水酶法加工花生過程中酸浸工藝的研究

趙 會，章紹兵

(河南工業大學 糧油食品學院，鄭州 450001)

水酶法提油是在機械破碎的基礎上，采用纖維素酶、蛋白酶等對油料種子進行酶解，最終得到油脂和具有特定功能水解蛋白的過程[1-2]。目前水酶法工藝得到的花生蛋白水解液中，多含有大量的可溶性糖、鹽和其他物質，為了得到高純度的水解蛋白，必須進行純化處理。但水解蛋白相對分子質量較小，無法通過酸沉的方法與其他可溶性糖類分開。而其他水解蛋白純化方法如大孔樹脂吸附、納濾等大多操作復雜、價格昂貴，限制了其在工業生產中的擴大應用[3-4]。

花生蛋白在等電點時溶解度最小，易形成沉淀。花生中可溶性糖主要有蔗糖、葡萄糖、果糖等，單糖分子中有多個羥基，增加了其水溶性，尤其在熱水中溶解度大，而多糖是多元醇，每個糖單位都有結合水分子的能力，因此多糖具有較強的親水性，在水溶液中多糖顆粒吸水膨脹，然后部分溶解或完全溶解[5]。利用此原理，本文在花生酶解前設計了酸浸環節，旨在酶解前除去大部分可溶性糖和其他雜質而將蛋白質保留在沉淀中，之后再利用蛋白酶水解乳狀液和沉淀，最終可同時獲得花生油和純化的水解蛋白。本文研究了酸浸過程中影響可溶性糖脫除率和蛋白質損失率的主要因素，優化得到了水酶法加工花生過程中酸浸工藝的最佳條件，為實際生產提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

花生：市售，脂肪含量52.18%，蛋白質含量27.8%，可溶性糖含量(10.79±0.15)%，水分含量3.47%。葡萄糖標準品、苯酚、濃硫酸、蒸餾水等。

1.1.2 儀器與設備

722-G可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；FE20 pH計，梅特勒-托利多儀器有限公司；SHA-C水浴振蕩器，鞏義市予華儀器有限公司； DT5-4B離心機，北京時代北利離心機有限公司；KDN-1凱氏定氮儀，上海儀電科學儀器股份有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 酸浸工藝

將花生在190℃烘烤20 min，每隔5 min取出翻一次。將花生去皮之后充分粉碎成漿狀，取30 g花生漿于燒杯中，以適當比例加入蒸餾水，攪拌均勻，使花生漿充分溶于水，調pH，在一定溫度的水浴振蕩器中進行酸處理，然后離心得到酸浸溶液，測定其中可溶性糖含量及蛋白質含量。分別考察料液比、pH、處理時間、溫度對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率的影響。

1.2.2 可溶性糖脫除率及蛋白質損失率計算

可溶性糖脫除率= 酸浸溶液中可溶性糖含量/花生中可溶性糖總量×100%

蛋白質損失率= 酸浸溶液中蛋白質含量/花生中蛋白質總量×100%

1.2.3 蛋白質含量測定

凱氏定氮法，參照GB 5009.5—2010。

1.2.4 可溶性糖含量的測定

采用苯酚-硫酸法[6-7]。

葡萄糖標準曲線的制作：取7支具塞刻度試管，按順序分別加入不同體積的葡萄糖標準液、蒸餾水、苯酚和濃硫酸。將各試管搖勻，在室溫放置30 min后，在分光光度計上進行比色。調波長為490 nm，用0號管調零點，分別測出1～7號管的吸光度。以吸光度為縱坐標，葡萄糖質量濃度為橫坐標，繪出葡萄糖標準曲線。

溶液中可溶性糖含量的測定：取1 mL酸浸溶液定溶于100 mL容量瓶中，混勻。吸取已定容的樣品0.6 mL置于25 mL比色管中，以蒸餾水補至2 mL，依次加入苯酚1.0 mL和濃硫酸5.0 mL，混勻，在室溫放置30 min后，于490 nm處測定吸光度。每個樣品做3個平行樣。然后代入標準曲線計算其可溶性糖含量。

1.2.5 數據分析

試驗結果以兩次以上結果的平均值表示，并使用SPSS 16.0 for Windows軟件進行單因素方差分析，P<0.05代表差異顯著。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 料液比對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率的影響

控制體系料液比分別為1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7，在溫度50℃、pH 4.5條件下處理90 min后離心，測定可溶性糖脫除率與蛋白質損失率。結果見圖1。

圖1 料液比對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率的影響

從圖1可以看出，隨著水用量的增加，可溶性糖脫除率及蛋白質損失率都呈明顯增加趨勢。對于可溶性糖，增加水用量的同時，多糖中羥基、環氧原子以及連接糖環的糖苷氧原子與水結合的機會也隨之增多，當料液比超過1∶5以后，再增加水用量，可溶性糖脫除率增加幅度減緩。同時，繼續增加水用量會增加蛋白質的損失。盡管酸浸的pH處在花生蛋白的等電點附近，但仍然會有少量蛋白質不會沉淀，隨著水用量的增加，酸浸溶液中可溶性蛋白質的量也將增加。

