亞麻籽殼中提膠的工藝研究

楊續(xù)金，候吉瑞，吳婷媛，韓育梅

（1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018；2. 內(nèi)蒙古豐吉妙農(nóng)業(yè)產(chǎn)品科技開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

亞麻籽是亞麻的種子，富含蛋白質(zhì)、木酚素、亞麻籽油、亞麻籽膠、膳食纖維，這些豐富的資源主要分布在亞麻籽殼和亞麻籽仁中，亞麻籽的結(jié)構(gòu)分為4 個部分，從外到內(nèi)依次為膠質(zhì)薄膜、種皮、胚乳、子葉[1]。膠質(zhì)薄膜即是亞麻籽膠，緊緊包裹著種皮，亞麻籽種皮中主要成分為木酚素，其含量約為亞麻籽仁的4 倍；在亞麻籽胚乳和子葉中，分布著亞麻籽主要的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，尤其是其特有的含量頗多的α - 亞麻酸[1-2]。亞麻籽的結(jié)構(gòu)在一定程度上決定了制取亞麻籽油、亞麻籽膠及木酚素的工藝，無論是利用亞麻籽制取油脂、膠質(zhì)或木酚素，都應(yīng)結(jié)合其結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝設(shè)計。亞麻籽膠，又名富蘭克膠，是一種經(jīng)提取、濃縮、干燥等工藝制得的粉末狀制品，是一種雜多糖。亞麻籽膠作為國家綠色食品發(fā)展中心認(rèn)定的綠色食品專用添加劑，是一種功能性添加劑，同時又可作增稠劑、乳化劑等添加劑使用，也可作阿拉伯膠的替代物起到穩(wěn)定的作用。其主要成分為多糖類物質(zhì)和少量蛋白質(zhì)，多糖類物質(zhì)主要為D- 木糖、L- 鼠李糖和D- 半乳糖[3-4]，單糖含量由多到少依次為鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖、葡萄糖[5-6]，這些單糖物質(zhì)決定了亞麻籽膠的特殊性質(zhì)。

將亞麻籽殼仁分離，殼中富含亞麻籽膠和木酚素，仁中富含脂肪和蛋白質(zhì)[7-9]。用分離得到的亞麻仁榨油，制得的毛油膠質(zhì)、蠟質(zhì)含量大幅度減少，提高了毛油的品質(zhì)，同時榨油后的仁粕中木質(zhì)素、纖維素、膠質(zhì)含量大幅度減少，蛋白質(zhì)含量則會大幅度增加，對于仁粕中蛋白質(zhì)的回收利用非常有利；用分離得到的亞麻籽殼提取亞麻籽膠和木酚素，因為少了脂肪、蛋白質(zhì)的干擾，提膠效果更加順暢。這樣先殼仁分離然后再分別提取的思路對亞麻籽的綜合開發(fā)利用有著高效低耗的現(xiàn)實意義[7，10-12]。試驗先進(jìn)行了亞麻籽的殼仁分離，用分離到的亞麻籽殼，研究了其提膠的工藝，以期為亞麻籽的更好綜合開發(fā)提供參考。

亞麻籽的剖面圖結(jié)構(gòu)[13]見圖1。

圖1 亞麻籽的剖面圖結(jié)構(gòu)

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

亞麻籽殼，內(nèi)蒙古豐吉妙農(nóng)業(yè)產(chǎn)品科技開發(fā)有限公司提供；（用專用的脫殼機(jī)脫殼后通過靜電分離、色選得到），殼中含仁率<0.5%。

無水乙醇（AR），開封市旭信化工有限公司提供；鹽酸（AR）、氫氧化鈉（AR），鄭州龍達(dá)化工產(chǎn)品有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

DV-79B 型數(shù)字式黏度計，上海尼潤智能科技有限公司產(chǎn)品；TD4G 型臺式過濾離心機(jī)，湖南湘儀實驗室開發(fā)有限公司產(chǎn)品；GZX-9246 MBE 型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠產(chǎn)品；BJ-150 型多功能粉碎機(jī)，德清拜杰電器有限公司產(chǎn)品；SCR20BC 型超速離心機(jī)，日本HITACHI 公司產(chǎn)品；HHoS21-Ni8 型電熱恒溫水浴鍋，北京長安科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；TD5002A 型電子天平，天津天馬衡基儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 亞麻籽膠的提取

選取對亞麻籽膠提取影響較大的4 個關(guān)鍵因素，即料液比、浸提溫度、浸提時間、pH 值進(jìn)行考查，以亞麻籽膠提取率為評價指標(biāo)進(jìn)行分析，具體操作為：準(zhǔn)確稱量亞麻籽殼50 g，加入蒸餾水在水浴鍋中攪拌下浸提，用臺式過濾離心機(jī)襯300 目濾布收集濾出液。

