響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化紅花籽油水酶法提取工藝

李 曉，李春陽(yáng),*，曾曉雄，王 帆

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇 南京 210095；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇 南京 210014）

響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化紅花籽油水酶法提取工藝

李 曉1,2，李春陽(yáng)1,2,*，曾曉雄1，王 帆2

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇 南京 210095；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇 南京 210014）

通過(guò)二水平因子分析設(shè)計(jì)和響應(yīng)面試驗(yàn)，優(yōu)化水酶法提取紅花籽油工藝。以紅花籽油提取率為指標(biāo)，對(duì)酶的種類及添加比例、料液比、總加酶量、酶解時(shí)間、酶解溫度、酶解pH值進(jìn)行研究。結(jié)果表明：在木聚糖酶UTC-X50、果膠酶NCB3/ZG-040和堿性蛋白酶NCB3/ZG-002比例1∶2∶3（酶活比），總加酶量197.36 U/g，料液比1∶4（g/m L）條件下，先用細(xì)胞壁多糖酶（木聚糖酶、果膠酶）在pH 4.2、50 ℃酶解131 m in，再用堿性蛋白酶在pH 9.8、40 ℃酶解60 m in，此工藝條件下紅花籽油提取率最高，為84.68%；采用氣相色譜法分析脂肪酸組分，發(fā)現(xiàn)紅花籽油中不飽和脂肪酸相對(duì)含量高達(dá)91.18%，其中亞油酸相對(duì)含量為78.27%，油酸相對(duì)含量為12.61%，亞麻酸相對(duì)含量為0.10%。

紅花籽油；水酶法；響應(yīng)面；脂肪酸

紅花（Carthamus tinctorious L.）系菊科紅花屬植物，在我國(guó)新疆、河南、四川等地區(qū)廣泛種植[1]。以紅花籽為原料加工制成的油稱為紅花籽油，紅花籽油含有豐富的不飽和脂肪酸[2-3]，其中亞油酸含量高達(dá)73%～85%[4]。亞油酸作為人體必需脂肪酸[5]，是人體內(nèi)合成花生四烯酸的前體物質(zhì)，能夠改善膽固醇在人體的分布[6]，在醫(yī)療保健等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。余德林等[7]將紫蘇籽油和紅花籽油等質(zhì)量混合以降低高脂血癥小鼠的膽固醇、甘油三酯水平；楊曉君等[8]發(fā)現(xiàn)紅花降脂軟膠囊（主要成分為紅花籽油中的亞油酸和α-亞麻酸）能明顯改善脂代謝紊亂癥患者中血脂的各項(xiàng)指標(biāo)，且無(wú)不良反應(yīng)，安全有效。

紅花籽油的傳統(tǒng)提取工藝主要為壓榨法和溶劑浸出法，目前超臨界CO2萃取、超聲波輔助萃取、水酶法提油等新方法已經(jīng)逐漸開(kāi)始研究，鑒于生產(chǎn)成本、環(huán)境污染等問(wèn)題，水酶法以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。水酶法提油成本低，綠色環(huán)保，提取的油脂品質(zhì)好、安全性高，且有利于原料的綜合利用[9]，符合當(dāng)代可持續(xù)發(fā)展的理念，已廣泛應(yīng)用于大豆油、菜籽油、核桃油、米糠油和杏仁油等油料作物的研究[10-11]。胡愛(ài)軍等[12]優(yōu)化超聲波輔助法纖維素酶、胰蛋白酶提取紅花籽油工藝，將紅花籽油提取率提高到86.74%，但超聲波設(shè)備的使用大大提高了生產(chǎn)成本。李倩等[13]單獨(dú)使用胰蛋白酶提取紅花籽油，并對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化，但紅花籽油的提取率僅為65.14%。

整體來(lái)說(shuō)，采用復(fù)合酶法提取紅花籽油的研究較少，酶制劑種類單一，油脂提取率不夠理想。本研究鑒于酶的專一性，將分解細(xì)胞壁多糖、破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)[14]的細(xì)胞壁多糖酶和堿性蛋白酶共同應(yīng)用于紅花籽油提取，使其在最佳添加比例條件下協(xié)同作用，進(jìn)行兩步酶解提油，提高油脂提取率，為水酶法提取紅花籽油的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅花籽：云新6號(hào)，含水率5.0%（GB 5009.3—2010《食品中水分的測(cè)定》），含油率18.44%（GB/T 17377—2008《動(dòng)植物油脂脂肪酸甲脂的氣相色譜分析》）。