2.1.2 pH對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率的影響

控制體系pH分別為3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，在料液比1∶5、溫度50℃條件下處理90 min后離心，測定可溶性糖脫除率與蛋白質損失率。結果見圖2。

圖2 pH對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率的影響

從圖2可以看出，隨著pH的增加，可溶性糖脫除率變化并不顯著。而對于蛋白質，在pH為4.5和5時損失率最低，這說明花生蛋白的等電點應在此附近。在等電點時，蛋白質分子以兩性離子形式存在，其分子凈電荷為零，缺乏靜電推斥作用，因而疏水相互作用導致蛋白質的聚集和沉淀，溶解度最小[8]。

2.1.3 處理時間對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率的影響

在料液比1∶5、pH 5、溫度50℃條件下分別處理0、15、30、45、60 min后離心，測定可溶性糖脫除率與蛋白質損失率。結果見圖3。

圖3 處理時間對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率的影響

從圖3可以看出，可溶性糖脫除率和蛋白質損失率都隨處理時間的延長而上升，30 min以前上升較快，30 min以后趨于平緩。對于可溶性糖，剛開始時，多糖中羥基、環氧原子以及糖苷氧原子等與水快速形成氫鍵，隨著處理時間的延長，結合速度減慢，可溶性糖脫除率趨于平緩。對于蛋白質，30 min以前，蛋白質-水相互作用顯著，使蛋白質溶解量快速增加，隨著處理時間的延長，蛋白質-蛋白質和蛋白質-水相互作用逐漸達到平衡，蛋白質損失率趨于平緩[9]。

2.1.4 溫度對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率的影響

控制體系溫度分別為30、40、50、60、70℃，在料液比1∶5、pH 5條件下處理30 min后離心，測定可溶性糖脫除率與蛋白質損失率。結果見圖4。

從圖4可以看出，隨著溫度的升高，可溶性糖脫除率及蛋白質損失率都呈上升趨勢。對于可溶性糖脫除率，40℃之前快速增長，40℃之后增長緩慢。對于可溶性糖，升溫可能破壞了多糖分子間的氫鍵，從而增加多糖與水之間形成氫鍵的機會，同時，分子做無規則運動的快慢與溫度有關，升溫能加快水分子運動速度，也能加快多糖與水、蛋白質與水的接觸機會，從而加快了可溶性糖及蛋白質的溶解速率[10]。

圖4 溫度對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率的影響

2.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以可溶性糖脫除率和蛋白質損失率為考察指標，選取料液比、pH、處理時間、溫度進行四因素三水平正交試驗。花生酸浸工藝的正交試驗因素水平見表1，正交試驗設計及結果見表2，方差分析見表3、表4。

表1 正交試驗因素與水平

表2 正交試驗設計及結果

表3 可溶性糖脫除率方差分析

表4 蛋白質損失率方差分析

由表2可知，影響可溶性糖脫除率因素的主次順序為料液比>溫度>pH>處理時間，最佳工藝組合為A3B1C2D3。由表3可知，對于可溶性糖脫除率，料液比具有極顯著影響，溫度具有顯著影響，處理時間和pH影響不顯著。由表2可知，影響蛋白質損失率因素的主次順序為溫度>料液比>pH>處理時間，最佳工藝組合為A1B2C1D2。由表4可知，對于蛋白質損失率，料液比、pH、溫度具有極顯著影響，處理時間具有顯著影響。

從極差值和方差分析可以看出，對于可溶性糖，影響最大的是料液比，因此料液比選擇1∶6，pH對蛋白質損失率有較大影響，選擇pH為5，溫度對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率都有較大影響，但因為蛋白質損失很少，所以首先考慮對可溶性糖脫除率的影響，即溫度選擇50℃，處理時間對兩者影響均較小，選擇處理時間為30 min。綜合考慮，酸浸工藝的最佳條件為A3B2C2D3，即料液比 1∶6、處理時間30 min、pH 5、溫度50℃。在最佳條件下做驗證試驗，可溶性糖脫除率為(83.11±0.33)%，蛋白質損失率為(6.19±0.13)%。

3 結 論

(1)料液比對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率都具有極顯著影響，隨著水用量的增加，可溶性糖脫除率及蛋白質損失率都呈上升趨勢；pH對可溶性糖脫除率影響不顯著，但對蛋白質損失率具有極顯著影響；處理時間對可溶性糖脫除率影響不顯著，但對蛋白質損失率具有顯著影響；溫度對可溶性糖脫除率及蛋白質損失率有顯著或極顯著影響，隨著溫度的升高，可溶性糖脫除率及蛋白質損失率都呈上升趨勢。

(2)通過正交試驗設計優化酸浸過程，確定酸浸工藝最佳條件為料液比 1∶6、處理時間30 min、pH 5、溫度50℃，此條件下可溶性糖脫除率為(83.11±0.33)%，蛋白質損失率為(6.19±0.13)%。酸浸處理花生后可顯著減少花生蛋白中糖的含量，但同時也伴有少量蛋白質損失。