復(fù)合植物水解酶提取花生油脂體工藝研究

趙自通， 郝莉花， 李宇健， 陳復(fù)生

(河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院， 河南 鄭州 450001)

?

復(fù)合植物水解酶提取花生油脂體工藝研究

趙自通， 郝莉花， 李宇健， 陳復(fù)生*

(河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院， 河南 鄭州 450001)

為了提高花生油脂體的提取率，選用復(fù)合植物水解酶輔助提取花生油脂體。通過單因素實(shí)驗(yàn)考察了料液比、酶用量、酶解時(shí)間、酶解溫度對復(fù)合植物水解酶提取花生油脂體提取率的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)對復(fù)合植物水解酶提取花生油脂體的工藝進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在所選取的參數(shù)范圍內(nèi)，各因素對花生油脂體提取率的影響由大到小為：料液比、酶解溫度、酶解時(shí)間、酶用量。獲得其較佳工藝條件為料液比1∶4 (g/mL)、酶用量1.25%、酶解時(shí)間80 min、酶解溫度50 ℃，在該條件下花生油脂體提取率為48.92%。

花生； 油脂體； 復(fù)合植物水解酶； 提取率

花生是我國重要的油料資源之一，在世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易中占有重要地位。研究表明，花生油主要儲(chǔ)存在花生油脂體中[1]。油脂體是植物油料的一個(gè)重要亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，幾乎所有的油料細(xì)胞中都有油脂體[2-3]。由于油脂體特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，近年來被研究者廣泛關(guān)注，關(guān)于各類植物油脂體提取、純化和性質(zhì)的研究成果不斷增加[4-8]，這些研究大多以水劑法獲得油脂體。水劑法技術(shù)具有無溶劑污染和相對安全性高的優(yōu)點(diǎn)，適合于食品工業(yè)生產(chǎn)，但該法生產(chǎn)油脂體存在效率較低、得率不高的缺點(diǎn)，有待采取適當(dāng)?shù)姆椒▽ζ溥M(jìn)行改進(jìn)。隨著科技的發(fā)展，商業(yè)酶制劑的成本越來越低，酶制劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用也越來越廣泛，利用酶制劑輔助提取油脂體是一種具有較高研究價(jià)值的方法[9]。本研究以花生為原料，采用復(fù)合植物水解酶ViscozymeL.提取花生油脂體，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝，以期為拓寬花生的加工利用途徑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生購于鄭州市農(nóng)貿(mào)市場，去殼后貯存于4 ℃冰箱待用；試劑均為分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；復(fù)合植物水解酶ViscozymeL.(包括阿拉伯聚糖酶、纖維素酶、β -葡聚糖酶、半纖維素酶和木聚糖酶的復(fù)合酶，酶活5 086 U/mL，最適pH值3.3～3.5，最適溫度40～45 ℃)，諾維信(中國)生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BSA224S- CW型分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司； DHG- 9246A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；FM200型均質(zhì)機(jī)，上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司；THZ- 82型數(shù)顯水浴恒溫振蕩器，金壇華峰儀器有限公司；DZ267- 32C6型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠； FW- 100型高速萬能粉碎機(jī)，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；Milli- Q型超純水機(jī)，美國默克密理博公司； LGJ- 25型冷凍干燥機(jī)，北京四環(huán)科學(xué)儀器有限公司；DZF- 2B型真空干燥箱，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司。

1.3 操作方法

將脫紅衣花生用高速萬能粉碎機(jī)粉碎，使花生成粉末狀。稱取粉碎花生20 g，按料液比(g/mL)1∶5加去離子水，加入復(fù)合植物水解酶，均質(zhì)。在50 ℃水浴恒溫振蕩器中震蕩2 h，充分酶解。酶解結(jié)束后于沸水浴中滅酶5 min，取出后冷卻。將冷卻的樣液轉(zhuǎn)移至離心管以5 000 r/min離心20 min，將上層乳脂固體(油脂體)取出，真空干燥箱中干燥，將下層沉淀物冷凍干燥24 h，并稱量。按式(1)計(jì)算油脂體的提取率。

油脂體提取率=(m1/m)×100%。

(1)

式(1)中，m1為油脂體干質(zhì)量，g；m為樣品質(zhì)量，g。

1.4 單因素實(shí)驗(yàn)

1.4.1 料液比對油脂體提取率的影響實(shí)驗(yàn)

選取料液比為1∶2，1∶3，1∶4，1∶5，1∶6的樣品，酶解溫度50 ℃，酶用量0.75%，酶解時(shí)間2 h，按照1.3的方法進(jìn)行水酶法提取花生油脂體實(shí)驗(yàn)。

1.4.2 酶用量對油脂體提取率的影響實(shí)驗(yàn)

