水酶法提取藜麥油脂的條件探究

◎ 曹佳佳，馬文清，雷冬瓊

（青海師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，青海 西寧 810000）

藜麥?zhǔn)且环N藜科草本植物，又稱奎奴亞藜、南藜麥、藜谷等，藜麥起源于南美洲的安第斯山脈，是印加土著居民的主要傳統(tǒng)食物，在此藜麥被稱之為“糧食之母”[1]。藜麥耐寒、耐鹽堿、耐旱，是一種典型的高原作物[2-3]。而青海屬于高原大陸性氣候，主要藜麥種植區(qū)域?yàn)楹Ｎ髦轂跆m縣、都蘭縣周邊、格爾木市周邊，西寧也有小面積種植[4]。

藜麥具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，被稱為全營(yíng)養(yǎng)食品，藜麥具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常見(jiàn)谷物的脂肪含量[5]。藜麥籽粒中脂肪平均含量是50～72 mg·g-1，是玉米的2倍左右，大部分集中在籽粒中，其組成與玉米相似[6-7]。其中甘油三酸酯占50%以上，甘油二酸酯遍布整個(gè)籽粒占中性脂類(lèi)含量的20%，而溶血磷脂酰膽堿占57%[8]。藜麥油脂中富含的不飽和脂肪酸多為ω-3和ω-6[9]。ω-3和ω-6不飽和脂肪酸大部分含有碳碳雙鍵，包括亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸，都是人體必需的脂肪酸。亞油酸可被代謝為花生四烯酸，亞麻酸可被代謝為二十碳五烯酸（Eicosapentaenoic Acid，EPA）和二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic Acid，DHA）。EPA和DHA對(duì)防治前列腺素、血栓、動(dòng)脈粥樣硬化以及免疫、抗炎和膜功能有重要作用[10]。藜麥油脂中富含不飽和脂肪酸，屬于高品質(zhì)油類(lèi)原料，其油脂肪酸組成與玉米、大豆油相似[11]。目前，藜麥已作為具有潛在價(jià)值的油料作物而被加以應(yīng)用。

水酶法作為一種新興的制油工藝日益受到廣泛關(guān)注和重視，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在大豆油、花生油、菜籽油等油脂的水酶法制取方面做了大量的研究工作[12-19]。和傳統(tǒng)工藝相比，水酶法具有操作溫度低、能耗低、提取的油純度高、磷脂含量低、酸值及過(guò)氧化值低、色澤淺以及污染少的優(yōu)點(diǎn)，符合“安全、高效、綠色”的要求[9]。本研究采用水酶法提取藜麥油脂，并對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化，為今后藜麥油脂的提取提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藜麥：購(gòu)于青海省格爾木市。中性蛋白酶、堿性蛋白酶、酸性蛋白酶：上海滬泰精化科技研究所，生化試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

DFY-1000C100克搖擺式萬(wàn)能高速粉碎機(jī)，上海比朗儀器有限公司；79-1恒溫加熱磁力攪拌器，常州國(guó)華電器有限公司；98-I-B電子恒溫電熱套，天津市泰斯特儀器有限公司；AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；DHG-9035A電熱鼓風(fēng)干燥箱，蘇州江東精密儀器有限公司；80-1臺(tái)式電動(dòng)離心機(jī)，常州國(guó)華電器有限公司；Fisher/Nicolet IS50傅里葉變換紅外光譜儀，賽默飛世爾科技（中國(guó)）有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

粗脂肪測(cè)定：上清液用硅膠處理，用索氏提取法處理殘?jiān)M(jìn)行測(cè)定。

1.3.1 工藝流程

藜麥→粉碎（過(guò)40目篩）→加入蛋白酶水解→升溫滅酶（60 ℃、2～3 min）→離心（4 000 r·min-1、15 min）→油、乳狀液、水解液及渣。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

