水酶法提取玉米胚芽油工藝優(yōu)化

趙 瑋，王大為*，李 倩

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118)

水酶法提取玉米胚芽油工藝優(yōu)化

趙 瑋，王大為*，李 倩

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118)

采用水酶法提取玉米胚芽油并對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，確定水酶法提取的最佳工藝條件：液料比5:1(mL/g)、復(fù)合酶用量2.5%、酶解時(shí)間7h、pH6.0，復(fù)合酶種類(lèi)為纖維素酶和α-淀粉酶，添加質(zhì)量比為4:3。在此條件下，玉米胚芽油提取率為89%。氣相色譜對(duì)玉米胚芽油進(jìn)行分析結(jié)果表明：油酸、亞油酸含量分別為43.46%及40.22%。

玉米胚芽；水酶法；玉米胚芽油；氣相色譜

玉米胚芽油主要取自胚芽，含量一般占到玉米質(zhì)量3%～4%，胚質(zhì)量35%～40%。玉米胚芽油不飽和脂肪酸含量達(dá)90%以上，其中含油酸40%左右、亞油酸50%左右[1]。玉米胚芽油含有豐富的維生素，其中VE含量居植物油首位，同時(shí)還含有賴(lài)氨酸、磷脂、蛋白、氨基酸等多種成分，能增強(qiáng)肌肉和心血管機(jī)能，具有降低膽固醇、軟化血管、降低血壓、防止動(dòng)脈硬化等功效，是營(yíng)養(yǎng)豐富、具有功能性的優(yōu)質(zhì)植物油[1]。我國(guó)是玉米生產(chǎn)大國(guó)，產(chǎn)量居世界前列。近幾年來(lái)，隨著玉米產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，玉米胚芽油的產(chǎn)量顯著提高，約占植物油總產(chǎn)量的5%～8%[2]。

目前，玉米胚芽油的提取方法主要為壓榨法和浸出法。壓榨法又分為濕磨法和半濕法，是通過(guò)機(jī)械壓力把油從油料中擠壓出來(lái)，是制油廠普遍采用的方法。壓榨前，玉米原料需要經(jīng)過(guò)篩選、軋坯、蒸烘等工藝過(guò)程進(jìn)行預(yù)處理，壓榨后存在油脂脫膠、脫酸、脫色、脫臭等步驟。此法缺點(diǎn)為工藝流程長(zhǎng)，易破壞油脂天然成分，使出油率受影響[3]。浸出法分為直接浸出法和預(yù)榨浸出法。浸出法出油率高，現(xiàn)階段浸出法選用的溶劑主要是烴類(lèi)化合物，以己烷為主，這類(lèi)溶劑易燃易爆，且對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)具有強(qiáng)烈的刺激作用。浸出法的毛油出油率高，另外胚粕變性嚴(yán)重，生物利用率低，易造成資源浪費(fèi)[4]。水酶法是一種新型的提油方法，油料經(jīng)粉碎后，加入酶液，在酶作用下，細(xì)胞壁、包裹油脂的木質(zhì)素、纖維素等發(fā)生降解，從而分離出油脂。該法條件溫和，工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需脫膠、脫臭等工藝處理，具有得油率高、油品好，不破壞蛋白質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)[5]。但酶制劑價(jià)格偏高，使此法成本增加，是亟待解決的問(wèn)題。

本研究以玉米胚芽為原料，采用水酶法提取玉米胚芽油。參考國(guó)內(nèi)外研究者水酶法提油工藝，在酶制劑和工藝方面加以改進(jìn)，采用復(fù)合酶制劑及二次離心法，提油率顯著提高[5]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米胚芽 長(zhǎng)春大成集團(tuán)；纖維素酶(≥15U/mg)、α-淀粉酶、酸性蛋白酶 中國(guó)惠世生化試劑有限公司；檸檬酸、檸檬酸鉀、石油醚、蒸餾水等均為分析純；正庚烷為色譜純化學(xué)試劑；油酸(C18:1)標(biāo)準(zhǔn)品、亞油酸標(biāo)準(zhǔn)品(C18:2) 美國(guó)Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

KCW-A實(shí)驗(yàn)室超微粉碎機(jī) 北京鯤捷玉誠(chéng)機(jī)械設(shè)備有限公司；TG328A型電子天平 上海分析儀器廠；JB/T5520-91型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；夾層蒸氣鍋 鄭州玉祥機(jī)械制品有限公司；SHAB水浴恒溫震蕩器 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；GC-1024型氣相色譜儀 日本島津制造所。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 結(jié)果計(jì)算

