水酶法提取籽瓜种子油脂工艺的优化

罗述博 张 超 赵晓燕 马 越 赵丽芹 李 武

(内蒙古农业大学食品科学与工程学院1，呼和浩特 010018)

(北京市农林科学院蔬菜研究中心2，北京 100097)

籽瓜又名打瓜，属西瓜属普通西瓜种的栽培变种，主要分布于甘肃、内蒙古和新疆等地。栽培这种瓜主要是为收籽瓜种子［1］。籽瓜种子含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素B、维生素D等营养物质，单不饱和脂肪酸很高，适合高血压和心脑血管疾病人食用。特别含有植物固醇这类物质，可以降低血液里低密度胆固醇含量。在医药上，黑瓜子有降压、缓解急性膀胱炎等作用，常吃能延年益寿［2－3］。

水酶法提取油脂在国内外已有相关报道。水酶法提油与压榨法、浸出法等传统工艺相比具有诸多优点:酶解条件温和、温度低、以水为提取溶剂，因而油质量好、色泽浅、易于精炼，蛋白质变性程度小，有利于综合利用油料中的油脂和蛋白质，能耗低，所得毛油及饼粕质量都有所提高［4］。生产过程中相对能耗低，废水的BOD和COD值大为下降，污染少。目前工业生产中，只有橄榄油的提取采用此方法。此前未见采用水酶法对籽瓜种子油脂提取的相关研究，因此，本试验利用水酶法提取籽瓜种子油脂，通过响应面优化其最佳工艺条件，为生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

籽瓜种子:民籽1号，甘肃省民勤县金谷源农业科技有限公司;中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、复合蛋白酶、纤维素酶上海江莱生物科技有限公司;果胶酶:诺维信公司。

1.2 仪器与设备

1030Analyzer定氮仪 HT1043脂肪快速提取器:瑞士Tetator公司;RT5加热磁力搅拌器:德国IKA公司;DHG－9240A电热恒温鼓风干燥箱:北京市雅士林试验设备有限公司;AL204电子天平、FE20实验室pH计:瑞士METTLER TOLEDO公司;FW100型万能粉碎机:天津泰斯特仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

其中:籽瓜种子去壳后，利用万能粉碎机破碎15 s;按照一定料液比加入水，用1 mol/L NaOH和1 mol/L的盐酸调节pH;300 r/min搅拌酶解一定时间，样品加热到100℃灭酶5 min;8 000 r/min离心分离20 min，保留残渣，舍弃游离油、乳化层和水解液，将残渣Ⅰ用2倍的蒸馏水洗涤，8 000 r/min离心分离5 min，弃去上层液体，收集残渣Ⅱ;将残渣80℃隔夜烘干，测定油脂含量。

1.3.2 水酶法提取单因素试验

酶解时间对出油效率的影响:酶解时间分别为1、2、3、4、5 h，加酶量3%，酶解温度 45 ℃，酶解时间3 h。

加酶量对出油效率的影响:加酶量分别为1%、2%、3%、4%和5%(酶与底物质量比)，温度45℃，酶解时间3 h，料液比1∶6。

酶解温度对出油效率的影响:酶解温度分别设定在40、45、50、55、60 ℃，加酶量 3%，酶解温度 45℃，酶解时间3 h。

料液比对出油效率的影响:料液比分别为1∶4、1∶5、1∶6、1∶7 和1∶8，加酶量 3%，温度 45 ℃，酶解时间为3 h。

1.3.3 响应面优化试验工艺条件

选取酶浓度、酶解温度、酶解时间和料液比为自变量，出油效率为响应值设计试验(表1)。

表1 籽瓜种子油脂提取响应面试验设计

1.3.4 检测方法

含水量:参照 GB/T 5009.3—2003;灰分:参照GB/T 5009.4—2003;脂肪含量:参照 GB/T 5009.6—2003。

1.4 出油效率计算［5］

式中:A为原料籽瓜种子质量/g;B为原料籽瓜种子含油率/%;C为酶解烘干后残渣质量/g;D为酶解烘干后残渣含油率/%。

2 结果与分析

2.1 籽瓜种子主要成分

籽瓜种子(民籽1号)的主要成分见表2。

表2 籽瓜种子的主要成分/%

2.2 酶种类的选择

不同酶提取效果存在很大差异(图1)，碱性蛋白酶提取效果最好，为73.5%，其次是复合蛋白酶，木瓜蛋白酶和中性蛋白酶比前两者低。碱性蛋白酶的高提取率一方面可能是由于其性质更容易与籽瓜种子蛋白发生相互作用，另一方面碱性蛋白酶的最适提取条件是在碱性环境下进行的，高pH能增大蛋白的水解度，更有利于油脂的释放［6］。纤维素酶和果胶酶的提取效果相较蛋白酶有很大差距。这与籽瓜种子本身的成分含量有关，其主要组成成分为油脂和蛋白质，油脂大部分以脂多糖和脂蛋白的形式存在，蛋白酶的作用更有利于油脂从其中释放［7］。