木聚糖酶UTC-X 50、果膠酶NCB-PE40、堿性蛋白酶NCB3/ZG-002、酸性纖維素酶AE80、β-葡聚糖酶UTC-101 湖南尤特爾公司。各酶制劑特性見(jiàn)表1。

表1 商品酶制劑的特性Tab le 1 Properties of commercial enzymes

1.2 儀器與設(shè)備

7890A型氣相色譜儀 美國(guó)Agilent公司；HJ-6A數(shù)顯恒溫磁力加熱攪拌器 金壇市白塔新寶儀器廠；DD-5M大型高速離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；DGG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；AL104型電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；PHS-3C微機(jī)型pH計(jì) 上海康儀儀器有限公司；RRHP-500A型萬(wàn)能高速粉碎機(jī) 歐凱萊芙（香港）寶業(yè)公司；HH-2-數(shù)顯恒溫水浴鍋、CHD-0515低溫恒溫槽 金壇市維誠(chéng)實(shí)驗(yàn)器材有限公司。

1.3 方法

1.3.1 紅花籽油水酶法提取工藝

1.3.1.1 工藝流程

以紅花籽為原料，分兩步進(jìn)行酶解提取紅花籽油，如圖1所示。

圖1 復(fù)合酶提取紅花籽油工藝Fig. 1 Flow chart for the extraction of safflower oil by enzyme combinations

1.3.1.2 紅花籽油提取率的計(jì)算

按下式計(jì)算紅花籽油提取率：

式中：W為紅花籽油提取率/%；m1為紅花籽樣品中清油質(zhì)量/g；m0為紅花籽樣品質(zhì)量/g；A為紅花籽中的總脂肪量（18.44%）。

1.3.2 酶的種類及添加比例的選擇

1.3.2.1 單一酶制劑對(duì)紅花籽油提取率的影響

將粉碎后的紅花籽分別按照木聚糖酶、果膠酶、酸性纖維素酶、β-葡聚糖酶、堿性蛋白酶的最適pH值和1∶4的料液比（紅花籽質(zhì)量與檸檬酸/檸檬酸鈉酶解緩沖液）（g/m L）進(jìn)行調(diào)質(zhì)，固定總加酶量200 U/g，添加單一酶制劑，在酶最適溫度條件下酶解2 h。以紅花籽油提取率為指標(biāo)評(píng)價(jià)5 種酶提油效果。

1.3.2.2 酶添加比例的選擇

根據(jù)1.3.2.1節(jié)方法，從木聚糖酶、果膠酶、酸性纖維素酶、β-葡聚糖酶中選取提油效果較好的2種細(xì)胞壁多糖酶進(jìn)行復(fù)配。由于所選細(xì)胞壁多糖酶與堿性蛋白酶的最適pH值相差較大，因此選擇細(xì)胞壁多糖酶一次酶解后再用堿性蛋白酶進(jìn)行二次酶解。酶解條件：總加酶量200 U/g，按不同的比例加酶，先用細(xì)胞壁多糖酶在pH 5.0、50 ℃條件下酶解2 h后，再用堿性蛋白酶在pH 9.8、40 ℃條件下酶解2 h。依據(jù)各實(shí)驗(yàn)組的紅花籽油提取率確定酶的最佳添加比例。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

以紅花籽油提取率為指標(biāo)，在酶最佳添加比例條件下分別考察總加酶量、料液比、堿性蛋白酶酶解時(shí)間和細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間、酶解溫度、pH值對(duì)紅花籽油提取率的影響。

1.3.4 二水平因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用Design-Expert V 8.0.6軟件進(jìn)行六因素二水平的二水平因子試驗(yàn)，對(duì)6 個(gè)因素進(jìn)行篩選，確定影響紅花籽油提取率的顯著因素，如表2所示。

表2 2Ⅳ6-2部分因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素編碼及水平Table 2 Coded and real values of the variables tested in 2Ⅳ6-2 fractional factorial design

1.3.5 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化紅花籽油提取工藝

基于單因素試驗(yàn)和二水平因子篩選試驗(yàn)，對(duì)影響紅花籽油提取率的顯著因素進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以紅花籽油的提取率為指標(biāo)，確定水酶法提取紅花籽油的最佳工藝參數(shù)。試驗(yàn)因素水平編碼見(jiàn)表3。

