亞麻籽殼中提膠的工藝研究

楊續金，候吉瑞，吳婷媛，韓育梅

（1. 內蒙古農業大學 食品科學與工程學院，內蒙古呼和浩特 010018；2. 內蒙古豐吉妙農業產品科技開發有限公司，內蒙古呼和浩特 010020）

亞麻籽是亞麻的種子，富含蛋白質、木酚素、亞麻籽油、亞麻籽膠、膳食纖維，這些豐富的資源主要分布在亞麻籽殼和亞麻籽仁中，亞麻籽的結構分為4 個部分，從外到內依次為膠質薄膜、種皮、胚乳、子葉[1]。膠質薄膜即是亞麻籽膠，緊緊包裹著種皮，亞麻籽種皮中主要成分為木酚素，其含量約為亞麻籽仁的4 倍；在亞麻籽胚乳和子葉中，分布著亞麻籽主要的脂質和蛋白質，尤其是其特有的含量頗多的α - 亞麻酸[1-2]。亞麻籽的結構在一定程度上決定了制取亞麻籽油、亞麻籽膠及木酚素的工藝，無論是利用亞麻籽制取油脂、膠質或木酚素，都應結合其結構進行工藝設計。亞麻籽膠，又名富蘭克膠，是一種經提取、濃縮、干燥等工藝制得的粉末狀制品，是一種雜多糖。亞麻籽膠作為國家綠色食品發展中心認定的綠色食品專用添加劑，是一種功能性添加劑，同時又可作增稠劑、乳化劑等添加劑使用，也可作阿拉伯膠的替代物起到穩定的作用。其主要成分為多糖類物質和少量蛋白質，多糖類物質主要為D- 木糖、L- 鼠李糖和D- 半乳糖[3-4]，單糖含量由多到少依次為鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖、葡萄糖[5-6]，這些單糖物質決定了亞麻籽膠的特殊性質。

將亞麻籽殼仁分離，殼中富含亞麻籽膠和木酚素，仁中富含脂肪和蛋白質[7-9]。用分離得到的亞麻仁榨油，制得的毛油膠質、蠟質含量大幅度減少，提高了毛油的品質，同時榨油后的仁粕中木質素、纖維素、膠質含量大幅度減少，蛋白質含量則會大幅度增加，對于仁粕中蛋白質的回收利用非常有利；用分離得到的亞麻籽殼提取亞麻籽膠和木酚素，因為少了脂肪、蛋白質的干擾，提膠效果更加順暢。這樣先殼仁分離然后再分別提取的思路對亞麻籽的綜合開發利用有著高效低耗的現實意義[7，10-12]。試驗先進行了亞麻籽的殼仁分離，用分離到的亞麻籽殼，研究了其提膠的工藝，以期為亞麻籽的更好綜合開發提供參考。

亞麻籽的剖面圖結構[13]見圖1。

圖1 亞麻籽的剖面圖結構

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

亞麻籽殼，內蒙古豐吉妙農業產品科技開發有限公司提供；（用專用的脫殼機脫殼后通過靜電分離、色選得到），殼中含仁率<0.5%。

無水乙醇（AR），開封市旭信化工有限公司提供；鹽酸（AR）、氫氧化鈉（AR），鄭州龍達化工產品有限公司提供。

1.2 儀器與設備

DV-79B 型數字式黏度計，上海尼潤智能科技有限公司產品；TD4G 型臺式過濾離心機，湖南湘儀實驗室開發有限公司產品；GZX-9246 MBE 型數顯鼓風干燥箱，上海博迅實業有限公司醫療設備廠產品；BJ-150 型多功能粉碎機，德清拜杰電器有限公司產品；SCR20BC 型超速離心機，日本HITACHI 公司產品；HHoS21-Ni8 型電熱恒溫水浴鍋，北京長安科學儀器廠產品；TD5002A 型電子天平，天津天馬衡基儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 亞麻籽膠的提取

