微波與烤箱烘烤滅酶對(duì)新水劑法提取南瓜籽油的影響

付家園，吳文標(biāo)

(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400700)

可食用的南瓜籽仁含36%～50%的油脂、24%～37%的蛋白質(zhì)和豐富的生物活性物質(zhì)[1]。南瓜籽油的提取方法主要有溶劑浸出法、壓榨法、超臨界二氧化碳萃取法、水酶法等。傳統(tǒng)的溶劑浸出法油脂提取率可高達(dá)98%～99%[2-3]，并且是目前油脂行業(yè)大規(guī)模使用的加工方法，但是出于環(huán)保、人體健康和降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等方面考慮，發(fā)展替代方法已在世界范圍內(nèi)成為研究熱點(diǎn)。而關(guān)于采用乙醇(無毒)、異丙醇(微毒)和萜類(無毒)等綠色溶劑提取油脂也有研究報(bào)道，從目前的研究結(jié)果看，因其對(duì)非脂類雜質(zhì)的提取量高和成本高等缺點(diǎn)仍然難以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的目標(biāo)。熱榨法的油脂提取率低于溶劑浸出法，且因餅中的蛋白質(zhì)變性，進(jìn)一步深加工的價(jià)值較低。冷榨所得油脂和冷榨餅品質(zhì)高，但出油率偏低[4]。超臨界二氧化碳萃取法需要使用高壓，目前仍難以應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。鑒于此，基于對(duì)環(huán)境、健康和成本的關(guān)注，世界范圍內(nèi)對(duì)水劑法加工油料技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究[5-7]；然而傳統(tǒng)水劑法以及水酶法存在廢水量大、處理困難、油脂提取率偏低、大量有用物質(zhì)隨廢水損失等問題，且酶的成本高，其前景不容樂觀。

目前，開發(fā)出了一種新水劑法，其只用少量的水(料液比大于5∶1)，在提取油脂的過程中，所加的水完全被油料中的親水性物質(zhì)(油料中的非油固體物，主要為蛋白質(zhì)和碳水化合物)通過氫鍵作用而吸收，所以在提取油脂的過程中見不到自由水，且在氫鍵的驅(qū)動(dòng)下吸水的濕固體物聚團(tuán)，從而使油脂從聚集的濕固體物表面排出。這種新水劑法用于花生、葵花籽、芝麻、油菜籽、油茶籽、核桃、巴旦木、松籽等含油量高的植物油料加工時(shí)可回收94%～97%的油脂[8-11]，用于含油量偏低的大豆時(shí)可回收81%的油脂[12]。在這些報(bào)道的新型水劑法提油工藝中，均有加熱滅酶(兼有殺菌作用)工序，且使用烤箱(基于熱空氣加熱方式，由外向內(nèi)傳熱)完成此工序。為了探討新水劑法提油工藝中其他滅酶方式的可行性，本試驗(yàn)以產(chǎn)自我國內(nèi)蒙古自治區(qū)的南瓜籽為原料，就微波(基于分子運(yùn)動(dòng)，內(nèi)外同時(shí)加熱)與烤箱烘烤滅酶處理方式對(duì)新水劑法分離油脂效率及產(chǎn)品質(zhì)量的影響進(jìn)行比較研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

脫殼南瓜籽(南瓜籽仁)，產(chǎn)自內(nèi)蒙古巴彥淖爾(含水分9.13%、脂肪45.28%和蛋白質(zhì)24.68%)；蒸餾水；食鹽；碳酸鈉、氫氧化鉀等化學(xué)試劑皆為分析純及以上。

CS-700多功能粉碎機(jī)，K11烤箱，ER-SS20CNW微波爐，CS101電熱鼓風(fēng)干燥箱，分樣篩，BSA323S電子分析天平，BMS220.4電子分析天平，D-Sheeter單螺桿擠壓機(jī)，752N紫外分光光度計(jì)，KDN-04A凱氏定氮儀，80-2電動(dòng)離心機(jī)，202-0恒溫培養(yǎng)箱，JJ-1攪拌機(jī)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 南瓜籽的滅酶處理與新型水劑法提取南瓜籽油