單因素試驗設(shè)計見表1。

表1 單因素試驗設(shè)計

1.3.2 亞麻籽膠的提取率計算

離心過濾收集到的上清液加入3 倍體積的無水乙醇攪拌均勻，室溫下靜置2 h 后，用超速離心機(jī)以轉(zhuǎn)速4 500 r/min 離心15 min 收集沉淀物，在105 ℃的干燥箱中烘干至恒質(zhì)量，準(zhǔn)確稱質(zhì)量（W1）。

式中：W1——提取得到的亞麻籽膠質(zhì)量，g；

W2——樣品質(zhì)量，g。

1.3.3 料液比對亞麻籽膠提取率的研究

分別稱取亞麻籽殼50 g 于5 個不銹鋼桶中，按照料液比1∶10，1∶12，1∶14，1∶16，1∶18（g∶mL） 加入65 ℃蒸餾水（分2 次浸提，第一次添加總水量的80%，第二次添加總水量的20%），置于65±1 ℃水浴鍋用玻璃棒攪拌浸提1 h，用臺式過濾離心機(jī)襯300 目濾布收集濾出液。濾渣再加入20%的65 ℃蒸餾水置于65±1 ℃水浴鍋用玻璃棒攪拌浸提0.5 h，（第2 次浸提時間均為0.5 h） 離心過濾。合并2 次的濾出液，加入3 倍體積的無水乙醇攪拌均勻，室溫下靜置2 h，然后用超速離心機(jī)以轉(zhuǎn)速4 500 r/min 離心15 min 收集沉淀物，在105 ℃的干燥箱烘干至恒質(zhì)量，準(zhǔn)確稱質(zhì)量。試驗重復(fù)3 次，結(jié)果取平均值。

1.3.4 浸提溫度對亞麻籽膠提取率的研究

分別稱取亞麻籽殼50 g 于5 個不銹鋼桶中，按照料液比1∶14（g∶mL） 分別加入55，65，75，85，95 ℃的蒸餾水（分2 次浸提，第一次添加總水量的80%，第二次添加總水量的20%），置于對應(yīng)溫度的水浴鍋中用玻璃棒攪拌浸提1 h。如上述操作，合并濾出液，加無水乙醇靜置后離心收集沉淀物，烘干稱質(zhì)量。

1.3.5 浸提時間對亞麻籽膠提取率的研究

分別稱取亞麻籽殼50 g 于5 個不銹鋼桶中，按照料液比1∶14（g∶mL） 加入65 ℃的蒸餾水（分2 次浸提，第一次添加總水量的80%，第二次添加總水量的20%），置于65±1 ℃的水浴鍋中，用玻璃棒攪拌浸提30，60，90，120，150 min，如上述操作，合并濾出液，加無水乙醇靜置后離心收集沉淀物，烘干稱質(zhì)量。

1.3.6 浸提液pH 值對亞麻籽膠提取率的研究

分別稱取亞麻籽殼50 g 于5 個不銹鋼桶中，按照料液比1∶14（g∶mL） 分別加入65 ℃的蒸餾水（分2 次浸提，第一次添加總水量的80%，第二次添加總水量的20%），用6 mol/L 的濃鹽酸溶液和2 mol/L氫氧化鈉溶液分別調(diào)pH 值為5.5，6.0，6.5，7.0，7.5，置于65±1 ℃的水浴鍋中用玻璃棒攪拌浸提1 h。如上述操作（第二次浸提也分別調(diào)pH 值為5.5，6.0，6.5，7.0，7.5），合并濾出液，加無水乙醇靜置后離心收集沉淀物，烘干后稱質(zhì)量。

1.3.7 正交試驗優(yōu)化

根據(jù)以上單因素試驗結(jié)果，選取料液比、浸提溫度、浸提時間、pH 值4 個因素，每個因素選3 個水平進(jìn)行正交試驗，以亞麻籽膠提取率為評價指標(biāo)，對因素間的交互作用進(jìn)行考查，以確定提膠的最佳工藝[14]。

1.3.8 成品黏度測定

依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1886.175—2016 對亞麻籽膠黏度的測定方法，測定出試驗中所制得的亞麻籽膠的黏度。

