微波復(fù)合酶法水萃牡丹籽油工藝研究

昝麗霞，陳君紅，霍科科，江 海，陳德經(jīng)

(陜西理工大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 漢中 723000)

微波復(fù)合酶法水萃牡丹籽油工藝研究

昝麗霞，陳君紅，霍科科，江 海，陳德經(jīng)

(陜西理工大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 漢中 723000)

采用微波復(fù)合酶法水萃牡丹籽油，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上通過正交試驗(yàn)，對酶解條件和微波條件分別進(jìn)行工藝優(yōu)化。結(jié)果表明：在纖維素酶、果膠酶、中性蛋白酶添加量分別為3%、0.5%和0.07%組成的復(fù)合酶條件下，最佳酶解條件為酶解pH 5.5、酶解溫度55℃、酶解時(shí)間4 h；最佳微波條件為微波溫度50℃、微波功率700 W、微波時(shí)間6 min。在最佳工藝條件下，牡丹籽油得率為24.59%。

牡丹籽油；微波；復(fù)合酶；水萃

牡丹(PaeoniasufruticosaAndr.)為芍藥科芍藥屬落葉灌木[1]，原產(chǎn)于秦巴山區(qū)，現(xiàn)主要分布于山東菏澤、河南洛陽、安徽銅陵以及陜西、山西等地。牡丹因其花雍容華貴、富麗端莊，具有極高的觀賞價(jià)值；牡丹的干燥根皮具有清熱涼血、活血化淤、退虛熱等藥用價(jià)值[2]；牡丹籽皮黑、殼厚、味苦，含油量達(dá)29%～34%，油中90%以上為不飽和脂肪酸，主要為亞麻酸和亞油酸[3]，具有降膽固醇、降血壓、預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化、抗疲勞、增強(qiáng)免疫力等多種生理活性[4]，屬高品質(zhì)活性油。2011年3月，國家衛(wèi)生部監(jiān)督局根據(jù)《食品安全法》的規(guī)定，公開批準(zhǔn)牡丹籽油為新資源食品[5]。

植物油的常用提取方法有壓榨法[6]、索氏提取法[7]、超聲提取法[8-9]、微波提取法[10]、超臨界CO2萃取法[11-12]、亞臨界萃取法[13]、水酶法[14-15]等。相比之下，壓榨法提取牡丹籽油的生產(chǎn)效率較低，餅中的殘油率較高；索氏提取法提取牡丹籽油得率較高，但所得產(chǎn)品穩(wěn)定性差，所需溶劑量大且易殘留；超臨界CO2萃取牡丹籽油出油率較高，但所需成本大，批處理量較小。牡丹籽油屬高品質(zhì)活性油，市場售價(jià)較高，本研究針對常規(guī)提取中可能破壞熱敏物質(zhì)活性和有機(jī)溶劑殘留等問題，開展微波復(fù)合酶法水萃牡丹籽油的工藝研究，以提高產(chǎn)品安全性和保證油品較高活性為目的，用水作為提取溶劑，采用復(fù)合酶對牡丹籽細(xì)胞壁等復(fù)合體進(jìn)行降解，致使植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，微波輔助提取油脂，旨在為提取高品質(zhì)牡丹籽油探索一條新途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

牡丹籽：鳳丹品種，山東菏澤。

中性蛋白酶(20萬U/g)、纖維素酶(5萬 U/g)、果膠酶(10萬U/g)：江蘇銳陽生物科技有限公司。濃鹽酸：分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

FW177中草藥粉碎機(jī)：天津市泰斯特公司；LSC-50型水分測定儀：沈陽龍騰公司；DK-98-IIA恒溫水浴鍋：天津市泰斯特公司；FA2104電子天平：上海恒平儀器公司；PHSJ-4F pH計(jì)：上海儀電儀器公司；XH-MC-1型廠實(shí)驗(yàn)室微波催化合成/反應(yīng)儀：北京祥鵠科技公司；LC-800低速離心機(jī)：安徽中科公司。

1.2 試驗(yàn)方法

牡丹籽油制備的工藝流程：牡丹籽→揀選→干燥(45℃，6 h)→去殼→粉碎(60目)→稱取→加蒸餾水調(diào)料液比(1∶5)→微波處理→冷卻至室溫→調(diào)節(jié)pH→水浴酶解→滅酶(90℃，10 min)→離心(4 000 r/min，20 min)→牡丹籽油。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶解工藝條件的確定

在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定采用纖維素酶、果膠酶、中性蛋白酶組成的復(fù)合酶，添加量分別為3%、0.5%、0.07%。

對復(fù)合酶在微波功率800 W、微波溫度50℃、微波時(shí)間3 min的條件下，利用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定最佳酶解工藝條件。

2.1.1 酶解工藝單因素試驗(yàn)

