◎ 曹佳佳,馬文清,雷冬瓊
(青海師范大學 化學化工學院,青海 西寧 810000)
藜麥是一種藜科草本植物,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)域為海西州烏蘭縣、都蘭縣周邊、格爾木市周邊,西寧也有小面積種植[4]。
藜麥具有豐富的營養(yǎng)價值,被稱為全營養(yǎng)食品,藜麥具有遠遠高于常見谷物的脂肪含量[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籽粒占中性脂類含量的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對防治前列腺素、血栓、動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,屬于高品質油類原料,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值的油料作物而被加以應用。
水酶法作為一種新興的制油工藝日益受到廣泛關注和重視,國內外已經(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、酸值及過氧化值低、色澤淺以及污染少的優(yōu)點,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,并對工藝進行優(yōu)化,為今后藜麥油脂的提取提供一定的理論依據(jù)。
藜麥:購于青海省格爾木市。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。
DFY-1000C100克搖擺式萬能高速粉碎機,上海比朗儀器有限公司;79-1恒溫加熱磁力攪拌器,常州國華電器有限公司;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電熱鼓風干燥箱,蘇州江東精密儀器有限公司;80-1臺式電動離心機,常州國華電器有限公司;Fisher/Nicolet IS50傅里葉變換紅外光譜儀,賽默飛世爾科技(中國)有限公司。
粗脂肪測定:上清液用硅膠處理,用索氏提取法處理殘渣進行測定。
1.3.1 工藝流程
藜麥→粉碎(過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 實驗步驟
將藜麥顆粒用粉碎機粉碎過一定的篩(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(本次實驗稱取5 g的藜麥),將燒杯中的酶液放在磁力攪拌器上攪拌,用NaOH溶液調節(jié)pH并進行加熱,溫度要控制在35 ℃,在規(guī)定反應時間內完成反應后,按一定的溫度進行升溫滅酶,隨后進行冷卻,冷卻后將酶解物放入離心管離心一定的時間(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,殘渣里面的油用索氏提取法進行提取。稱重并按公式計算提取率:
1.4.1 酶品種的篩選
植物細胞壁主要由果膠和纖維素等多糖類物質組成,蛋白質被包裹在其中,采用酶解工藝可以有效瓦解細胞壁,促使細胞內物質溶出。蛋白酶可以水解蛋白質,對細胞中的脂蛋白或者磨漿過程中形成的、包絡于油滴外的磷脂和蛋白質結合的蛋白膜進行破壞,使油脂釋放出來,實現(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)粉碎機粉碎過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2 h,然后升溫至60 ℃,保持2~3 min滅酶。冷卻至40 ℃(1~2 min)后,計算出各自蛋白酶下油脂的提取率。
1.4.2 料液比對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 ℃下進行酶解反應,然后升溫至60 ℃,保持(2 ~3 min)滅酶。冷卻至40 ℃(1~2 min)后在轉速為4 000 r·min-1離心機離心15 min,反應時間為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 ℃下進行酶解反應,反應時間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速4 000 r·min-1離心15 min,比較不同時間及不同酶添加量下藜麥中油脂提取率的大小。
從圖1中可以看出,添加酶種類的不同對藜麥中油脂的提取率有一定的影響,添加堿性蛋白酶時,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。
圖1 酶種類對藜麥中油脂提取率影響圖
從圖2中可以看出,反應時所選擇的料液比不一樣對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,料液比為1∶5時提取率最大。因此,得出固液比1∶5為從藜麥中提取油脂的最佳料液比,故本次實驗所采取的料液比為1∶5。
圖2 料液比對藜麥中油脂提取率影響圖
2.3.1 酶作用的時間對藜麥中油脂的影響
從圖3中可以看出,油脂提取率的最佳酶作用時間為2 h,在此實驗中酶作用時間越長提取率越低,甚至反應原料會變成糊狀,所以本實驗選擇2 h為最佳時間。
圖3 酶作用時間對藜麥中油脂提取率的影響圖
2.3.2 酶添加量對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,藜麥中油脂的提取率最高,故此次實驗中選擇1.5%為最佳酶添加量。
圖4 酶的添加量對藜麥中油脂提取率影響圖
為了驗證提取物是否為藜麥中提取出的油脂,將得到的提取物進行紅外光譜檢測,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伸縮振動峰,3 008.62處有不飽和碳鏈的C-H伸縮振動峰,2 925.34 cm-1、2 854.26 cm-1處有飽和碳鏈的C-H伸縮振動峰,1 746.58 cm-1處有C=O伸縮振動峰,1 464.71 cm-1、1 377.68 cm-1有亞甲基彎曲振動峰,722.87 cm-1處有碳骨架振動峰和1 163.14 cm-1處有甘油三酯中C-O的伸縮振動峰。這些都是油脂的特征峰[20],另外藜麥植物油是天然有機化合物,主要成分為甘油三酯,占植物油的95%以上。通過對紅外光譜圖的分析,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
本實驗采用水酶法提取藜麥中的粗脂肪,通過對酶制劑的篩選,最終確定堿性蛋白酶為實驗酶。為了除去上清液的水,在實驗當中經(jīng)過多次嘗試,最終利用變色硅膠對水的吸附能力,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),通過單因素實驗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%,酶解反應時間為2 h,反應溫度35 ℃。另外,本實驗中用水酶法提取藜麥中的粗脂肪,與傳統(tǒng)工藝相比,水酶法具有設備簡單、操作溫度較低、無需脫除溶劑、操作安全等優(yōu)點,比較符合“安全、高效、綠色”的要求,隨著生物技術的發(fā)展,酶制劑價格會不斷下降,水酶法提油工藝將具有廣闊的應用前景。