表3 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Tab le 3 Coded values and corresponding actual values of the optim ization parameters used in response surface analysis

1.3.6 脂肪酸組分分析

紅花籽中脂肪酸組分分析參照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測(cè)定》方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Origin 9.0以及SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶的種類及添加比例的確定

2.1.1 單一酶制劑對(duì)紅花籽油提取率的影響

如圖2所示，添加酶制劑后，紅花籽油的提取率顯著提高（P＜0.05），木聚糖酶對(duì)紅花籽油的提取效果最好，果膠酶和堿性蛋白酶的提取效果次之。機(jī)械破碎破壞了紅花籽細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使少量游離脂肪釋放出來(lái)[15-16]，加酶后，木聚糖酶、果膠酶、纖維素酶以及β-葡聚糖酶通過(guò)分解細(xì)胞壁多糖，破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，堿性蛋白酶通過(guò)酶解作用破壞脂蛋白、脂小體蛋白膜的結(jié)構(gòu)，釋放油脂，提高了紅花籽油的提取率[17-18]。但是，由于酶具有專一性，使用單一酶提取紅花籽油，總體提取率仍較低（≤37.05%），因此選取提取效果較好的3 種酶（木聚糖酶、果膠酶和堿性蛋白酶）進(jìn)行研究。

圖2 酶制劑種類對(duì)紅花籽油提取率的影響Fig. 2 Effect of different enzymes on the yield of safflower oil

2.1.2 酶添加比例的確定

圖3 酶添加比例對(duì)紅花籽油提取率的影響Fig. 3 Effect of different enzyme m ixtures on the yield of safflower oil

由于細(xì)胞壁多糖酶和堿性蛋白酶的最適pH值相差較大，在酶的不同添加比例條件下，按照1.3.2.2節(jié)方法進(jìn)行2 次酶解提取。如圖3所示，與單種酶制劑相比，3 種酶的綜合作用使油脂提取率明顯提高。木聚糖酶、果膠酶、堿性蛋白酶添加比例為1∶2∶3（酶活比）時(shí)提取率高達(dá)73%，顯著高于其他配比條件下的提取率（P＜0.05）。這是因?yàn)槟揪厶敲浮⒐z酶協(xié)同作用于細(xì)胞壁[19-20]，細(xì)胞壁的瓦解使得蛋白酶與脂蛋白復(fù)合體充分接觸，增強(qiáng)了酶解效果，提高了紅花籽油的提取率。因此，確定木聚糖酶、果膠酶、堿性蛋白酶最佳添加比例為1∶2∶3。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 總加酶量對(duì)紅花籽油提取率的影響

如圖4所示，隨著總加酶量的增加，酶與細(xì)胞壁多糖、脂蛋白、脂多糖充分作用[21]，紅花籽油的提取率不斷提高，當(dāng)總加酶量達(dá)到170 U/g時(shí)，提取率達(dá)到較大值。由于底物量有限，繼續(xù)增大總加酶量，過(guò)量酶會(huì)對(duì)油脂產(chǎn)生吸附作用，使提取率略有下降。綜合考慮到紅花籽油的提取率及成本，確定170 U/g為最適總加酶量。

圖4 總加酶量對(duì)紅花籽油提取率的影響Fig. 4 Effect of enzyme dosage on the extraction efficiency of safflower oil

2.2.2 料液比對(duì)紅花籽油提取率的影響

圖5 料液比對(duì)紅花籽油提取率的影響Fig. 5 Effect of material-to-solvent ratio on the extraction yield of saffl ower seed oil

如圖5所示，料液比過(guò)高或過(guò)低都不利于紅花籽油的提取，當(dāng)料液比為1∶4時(shí)，紅花籽油的提取率最高。這是因?yàn)楫?dāng)溶劑量過(guò)低時(shí)，酶解液黏稠度高，不利于油脂分子遷移；溶劑量過(guò)高時(shí)，減少了酶與底物分子的碰撞機(jī)率，降低了反應(yīng)效率[22]。因此，確定1∶4為水酶法提取紅花籽油的最佳料液比。

2.2.3 堿性蛋白酶酶解時(shí)間對(duì)紅花籽油提取率的影響

圖6 堿性蛋白酶酶解時(shí)間對(duì)紅花籽油提取率的影響Fig. 6 Effect of alkaline protease hydrolysis time on the extraction yield of safflower oil