將藜麥顆粒用粉碎機(jī)粉碎過(guò)一定的篩（40 目，60 目，80 目），稱取一定量的藜麥粉末在燒杯中，再按一定量的比例加一定量的水以及酶（本次實(shí)驗(yàn)稱取5 g的藜麥），將燒杯中的酶液放在磁力攪拌器上攪拌，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH并進(jìn)行加熱，溫度要控制在35 ℃，在規(guī)定反應(yīng)時(shí)間內(nèi)完成反應(yīng)后，按一定的溫度進(jìn)行升溫滅酶，隨后進(jìn)行冷卻，冷卻后將酶解物放入離心管離心一定的時(shí)間（15 min），離心后分為3層，油、乳狀液水解液及渣，用硅膠吸取掉上清液里面的水，殘?jiān)锩娴挠陀盟魇咸崛》ㄟM(jìn)行提取。稱重并按公式計(jì)算提取率：

1.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 酶品種的篩選

植物細(xì)胞壁主要由果膠和纖維素等多糖類(lèi)物質(zhì)組成，蛋白質(zhì)被包裹在其中，采用酶解工藝可以有效瓦解細(xì)胞壁，促使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)溶出。蛋白酶可以水解蛋白質(zhì)，對(duì)細(xì)胞中的脂蛋白或者磨漿過(guò)程中形成的、包絡(luò)于油滴外的磷脂和蛋白質(zhì)結(jié)合的蛋白膜進(jìn)行破壞，使油脂釋放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)油水分離，此外，蛋白酶還可以明顯改善乳化現(xiàn)象，增加油脂提取率。

藜麥經(jīng)粉碎機(jī)粉碎過(guò)40 目篩后，按1∶5的固液比攪拌均勻成漿，然后分別加入1.5%的酸性蛋白酶（最適溫度45 ℃、最適pH為4～5）、中性蛋白酶（25 ℃、最適pH為7）、堿性蛋白酶（最適溫度35 ℃、最適pH為10），在各種酶各自最適pH和溫度下反應(yīng)2 h，然后升溫至60 ℃，保持2～3 min滅酶。冷卻至40 ℃（1～2 min）后，計(jì)算出各自蛋白酶下油脂的提取率。

1.4.2 料液比對(duì)藜麥油脂提取率的影響

將40 目篩的藜麥按1∶3、1∶4、1∶5、1∶6的料液比攪拌均勻成漿，然后分別加入1.5%的堿性蛋白酶，在最適pH為10，最適溫度35 ℃下進(jìn)行酶解反應(yīng)，然后升溫至60 ℃，保持（2 ～3 min）滅酶。冷卻至40 ℃（1～2 min）后在轉(zhuǎn)速為4 000 r·min-1離心機(jī)離心15 min，反應(yīng)時(shí)間為2 h。

1.4.3 堿性蛋白酶作用最適條件

將40目篩的藜麥按1∶5的固液比攪拌均勻成漿，再分別加入0.5%～2.0%的堿性蛋白酶，在最適pH=10，最適溫度35 ℃下進(jìn)行酶解反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間2.0～3.5 h，然后升溫至60 ℃，保持2～3 min滅酶。冷卻至40 ℃（1 ～2 min）后，全部移入離心管中在轉(zhuǎn)速4 000 r·min-1離心15 min，比較不同時(shí)間及不同酶添加量下藜麥中油脂提取率的大小。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶品種的篩選

從圖1中可以看出，添加酶種類(lèi)的不同對(duì)藜麥中油脂的提取率有一定的影響，添加堿性蛋白酶時(shí)，藜麥中油脂的提取率最高，其次是酸性蛋白酶，中性蛋白酶的提取率最低。故本試驗(yàn)選用堿性蛋白酶作為水酶法提取藜麥中油脂的最佳酶種類(lèi)。

