復合植物水解酶提取花生油脂體工藝研究

趙自通， 郝莉花， 李宇健， 陳復生

(河南工業大學 糧油食品學院， 河南 鄭州 450001)

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復合植物水解酶提取花生油脂體工藝研究

趙自通， 郝莉花， 李宇健， 陳復生*

(河南工業大學 糧油食品學院， 河南 鄭州 450001)

為了提高花生油脂體的提取率，選用復合植物水解酶輔助提取花生油脂體。通過單因素實驗考察了料液比、酶用量、酶解時間、酶解溫度對復合植物水解酶提取花生油脂體提取率的影響。在單因素實驗的基礎上，采用正交試驗對復合植物水解酶提取花生油脂體的工藝進行優化。實驗結果表明，在所選取的參數范圍內，各因素對花生油脂體提取率的影響由大到小為：料液比、酶解溫度、酶解時間、酶用量。獲得其較佳工藝條件為料液比1∶4 (g/mL)、酶用量1.25%、酶解時間80 min、酶解溫度50 ℃，在該條件下花生油脂體提取率為48.92%。

花生； 油脂體； 復合植物水解酶； 提取率

花生是我國重要的油料資源之一，在世界農業生產和貿易中占有重要地位。研究表明，花生油主要儲存在花生油脂體中[1]。油脂體是植物油料的一個重要亞細胞結構，幾乎所有的油料細胞中都有油脂體[2-3]。由于油脂體特殊的結構和性質，近年來被研究者廣泛關注，關于各類植物油脂體提取、純化和性質的研究成果不斷增加[4-8]，這些研究大多以水劑法獲得油脂體。水劑法技術具有無溶劑污染和相對安全性高的優點，適合于食品工業生產，但該法生產油脂體存在效率較低、得率不高的缺點，有待采取適當的方法對其進行改進。隨著科技的發展，商業酶制劑的成本越來越低，酶制劑在食品工業中的應用也越來越廣泛，利用酶制劑輔助提取油脂體是一種具有較高研究價值的方法[9]。本研究以花生為原料，采用復合植物水解酶ViscozymeL.提取花生油脂體，在單因素實驗的基礎上，通過正交試驗優化提取工藝，以期為拓寬花生的加工利用途徑提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生購于鄭州市農貿市場，去殼后貯存于4 ℃冰箱待用；試劑均為分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；復合植物水解酶ViscozymeL.(包括阿拉伯聚糖酶、纖維素酶、β -葡聚糖酶、半纖維素酶和木聚糖酶的復合酶，酶活5 086 U/mL，最適pH值3.3～3.5，最適溫度40～45 ℃)，諾維信(中國)生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

BSA224S- CW型分析天平，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司； DHG- 9246A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；FM200型均質機，上海弗魯克流體機械制造有限公司；THZ- 82型數顯水浴恒溫振蕩器，金壇華峰儀器有限公司；DZ267- 32C6型離心機，上海安亭科學儀器廠； FW- 100型高速萬能粉碎機，北京市永光明醫療儀器有限公司；Milli- Q型超純水機，美國默克密理博公司； LGJ- 25型冷凍干燥機，北京四環科學儀器有限公司；DZF- 2B型真空干燥箱，北京市永光明醫療儀器有限公司。

1.3 操作方法

將脫紅衣花生用高速萬能粉碎機粉碎，使花生成粉末狀。稱取粉碎花生20 g，按料液比(g/mL)1∶5加去離子水，加入復合植物水解酶，均質。在50 ℃水浴恒溫振蕩器中震蕩2 h，充分酶解。酶解結束后于沸水浴中滅酶5 min，取出后冷卻。將冷卻的樣液轉移至離心管以5 000 r/min離心20 min，將上層乳脂固體(油脂體)取出，真空干燥箱中干燥，將下層沉淀物冷凍干燥24 h，并稱量。按式(1)計算油脂體的提取率。

油脂體提取率=(m1/m)×100%。

(1)

式(1)中，m1為油脂體干質量，g；m為樣品質量，g。

1.4 單因素實驗

1.4.1 料液比對油脂體提取率的影響實驗

選取料液比為1∶2，1∶3，1∶4，1∶5，1∶6的樣品，酶解溫度50 ℃，酶用量0.75%，酶解時間2 h，按照1.3的方法進行水酶法提取花生油脂體實驗。

1.4.2 酶用量對油脂體提取率的影響實驗

選取酶用量為0.75%，1.00%，1.25%，1.50%，1.75%，2.00%的樣品，酶解溫度50 ℃，料液比1∶5，酶解時間2 h, 按照1.3的方進行水酶法提取花生油脂體實驗。