如圖6所示，紅花籽油的提取率隨著堿性蛋白酶酶解時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，當(dāng)堿性蛋白酶酶解60 m in時(shí)，可以與紅花籽原料充分作用，使提取率達(dá)到71.89%。由于底物量和總酶量有限，繼續(xù)延長(zhǎng)堿性蛋白酶酶解時(shí)間，紅花籽油的提取率不再增大。因此，確定60 m in為堿性蛋白酶酶解的最佳時(shí)間。

2.2.4 細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間對(duì)紅花籽油提取率的影響

圖7 細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間對(duì)紅花籽油提取率的影響Fig. 7 Effect of hydrolysis time with cell wall polysaccharide-degrading enzymes on the extraction yield of safflower oil

如圖7所示，細(xì)胞壁多糖酶酶解1～3 h時(shí)，紅花籽油的提取率隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，酶解1～2 h時(shí)增長(zhǎng)速率最快，2～3 h時(shí)增長(zhǎng)速率較緩慢。3 h時(shí)，紅花籽油提取率最大，為70.87%。3 h之后，隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，紅花籽油的提取率略有下降。這是因?yàn)榈孜镫S酶解時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷減少，酶解產(chǎn)物會(huì)對(duì)酶解反應(yīng)起到一定的抑制作用；此外，隨酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，油脂的乳化現(xiàn)象也會(huì)更加嚴(yán)重[23-25]，導(dǎo)致提取率在酶解3 h后不增反降。因此，3 h為細(xì)胞壁多糖酶酶解的最佳時(shí)間。

2.2.5 細(xì)胞壁多糖酶酶解溫度對(duì)紅花籽油提取率的影響

圖8 細(xì)胞壁多糖酶酶解溫度對(duì)紅花籽油提取率的影響Fig. 8 Effect of hydrolysis temperature with cell wall polysaccharidedegrading enzymes on the extraction yield of safflower oil

如圖8所示，隨酶解溫度的升高，紅花籽油的提取率出現(xiàn)了2 個(gè)峰值，分別為40 ℃，71.91%和50 ℃，77.68%，這可能是因?yàn)槟揪厶敲负凸z酶的最適溫度不同所致。通過(guò)峰值的比較確定50 ℃為細(xì)胞壁多糖酶提取紅花籽油的最佳溫度。

2.2.6 細(xì)胞壁多糖酶酶解pH值對(duì)紅花籽油提取率的影響

如圖9所示，當(dāng)酶解pH 3.0～4.0時(shí)，紅花籽油提取率隨著pH值的增大而提高，當(dāng)pH 4.0時(shí)，達(dá)到峰值74.64%，之后隨著pH值的增大提取率逐漸降低。這是因?yàn)槟揪厶敲浮⒐z酶的最適pH值分別為4.8～5.0和3.5，當(dāng)pH值達(dá)到4.0后，繼續(xù)增大pH值會(huì)對(duì)果膠酶的活性起到強(qiáng)烈抑制作用，降低復(fù)合酶活性。因此，初步確定細(xì)胞壁多糖酶在pH 4.0時(shí)對(duì)紅花籽的酶解效果最好。

圖9 細(xì)胞壁多糖酶酶解pH值對(duì)紅花籽油提取率的影響Fig. 9 Effect of enzymolysis pH values w ith cell wall polysaccharide enzymes on the extraction rate of saffl ower oil

2.3 二水平因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表4 2Ⅳ6-2部分因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 4 2Ⅳ6-2 fractional factorial design w ith experiments results

以紅花籽油的提取率為指標(biāo)，進(jìn)行2Ⅳ6-2部分因子設(shè)計(jì)，篩選影響紅花籽油得率的主要因素。如表4所示，不同因素條件下紅花籽油的提取率在39.91%～78.01%間變化。根據(jù)表4的試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 2Ⅳ6-2部分因子設(shè)計(jì)試驗(yàn)方差分析Table 5 Analysis of variance of the experimental resu lts of 2Ⅳ6-2 fractional factorial design

根據(jù)表5中方差分析，該模型具有較高的顯著性（P=0.022 2），擬合度較好（R2=0.984 2），細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間（P=0.009 2）、細(xì)胞壁多糖酶酶解pH值（P=0.003 3）和總加酶量（P=0.021 7）對(duì)紅花籽油的提取率有顯著影響，為影響紅花籽油提取率的3個(gè)主要因素。