去除損傷、蟲蛀的南瓜籽仁后，稱取一定量的南瓜籽仁于一定溫度的烤箱中烘烤處理一定時(shí)間或放入微波爐在一定功率下微波處理一定時(shí)間進(jìn)行滅酶，取出攤開降至室溫。取滅酶的南瓜籽仁于粉碎機(jī)粉碎3次，每次1 min，再手工研磨后過0.15 mm(100目)樣品篩，得到南瓜籽仁漿。取10 g南瓜籽仁漿，加入1.60 mL水和0.08 g食鹽，于30℃攪拌30 min，于4 000 r/min離心3次，每次30 min，收集油脂和沉淀。將沉淀稱重后用單螺桿擠壓機(jī)擠壓3次得到脫脂粕，測(cè)定其含油量。

1.2.2 南瓜籽油提取率的計(jì)算

按式(1)計(jì)算南瓜籽油提取率。

R=(X1-X2)/X1×100%

(1)

式中：R為南瓜籽油提取率；X1為南瓜籽仁漿的含油量，g；X2為脫脂粕的含油量，g。

1.2.3 基本理化指標(biāo)的測(cè)定

含油量的測(cè)定參照GB 5009.6—2016；透明度、氣味和滋味的測(cè)定參照GB/T 5525—2008；水分及揮發(fā)物含量的測(cè)定參照GB 5009.236—2016；過氧化值的測(cè)定參照GB 5009.227—2016；酸值的測(cè)定參照GB 5009.229—2016；總酚含量的測(cè)定參照GB/T 8313—2008；黃酮含量的測(cè)定參照NY/T 1295—2007；DPPH自由基清除率的測(cè)定參照Faller等[13]的方法；脂肪酶活性的測(cè)定參照GB/T 5523—2008。

1.2.4 南瓜籽粕粉吸油性的測(cè)定

將新水劑法分離油脂后的脫脂粕，采用正己烷用索氏抽提法脫去全部殘油，將溶劑揮發(fā)盡后得到全脫油南瓜籽粕粉。稱取1.000 0 g全脫油南瓜籽粕粉于干燥稱重的離心管中，加入10 mL大豆油，渦旋振蕩30 s，然后移入40℃水浴鍋保溫30 min，以4 000 r/min離心30 min，倒出離心管上部油并將殘余物和離心管一起稱重，按式(2)計(jì)算全脫油南瓜籽粕粉的吸油性。

O=(m2-m1)/m0

(2)

式中：O為全脫油南瓜籽粕粉的吸油性，g/g；m0為全脫油南瓜籽粕粉的質(zhì)量，g；m1為離心管加全脫油南瓜籽粕粉的質(zhì)量，g；m2為離心后離心管加沉淀物的質(zhì)量，g。

1.2.5 脫脂粕蛋白質(zhì)溶解度的測(cè)定

稱取0.300 0 g南瓜籽粕粉，加入30.00 mL蒸餾水，調(diào)節(jié)pH至10，于20℃下置于恒溫磁力攪拌器中攪拌1 h后，于4 000 r/min離心20 min，取上清液用凱氏定氮法測(cè)定含氮量。脫脂粕蛋白質(zhì)溶解度用氮溶指數(shù)(NSI)表示，按式(3)計(jì)算。

INS=c1/c0×100%

(3)

式中：INS為脫脂粕蛋白質(zhì)的溶解度；c1為上清液中氮含量，g；c0為樣品中氮含量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波與烤箱烘烤滅酶處理對(duì)南瓜籽油提取率的影響

2.1.1 烤箱烘烤處理的影響

按照1.2.1方法，固定烘烤溫度為110℃，考察不同烘烤時(shí)間對(duì)南瓜籽油提取率、全脫油南瓜籽粕粉吸油性和南瓜籽脂肪酶活性的影響，結(jié)果見圖1。

由圖1可見，未烘烤時(shí)南瓜籽油提取率為90.69%，隨烘烤時(shí)間的延長，南瓜籽油提取率呈先增長后緩慢降低直至急劇下降的趨勢(shì)，在烘烤10 min時(shí)南瓜籽油提取率最高，為94.13%。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在烘烤40 min時(shí)，出現(xiàn)南瓜籽中油與非油固體物不分離、非油固體物完全不成團(tuán)的現(xiàn)象，此時(shí)南瓜籽油提取率大幅降低。

采用新水劑法提油時(shí)，油料中的脂肪酶會(huì)促進(jìn)中性油的水解，導(dǎo)致中性油損失和酸值增加。由圖1可見，南瓜籽脂肪酶活性隨烘烤時(shí)間的延長呈明顯下降趨勢(shì)，經(jīng)1 min烘烤處理的南瓜籽脂肪酶活性為10.99 mg/g，與未經(jīng)烘烤的南瓜籽脂肪酶活性(12.73 mg/g)相比有顯著差異(p<0.05)，在南瓜籽油提取率最高的烘烤時(shí)間(10 min)時(shí)，南瓜籽的脂肪酶活性為0.58 mg/g，之后隨烘烤時(shí)間的延長，南瓜籽脂肪酶活性呈平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，所提取的南瓜籽油的酸值亦無顯著差異(p>0.05)。