樣品含油量采用索氏抽提法，按GB 50096—85《植物油中脂肪測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法》規(guī)定進(jìn)行。

1.3.3 單因素條件對(duì)提油率的影響

利用單因素試驗(yàn)分別考察酶的種類(lèi)、酶解時(shí)間、酶解溫度、pH值、液料比、酶用量6因素對(duì)玉米胚芽油提取率的影響。

1.3.4 正交試驗(yàn)確定最優(yōu)工藝條件

表1 L9(34)正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.3.5 玉米胚芽油理化特性測(cè)定

玉米油相對(duì)密度測(cè)定參照GB/T 5526—85《植物油脂檢驗(yàn)：比重測(cè)定法》、折光率測(cè)定參照GB/T5527—85《植物油脂檢驗(yàn)：折光指數(shù)測(cè)定法》、碘值測(cè)定參照GB/T 5532—85《植物油脂檢驗(yàn)碘價(jià)測(cè)定》、皂化值測(cè)定參照GB/T 5534—1995《動(dòng)植物油脂皂化值的測(cè)定》、過(guò)氧化值測(cè)定參照GB/T 5538—1995《油脂過(guò)氧化值測(cè)定》、酸值測(cè)定參照GB/T 5530—85《植物油脂檢驗(yàn) 酸價(jià)測(cè)定法》、不皂化物含量測(cè)定參照GB/T 5535.1—2008《動(dòng)植物油脂不皂化物測(cè)定》等國(guó)標(biāo)規(guī)定方法進(jìn)行操作[6-7]。

1.3.6 氣相色譜法測(cè)定玉米胚芽油

按文獻(xiàn)[8]方法用氣相色譜對(duì)玉米胚芽油進(jìn)行分析和測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 酶的種類(lèi)對(duì)提油率的影響

按1.3.1節(jié)工藝條件，當(dāng)酶添加量占玉米胚芽樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、酶解時(shí)間6h。將纖維素酶、α-淀粉酶、中性蛋白酶及3種酶的復(fù)合酶(復(fù)合質(zhì)量比為1:1)加入反應(yīng)物中酶解，比較提油率，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 酶種類(lèi)對(duì)提油率的影響Fig.1 Effect of enzyme type on the extraction rate of corn germ oil

由圖1可知，復(fù)合酶所得提油率高于單一酶。纖維素酶和α-淀粉酶組成的復(fù)合酶所得提油率最高，纖維素酶單獨(dú)使用提油率其次，而單用酸性蛋白酶進(jìn)行酶解，提取率較低。分析原因，可能因?yàn)橛头种饕嬖谟诩?xì)胞質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，只有擺脫細(xì)胞壁和質(zhì)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的束縛，油分才能被充分釋放，相應(yīng)會(huì)得到較高提油率。細(xì)胞壁的主要組成成份為纖維素和半纖維素及果膠，纖維素酶的使用能起到分解細(xì)胞壁，為油分的析出打開(kāi)通道的作用，即使纖維素酶單獨(dú)使用，也能取得很好效果。玉米胚芽中淀粉含量很高，原料進(jìn)行熱處理時(shí)，淀粉熟化，黏度增加；α-淀粉酶能分解淀粉，使油分的析出變得容易，使提油率升高[9]。理論上復(fù)合酶的效果要優(yōu)于單一酶，本研究選定以纖維素酶和α-淀粉酶的復(fù)合酶作為酶制劑。

2.1.2 復(fù)合酶混合比例的確定

圖2 纖維素酶和α-淀粉酶添加量對(duì)提油率的影響Fig.2 Effect of cellulase and amylase addition amount on extraction rate of corn germ oil

圖3 纖維素酶和α-淀粉酶復(fù)合比例對(duì)提油率的影響Fig.3 Effect of cellulase-amylase ratio on extraction rate of corn germ oil

由圖2可知，纖維素酶的添加量對(duì)提油率影響較大，要得到較高提油率，纖維素酶的用量不能低于基本添加量即質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%。α-淀粉酶添加量對(duì)提油率影響不大。當(dāng)復(fù)合酶添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%時(shí)，改變酶的復(fù)合比例，所得結(jié)果如圖3。最后確定纖維素酶和α-淀粉酶的質(zhì)量比為4:3。

2.1.3 酶用量對(duì)提油率的影響

圖4 酶用量對(duì)提油率的影響Fig.4 Effect of enzyme addition amount on extraction rate of corn germ oil