2.4 響應(yīng)面分析法優(yōu)化紅花籽油提取工藝

2.4.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

表6 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 6 Box-Behnken design with experimental and predicted values of oil yield

以細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間、細(xì)胞壁多糖酶酶解pH值和總加酶量為變量，進(jìn)行三因素三水平的優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表6。通過(guò)回歸分析對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間（X1）、細(xì)胞壁多糖酶酶解pH值（X2）、總加酶量（X3）3 個(gè)因素對(duì)紅花籽油提取率（Y）的二次回歸方程：Y=83.6+3.96X1+5.25X2+2.32X3+1.78X1X2+0.96X1X3-0.28X2X3-8.90X12-11.16X22-4.54X32。

對(duì)回歸模型及其系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7。響應(yīng)面模型回歸高度顯著（P＜0.000 1），失擬項(xiàng)（P=0.151 8＞0.05）不顯著，表明數(shù)據(jù)模型的選取具有合理性；模型決定系數(shù)R2為0.997 5，校正決定系數(shù)R2Adj為0.994 4，表明二次回歸方程與試驗(yàn)結(jié)果的擬合度較好，二次回歸方程可用于對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行可靠分析和預(yù)測(cè)[26]。X1X2、X1X3對(duì)紅花籽油的提取率的影響具有極顯著影響（P＜0.01），X1、X2、X3以及X12、X22、X32對(duì)紅花籽油提取率的影響達(dá)到了高度顯影響（P＜0.000 1）。通過(guò)F值的大小判斷可得各個(gè)因素對(duì)紅花籽油的提取率的影響力[27-28]為：X2＞X3＞X1，即細(xì)胞壁多糖酶酶解pH值＞總加酶量＞細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間。

2.4.2 響應(yīng)面分析與最優(yōu)條件的確定

通過(guò)圖10中3組響應(yīng)面及等高線的形狀來(lái)分析細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間、細(xì)胞壁多糖酶酶解pH值以及總加酶量3 個(gè)主要因素間的交互作用對(duì)紅花籽油提取率的影響，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間與細(xì)胞壁多糖酶酶解pH值（X1X2）、細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間與總加酶量（X1X3）之間均有一定的交互作用，這與前面方差分析結(jié)果相符。與X1X3相比，X1X2等高線的形狀更接近橢圓形，因此判斷細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間與細(xì)胞壁多糖酶酶解pH值之間的交互作用更強(qiáng)，細(xì)胞壁多糖酶酶解時(shí)間與總加酶量之間的交互作用較弱。

利用Design-Expert V 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，并對(duì)擬合的回歸方程進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測(cè)復(fù)合酶法提取紅花籽油的最佳工藝條件，在總加酶量197.36 U/g、細(xì)胞壁多糖酶pH 4.18條件下酶解131 m in，紅花籽油的提取率達(dá)到85.19%。為考察試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，控制總加酶量197.36 U/g，在細(xì)胞壁多糖酶酶解pH 4.2條件下酶解131 m in，并進(jìn)行3 組平行實(shí)驗(yàn)，得到紅花籽油實(shí)際提取率為84.68%，與預(yù)測(cè)值相比，誤差僅為0.59%，接近預(yù)測(cè)值，表明在該試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖碌玫降淖罴压に嚄l件具有較高的可靠性。

表7 回歸模型及方差分析結(jié)果Table 7 Results of regression and variance analysis

圖10 因素間的交互作用對(duì)紅花籽油提取率影響的響應(yīng)面與等高線圖Fig. 10 Response surface and contour plots showing the interactive effects of hydrolysis conditions on the extraction yield of safflower seed oil