2 結(jié)果與分析

2.1 料液比對亞麻籽膠提取率的影響

料液比對亞麻籽膠提取率的影響見圖2。

圖2 料液比對亞麻籽膠提取率的影響

由圖2 可知，料液比對亞麻籽膠提取率有明顯的影響，亞麻籽膠提取率隨著料液比的增大而增加。在料液比為1∶16（g∶mL） 時，提取率為25.9%，料液比再繼續(xù)增大，提取率的增加則不明顯?？紤]到料液比的增大會增加生產(chǎn)成本，因此從亞麻籽殼中提膠選擇料液比1∶16（g∶mL） 為合適。

2.2 浸提溫度對亞麻籽膠提取率的影響

浸提溫度對亞麻籽膠提取率的影響見圖3。

由圖3 可知，在浸提溫度55～75 ℃時，亞麻籽膠提取率隨著浸提溫度的升高而明顯增加，75～95 ℃時增加變得緩慢?？紤]到浸提溫度的增大會增加生產(chǎn)成本。因此，從亞麻籽殼中提膠選擇75 ℃的浸提溫度為合適。

2.3 浸提時間對亞麻籽膠提取率的影響

浸提時間對亞麻籽膠提取率的影響見圖4。

圖3 浸提溫度對亞麻籽膠提取率的影響

圖4 浸提時間對亞麻籽膠提取率的影響

在料液比為1∶14（g∶mL），浸提溫度為65 ℃，考查了浸提時間對亞麻籽膠提取率的影響。由圖4可知，隨著浸提時間的延長，亞麻籽膠提取率由浸提時間為30 min 的18.3%，增加到了60 min 的23.9%，90 min 的25.8%，再繼續(xù)延長浸提時間，亞麻籽膠的提取率變化不再明顯。從提效降耗綜合考慮，亞麻籽殼中提膠選擇90 min 的浸提時間為合適。

2.4 浸提液pH 值對亞麻籽膠提取率的影響

浸提液pH 值對亞麻籽膠提取率的影響見圖5。

圖5 浸提液pH 值對亞麻籽膠提取率的影響

在料液比為1∶14（g∶mL），浸提溫度為65 ℃，浸提時間為90 min 的條件下，考查了浸提液pH 值對亞麻籽膠提取率的影響。由圖5 可知，在pH 值5.5～6.5 時亞麻籽膠提取率隨著pH 值升高明顯增加，由pH 值5.5 時提取率為17.3%，增加到pH 值6.5 時26.1%的提取率。隨后，pH 值繼續(xù)增加亞麻籽膠提取率呈現(xiàn)微弱下降趨勢。堿性條件下多糖結(jié)構(gòu)容易被破壞且會出現(xiàn)重排是導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因。亞麻籽殼中提膠選擇浸提液pH 值6.5 為合適。

2.5 正交試驗結(jié)果

正交設(shè)計L9（34）及試驗結(jié)果見表2。

表2 正交設(shè)計L9（34）及試驗結(jié)果

由表2 可知，從亞麻籽殼中提取膠質(zhì)成分以提取率為評價指標(biāo)，各因素影響順序為A>B>D>C，試驗最佳工藝組合條件為A2B2C2D2，即料液比1∶16（g∶mL），浸提溫度75 ℃，浸提液pH 值6.5，浸提時間90 min。

2.6 驗證試驗結(jié)果

試驗優(yōu)選組合A2B2C2D2，即料液比1∶16（g∶mL），浸提溫度75 ℃，浸提液pH 值6.5，浸提時間90 min 做3 次提膠平行試驗，測得亞麻籽膠提取率為26.7%±0.2%。在該工藝組合下得到的亞麻籽膠用國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1886.175—2016 的測定方法測得黏度為 6 188±18.2 mPa·S，通過文獻(xiàn)檢索對比[15-17]，略高于其他方法所得膠的黏度。最佳工藝組合條件下亞麻籽膠提取率有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。對比從亞麻籽和榨油后的餅粕提膠文獻(xiàn)可知，用亞麻籽殼提膠具有高效低耗、黏度高的特點，該方法為亞麻籽的綜合開發(fā)利用提供參考。

3 結(jié)論

通過對亞麻籽殼中提取膠質(zhì)的研究，結(jié)果表明，料液比對亞麻殼提膠提取率影響最大，其次為浸提溫度和浸提液pH 值，浸提時間對提膠提取率的影響最小。從亞麻籽殼中提膠的最佳工藝組合條件為料液比1∶16（g∶mL），浸提溫度75 ℃，浸提液pH 值6.5，浸提時間90 min。在此條件下亞麻籽膠的提取率為26.7%±0.2%，所得膠的黏度為6 188±18.2 mPa·S。用亞麻籽殼提取膠質(zhì)具有高效低耗的特點，是亞麻籽殼綜合開發(fā)利用的選擇方向之一。