圖1 酶種類(lèi)對(duì)藜麥中油脂提取率影響圖

2.2 料液比對(duì)藜麥油脂提取率的影響

從圖2中可以看出，反應(yīng)時(shí)所選擇的料液比不一樣對(duì)藜麥中油的提取率影響大小也不同，提取率呈現(xiàn)出先升高再下降的趨勢(shì)，料液比為1∶5時(shí)提取率最大。因此，得出固液比1∶5為從藜麥中提取油脂的最佳料液比，故本次實(shí)驗(yàn)所采取的料液比為1∶5。

圖2 料液比對(duì)藜麥中油脂提取率影響圖

2.3 堿性蛋白酶作用最適條件

2.3.1 酶作用的時(shí)間對(duì)藜麥中油脂的影響

從圖3中可以看出，油脂提取率的最佳酶作用時(shí)間為2 h，在此實(shí)驗(yàn)中酶作用時(shí)間越長(zhǎng)提取率越低，甚至反應(yīng)原料會(huì)變成糊狀，所以本實(shí)驗(yàn)選擇2 h為最佳時(shí)間。

圖3 酶作用時(shí)間對(duì)藜麥中油脂提取率的影響圖

2.3.2 酶添加量對(duì)藜麥油提取率的影響

從圖4中可以明顯看出，藜麥中油脂的提取率先升高再下降，所以酶的添加量不一樣，藜麥中油脂的提取率很明顯也不一樣，從圖4中可以看出酶的添加量為1.5%時(shí)，藜麥中油脂的提取率最高，故此次實(shí)驗(yàn)中選擇1.5%為最佳酶添加量。

圖4 酶的添加量對(duì)藜麥中油脂提取率影響圖

2.4 藜麥中粗脂肪的紅外光譜圖及分析

為了驗(yàn)證提取物是否為藜麥中提取出的油脂，將得到的提取物進(jìn)行紅外光譜檢測(cè)，圖5是提取物的紅外光譜圖。

從圖5可以看出，3 470.69 cm-1處有O-H伸縮振動(dòng)峰，3 008.62處有不飽和碳鏈的C-H伸縮振動(dòng)峰，2 925.34 cm-1、2 854.26 cm-1處有飽和碳鏈的C-H伸縮振動(dòng)峰，1 746.58 cm-1處有C=O伸縮振動(dòng)峰，1 464.71 cm-1、1 377.68 cm-1有亞甲基彎曲振動(dòng)峰，722.87 cm-1處有碳骨架振動(dòng)峰和1 163.14 cm-1處有甘油三酯中C-O的伸縮振動(dòng)峰。這些都是油脂的特征峰[20]，另外藜麥植物油是天然有機(jī)化合物，主要成分為甘油三酯，占植物油的95%以上。通過(guò)對(duì)紅外光譜圖的分析，可以確定該提取物為藜麥植物油。

圖5 藜麥中油脂的紅外譜圖

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用水酶法提取藜麥中的粗脂肪，通過(guò)對(duì)酶制劑的篩選，最終確定堿性蛋白酶為實(shí)驗(yàn)酶。為了除去上清液的水，在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中經(jīng)過(guò)多次嘗試，最終利用變色硅膠對(duì)水的吸附能力，用變色硅膠處理上清液。為了得到制備藜麥中粗脂肪的最優(yōu)參數(shù)，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定了水酶法提取藜麥中油脂的最佳工藝參數(shù)為：料液比1∶5，酶解pH為10，堿性蛋白酶的添加酶量為1.5%，酶解反應(yīng)時(shí)間為2 h，反應(yīng)溫度35 ℃。另外，本實(shí)驗(yàn)中用水酶法提取藜麥中的粗脂肪，與傳統(tǒng)工藝相比，水酶法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作溫度較低、無(wú)需脫除溶劑、操作安全等優(yōu)點(diǎn)，比較符合“安全、高效、綠色”的要求，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，酶制劑價(jià)格會(huì)不斷下降，水酶法提油工藝將具有廣闊的應(yīng)用前景。