1.4.3 酶解時間對油脂體提取率的影響實驗

選取酶解時間為40，60，80，100，120，140 min，酶解溫度50 ℃，料液比1∶5，酶用量為0.75%，按照1.3的方法進行水酶法提取花生油脂體實驗。

1.4.4 酶解溫度對油脂體提取率的影響實驗

選取酶解溫度為40，45，50，55，60，65 ℃，料液比為1∶5，酶用量為0.75%，酶解時間為2 h，按照1.3的方法進行水酶法提取花生油脂體實驗。

1.5 正交試驗

根據單因素實驗結果，確定正交試驗因素水平表。因素A為料液比(g/mL)，B為酶用量(%)，C為酶解時間(min)，D為酶解溫度(℃)，試驗因素水平如表1。采用SPSS 20.0軟件進行正交試驗設計。以酶解溫度、料液比、酶用量、酶解時間4個因素為自變量，以花生油脂體提取率為因變量，生成L9(34)正交設計表，按照1.3的方法進行水酶法提取花生油脂體實驗，確定優化的提取工藝條件，并進行驗證實驗。

表1 正交試驗因素水平表

2 結果與討論

2.1 單因素實驗結果分析

為了提高復合植物水解酶酶解花生細胞壁制備花生油脂體的效率，對酶解工藝進行單因素實驗分析。按1.3進行酶解反應，分別考察了酶解溫度、料液比、酶用量和酶解時間對花生油脂體提取率的影響，并對實驗結果進行分析。

2.1.1 料液比對油脂體提取率的影響

料液比對油脂體提取率的影響規律如圖1。由圖1可知，在料液比由1∶2增加到1∶4的過程中，油脂體的提取率也隨之增加，且油脂體提取率在1∶4時最高，達到42.16%；在達到最大提取率后，隨著料液比的增加，油脂體提取率呈現出逐漸下降的趨勢。這是因為隨著料液比增加，一定程度上增加了酶制劑和底物的接觸，從而使油脂體提取率升高；但當料液比達到最適條件后，增加料液比反而降低了酶制劑的濃度，不利于油脂體的提取[10]。李倩等[11]在利用酶制劑輔助提取紅花料時也發現當水過量時，酶反應體系中酶濃度和底物濃度低，使酶分子與底物分子碰撞幾率降低，酶的作用效果也因此降低。綜合考慮提取率和實驗操作條件，選取料液比為1∶3～1∶5作為正交試驗的范圍。

圖1 料液比與油脂體提取率的關系Fig.1 Effect of different liquid -solid ratios on peanut oil bodies yield

2.1.2 酶用量對油脂體提取率的影響

酶用量對油脂體提取率的影響規律如圖2。由圖2可知，隨著酶用量的增加，油脂體提取率逐漸增加，并在1.25%時達到最大值(39.22%)；隨著酶用量的繼續升高，油脂體的提取率相對平穩，這是由于隨著復合植物水解酶酶用量的增加，花生細胞壁的破壞程度也相應增加，細胞內的油脂體等物質被充分釋放出來；但酶用量達到一定程度時，油脂體已經基本被釋放出來，并在萃取體系中形成了一種相對平衡的狀態[10-11]。綜合考慮提取率和實驗操作條件，選取酶用量為1.00%～1.50%作為正交試驗范圍。

圖2 酶用量與油脂體提取率的關系Fig.2 Effect of different enzymatic contents on peanut oil bodies yield

2.1.3 酶解時間對油脂體提取率的影響

酶解時間對油脂體提取率的影響規律如圖3。由圖3可知，隨著酶解時間的增加，花生油脂體的提取率整體呈現先上升后下降的趨勢，在酶解時間由40 min增加到80 min的過程中，油脂體得率上升速度較快，并在80 min時達到最大值37.87%。出現這種趨勢的原因可能是在一定的時間范圍內酶制劑與底物充分接觸，反應速率較快，酶解充分，當反應時間增加后，底物濃度降低，反應速率慢。最終隨著酶解時間繼續增加，提取率基本不變，說明底物已經充分降解[12]。綜合考慮提取率和生產經濟成本，選擇60～100 min的時間范圍進行正交試驗。

圖3 酶解時間與油脂體提取率的關系Fig.3 Effect of different enzymatic time on peanut oil bodies yield

2.1.4 酶解溫度對油脂體提取率的影響

酶解溫度對油脂體提取率的影響規律如圖4。由圖4可知，花生油脂體的提取率在40～50 ℃時一直上升，在50 ℃時達到最大值，此時油脂體提取率為38.28%；從50～65 ℃油脂體提取率呈現出線性下降的趨勢，這與阮瑜琳等[13]的研究結果相似。這是因為隨著溫度的升高，酶解溫度達到了最適溫度，酶解效果達到最好，溫度繼續升高會抑制酶的活性，使油脂體的提取率下降[14]。這與酶自身的性質有關，即酶在一定的溫度范圍內會表現出最大活力，而偏離最適溫度時會改變整個酶分子的結構，從而使酶變性失活。綜合考慮提取率和實驗操作條件，選擇45～55 ℃為正交設計的試驗范圍。