2.5 脂肪酸組分分析

通過(guò)氣相色譜法對(duì)紅花籽油的脂肪酸組分進(jìn)行分析，結(jié)果如圖11、表8所示。紅花籽油中不飽和脂肪酸相對(duì)含量高達(dá)91.18%，其中亞油酸相對(duì)含量達(dá)到78.27%，油酸相對(duì)含量達(dá)到12.61%，亞麻酸相對(duì)含量達(dá)到0.10%。由于油料的品種、成熟度、產(chǎn)地、生產(chǎn)工藝條件等均會(huì)對(duì)植物油的化學(xué)組成有一定的影響，因此不同報(bào)道中的紅花籽油的脂肪酸組成會(huì)有一定的差異。李倩等[13]報(bào)道水酶法提取的新疆紅花籽油中不飽和脂肪酸相對(duì)含量高達(dá)90%以上，亞油酸相對(duì)含量高達(dá)79%，相對(duì)油酸含量為10.9%，亞麻酸相對(duì)含量為0.19%；張弓等[29]報(bào)道超臨界CO2萃取法制得的河湟紅花籽油中不飽和脂肪酸相對(duì)含量為89.77%，其中，亞油酸相對(duì)含量為77.93%，油酸相對(duì)含量為10.83%，與本實(shí)驗(yàn)值較為接近。趙雅霞[30]報(bào)道溶劑浸提法提取的南北疆紅花籽油中亞油酸相對(duì)含量分別為82.1%、78.0%，可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)用云新6號(hào)紅花籽亞油酸含量較南疆紅花籽低，與北疆紅花籽中亞油酸含量相當(dāng)。

紅花籽油中的高多不飽和脂肪酸含量賦予了其超高的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值。作為人體必需脂肪酸，亞油酸能夠降低人體血液中膽固醇含量，預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化等[31]，亞麻酸是合成二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸的前體物質(zhì)，對(duì)大腦的健康發(fā)育及智力提高有重要作用[32]，因此，紅花籽油有著廣闊的市場(chǎng)前景。

圖11 水酶法提取紅花籽油氣相色譜圖Fig. 11 GC profi le of fatty acids in saffl ower seed oil

表8 水酶法提取紅花籽油脂肪酸組成及GB/T 22645—2008《泡罩包裝用鋁及鋁合金箔》標(biāo)準(zhǔn)列表Table 8 Fatty acid com position of the enzyme-extracted oil meets the national standard GB/T 22645–2008

3 結(jié) 論

通過(guò)研究木聚糖酶、果膠酶、堿性蛋白酶、酸性纖維素酶、β-葡聚糖酶在紅花籽油提取中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)多種酶協(xié)同作用提油效果明顯高于單種酶，并確定了木聚糖酶、果膠酶、堿性蛋白酶最佳添加比例為1∶2∶3（酶活比）。經(jīng)過(guò)二水平因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面法分析，確定水酶法提取紅花籽油的最佳工藝條件為總加酶量197.36 U/g，料液比1∶4（g/m L），細(xì)胞壁多糖酶（木聚糖酶、果膠酶）pH 4.2、50 ℃條件下酶解131 m in后，堿性蛋白酶pH 9.8、40 ℃條件下酶解60 m in，紅花籽油提取率最高，為84.68%；該工藝條件所得紅花籽油不飽和脂肪酸相對(duì)含量高達(dá)91.18%，其中油酸相對(duì)含量為12.61%、亞油酸相對(duì)含量為78.27%、亞麻酸相對(duì)含量為0.10%，具有良好的營(yíng)養(yǎng)保健功能。

[1] 呂培霖, 李成義, 王俊麗. 紅花籽油的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)現(xiàn)代中藥,2016, 18(3): 387-389. DOI:10.13313/j.issn.1673-4890.2016.3.030.

[2] 趙文斌, 王航宇, 劉金榮, 等. 紅花籽油混合脂肪酸制備及多不飽和脂肪酸富集[J]. 糧食與油脂, 2012, 25(3): 4-5. DOI:10.3969/j.issn.1008-9578.2012.03.002.

[3] 韓宇昕, 邊連全, 劉顯軍, 等. 紅花籽油對(duì)育肥豬生長(zhǎng)性能和背最長(zhǎng)肌脂代謝指標(biāo)、脂肪酸組成的影響[J]. 動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào), 2016, 28(8):2564-2570. DOI:10.3969/j.issn.1006-267x.2016.08.029.

[4] 呂凱波, 王晶, 李香香. 超聲波輔助提取紅花籽油的工藝研究[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā), 2015, 36(20): 44-46. DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2015.20.013.

[5] 陳永, 趙輝, 江鴻, 等. 混合脂肪酸的分離[J]. 化學(xué)世界, 2000, 41(3):156-156. DOI:10.3969/j.issn.0367-6358.2000.03.014.