選取酶用量為0.75%，1.00%，1.25%，1.50%，1.75%，2.00%的樣品，酶解溫度50 ℃，料液比1∶5，酶解時(shí)間2 h, 按照1.3的方進(jìn)行水酶法提取花生油脂體實(shí)驗(yàn)。

1.4.3 酶解時(shí)間對油脂體提取率的影響實(shí)驗(yàn)

選取酶解時(shí)間為40，60，80，100，120，140 min，酶解溫度50 ℃，料液比1∶5，酶用量為0.75%，按照1.3的方法進(jìn)行水酶法提取花生油脂體實(shí)驗(yàn)。

1.4.4 酶解溫度對油脂體提取率的影響實(shí)驗(yàn)

選取酶解溫度為40，45，50，55，60，65 ℃，料液比為1∶5，酶用量為0.75%，酶解時(shí)間為2 h，按照1.3的方法進(jìn)行水酶法提取花生油脂體實(shí)驗(yàn)。

1.5 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定正交試驗(yàn)因素水平表。因素A為料液比(g/mL)，B為酶用量(%)，C為酶解時(shí)間(min)，D為酶解溫度(℃)，試驗(yàn)因素水平如表1。采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。以酶解溫度、料液比、酶用量、酶解時(shí)間4個(gè)因素為自變量，以花生油脂體提取率為因變量，生成L9(34)正交設(shè)計(jì)表，按照1.3的方法進(jìn)行水酶法提取花生油脂體實(shí)驗(yàn)，確定優(yōu)化的提取工藝條件，并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了提高復(fù)合植物水解酶酶解花生細(xì)胞壁制備花生油脂體的效率，對酶解工藝進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)分析。按1.3進(jìn)行酶解反應(yīng)，分別考察了酶解溫度、料液比、酶用量和酶解時(shí)間對花生油脂體提取率的影響，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1.1 料液比對油脂體提取率的影響

料液比對油脂體提取率的影響規(guī)律如圖1。由圖1可知，在料液比由1∶2增加到1∶4的過程中，油脂體的提取率也隨之增加，且油脂體提取率在1∶4時(shí)最高，達(dá)到42.16%；在達(dá)到最大提取率后，隨著料液比的增加，油脂體提取率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢。這是因?yàn)殡S著料液比增加，一定程度上增加了酶制劑和底物的接觸，從而使油脂體提取率升高；但當(dāng)料液比達(dá)到最適條件后，增加料液比反而降低了酶制劑的濃度，不利于油脂體的提取[10]。李倩等[11]在利用酶制劑輔助提取紅花料時(shí)也發(fā)現(xiàn)當(dāng)水過量時(shí)，酶反應(yīng)體系中酶濃度和底物濃度低，使酶分子與底物分子碰撞幾率降低，酶的作用效果也因此降低。綜合考慮提取率和實(shí)驗(yàn)操作條件，選取料液比為1∶3～1∶5作為正交試驗(yàn)的范圍。

圖1 料液比與油脂體提取率的關(guān)系Fig.1 Effect of different liquid -solid ratios on peanut oil bodies yield

2.1.2 酶用量對油脂體提取率的影響

酶用量對油脂體提取率的影響規(guī)律如圖2。由圖2可知，隨著酶用量的增加，油脂體提取率逐漸增加，并在1.25%時(shí)達(dá)到最大值(39.22%)；隨著酶用量的繼續(xù)升高，油脂體的提取率相對平穩(wěn)，這是由于隨著復(fù)合植物水解酶酶用量的增加，花生細(xì)胞壁的破壞程度也相應(yīng)增加，細(xì)胞內(nèi)的油脂體等物質(zhì)被充分釋放出來；但酶用量達(dá)到一定程度時(shí)，油脂體已經(jīng)基本被釋放出來，并在萃取體系中形成了一種相對平衡的狀態(tài)[10-11]。綜合考慮提取率和實(shí)驗(yàn)操作條件，選取酶用量為1.00%～1.50%作為正交試驗(yàn)范圍。

圖2 酶用量與油脂體提取率的關(guān)系Fig.2 Effect of different enzymatic contents on peanut oil bodies yield

2.1.3 酶解時(shí)間對油脂體提取率的影響

酶解時(shí)間對油脂體提取率的影響規(guī)律如圖3。由圖3可知，隨著酶解時(shí)間的增加，花生油脂體的提取率整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在酶解時(shí)間由40 min增加到80 min的過程中，油脂體得率上升速度較快，并在80 min時(shí)達(dá)到最大值37.87%。出現(xiàn)這種趨勢的原因可能是在一定的時(shí)間范圍內(nèi)酶制劑與底物充分接觸，反應(yīng)速率較快，酶解充分，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間增加后，底物濃度降低，反應(yīng)速率慢。最終隨著酶解時(shí)間繼續(xù)增加，提取率基本不變，說明底物已經(jīng)充分降解[12]。綜合考慮提取率和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)成本，選擇60～100 min的時(shí)間范圍進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖3 酶解時(shí)間與油脂體提取率的關(guān)系Fig.3 Effect of different enzymatic time on peanut oil bodies yield

