超聲輔助水酶法提取冬瓜籽油的工藝研究

張偉光，邸 凱，趙國君

(齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

超聲輔助水酶法提取冬瓜籽油的工藝研究

張偉光，邸 凱，趙國君

(齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

以冬瓜籽為原料，采用超聲輔助水酶法提取冬瓜籽油。在單因素實驗的基礎上進行正交實驗，得出最佳提取工藝條件:顆粒粒度60目，液料比7∶1，酶用量2.0%(以冬瓜籽質量計)，pH 8.0，酶解溫度55℃，超聲時間20 min，超聲功率150 W，超聲溫度50℃。在最佳條件下，冬瓜籽油提取率為82.55%。

冬瓜籽油；超聲波；水酶法；提取

冬瓜屬葫蘆科一年生草本植物，別名白瓜、枕瓜、廣瓜，冬瓜原產(chǎn)于我國南方和印度，現(xiàn)在全國各地均有栽培，主要供應季節(jié)為夏秋季[1]。冬瓜的果實富含碳水化合物、蛋白質、維生素以及膳食纖維等營養(yǎng)成分，具有產(chǎn)量高、耐貯運、熱量低等特點[2-3]，還具有利尿、清熱、化痰、抗炎等功效[4-5]，可以降低糖尿病患者的血糖水平[6]。目前植物油的提取方法主要有壓榨法[7-8]、超臨界CO2萃取法[9-10]、微波輔助水酶法[11-13]、溶劑法[14]等。超聲波是一種效率較高的提取技術，通過提高介質分子運動速度達到輔助生物有效成分高效提取的目的[15]。超聲波輔助法具有儀器設備簡單、操作時間短等優(yōu)點，可有效降低提取成本[16]。本實驗采用超聲輔助水酶法提取冬瓜籽油，并優(yōu)化其工藝條件。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

冬瓜籽：購自齊齊哈爾市種子商店；水解蛋白酶Alcalase 3.0T：憶諾聯(lián)創(chuàng)生物科技發(fā)展(北京)有限公司，其他試劑均為分析純。

1810-B型石英自動雙重純水蒸餾器， RE-52AA旋轉蒸發(fā)器，標準檢驗篩，電熱恒溫水浴鍋，F(xiàn)Z102微型植物粉碎機，SK2200HP超聲清洗器，GT10-2型高速臺式離心機，101-2A型電熱鼓風干燥箱。

1.2 實驗方法

1.2.1 冬瓜籽油的提取

根據(jù)文獻[17]方法提取冬瓜籽油。將冬瓜籽清洗、烘干、粉碎、過篩處理后，每次準確稱取20 g冬瓜籽粉末，置于250 mL圓底燒杯中，按一定液料比加入蒸餾水，通過超聲波處理并達到規(guī)定的時間，調節(jié)pH后加入一定量的Alcalase 3.0T蛋白酶，置于恒溫水浴鍋中不斷攪拌2.5 h，萃取結束后加熱8 min 滅酶，在4 000 r/min 離心25 min，收集上層游離油，棄去乳狀液及水解液，將殘渣用蒸餾水洗滌，繼續(xù)離心10 min，收集上層游離油，將兩次離心所得的游離油合并稱重，計算提取率。提取率=冬瓜籽油質量/冬瓜籽中油脂質量×100%。

1.2.2 冬瓜籽中油脂含量測定

按GB/T 14772—2008方法測定。

2 結果與討論

2.1 酶解條件對冬瓜籽油提取率的影響

在沒有經(jīng)過超聲波處理的情況下，以冬瓜籽的顆粒粒度、液料比、酶用量、pH、酶解溫度作為考察因素，進行實驗并計算提取率，通過正交實驗確定最優(yōu)工藝條件。

2.1.1 顆粒粒度對提取率的影響

在液料比7∶1、酶用量2.0%(以冬瓜籽質量計，下同)、pH 8.0、酶解溫度55℃的條件下，研究顆粒粒度對提取率的影響，結果如圖1所示。

圖1 顆粒粒度對提取率的影響

從圖1 可以看出，冬瓜籽油的提取率與顆粒粒度的大小關系較大，顆粒粒度減小，提取率增加，顆粒粒度超過60目后提取率減小，是由于顆粒粒度特別小時，其吸附作用會變大，導致擴散速度變小，使提取率降低。因此，確定冬瓜籽的粒度為60目。