[6] 趙忠堂, 國(guó)素梅, 李光勝, 等. 紅花籽油的醫(yī)療保健價(jià)值[J].現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐, 2000(5): 51-52. DO I:10.13728/i.1673X427.2000.05.037.

[7] 余德林, 馬超英, 宋磊, 等. 紫蘇籽油與紅花籽油聯(lián)合使用降血脂研究[J]. 中國(guó)油脂, 2014, 39(12): 35-38.

[8] 楊曉君, 吳桂榮, 趙翡翠. 紅花降脂軟膠囊治療脂代謝紊亂癥的臨床研究[J]. 時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥, 2016(4): 897-899. DOI:10.3969/j.issn.1008-0805.2016.04.045.

[9] FULLBROOK P D. The use o f enzym es in the p rocessing of oilseeds[J]. Journal of the American Oil Chem ists’ Society, 1983,60(2): 476-478. DOI:10.1007/BF02543552.

[10] ABDULKARIM S M, LONG K, LA I O M, et al. Some physicochem ical properties of Moringa oleifera, seed oil extracted using solvent and aqueous enzymatic methods[J]. Food Chem istry, 2005,93(2): 253-263. DOI:10.1016/j.foodchem.2004.09.023.

[11] LANZANI A, PETRINI M C, COZZOLI O, et al. On the use of enzymes for vegetable-oil extraction. A prelim inary report[J]. Rivista Italiana Delle Sostanze Grasse, 1975, 11(1): 226-229.

[12] 胡愛(ài)軍, 孫連立, 鄭捷, 等. 超聲波促進(jìn)水酶法提取紅花籽油工藝研究[J]. 糧食與油脂, 2012, 25(7): 20-22. DOI:10.3969/j.issn.1008-9578.2012.07.006.

[13] 李倩, 趙麗, 馬媛, 等. 水酶法提取紅花籽油工藝的研究[J].食品與發(fā)酵科技, 2016, 52(1): 52-59. DOI:10.3969/j.issn.1674-506X.2016.01-011.

[14] CHAND IN I S K, RAO L J, GOW THAM AN M K, et al.Enzymatic treatment to improve the quality of black tea extracts[J].Food Chem istry, 2011, 127(3): 1039-1045. DOI:10.1016/j.foodchem.2011.01.078.

[15] 孫紅, 費(fèi)學(xué)謙, 方學(xué)智. 油茶籽油水酶法制取工藝優(yōu)化[J]. 中國(guó)油脂,2011, 36(4): 11-15.

[16] 侯真真, 吳雪輝. 水酶法提取火麻籽油工藝研究[J]. 食品工業(yè)科技,2014, 35(3): 195-198. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2014.03.030.

[17] 呂姍姍, 胡瀟君, 王超. 水酶法提取葡萄籽油的工藝研究[J]. 油脂工程技術(shù), 2010, 12(7): 7-10.

[18] 王歡, 李楊, 江連洲, 等. 水酶法提取火麻籽油的工藝優(yōu)化及其脂肪酸組成分析[J]. 食品科學(xué), 2013, 34(22): 27-32. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201322006.

[19] CINAR I. Effec ts o f cellu lase and pec tinase concentrations on the colour yield of enzyme extracted p lant carotenoids[J].Process Biochem istry, 2005, 40(2): 945-949. DOI:10.1016/j.procbio.2004.02.022.

[20] DESWAL D, KHASA Y P, KUHAD R C. Optim ization of cellulase production by a brown rot fungus Fomitopsis sp. RCK2010 under solid state fermentation[J]. Bioresource Technology, 2011, 102(10): 6065-6072. DOI:10.1016/j.biortech.2011.03.032.

[21] 易建華, 朱振寶, 趙芳. 酶的選擇對(duì)水酶法提取核桃油的影響[J]. 中國(guó)油脂, 2007, 32(2): 27-29. DOI:10.3321/j.issn:1003-7969.2007.02.006.

[22] 周玥, 郭華, 向嬌. 復(fù)合酶對(duì)水酶法提取油茶籽油的影響[J]. 食品科技, 2016, 41(2): 211-215. DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2016.02.039.

[23] 李楊, 江連洲, 王勝男, 等. 響應(yīng)面法優(yōu)化水酶法提取松子油的研究[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào), 2012, 27(3): 60-65. DOI:10.3969/j.issn.1003-0174.2012.03.014.