由圖4可見(jiàn)，提油率隨著酶用量增加而升高。說(shuō)明酶用量越高，植物細(xì)胞被破壁的程度越徹底，越利于將細(xì)胞內(nèi)的有效成分游離出來(lái)。但當(dāng)酶用量達(dá)到一定值后，由于底物濃度不變，繼續(xù)提高酶用量對(duì)油的提取率影響不大[10]。當(dāng)酶用量大于2.5%，提油率不再增加，因此選定酶用量應(yīng)為2.5%左右。

2.1.4 酶解液pH值對(duì)提油率的影響

圖5 pH值對(duì)提油率的影響Fig.5 Effect o pH on extraction rate of corn germ oil

由圖5可知，酶解液pH值為弱酸性時(shí)，可取得較高提油率。由于玉米胚芽蛋白溶于微堿性溶液中，形成乳化液，當(dāng)酶解液pH值大于7.0后，體系乳化程度增加，不利于油分的提取，故提油率下降[11]。選定pH5.0左右為最優(yōu)酶解pH值。

2.1.5 酶解時(shí)間對(duì)提油率的影響

圖6 酶解時(shí)間對(duì)提油率的影響Fig.6 Effect of enzymatic hydrolysis time on extraction rate of corn germ oil

由圖6可知，在酶解時(shí)間不斷延長(zhǎng)的條件下，游離油得率不斷提高。所以延長(zhǎng)酶解時(shí)間對(duì)提高游離油的得率是很有效的。隨著酶解時(shí)間的增加，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)逐步被打破，酶的作用越來(lái)越完全，因此油的釋放也就相應(yīng)增多。但酶解時(shí)間不是越長(zhǎng)越好，酶解到一定時(shí)間，由于底物減少，油的釋放不會(huì)進(jìn)一步增加，且酶解時(shí)間太長(zhǎng)，油的品質(zhì)也會(huì)有所下降。故酶解時(shí)間以6h左右為宜。

2.1.6 液料比對(duì)提油率的影響

由圖7可知，當(dāng)液料比小于5:1(mL/g)時(shí)，提油率隨料液比的增大而增加。液料比大于5:1(mL/g)，提油率逐漸下降。因?yàn)檫m當(dāng)?shù)牧弦罕瓤商岣哂头值娜艹雎?，液料比過(guò)小，玉米胚芽漿料黏度較大，體系流動(dòng)性較差，不利于酶的作用；液料比過(guò)大，底物濃度較低，影響了酶反應(yīng)的速度，也會(huì)影響提油率；故液料比在5:1(mL/g)左右為宜[12]。

圖7 液料比對(duì)提油率的影響Fig.7 Effect of material-liquid ratio on extraction rate of corn germ oil

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表2 水酶法提取玉米胚芽油正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Design and results of orthogonal experiments

由正交試驗(yàn)結(jié)果可知，各工藝條件對(duì)玉米胚芽油提油率的影響程度強(qiáng)弱順序?yàn)镃＞B＞D＞A，即最優(yōu)工藝組合為A2B2C3D3。而9組試驗(yàn)中，5號(hào)試驗(yàn)提油率最高，即A2B2C3D1。進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果按A2B2C3D3工藝所得提油率為89%，因此選定A2B2C3D3為最優(yōu)工藝條件。

2.3 玉米胚芽油理化特性

表3 玉米胚芽油的理化常數(shù)Table 3 Physico-chemical properties of corn germ oil

由表3可知，本方法所得玉米胚芽油各項(xiàng)理化常數(shù)均符合要求，油品質(zhì)較好[13]。

2.4 氣相色譜結(jié)果分析

由表4所示結(jié)果可知，利用水酶法所提取玉米胚芽油中飽和脂肪酸主要是棕櫚酸，含量占10.0%以上。不飽和脂肪酸的含量在83%以上，主要為油酸和亞油酸，要高于一般植物油中不飽和脂肪酸的含量[14]。由此可得，水酶法提取玉米胚芽油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，含多種對(duì)人體有宜的脂肪酸，有些脂肪酸如棕櫚酸是人體自身無(wú)法合成的；所提胚芽油中脂肪酸含量高，油品好，適于進(jìn)一步研究、具有良好的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景[15]。

圖8 最佳工藝條件提取玉米胚芽油譜圖Fig.8 GC chromatogram of corn germ oil extracted at the optimal processing conditions

