水酶法提取玉米胚芽油-酶解工藝參數(shù)優(yōu)化

張志偉，王素梅

（漯河雙匯肉業(yè)有限公司技術(shù)中心，河南漯河462000）

水酶法提取玉米胚芽油-酶解工藝參數(shù)優(yōu)化

張志偉，王素梅*

（漯河雙匯肉業(yè)有限公司技術(shù)中心，河南漯河462000）

研究水酶法提取玉米油酶解工藝固液比、酶制劑種類、反應(yīng)溫度、時(shí)間及pH對(duì)清油提取率及酶解液中還原糖量的影響。響應(yīng)面分析試驗(yàn)結(jié)果表明：采用2%的杰能科纖維素酶，固液比為1∶8，酶解pH為4.5，酶解溫度為51.9℃，酶解時(shí)間為5.24 h，清油提取率為84.1%。

固液比；酶制劑種類；反應(yīng)溫度；酶解時(shí)間；pH

玉米胚芽中脂肪含量高達(dá)40%～50%，是一種豐富的油料資源，玉米胚芽油營養(yǎng)價(jià)值高，富含亞油酸和多種維生素，并易于為人體吸收，國外稱之為營養(yǎng)健康油。玉米胚芽蛋白質(zhì)具有較高的營養(yǎng)價(jià)值，其生物學(xué)價(jià)值高達(dá)64.7%［1］。

傳統(tǒng)提油方法有壓榨法和浸出法，雖然出油率高，但提油后的餅粕利用率較低，且溶劑浸出法還需脫溶劑過程，投資大。水酶法提油是一種新型的提油方法，能將油和蛋白質(zhì)同時(shí)分離，且溫和的加工條件使蛋白質(zhì)保持較高的營養(yǎng)價(jià)值和功能性質(zhì)，又使色素及其它有毒物質(zhì)溶于水而除去［2］。目前文獻(xiàn)報(bào)道出油率較低，僅有79%，本文對(duì)玉米胚芽水酶法提油酶解工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，旨在確立最佳酶解條件。

1材料與方法

1.1.1 原料與試劑

玉米胚芽，購于河南滎陽淀粉廠。

1.1.2 儀器設(shè)備

YX-400A雙層立式電熱蒸氣消毒器：上海三申醫(yī)療器械廠；LXJ-Ⅱ離心機(jī)：上海醫(yī)用分析儀器廠；501型超級(jí)恒溫器：上海試驗(yàn)總廠；JB300-D強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)：上海標(biāo)本模型廠；膠體磨：廊坊機(jī)械總廠。

1.1.3 測(cè)定方法

纖維素酶、半纖維素酶及果膠酶酶活測(cè)定［8］：DNS法。

水酶法提油工藝路線［3-7］：取玉米胚芽1 kg（干基計(jì)）以1∶15的比例浸泡于0.05 mol/L的檸檬酸緩沖液中后，在蒸氣消毒器中進(jìn)行熱處理，熱處理?xiàng)l件：pH4、110℃、60 min，然后瀝干，加水，膠體磨處理8次，調(diào)pH，加酶，50℃保溫，酶解后離心得清油。

清油提取率（%）=清油量/胚芽總油量×100

2結(jié)果與討論

2.1 固液比對(duì)清油提取率及還原糖量的影響

固液比對(duì)清油提取率及還原糖量的影響見圖1。

圖1 固液比對(duì)清油提取率及還原糖量的影響Fig.1Influence of dilution ration on the yield of free oil and the quantity of the reducing sugar

固液比是指酶解體系中玉米胚（干基）與水的比例。從圖1可以看出，當(dāng)玉米胚芽濃度較低，即固液比較小時(shí)，反應(yīng)速度慢，還原糖生成量少，清油提取率低，這是因?yàn)楫?dāng)固液比較小時(shí)，底物濃度和酶濃度都較低，影響酶反應(yīng)速度。隨著固液比的增加，底物濃度和酶濃度都相應(yīng)提高，反應(yīng)速度加快，還原糖和清油提取率呈直線增加，當(dāng)固液比為1∶8時(shí)，還原糖和清油提取率最高，分別為15.6 g/L、83.1%。但固液比增加到一定程度后，即反應(yīng)物濃度增加到一定值時(shí)，由于反應(yīng)體系濃度過高，黏度大，體系流動(dòng)性差，酶與底物接觸機(jī)會(huì)反而減少，反應(yīng)速度下降，因此，隨著底物濃度的提高，還原糖和清油提取率逐漸下降，當(dāng)固液比為1∶4時(shí)，還原糖和清油提取率分別為13.0 g/L、72%。因此，水酶法提取玉米油適宜固液比為1∶8最佳。