2.1.4 酶解溫度對油脂體提取率的影響

酶解溫度對油脂體提取率的影響規(guī)律如圖4。由圖4可知，花生油脂體的提取率在40～50 ℃時(shí)一直上升，在50 ℃時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)油脂體提取率為38.28%；從50～65 ℃油脂體提取率呈現(xiàn)出線性下降的趨勢，這與阮瑜琳等[13]的研究結(jié)果相似。這是因?yàn)殡S著溫度的升高，酶解溫度達(dá)到了最適溫度，酶解效果達(dá)到最好，溫度繼續(xù)升高會(huì)抑制酶的活性，使油脂體的提取率下降[14]。這與酶自身的性質(zhì)有關(guān)，即酶在一定的溫度范圍內(nèi)會(huì)表現(xiàn)出最大活力，而偏離最適溫度時(shí)會(huì)改變整個(gè)酶分子的結(jié)構(gòu)，從而使酶變性失活。綜合考慮提取率和實(shí)驗(yàn)操作條件，選擇45～55 ℃為正交設(shè)計(jì)的試驗(yàn)范圍。

圖4 酶解溫度與油脂體提取率的關(guān)系Fig.4 Effect of different enzymatic temperatures on peanut oil bodies yield

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對復(fù)合植物水解酶提取花生油脂體的條件進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果和分析如表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

由極差分析可得：影響花生油提取率的各因素由大到小為A(料液比)、D(酶解溫度)、C(酶解時(shí)間)、B(酶用量)。正交試驗(yàn)結(jié)果也表明酶用量對油脂體提取率影響最小，這可能是因?yàn)槊赣昧繉?shí)驗(yàn)選取的范圍太小而造成結(jié)果不顯著，需要進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。

正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果見表3。由表3可知，料液比、酶用量、酶解時(shí)間、酶解溫度的p值均小于0.05，說明料液比、酶用量、酶解時(shí)間、酶解溫度對花生油脂體提取率的影響都非常顯著。

表3 正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果

根據(jù)正交試驗(yàn)的結(jié)果分析可知，花生油脂體提取率的優(yōu)化工藝條件為料液比1∶4、酶用量1.25%、酶解時(shí)間80 min、酶解溫度50 ℃。在優(yōu)化工藝條件下，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，花生油脂體提取率為48.92%。在不添加酶制劑而其他條件不變的情況，花生油脂體提取率僅有35%，遠(yuǎn)低于添加復(fù)合植物水解酶時(shí)的油脂體提取率。

3 結(jié) 論

利用復(fù)合植物水解酶水解花生細(xì)胞壁輔助提取花生油脂體，通過單因素實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：隨著料液比、酶用量、酶解溫度的增加，油脂體的提取率均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。在料液比1∶4 、酶用量1.25%、酶解溫度50 ℃時(shí)，油脂體提取率最高。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果表明，在所選取的參數(shù)范圍內(nèi)，料液比、酶用量、酶解時(shí)間、酶解溫度對花生油脂體提取率具有不同程度的影響，其影響順序由高到低依次為：料液比、酶解溫度、酶解時(shí)間、酶用量。根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果得到優(yōu)化的工藝條件為料液比1∶4、酶用量1.25%、酶解時(shí)間80 min、酶解溫度50 ℃。在該條件下花生油脂體提取率為48.92%，而不添加酶制劑時(shí)的油脂體提取率僅為35%，因此復(fù)合植物水解酶能夠提高花生油脂體提取率，具有一定的應(yīng)用前景。

[1] 郝莉花, 陳復(fù)生, 劉昆侖, 等. 不同品種花生油脂體粒徑電位和蛋白質(zhì)組成的分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2016, 32(18): 279-284. HAO L H, CHEN F S, LIU K L, et al. Analysis of sizes, zeta potential and protein component of oil bodies extracted from different peanut varieties [J]. Chinese Journal of Agricultural Engineering, 2016, 32(18): 279-284.

[2] PURKRTOVA Z, JOLIVET P, MIQUEL M, et al. Structure and function of seed lipid -body -associated proteins[J]. Comptes Rendus Biologies, 2008, 331(10): 746-754.

[3] HUANG A H. Oleosins and oil bodies in seeds and other organs[J]. Plant Physiology, 1996, 110(4): 1055.

[4] WU N, YANG X, TENG Z, et al. Stabilization of soybean oil body emulsions usingκ,ι,λ-carrageenan at different pH values[J]. Food Research International, 2011, 44(4): 1059-1068.