图1 酶种类对籽瓜种子出油效率的影响

2.3 水酶法提取籽瓜种子油单因素试验结果

2.3.1 加酶量对出油效率的影响

由图2可知，随着加酶量上升，出油效率也随着提高，当达到3%时出油效率稳定。酶含量的增加，提高了对整个体系中蛋白质溶解效果，更好释放其中的油脂［8］。但进一步增加酶用量，出油效率不会继续上升，底物与酶的作用接近饱和。考虑到加工成本等因素，选择3%为最适宜的加酶量。

图2 加酶量对籽瓜种子出油效率的影响

2.3.2 酶解温度对出油效率的影响

图3中显示随着温度上升，提取率呈上升趋势，当达到45℃之后，出油效率缓慢下降。这可能是因为酶对底物作用都是在适宜条件下其体现最快的反应速率，45℃应该是所使用酶的最适反应温度，同时过高的温度能够导致酶失去活性，降低反应速率［9］。

图3 酶解温度对籽瓜种子出油效率的影响

2.3.3 酶解时间对出油效率的影响

图4显示随着酶解时间延长，出油效率上升，4 h后出现轻微下降。虽然时间延长有利用油脂的提取，但是随着反应的进行，底物减少，反应速度逐渐趋缓，出油效率不再上升［10］，同时时间过长会是油脂中的不饱和脂肪酸发生氧化，降低油脂品质［11］，因此，选取4 h较为合适。

图4 酶解时间对籽瓜种子出油效率的影响

2.3.4 料液比对出油效率的影响

图5显示随着料液比增加，底物浓度上升，并呈现先上升后下降的趋势，在料液比为1∶6的情况下，出油效率达到最大值。料液比过小，体系流动性差，不利于酶对底物的作用;料液比过大，整个体系中的酶浓度下降，同时底物与酶相互碰撞作用的机会减少，降低反应速度［12］。因此1∶6为最适的料液比。

图5 料液比对籽瓜种子出油效率的影响

2.4 响应面分析方案与结果

在单因素试验基础上，进行响应面分析试验，结果见表3。建立油脂提取率与加酶量、酶解温度、酶解时间和料液比4因子的数学二次多项回归方程:

表3 籽瓜种子出油效率响应面分析方案及结果

表4显示模型极显著(P＜0.000 1)，因变量与所考察自变量之间的线性关系显著(R2=0.945 2)，模型调整确定系数RAdj2=0.890 5，说明该模型能解释89.05%响应值变化，拟合程度高，失拟项不显著(P ＞0.05)，能很好的对响应值进行预测［13］。一次项X1、X3及二次项 X22、X42表现为极显著，说明他们对响应值的影响极大，且所考察因素对响应值影响不是单一线性关系［14－15］。影响因素主次顺序为:加酶量＞时间＞温度＞料液比。

表4 回归模型系数及显著性检验结果

图6显示不同因素交互作用对提取率的影响，其中等高线的形状可反映出交互效应的强弱［16－17］。在试验范围内寻找出油效率最高点，得到加酶量2.96%，酶解温度44.4 ℃，酶解时间 2.86 h，料液比1∶5.74 时，油脂最高出油效率为 76.5%。

图6 响应曲面立体图

2.5 验证试验

在最佳工艺条件下进行3组平行试验，所得出油效率平均值为76.3%，与回归方程中最大出油效率76.5%的相对偏差为1.2%，说明该模型能够较好地预测实际油脂提取情况。

3 结论

研究显示碱性蛋白酶可以最有效的提高籽瓜种子的出油效率，响应面分析结果显示影响出油效率大小的因素依次为加酶量＞酶解时间＞酶解温度＞料液比，其最佳提取条件为加酶量2.96%，酶解温度44.4 ℃，酶解时间 2.86 h，料液比 1∶5.74，出油效率为 76.3%。

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