2.1.1.1 酶解pH對牡丹籽油得率的影響

在酶解溫度55℃、酶解時(shí)間2 h的條件下，考察酶解pH對牡丹籽油得率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 酶解pH對牡丹籽油得率的影響

由圖1可知，酶解pH在4.5～5.5時(shí)，隨著酶解pH的增加牡丹籽油得率有所提高，在酶解pH 5.5時(shí)達(dá)最大值，此時(shí)接近復(fù)合酶反應(yīng)的最適pH范圍。隨著酶解pH的繼續(xù)增加，酶的活力會(huì)受到一定抑制，牡丹籽油得率隨之降低。

2.1.1.2 酶解溫度對牡丹籽油得率的影響

在酶解pH 5.5、酶解時(shí)間2 h的條件下，考察酶解溫度對牡丹籽油得率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 酶解溫度對牡丹籽油得率的影響

由圖2可知，酶解溫度在45～55℃時(shí)，在該范圍內(nèi)升高酶解溫度可增強(qiáng)酶活力，從而使得牡丹籽油得率逐漸提高，55℃時(shí)達(dá)到最大值。繼續(xù)升高酶解溫度會(huì)使酶的活力受到抑制，牡丹籽油得率下降。酶解溫度對牡丹籽油得率的影響較大。

2.1.1.3 酶解時(shí)間對牡丹籽油得率的影響

在酶解pH 5.5、酶解溫度55℃的條件下，考察酶解時(shí)間對牡丹籽油得率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 酶解時(shí)間對牡丹籽油得率的影響

由圖3可知，當(dāng)酶解時(shí)間處于2～4 h時(shí)，牡丹籽油得率有明顯提高，在4 h時(shí)反應(yīng)底物與酶結(jié)合充分，受外界環(huán)境因素干擾較少，牡丹籽油得率最大。隨著酶解時(shí)間的繼續(xù)延長，反應(yīng)底物受到污染的機(jī)會(huì)增大，并且牡丹籽油中不飽和脂肪酸含量較高，容易造成油脂被氧化，使牡丹籽油得率降低。

2.1.2 酶解工藝正交試驗(yàn)

根據(jù)各酶解參數(shù)對牡丹籽油得率的影響，以酶解pH、酶解溫度、酶解時(shí)間為因素做三因素三水平的正交試驗(yàn)。酶解工藝正交試驗(yàn)因素水平見表1，酶解工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2，酶解工藝正交試驗(yàn)方差分析見表3。

由表2可知，酶解時(shí)間是影響牡丹籽油得率最主要的酶解參數(shù)，酶解參數(shù)中各因素對牡丹籽油得率的影響從大到小依次為：酶解時(shí)間gt;酶解溫度gt;酶解pH。根據(jù)極差分析結(jié)果，得到最優(yōu)酶解參數(shù)為A2B2C3，即酶解pH為5.5，酶解溫度為55℃，酶解時(shí)間為4 h。3次驗(yàn)證試驗(yàn)的牡丹籽油得率分別為23.56%、23.37%、23.51%，平均值為23.48%。

表1 酶解工藝正交試驗(yàn)因素水平

表2 酶解工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表3 酶解工藝正交試驗(yàn)方差分析

注：F0.01(2，2)=99，F(xiàn)0.05(2，2)=19。

由表3可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，酶解時(shí)間對牡丹籽油得率有極顯著影響，酶解pH和酶解溫度對牡丹籽油得率有顯著影響。此結(jié)果表明酶解時(shí)間是影響牡丹籽油得率的關(guān)鍵因素，同時(shí)酶解pH和酶解溫度也是影響牡丹籽油得率的重要因素。

2.2 微波工藝條件的確定

對纖維素酶、果膠酶、中性蛋白酶添加量分別為3%、0.5%、0.07%組成的復(fù)合酶在酶解pH 5.5、酶解溫度55℃、酶解時(shí)間4 h的條件下，利用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定最佳微波工藝條件。

2.2.1 微波工藝單因素試驗(yàn)

2.2.1.1 微波功率對牡丹籽油得率的影響

在微波溫度50℃、微波時(shí)間3 min的條件下，考察微波功率對牡丹籽油得率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 微波功率對牡丹籽油得率的影響

由圖4可知，當(dāng)微波功率為800 W時(shí)牡丹籽油得率最大，為23.67%，當(dāng)微波功率為900 W時(shí)，牡丹籽油得率變化不明顯，趨于穩(wěn)定。

2.2.1.2 微波溫度對牡丹籽油得率的影響

在微波功率800 W、微波時(shí)間3 min的條件下，考察微波溫度對牡丹籽油得率的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 微波溫度對牡丹籽油得率的影響