[5] NANTIYAKUL N, FURSE S, FISK I D, et al. Isolation and characterization of oil bodies from oryza sativa bran and studies of their physical properties[J]. Journal of Cereal Science, 2013, 57(1): 141-145.

[6] IWANAGA D, GRAY D, DECKER E A, et al. Stabilization of soybean oil bodies using protective pectin coatings formed by electrostatic deposition[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008, 56(6): 2240-2245.

[7] PAYNE G, LAN M, FOSTER T, et al. Composition and properties of the surface of oil bodies recovered fromEchiumplantagineum[J]. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2014, 116:88-92.

[8] ADAMS G G, IMRAN S, WANG S, et al. Extraction, isolation and characterisation of oil bodies from pumpkin seeds for therapeutic use[J]. Food chemistry, 2012, 134(4): 1919-1925.

[9] SUKHOTU R. 玉米胚芽油脂體的水- 酶法提取及其物理化學(xué)特性[D]. 北京： 中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 2014.

[10] 王瑞, 童玲, 曹慧. 水酶法提取文冠果油的工藝研究[J]. 濰坊學(xué)院學(xué)報(bào), 2016, 16(2): 11-15. WANG R, TONG L, CAO H. Technology research of aqueous enzymatic extraction ofXanthocerassorbifoliaoil[J]. Journal of Weifang University, 2016, 16 (2): 11-15.

[11] 李倩, 趙麗, 馬媛, 等. 水酶法提取紅花籽油工藝的研究[J]. 食品與發(fā)酵科技, 2016, 52(1): 52-59. LI Q, ZHAO L, MA Y, et al. Study on extraction process of safflower oil by aqueous enzymatic[J]. Food and Fermentation Technology, 2016, 52(1): 52-59.

[12] 黃亞芳, 李羅明, 李俊杰, 等. 水酶法提取楊梅核仁油的工藝優(yōu)化[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(12): 65-70. HUANG Y F, LI L M, LI J J, et al. Optimization of enzyme -assisted aqueous extraction forMyricarubrakernel oil[J]. Food Science, 2016, 37(12): 65-70.

[13] 阮瑜琳, 萬聰, 鐘武, 等. 水酶法同時(shí)提取文冠果油及蛋白質(zhì)的研究[J]. 中國油脂, 2016, 41(9): 1-6. RUAN Y L, WAN C, ZHONG W, et al. Simultaneous extraction ofXanthocerassorbifoliaBunge oil and protein by aqueous enzymatic method[J]. China Oils and Fats, 2016, 41(9): 1-6.

[14] 羅明亮, 申愛榮, 蔣麗娟. 生物酶的選擇對水酶法提取蓖麻油的影響[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(9):55-59. LUO M L, SHEN A R, JIANG L J, et al. Effects of different enzymes and other factors on aqueous enzymatic extraction of castor oil[J]. Journal of Central South University of Forestry and Technology, 2013, 33(9):55-59.

(責(zé)任編輯：葉紅波)

Optimization of Enzyme -Assisted Aqueous Extraction for Peanut Oil Body

ZHAO Zitong， HAO Lihua， LI Yujian， CHEN Fusheng*

(CollegeofFoodScienceandTechnology,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001,China)

In order to improve the extraction rate of peanut oil bodies,ViscozymeL. was used to assist the extraction of peanut oleosome. The effects of material ratio, enzyme concentration, incubation time, and incubation temperature on extraction rate of peanut oil body with compound plant hydrolase were investigated by using the single factor experiment. On the basis of single factor experiment, the orthogonal experiment was used to optimize the process conditions of extracting peanut oil body with compound plant hydrolase. The results showed that the influence order from high to low of the factors was material ratio, incubation temperature, incubation time, enzyme concentration. The optimum conditions were as follows: material ratio 1∶4 (g/mL), enzyme concentration 1.25%, the incubation time 80 min and the incubation temperature 50 ℃. Under the optimum conditions, the extraction rate of peanut oil body was 48.92%.

peanut; oil body; compound plant hydrolase; yield

10.3969/j.issn.2095 -6002.2017.03.004

2095 -6002(2017)03 -0031 -05

趙自通， 郝莉花， 李宇健， 等. 復(fù)合植物水解酶提取花生油脂體工藝研究[J]. 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2017,35(3):31-35.

ZHAO Zitong， HAO Lihua， LI Yujian， et al. Optimization of enzyme -assisted aqueous extraction for peanut oil body[J]. Journal of Food Science and Technology, 2017,35(3):31-35.

2017 -04 -09

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21376064；21676073)；國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2013AA102208)；“糧油食品加工與新技術(shù)研究”河南省優(yōu)秀科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目；中國博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015M582184)。

趙自通，男，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称焚Y源開發(fā)與利用；

TS224.4; Q814.4

A

*陳復(fù)生，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事食品資源開發(fā)與利用方面的研究，通信作者。