由圖1可見，全脫油南瓜籽粕粉(油料中的非油固體物)的吸油性隨烘烤時(shí)間的延長先緩慢降低后快速升高，在烘烤時(shí)間從0 min到10 min時(shí)，全脫油南瓜籽粕粉的吸油性從1.74 g/g降低至1.62 g/g，而后隨烘烤時(shí)間延長至40 min，吸油性逐漸上升至1.99 g/g，此時(shí)南瓜籽仁漿加水?dāng)嚢璨怀蓤F(tuán)。該趨勢(shì)與不同烘烤時(shí)間下南瓜籽油提取率的變化趨勢(shì)正好相反，因此南瓜籽中非油固體物吸油性的變化可能是引起南瓜籽油提取率變化的原因之一。

按照1.2.1方法，固定烘烤時(shí)間為10 min，考察不同烘烤溫度對(duì)南瓜籽油提取率、全脫油南瓜籽粕粉吸油性和南瓜籽脂肪酶活性的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可見：烘烤溫度為110℃時(shí)，南瓜籽油提取率最高，為94.19%，與未烘烤的南瓜籽油提取率(90.54%)相比有顯著差異(p<0.05)；隨著烘烤溫度的進(jìn)一步升高，南瓜籽油提取率顯著下降；在烘烤溫度為140℃時(shí)，出現(xiàn)經(jīng)加水?dāng)嚢枘瞎献阎杏团c非油固體物不分離、非油固體物完全不成團(tuán)的現(xiàn)象，南瓜籽油提取率大幅度降低。

由圖2還可看出，南瓜籽的脂肪酶活性隨烘烤溫度的升高呈明顯下降趨勢(shì)，經(jīng)80℃烘烤處理，南瓜籽脂肪酶活性為7.50 mg/g，與未經(jīng)烘烤的南瓜籽脂肪酶活性(13.27 mg/g)相比有顯著差異(p<0.05)，在烘烤溫度為100℃時(shí)，南瓜籽脂肪酶活性為0.72 mg/g，而后隨烘烤溫度的進(jìn)一步升高，南瓜籽脂肪酶活性呈平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，經(jīng)分析無顯著差異(p>0.05)。

由圖2還可見，全脫油南瓜籽粕粉的吸油性隨烘烤溫度的升高先降低后快速升高，在烘烤溫度從室溫(20℃)上升到110℃時(shí)，全脫油南瓜籽粕粉的吸油性從1.76 g/g降低至1.61 g/g，而后隨烘烤溫度上升至140℃時(shí)，吸油性逐漸上升至2.0 g/g，此時(shí)南瓜籽仁漿加水?dāng)嚢璨怀蓤F(tuán)。該趨勢(shì)與不同烘烤溫度下南瓜籽油提取率的變化趨勢(shì)正好相反，由此可見，南瓜籽中非油固體物吸油性的變化是導(dǎo)致南瓜籽油提取率變化的原因之一。

2.1.2 微波處理的影響

按照1.2.1方法，固定微波功率為480 W，考察不同微波時(shí)間對(duì)南瓜籽油提取率、全脫油南瓜籽粕粉吸油性和南瓜籽脂肪酶活性的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可見：微波時(shí)間由0 s延長至60 s時(shí)，南瓜籽油提取率逐漸增加，在微波處理60 s時(shí)，南瓜籽油提取率達(dá)最高，為95.44%，與未經(jīng)微波處理的南瓜籽油提取率(89.19%)相比有差異顯著(p<0.05)；進(jìn)一步延長微波時(shí)間至70 s時(shí)，南瓜籽油提取率急劇降低至52.70%，且在微波時(shí)間70 s時(shí)出現(xiàn)經(jīng)加水?dāng)嚢枘瞎献阎杏团c非油固體物之間不分離、非油固體物完全不成團(tuán)的現(xiàn)象，導(dǎo)致南瓜籽油提取率大幅降低。