2.2 不同商品纖維素酶制劑對(duì)清油提取率及還原糖量的影響

不同商品纖維素酶制劑對(duì)清油提取率及還原糖量的影響見表1。

表1 不同商品纖維素酶制劑對(duì)清油提取率及還原糖量的影響Table 1Influence of type of enzymes on the yield of free oil and the quantity of the reducing sugar

從表1可以看出，不同商品纖維素酶酶制劑對(duì)清油提取率和酶解液中還原糖生成量影響很大，這主要與它們的酶活力有關(guān)。玉米胚在熱處理中，細(xì)胞壁微纖絲網(wǎng)中填充物質(zhì)如果膠、半纖維素及其它多糖物質(zhì)溶解進(jìn)入溶液中，由纖維素分子聚合而成的微纖絲網(wǎng)狀骨架是玉米胚熱處理后細(xì)胞壁的主要物質(zhì)。所以，玉米胚細(xì)胞壁的破壞與否基本取決于細(xì)胞壁纖維素的降解程度，因此，對(duì)于不同商品酶制劑，纖維素酶活力越高，細(xì)胞壁纖維素降解程度越大，清油提取率和還原糖生成量越高。由表1可以看出，使用杰能科商品纖維素酶制劑，酶解液中還原糖生成量最多，清油提取率最高，說明杰能科商品酶制劑的纖維素酶酶活最高，這與所測(cè)得酶活一致。3種酶制劑纖維素酶酶活力居主導(dǎo)地位，杰能科纖維素酶活力最高，NOVO次之，夏盛最低。

2.3 反應(yīng)pH對(duì)清油提取率及還原糖量的影響

反應(yīng)pH對(duì)清油提取率及還原糖量的影響見圖2。pH直接影響酶與底物的結(jié)合和催化作用，每一個(gè)酶催化反應(yīng)，都有一個(gè)適宜的pH，在適宜的pH下，酶催化效率最高。從圖2可見，pH4.5～5.5為纖維素酶作用的適宜pH，pH5.0時(shí)催化效率最高，此pH下，玉米胚芽細(xì)胞破壞最為徹底，還原糖的生成量為17.2 g/L。從圖2可以看出清油提取率和還原糖的生成量隨反應(yīng)pH變化不完全一致，反應(yīng)pH為4.5時(shí)清油提取率最高，這是因?yàn)榍逵吞崛÷什粌H與細(xì)胞的破壞程度有關(guān)，還與蛋白質(zhì)的溶解性及乳化性有關(guān)，反應(yīng)pH4.5更接近玉米胚芽蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)［1］，在等電點(diǎn)蛋白質(zhì)溶解度低，乳化性差，從而導(dǎo)致反應(yīng)pH 4.5時(shí)清油提取率最高。

表2 幾種商品酶制劑酶活（μmol/min）一覽表Table 2Activity of enzymes

圖2 反應(yīng)pH對(duì)清油提取率及還原糖量的影響Fig.2Influence of pH on the yield of free oil and the quantity of the reducing sugar

2.4 反應(yīng)溫度對(duì)清油提取率及還原糖量的影響

反應(yīng)溫度對(duì)清油提取率及還原糖量的影響見圖3。

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)清油提取率及還原糖量的影響Fig.3Influence of temperature on the yield of free oil and the quantity of the reducing sugar

從圖3可看出，在40℃～50℃之間，還原糖的生成量和清油提取率隨反應(yīng)溫度的升高而增加，在50℃～60℃之間又隨反應(yīng)溫度的升高而逐漸下降，50℃為酶作用的適宜溫度，此溫度下，還原糖生成量和清油提取率最高，分別為15.6 g/L、83.08%。各種酶催化都有合適的溫度，在酶的最適溫度下，隨著溫度的升高，反應(yīng)物的能量增加，單位時(shí)間內(nèi)分子間的有效接觸次數(shù)增加，反應(yīng)速度加快，如果反應(yīng)體系的溫度高于酶的最適溫度，酶分子吸收過多的能量，引起維持酶分子結(jié)構(gòu)的次級(jí)鍵解體，導(dǎo)致酶蛋白變性，因此使酶活性減弱，甚至喪失催化活力［8］。