由圖5可知，當(dāng)微波溫度為50℃時(shí)，牡丹籽油得率最高，繼續(xù)升高微波溫度，牡丹籽油得率降低。隨微波溫度升高，牡丹籽油中部分生物成分的溶解度增大，降低溶液的表面張力，溶液與油脂形成膠束，導(dǎo)致油脂分散于水中，增大了油脂的提取難度。

2.2.1.3 微波時(shí)間對牡丹籽油得率的影響

在微波功率800 W、微波溫度50℃的條件下，考察微波時(shí)間對牡丹籽油得率的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 微波時(shí)間對牡丹籽油得率的影響

由圖6可知，隨著微波時(shí)間的延長，漿液吸收微波能力增強(qiáng)，牡丹籽油得率在微波時(shí)間6 min達(dá)到最大；之后隨微波時(shí)間延長，漿液會(huì)形成穩(wěn)定的乳化層，導(dǎo)致油脂分離困難，因而牡丹籽油得率下降。

2.2.2 微波工藝正交試驗(yàn)

根據(jù)各微波參數(shù)對牡丹籽油得率的影響，以微波功率、微波溫度、微波時(shí)間為因素做三因素三水平的正交試驗(yàn)。微波工藝正交試驗(yàn)因素水平見表4，微波工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表5，微波工藝正交試驗(yàn)方差分析見表6。

表4 微波工藝正交試驗(yàn)因素水平

表5 微波工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表6 微波工藝正交試驗(yàn)方差分析

注：F0.01(2，2)=99，F(xiàn)0.05(2，2)=19。

由表5可知，微波功率旳極差值最大，表明其為影響牡丹籽油得率的最主要微波參數(shù)，微波參數(shù)中各因素對牡丹籽油得率的影響從大到小依次為：微波功率gt;微波時(shí)間gt;微波溫度。根據(jù)極差分析結(jié)果得到各因素的較優(yōu)微波參數(shù)為A2B2C2，微波溫度分別為50℃和55℃時(shí)，牡丹籽油得率相差不大，綜合考慮，選擇微波溫度50℃。即微波復(fù)合酶法水萃牡丹籽油的最佳微波條件為：微波功率700 W，微波溫度50℃，微波時(shí)間6 min。對所得工藝條件進(jìn)行 3次驗(yàn)證試驗(yàn)，牡丹籽油得率分別為24.63%、24.59%、24.56%，平均值為24.59%。

由表6可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，微波功率和微波時(shí)間對牡丹籽油得率影響顯著，微波溫度影響不顯著。

3 結(jié) 論

本研究將微波輔助水酶法應(yīng)用到牡丹籽油的提取工藝中，對纖維素酶、果膠酶、中性蛋白酶添加量分別為3%、0.5%、0.07%組成的復(fù)合酶酶解pH、酶解溫度及酶解時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，確定復(fù)合酶的最佳酶解條件為酶解pH 5.5、酶解溫度55℃、酶解時(shí)間4 h；對微波功率、微波溫度、微波時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，確定了最佳微波條件為微波功率700 W、微波溫度50℃、微波時(shí)間6 min。在最佳工藝條件下，牡丹籽油得率為24.59%。微波復(fù)合酶法水萃牡丹籽油的得率較高，萃取條件較為溫和，整個(gè)提取過程溫度低于70℃，降低了提取過程中油脂的氧化程度，且無污染、無殘留。在牡丹籽油提取工藝研究的過程中可進(jìn)一步深化對水酶法的研究，以推進(jìn)水酶法制油工藝的發(fā)展。

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Waterextractionofpeonyseedoilbycompoundenzymeandmicrowavemethod

ZAN Lixia，CHEN Junhong，HUO Keke，JIANG Hai，CHEN Dejing

(College of Biology Science and Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi，China)

The water extraction of peony seed oil by compound enzyme and microwave method was studied. Based on single factor experiment, the conditions of enzymatic hydrolysis and microwave were optimized by orthogonal experiment. The results showed that the optimal enzymatic hydrolysis conditions were obtained as follows: respective dosages of cellulose, pectinase and neutral protease 3%, 0.5% and 0.07%, enzymatic hydrolysis pH 5.5, enzymatic hydrolysis temperature 55℃ and enzymatic hydrolysis time 4 h. And the optimal microwave conditions were obtained as follows: microwave temperature 50℃, microwave power 700 W and microwave time 6 min. Under the optimal conditions, the yield of peony seed oil was 24.59%.

peony seed oil; microwave; compound enzyme; water extraction

TS224;TQ644

A

1003-7969(2017)11-0016-04

2017-01-11；

2017-06-19

陜西省社會(huì)發(fā)展科技攻關(guān)項(xiàng)目(2015SF256)

昝麗霞(1977)，女，副教授，碩士，主要從事藥用植物資源開發(fā)利用研究工作(E-mail)zanlx@126.com。