由圖3還可看出，南瓜籽的脂肪酶活性隨微波時(shí)間的延長呈明顯下降趨勢(shì)，微波時(shí)間20 s時(shí)，南瓜籽脂肪酶活性為9.64 mg/g，與未經(jīng)微波處理的南瓜籽脂肪酶活性(13.16 mg/g)相比有顯著差異(p<0.05)，在南瓜籽油提取率最高時(shí)的微波時(shí)間(60 s)時(shí)，南瓜籽脂肪酶活性為0.52 mg/g，之后隨微波時(shí)間的延長，南瓜籽脂肪酶活性呈平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，所提取的南瓜籽油的酸值亦無顯著差異(p>0.05)。

由圖3還可以看出：全脫油南瓜籽粕粉的吸油性隨微波時(shí)間的延長先降低后迅速升高，該趨勢(shì)與不同微波時(shí)間下南瓜籽油提取率的變化趨勢(shì)正好相反；在微波處理時(shí)間從0 s延長到60 s時(shí)，全脫油南瓜籽粕粉的吸油性從1.74 g/g降低至1.56 g/g，而后隨微波時(shí)間延長至70 s，吸油性迅速上升至2.04 g/g。說明南瓜籽中非油固體物吸油性的變化是導(dǎo)致油提取率變化的原因之一。

按照1.2.1方法，固定微波時(shí)間為60 s，考察不同微波功率對(duì)南瓜籽油提取率、全脫油南瓜籽粕粉吸油性和南瓜籽脂肪酶活性的影響，結(jié)果見圖4。

由圖4可以看出，在微波功率為480 W時(shí)，南瓜籽油提取率最高，為95.51%。南瓜籽脂肪酶活性隨微波功率的增加呈明顯下降趨勢(shì)，經(jīng)80 W微波處理的南瓜籽脂肪酶活性為9.84 mg/g，與未經(jīng)處理的南瓜籽脂肪酶活性(12.96 mg/g)相比有顯著差異(p<0.05)，在微波功率為400 W時(shí)，南瓜籽脂肪酶活性為0.53 mg/g，之后隨微波功率的增加，南瓜籽脂肪酶活性呈平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，經(jīng)分析無顯著差異(p>0.05)。全脫油南瓜籽粕粉的吸油性隨微波功率的增加先逐漸降低后迅速升高，該趨勢(shì)與不同微波功率下南瓜籽油提取率的變化趨勢(shì)相反，顯然南瓜籽中非油固體物吸油性的變化是導(dǎo)致南瓜籽油提取率變化的原因之一。

2.1.3 微波與烤箱烘烤處理效率的比較

根據(jù)2.1.1和2.1.2的研究，確定烤箱烘烤滅酶處理的最佳條件為烘烤溫度110℃、烘烤時(shí)間10 min，微波滅酶處理的最佳條件為微波功率480 W、微波時(shí)間60 s，分別在最佳條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到南瓜籽油的提取率分別為94.13%(烤箱烘烤處理)和95.51%(微波處理)，經(jīng)分析二者的南瓜籽油提取率具有顯著差異(p<0.05)。另外，微波處理所需時(shí)間僅為烤箱烘烤處理的1/10，而且在實(shí)驗(yàn)室條件下，處理1 kg南瓜籽仁時(shí)，微波處理耗電量(0.008 kW·h，計(jì)算得出)僅為烤箱烘烤處理耗電量(0.13 kW·h，由精密微型電度表測(cè)出)的6.15%。在中試或大規(guī)模生產(chǎn)條件下的比較，有待于進(jìn)一步試驗(yàn)。

2.2 微波與烤箱烘烤處理對(duì)南瓜籽油質(zhì)量的影響

2.2.1 烤箱烘烤處理對(duì)酸值的影響

按照1.2.1方法，分別考察不同烘烤時(shí)間(固定烤箱溫度為110℃)和烘烤溫度(固定烘烤時(shí)間為10 min)對(duì)南瓜籽油酸值的影響，結(jié)果見圖5。

由圖5可見，南瓜籽油的酸值隨烘烤時(shí)間延長的變化趨勢(shì)與南瓜籽脂肪酶活性的變化趨勢(shì)(圖1)是一致的，經(jīng)1 min烘烤處理的南瓜籽油酸值(KOH)為1.24 mg/g，與未經(jīng)烘烤的南瓜籽油酸值(KOH)(1.60 mg/g)相比有顯著差異(p<0.05)。南瓜籽油酸值(KOH)在烘烤時(shí)間10 min時(shí)為0.28 mg/g，之后隨烘烤時(shí)間延長呈平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，經(jīng)分析無顯著差異(p>0.05)。

