫度45℃，酶解時間5 h，改變加酶量進(jìn)行對比試驗，試驗結(jié)果見圖4。

圖4 加酶量對沙棗種子油提取率的影響

由圖4可看出，隨著酶的添加量的增加，沙棗種子提取率逐漸增加，加酶量在2.5% ～3%時，提取率基本沒有多大改變。一般認(rèn)為，酶濃度的增加，會使油的得率和油的分離速率增大，但往往有一適宜的或較為經(jīng)濟(jì)的酶濃度值。當(dāng)酶的添加量達(dá)到某一濃度后，繼續(xù)增加酶量所取得的效果并不理想，甚至?xí)儾?，所以必須按油籽品種、含油率、制油方式等試驗確定酶的用量。

2.3 水酶法提取沙棗種子油正交試驗

在單因素試驗基礎(chǔ)上，確定酶解溫度(A)、酶解時間(B)、料液比(C)、加酶量(D)四個因素，選取每個因素的三個最優(yōu)水平，采用L9(34)進(jìn)行正交試驗，因素水平見表3，結(jié)果見表4。

表3 因素水平表

表4 正交試驗結(jié)果及分析

由表4可看出，各因素的顯著影響順序為:A＞C＞D＞B，即酶解溫度＞料液比＞加酶量＞酶解時間。水酶法提取沙棗種子油的最佳工藝條件組合為:A2B2C2D2，即酶解溫度45℃，酶解時間5 h，料液比1:4，加酶量2.5%。在此工藝條件下提油率可達(dá) 23.84%。

3 結(jié)論

3.1 通過酶的選用及配比試驗得出，纖維素酶、果膠酶、α－淀粉酶按1:1:1配比，沙棗種子油提取率最高，效果最好，所以采用這三種酶進(jìn)行1:1:1復(fù)配提取沙棗種子油。

3.2 通過單因素試驗和正交試驗得出，用水酶法提取沙棗油的最佳工藝條件為:酶解溫度45℃，酶解時間5 h，料液比1:4，加酶量2.5%。在此工藝條件下沙棗種子油的提油率可達(dá)23.84%。

［1］ 中國科學(xué)院中國植物志編輯委員會.中國植物志［M］.北京:科學(xué)出版社，1989，52(2):368－370.

［2］ 于瑋瑋，閻國榮.沙棗的資源及研究現(xiàn)狀［J］.天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報.2009，16(2):46 －49.

［3］ 盛小娜，王璋，許時嬰.水酶法提取甜杏仁油及水解蛋白的研究［J］.中國油脂.2007，32(11):26－30.

［4］ 賈振寶.利用酶處理提高油的浸出量［J］.西部糧油科技，2002，27(5):20 －211.

［5］ 倪培德，江志煒.高油份油料水酶法預(yù)處理制油新技術(shù)［J］.中國油脂，2002，27(6):5 －8.

［6］ 劉大川.對高新技術(shù)在油脂與植物蛋白工業(yè)中應(yīng)用的評述［J］.中國油脂，2004，29(3):8－12.

［7］ Sengupta R，Bhattacharyya D K.Enzymatic extraction of mustard seed and rice bran［J］.J.Am.Oil Chem.Soc，1996，73(6):687 －692.