2.1.2 液料比對提取率的影響

在顆粒粒度60目、酶用量2.0%、pH 8.0、酶解溫度55 ℃的條件下，研究液料比對提取率的影響，結果如圖2 所示。

圖2 液料比對提取率的影響

從圖2可以看出，提取率隨著液料比的增加而增加，但增加趨勢逐漸縮小，液料比超過7∶1后提取率呈下降趨勢。液料比的加大有利于蛋白質的溶出，可提高酶解速率，使提取率增大，當液料比過大時，分子間的碰撞概率下降，從而降低提取率。因此，確定液料比為7∶1。

2.1.3 酶用量對提取率的影響

在顆粒粒度60目、液料比7∶1、pH 8.0、酶解溫度55 ℃的條件下，研究酶用量對提取率的影響，結果如圖3 所示。

圖3 酶用量對提取率的影響

從圖3可以看出，提取率隨著酶用量的增加而增加，這是由于酶可對細胞膜上的脂蛋白進行水解使細胞中油脂得以釋放，酶用量超過2.0%后提取率呈下降趨勢，是由于酶用量過多，使得酶本身發(fā)生自溶反應，導致提取率降低。因此，確定酶用量為2.0%。

2.1.4 pH對提取率的影響

在顆粒粒度60目、液料比7∶1、酶用量2.0%、酶解溫度55℃的條件下，研究pH對提取率的影響，結果如圖4所示。

圖4 pH對提取率的影響

從圖4可以看出，冬瓜籽油提取率隨著pH的增加而明顯增加，當pH超過8.0后提取率開始降低；這是由于水解蛋白酶的最適宜pH為6.5～8.5，超過這個范圍酶的活性下降。因此，確定pH為8.0。

2.1.5 酶解溫度對提取率的影響

在顆粒粒度60目、液料比7∶1、酶用量2.0%、pH 8.0的條件下，研究酶解溫度對提取率的影響，結果如圖5所示。

圖5 酶解溫度對提取率的影響

從圖5可以看出，隨著酶解溫度的升高，冬瓜籽油提取率明顯增加，當酶解溫度高于55 ℃后，提取率開始下降，原因是溫度過高使酶變性，降低酶解的反應速度。因此，確定酶解溫度為55 ℃。

2.1.6 正交實驗設計確定最佳酶解工藝條件

影響提取率的主要因素有：顆粒粒度，液料比，酶用量，pH，酶解溫度。用L16(45)正交實驗設計法進行實驗，冬瓜籽油提取最佳酶解工藝正交實驗的因素水平見表1，正交實驗設計及結果見表2。

表1 因素水平

表2 正交實驗設計及結果

從表2可以看出，對提取率的影響因素貢獻依次為酶解溫度gt;酶用量gt;顆粒粒度gt; pHgt;液料比，冬瓜籽油提取最佳酶解工藝條件的組合為A1B2C2D2E3，即顆粒粒度60目、液料比7∶1、酶用量2.0%、pH 8.0、酶解溫度55 ℃。在最佳條件下進行3次平行實驗，平均提取率為72.49%。

2.2 超聲波處理對冬瓜籽油提取率的影響

在上述最佳酶解條件下，研究最佳超聲波處理條件。在課題組前期實驗的基礎上，確定影響提取率的主要因素有：超聲時間，超聲功率，超聲溫度。用L9(34)正交實驗設計法進行實驗，冬瓜籽油提取最佳超聲波處理條件正交實驗的因素水平見表3，正交實驗設計及結果見表4。

表3 因素水平

表4 正交實驗設計及結果

從表4可以看出，對提取率的影響因素貢獻依次為超聲功率gt;超聲時間gt;超聲溫度，冬瓜籽油提取最佳超聲波處理條件的組合為A2B2C2，即超聲時間20 min、超聲功率150 W、超聲溫度50 ℃。在最佳條件下進行3次平行實驗，平均提取率為82.55%，提取率與沒有超聲處理的相比提高了10.06個百分點。

3 結 論

采用超聲輔助水酶法提取冬瓜籽油，在單因素實驗的基礎上通過正交實驗確定了最佳工藝條件：顆粒粒度60目，液料比7∶1，酶用量2.0%，pH 8.0，酶解溫度55 ℃，超聲時間20 min，超聲功率150 W，超聲溫度50 ℃。為進一步驗證正交實驗結果的可靠性，在最佳工藝條件下進行3次平行實驗，平均提取率為82.55%。

[1] 吳少福,黎冬明,鄭國棟,等.超聲輔助提取冬瓜籽油工藝的研究[J].中國糧油學報,2011,26(5):57-60.