由圖5還可見：南瓜籽油的酸值隨烘烤溫度的升高而下降，其變化趨勢(shì)與南瓜籽脂肪酶活性的變化趨勢(shì)(圖2)一致，經(jīng)80℃烘烤處理的南瓜籽油酸值(KOH)為0.90 mg/g，與未經(jīng)烘烤的南瓜籽油酸值(KOH)(1.63 mg/g)相比有顯著差異(p<0.05)；南瓜籽油的酸值(KOH)在烘烤溫度100℃時(shí)為0.32 mg/g，之后隨烘烤溫度的升高輕微下降后呈平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，經(jīng)分析無顯著差異(p>0.05)。

2.2.2 微波處理對(duì)酸值的影響

按照1.2.1方法，考察不同微波時(shí)間(固定微波功率480 W)和微波功率(固定微波時(shí)間60 s)對(duì)南瓜籽油酸值的影響，結(jié)果見圖6。

由圖6可見，南瓜籽油酸值隨微波時(shí)間延長的變化趨勢(shì)與南瓜籽脂肪酶活性的變化趨勢(shì)(圖3)一致。經(jīng)20 s微波處理的南瓜籽油酸值(KOH)為1.28 mg/g，與未經(jīng)微波處理的南瓜籽油酸值(KOH)(1.56 mg/g)相比有顯著差異(p<0.05)。南瓜籽油的酸值(KOH)在微波時(shí)間60 s時(shí)為0.28 mg/g，之后隨微波時(shí)間的延長呈平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，經(jīng)分析無顯著差異(p>0.05)。

由圖6還可見，南瓜籽油的酸值隨微波功率的增加呈明顯下降趨勢(shì)，與南瓜籽脂肪酶活性的變化趨勢(shì)(圖4)一致。經(jīng)80 W微波處理的南瓜籽油酸值(KOH)為0.83 mg/g，與未經(jīng)微波處理的南瓜籽油的酸值(KOH)(1.64 mg/g)相比有顯著差異(p<0.05)；南瓜籽油酸值在微波功率400 W時(shí)為0.28 mg/g，之后隨微波功率增加呈平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，經(jīng)分析無顯著差異(p>0.05)。

2.2.3 微波與烤箱烘烤處理對(duì)南瓜籽油理化指標(biāo)的影響

對(duì)最佳微波處理?xiàng)l件下和烤箱烘烤處理?xiàng)l件下所得南瓜籽油的理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表1所示。

表1 不同處理方式所得南瓜籽油的理化指標(biāo)

由表1可見，微波處理所得南瓜籽油的過氧化值、總酚含量、黃酮含量、DPPH自由基清除率皆優(yōu)于未處理和經(jīng)烤箱烘烤處理所得的南瓜籽油，而在氣味及滋味、透明度上三者并無明顯差異，烤箱烘烤處理與微波處理所得南瓜籽油的酸值一致，烤箱烘烤處理與微波處理所得南瓜籽油的理化指標(biāo)皆優(yōu)于未處理的南瓜籽油。

2.3 微波與烤箱烘烤處理對(duì)脫脂粕蛋白質(zhì)溶解度的影響

對(duì)最佳微波處理?xiàng)l件下和烤箱烘烤處理?xiàng)l件下所得脫脂粕的蛋白質(zhì)溶解度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，未處理時(shí)所得脫脂粕的蛋白質(zhì)溶解度為80%，經(jīng)烤箱烘烤處理所得脫脂粕的蛋白質(zhì)溶解度下降了20%，而經(jīng)微波處理所得脫脂粕的蛋白質(zhì)溶解度只下降了10%。這可能與微波時(shí)間短、微波功率小有關(guān)。從獲得較高蛋白質(zhì)溶解度的脫脂粕考慮，微波處理優(yōu)于烤箱烘烤處理。

3 結(jié) 論

采用新水劑法提取南瓜籽油時(shí)，與烤箱烘烤滅酶處理方式相比，微波滅酶處理方式下南瓜籽油的提取率略優(yōu)，耗時(shí)僅為烤箱烘烤處理的10%，耗電量僅為烤箱烘烤處理的6.15%，所得南瓜籽油的理化指標(biāo)稍優(yōu)，脫脂粕的蛋白質(zhì)溶解度更好。這說明在采用新水劑法提取南瓜籽油時(shí)，采用微波處理滅酶優(yōu)于烤箱烘烤處理。另外，除了脫脂粕蛋白質(zhì)溶解度外，就其他指標(biāo)而言，微波處理與烤箱烘烤處理均優(yōu)于未處理。