圖4 酶解溫度與油脂體提取率的關系Fig.4 Effect of different enzymatic temperatures on peanut oil bodies yield

2.2 正交試驗結果分析

在單因素實驗的基礎上對復合植物水解酶提取花生油脂體的條件進行正交試驗優化，試驗結果和分析如表2。

表2 正交試驗結果與分析

由極差分析可得：影響花生油提取率的各因素由大到小為A(料液比)、D(酶解溫度)、C(酶解時間)、B(酶用量)。正交試驗結果也表明酶用量對油脂體提取率影響最小，這可能是因為酶用量實驗選取的范圍太小而造成結果不顯著，需要進一步的研究驗證。

正交試驗方差分析結果見表3。由表3可知，料液比、酶用量、酶解時間、酶解溫度的p值均小于0.05，說明料液比、酶用量、酶解時間、酶解溫度對花生油脂體提取率的影響都非常顯著。

表3 正交試驗方差分析結果

根據正交試驗的結果分析可知，花生油脂體提取率的優化工藝條件為料液比1∶4、酶用量1.25%、酶解時間80 min、酶解溫度50 ℃。在優化工藝條件下，驗證實驗結果得到，花生油脂體提取率為48.92%。在不添加酶制劑而其他條件不變的情況，花生油脂體提取率僅有35%，遠低于添加復合植物水解酶時的油脂體提取率。

3 結 論

利用復合植物水解酶水解花生細胞壁輔助提取花生油脂體，通過單因素實驗發現：隨著料液比、酶用量、酶解溫度的增加，油脂體的提取率均呈現先增加后下降的趨勢。在料液比1∶4 、酶用量1.25%、酶解溫度50 ℃時，油脂體提取率最高。在單因素實驗基礎上進行正交試驗，結果表明，在所選取的參數范圍內，料液比、酶用量、酶解時間、酶解溫度對花生油脂體提取率具有不同程度的影響，其影響順序由高到低依次為：料液比、酶解溫度、酶解時間、酶用量。根據正交試驗結果得到優化的工藝條件為料液比1∶4、酶用量1.25%、酶解時間80 min、酶解溫度50 ℃。在該條件下花生油脂體提取率為48.92%，而不添加酶制劑時的油脂體提取率僅為35%，因此復合植物水解酶能夠提高花生油脂體提取率，具有一定的應用前景。

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(責任編輯：葉紅波)

Optimization of Enzyme -Assisted Aqueous Extraction for Peanut Oil Body

ZHAO Zitong， HAO Lihua， LI Yujian， CHEN Fusheng*

(CollegeofFoodScienceandTechnology,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001,China)

In order to improve the extraction rate of peanut oil bodies,ViscozymeL. was used to assist the extraction of peanut oleosome. The effects of material ratio, enzyme concentration, incubation time, and incubation temperature on extraction rate of peanut oil body with compound plant hydrolase were investigated by using the single factor experiment. On the basis of single factor experiment, the orthogonal experiment was used to optimize the process conditions of extracting peanut oil body with compound plant hydrolase. The results showed that the influence order from high to low of the factors was material ratio, incubation temperature, incubation time, enzyme concentration. The optimum conditions were as follows: material ratio 1∶4 (g/mL), enzyme concentration 1.25%, the incubation time 80 min and the incubation temperature 50 ℃. Under the optimum conditions, the extraction rate of peanut oil body was 48.92%.

peanut; oil body; compound plant hydrolase; yield

10.3969/j.issn.2095 -6002.2017.03.004

2095 -6002(2017)03 -0031 -05

趙自通， 郝莉花， 李宇健， 等. 復合植物水解酶提取花生油脂體工藝研究[J]. 食品科學技術學報，2017,35(3):31-35.

ZHAO Zitong， HAO Lihua， LI Yujian， et al. Optimization of enzyme -assisted aqueous extraction for peanut oil body[J]. Journal of Food Science and Technology, 2017,35(3):31-35.

2017 -04 -09

國家自然科學基金資助項目(21376064；21676073)；國家“863”計劃項目(2013AA102208)；“糧油食品加工與新技術研究”河南省優秀科技創新團隊項目；中國博士后科學基金資助項目(2015M582184)。

趙自通，男，碩士研究生，研究方向為食品資源開發與利用；

TS224.4; Q814.4

A

*陳復生，男，教授，博士生導師，主要從事食品資源開發與利用方面的研究，通信作者。