[2] 吳欣秀,王海鳳,李娜,等.冬瓜皮提取物對油脂的抗氧化作用研究 [J]. 糧油食品科技, 2016, 24(1): 37-39.

[3] DEBSANKAR D, SUBHAS M, DEBABRATA M .Structural characterization of dietary fiber of green chalcumra (Benincasahispida) fruit by NMR spectroscopic analysis [J]. Nat Prod Commun, 2009, 4(4): 547-552.

[4] GILL N S, DHIMAN J, BAJWA P. Evaluation of free radical scavenging, anti-inflammatory and analgesic potential ofBenincasahispidaseed extract[J]. Int J Pharmacol,2010,6(5):652-657.

[5] MOON M K,KANG D G, LEE Y J. Effect ofBenincasahispidaCogniaux on high glucose-induced vascular inflammation of human umbilical vein endothelial cells[J].Vasc Pharmacol,2008,50(3):116-122.

[6] JIANG X, KUANG F, KONG F S, et al. Prediction of the antiglycation activity of polysaccharides fromBenincasahispidausing a response surface methodology[J]. Carbohydr Polym, 2016,151(10):358-363.

[7] 程園園,劉大川,劉曄,等.4種油料壓榨油的品質評價[J].中國油脂,2016,41(1):7-10.

[8] 肖麗娟,曾凡坤.番茄籽油的性質及制取工藝[J].糧油加工,2006(1): 45-48.

[9] 任飛,韓發(fā),石麗娜,等.超臨界CO2萃取技術在植物油脂提取中的應用[J].中國油脂,2010,35(5):14-18.

[10] 沈心好,許時嬰.超臨界CO2萃取番茄籽油[J]. 無錫輕工大學學報,2004,23(6):1-5.

[11] 王強,王存,王睿,等.微波輔助水酶法提取番茄籽油工藝優(yōu)化及理化特性研究[J].中國糧油學報,2015,30(10):43-48.

[12] 嚴小平,李成平,金建昌.超聲波法提取西瓜籽油的最佳工藝研究[J].中國糧油學報,2012,27(3):53-56.

[13] 胡濱,陳一資,蘇趙. 超聲波和微波輔助水酶法提取葡萄籽油的工藝研究[J].中國油脂,2015,40(12):12-17.

[14] 薛剛,蘇印泉,楊芳霞,等.溶劑法提取水冬瓜籽油的研究[J].西北林學院學報,2010,25(3):154-157.

[15] 李良玉,曹榮安,于偉,等.超聲波輔助提取麥胚黃酮的技術研究[J].糧油食品科技,2014,22(4):42-47.

[16] 李偉,陸占國,孫勝敏,等.酸漿果籽油的提取研究[J].食品與機械,2011,27(2):44-46.

[17] 方芳,許凱揚,朱強,等.超聲波輔助水酶法萃取葫蘆籽油的研究[J].中國糧油學報,2012,27(10):53-56.

Ultrasound-assistedaqueousenzymaticextractionofBenincasahispidaCogn.seedoil

ZHANG Weiguang，DI Kai，ZHAO Guojun

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, Heilongjiang，China)

TheBenincasahispidaCogn. seed oil was extracted by ultrasound-assisted aqueous enzymatic method．On the basis of single factor experiment, the optimal extraction conditions were obtained by orthogonal experiment as follows: partical size 60 meshes, liquid-solid ratio 7∶1, dosage of alcalase 2.0%(based on the mass ofBenincasahispidaCogn. seed), pH 8.0, enzymolysis temperature 55 ℃, ultrasonic time 20 min, ultrasonic power 150 W, ultrasonic temperature 50℃. Under these conditions,the extraction rate was 82.55%.

BenincasahispidaCogn. seed oil；ultrasound；aqueous enzymatic method；extraction

TS225;TQ644.1

A

1003-7969(2017)11-0012-04

2017-01-20；

2017-06-20

黑龍江省教育廳基本業(yè)務專項理工面上項目(135109205)

張偉光(1970)，男，副教授，碩士，研究方向為精細化學品合成及油脂加工(E-mail)zhangweiguang1230@163.com。