2.5 酶解時(shí)間對(duì)清油提取率及還原糖量的影響

酶解時(shí)間對(duì)清油提取率及還原糖量的影響見圖4。

圖4 酶解時(shí)間對(duì)清油提取率及還原糖量的影響Fig.4Influence of time on the yield of free oil and the quantity of the reducing sugar

通過圖4可以看出，清油提取率和還原糖在3 h～5 h之間，隨酶解時(shí)間的延長增加速度較快，酶解反應(yīng)5 h時(shí)，清油提取率和還原糖分別為82.6%、15.01 g/L，在5 h～8 h之間，清油提取率和還原糖的生成量增長緩慢。酶解時(shí)間應(yīng)控制在5 h。

2.6 酶解工藝的優(yōu)化

采用響應(yīng)面分析法，在單因素的基礎(chǔ)上，固液比為1∶8，纖維素酶添加量為2%條件下，以清油提取率為響應(yīng)值，對(duì)酶解體系的pH、溫度及酶作用時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。RSA試驗(yàn)的因素、水平組合和響應(yīng)值結(jié)果見表3。

表3 RSA試驗(yàn)的因素、水平組合和響應(yīng)值Table 3RSA experiment

續(xù)表3RSA試驗(yàn)的因素、水平組合和響應(yīng)值Continue table 3RSA experiment

用SAS'RSREG計(jì)算出回歸方程：

回歸方程的方差分析表見表4。

表4 回歸方程的方差分析表Table 4Analysis of variance of regression equation

從表4看出，該回歸模型的F值為21.601，大于F0.01（9，5），線性相關(guān)系數(shù)R為0.987 3，大于R0.01（9，5），說明方程的因變量與全體自變量之間的線性關(guān)系顯著。

回歸方程的各項(xiàng)方差分析如表5。

由表5看出，Y的一次項(xiàng)、二次項(xiàng)都是顯著的，說明響應(yīng)值的變化相當(dāng)復(fù)雜；交互項(xiàng)的顯著性說明三因素之間的相互影響較大；失擬項(xiàng)的顯著性說明還有另外因素在影響響應(yīng)值，如固液比、攪拌速度、離心速度等；誤差不顯著，說明試驗(yàn)誤差小。

由響應(yīng)面分析得最佳酶解條件為酶解反應(yīng)pH為4.5，反應(yīng)溫度為51.9℃，反應(yīng)時(shí)間為5.24 h，此時(shí)所得清油提取率為84.1%。

3結(jié)論

研究了固液比、酶種類、反應(yīng)溫度、時(shí)間及pH值對(duì)清油提取率及酶解液中還原糖量的影響。結(jié)果表明：選用杰能科纖維素酶，固液比為1∶8，反應(yīng)溫50℃、酶解時(shí)間5 h及pH 4.5時(shí)，酶解徹底。并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)BOX中心組合設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)了三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，結(jié)果表明：采用2%的杰能科纖維素酶，固液比為1∶8，酶解pH為4.5，酶解溫度為51.9℃，酶解時(shí)間為5.24 h，清油提取率為84.1%。

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Aqueous Enzymatic Extraction of Corn Germ Oil-Optimization for the Technology of Enzyme Hydrolysis

ZHANG Zhi-wei，WANG Su-mei*
（Luohe Shuanghui Meat CO.，LTD.，Technology Center，Luohe 462000，Henan，China）

Influence of dilution ratio，type of enzymes，temperature，time and pH on the yield of free oil and the quantity of the reducing sugar was studied.According to the result of Response Surface Analysis（RSA）test，84.1%free oil was obtained when corn germ was hydrolyzed by 2% cellulase at the temperature of 51.9℃for 5.24 h，at dilution ratio 1∶8（dry corn germ：water）.

dilution ratio；type of enzymes；hydrolysis temperature；Time；pH

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.09.033

2013-10-28

張志偉（1974—），男（漢），高級(jí)工程師，碩士，現(xiàn)從事肉制品加工及肉品研究。

*通信作者