[24] 朱凱艷, 楊瑞金, 張文斌, 等. 水酶法同時(shí)提取花生油和水解短膚的研究[C]//中國(guó)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)第八屆年會(huì)暨第六屆東西方食品業(yè)高層論壇論文摘要集. 北京: 中國(guó)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì), 2011: 64.

[25] 黃亞芳, 李羅明, 李俊杰, 等. 水酶法提取楊梅核仁油的工藝優(yōu)化[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(12): 65-70. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612011.

[26] 周倩, 劉佩, 馬鎏镠, 等. 響應(yīng)面法優(yōu)化植物乳桿菌lp15-2-1產(chǎn)共軛亞油酸發(fā)酵條件[J]. 食品科學(xué), 2010, 31(21): 195-199.

[27] 程雪, 張秀玲, 孫瑞瑞, 等. 熱處理輔助水酶法提取紫蘇籽油的工藝優(yōu)化[J]. 食品工業(yè)科技, 2016, 37(2): 223-227. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.037.

[28] 張艷榮, 周清濤, 張傳志, 等. 響應(yīng)面法優(yōu)化玉米蛋白擠出工藝[J].食品科學(xué), 2011, 32(14): 72-77.

[29] 張弓, 姜明, 林鵬程. 超臨界CO2萃取河湟紅花籽油的工藝研究及GC-MS分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 40(7): 260-262. DOI:10.3969/j.issn.1002-1302.2012.07.099.

[30] 趙雅霞. 關(guān)于新疆紅花籽油理化性質(zhì)及脂肪酸成分分析的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊: 中, 2014(2): 77-78. DOI:10.3969/jissn.1671-9646(X).2014.02.025.

[31] 程小軍. 中國(guó)油脂植物種子脂肪酸數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及數(shù)據(jù)分析[D].楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2015, 12(10): 1-2.

[32] 祝美云, 田文翰, 梁麗松, 等. 不同種類榛子油脂脂肪酸組成及抗氧化活性[J]. 食品科學(xué), 2012, 33(23): 47-50.

Optimization of Aqueous Enzymatic Extraction of Safflower Oil by Response Surface Methodology

LI Xiao1,2, LI Chunyang1,2,*, ZENG Xiaoxiong1, WANG Fan2
(1. College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;2. Institute of Farm Product Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China)

The aqueous enzymatic extraction of saffl ower oil was optimized using factional factorial design and response surface methodology. The eff ects of processing parameters, including enzyme type and combinations, material to liquid ratio,total enzyme dosage, hydrolysis time, temperature and pH on oil yield were investigated. Results showed that a m ixture of xylanase (UTC-X50), pectinase (NCB3/ZG-040) and alkaline protease (NCB3/ZG-002) (1:2:3, U/U) was the most effi cient for the extraction of saffl ower oil and the optimum enzyme dosage was 197.36 U/g. The maximum yield of 84.68% was obtained after sequential hydrolysis w ith both xylanase and pectinase for 131 min at pH 4.2 and 50 ℃ w ith a material/liquid ratio 1:4, followed by alkaline protease at pH 9.8 and 40 ℃ for 60 m in. Gas chromatography analysis revealed that the fatty acid profi le of saffl ower oil obtained under the optimized conditions contained 78.27% linoleic acid, 12.61% oleic acid and 0.10% linolenic acid.

saffl ower oil; aqueous enzymatic method; response surface methodology; fatty acid

10.7506/spkx1002-6630-201722035

TS225.1；TS201.1

A

1002-6630（2017）22-0231-08

李曉, 李春陽(yáng), 曾曉雄, 等. 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化紅花籽油水酶法提取工藝[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(22): 231-238. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201722035. http://www.spkx.net.cn

LI Xiao, LI Chunyang, ZENG Xiaoxiong, et al. Optim ization of aqueous enzymatic extraction of safflower oil by response surface methodology[J]. Food Science, 2017, 38(22): 231-238. (in Chinese w ith English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201722035. http://www.spkx.net.cn

2017-01-23

江蘇省糧油品質(zhì)控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題（LYPK201502）

李曉（1991—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)楣δ苁称放c活性物質(zhì)。E-mail：15295595268@139.com

*通信作者：李春陽(yáng)（1966—），男，研究員，博士，研究方向?yàn)槭称窢I(yíng)養(yǎng)化學(xué)、農(nóng)產(chǎn)品精深加工技術(shù)。

E-mail：lichunyang968@126.com