表4 玉米胚芽油脂肪酸組成Table 4 Contents of fatty acids in corn germ oil

3 結(jié) 論

水酶法提取玉米胚芽油最優(yōu)工藝條件：液料比5:1(mL/g)、復(fù)合酶用量2.5%、酶解時(shí)間7h、pH6.0，其中復(fù)合酶種類(lèi)為纖維素酶和α-淀粉酶，混合比例為4:3。在此工藝條件下，玉米胚芽油提取率為89%。所得玉米胚芽油中脂肪酸含量最高為油酸、亞油酸和棕櫚酸。

[1] 黃炳權(quán), 張秀玲. 玉米半濕法提胚及制取玉米油工藝技術(shù)[J]. 糧食與食品工業(yè), 2004, 11(3): 15-18.

[2] 陳政. 不同玉米胚芽油生產(chǎn)工藝的探討[J]. 西部糧油科技, 2000, 25(3): 24-25.

[3] 王素敏, 張培, 張婕, 等. 玉米胚芽油提取方法及特性研究進(jìn)展[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2007, 22(2/3): 68-69.

[4] 王大為, 黃寶璽, 劉婷婷. 超臨界CO2萃取在玉米亞油酸提取中應(yīng)用的研究[J]. 食品科學(xué), 2007, 28(7): 219-222.

[5] 魏義勇, 李珺. 水酶法提取濕磨法玉米胚芽油的研究[J]. 中國(guó)油脂,2005, 30(8): 17-19.

[6] 李桂華. 糧油油脂分析與檢測(cè)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006.

[7] 盧艷杰, 油脂檢測(cè)技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004: 219-223.

[8] 李珺, 魏義勇. 水酶法提取玉米胚芽油的優(yōu)化工藝研究[J]. 中國(guó)油脂, 2005, 30(7): 61-63.

[9] KARLOVIC D J, BOCEVSKA M. Corn germ extraction by a new enzymatic process[J]. Acta Aliment, 1994, 23(4): 389-402.

[10] BOCEVSKA M, KARLOVIC D J, TURKULOV J. Quality of corn geam oil obstained by aqueous enzymatic extraction[J]. J Am Oil Chem Soc, 1993, 70: 1273-1277.

[11] 王麗新, 高云, 高偉桂, 等. 黑甜玉米油脂肪酸的氣相色譜分析[J].食品科學(xué), 2007, 28(1): 237-238.

[12] 回瑞華, 侯冬巖, 李學(xué)成, 等. 玉米油的制備及脂肪酸的分析[J]. 食品科學(xué), 2006, 27(11): 418-420.

[13] 李丹華, 朱圣陶. 氣相色譜法測(cè)定常見(jiàn)植物油中脂肪酸[J]. 糧食與油脂, 2006(8): 46-48.

[14] 王素梅, 王璋. 水酶法提油工藝對(duì)玉米胚芽油質(zhì)量的影響[J]. 中國(guó)油脂, 2003, 28(4): 18-20.

[15] 巫淼鑫, 鄔國(guó)英, 韓瑛, 等. 6種食用植物油及其生物柴油中脂肪酸成分的比較研究[J]. 中國(guó)油脂, 2003, 28(12): 65-66.

Optimal Extraction Processing of Corn Germ Oil through Water-Enzymolysis Method

ZHAO Wei，WANG Da-wei*，LI Qian
(College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

Water-enzymolysis method was used to extract corn germ oil. The optimal extraction processing parameters were explored by single-factor and orthogonal experiments to be material-liquid ratio of 1:5 (g/mL), compound enzyme addition amount of 2.5%, enzymatic hydrolysis time of 7 h and hydrolysis pH of 6.0. The compound enzyme was composed of cellulase and α-amylase with a mass ratio of 4:3. Under the optimal extraction processing conditions, the extraction rate of corn germ oil was up to 89%. Gas chromatography analysis indicated that the contents of oleic acid and linoleic acid in corn germ oil were 43.46% and 40.22%, respectively.

corn germ oil；water-enzymolysis；corn germ oil；gas chromatography

TS210.7

A

1002-6630(2010)24-0206-04

2010-09-02

國(guó)家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(2008GB2B100066)

趙瑋(1977—)，女，講師，碩士，研究方向?yàn)榧Z油化工產(chǎn)品研究與開(kāi)發(fā)。E-mail：zw_0029@sina.com

王大為(1960—)，男，教授，博士，研究方向?yàn)榧Z食、油脂與植物蛋白工程。E-mail：xcpyfzx@163.com