選取對亞麻籽膠提取影響較大的4 個關鍵因素，即料液比、浸提溫度、浸提時間、pH 值進行考查，以亞麻籽膠提取率為評價指標進行分析，具體操作為：準確稱量亞麻籽殼50 g，加入蒸餾水在水浴鍋中攪拌下浸提，用臺式過濾離心機襯300 目濾布收集濾出液。

單因素試驗設計見表1。

表1 單因素試驗設計

1.3.2 亞麻籽膠的提取率計算

離心過濾收集到的上清液加入3 倍體積的無水乙醇攪拌均勻，室溫下靜置2 h 后，用超速離心機以轉速4 500 r/min 離心15 min 收集沉淀物，在105 ℃的干燥箱中烘干至恒質量，準確稱質量（W1）。

式中：W1——提取得到的亞麻籽膠質量，g；

W2——樣品質量，g。

1.3.3 料液比對亞麻籽膠提取率的研究

分別稱取亞麻籽殼50 g 于5 個不銹鋼桶中，按照料液比1∶10，1∶12，1∶14，1∶16，1∶18（g∶mL） 加入65 ℃蒸餾水（分2 次浸提，第一次添加總水量的80%，第二次添加總水量的20%），置于65±1 ℃水浴鍋用玻璃棒攪拌浸提1 h，用臺式過濾離心機襯300 目濾布收集濾出液。濾渣再加入20%的65 ℃蒸餾水置于65±1 ℃水浴鍋用玻璃棒攪拌浸提0.5 h，（第2 次浸提時間均為0.5 h） 離心過濾。合并2 次的濾出液，加入3 倍體積的無水乙醇攪拌均勻，室溫下靜置2 h，然后用超速離心機以轉速4 500 r/min 離心15 min 收集沉淀物，在105 ℃的干燥箱烘干至恒質量，準確稱質量。試驗重復3 次，結果取平均值。

1.3.4 浸提溫度對亞麻籽膠提取率的研究

分別稱取亞麻籽殼50 g 于5 個不銹鋼桶中，按照料液比1∶14（g∶mL） 分別加入55，65，75，85，95 ℃的蒸餾水（分2 次浸提，第一次添加總水量的80%，第二次添加總水量的20%），置于對應溫度的水浴鍋中用玻璃棒攪拌浸提1 h。如上述操作，合并濾出液，加無水乙醇靜置后離心收集沉淀物，烘干稱質量。

1.3.5 浸提時間對亞麻籽膠提取率的研究

分別稱取亞麻籽殼50 g 于5 個不銹鋼桶中，按照料液比1∶14（g∶mL） 加入65 ℃的蒸餾水（分2 次浸提，第一次添加總水量的80%，第二次添加總水量的20%），置于65±1 ℃的水浴鍋中，用玻璃棒攪拌浸提30，60，90，120，150 min，如上述操作，合并濾出液，加無水乙醇靜置后離心收集沉淀物，烘干稱質量。

1.3.6 浸提液pH 值對亞麻籽膠提取率的研究

分別稱取亞麻籽殼50 g 于5 個不銹鋼桶中，按照料液比1∶14（g∶mL） 分別加入65 ℃的蒸餾水（分2 次浸提，第一次添加總水量的80%，第二次添加總水量的20%），用6 mol/L 的濃鹽酸溶液和2 mol/L氫氧化鈉溶液分別調pH 值為5.5，6.0，6.5，7.0，7.5，置于65±1 ℃的水浴鍋中用玻璃棒攪拌浸提1 h。如上述操作（第二次浸提也分別調pH 值為5.5，6.0，6.5，7.0，7.5），合并濾出液，加無水乙醇靜置后離心收集沉淀物，烘干后稱質量。

1.3.7 正交試驗優化

根據以上單因素試驗結果，選取料液比、浸提溫度、浸提時間、pH 值4 個因素，每個因素選3 個水平進行正交試驗，以亞麻籽膠提取率為評價指標，對因素間的交互作用進行考查，以確定提膠的最佳工藝[14]。

1.3.8 成品黏度測定

依據國家標準GB 1886.175—2016 對亞麻籽膠黏度的測定方法，測定出試驗中所制得的亞麻籽膠的黏度。

2 結果與分析

2.1 料液比對亞麻籽膠提取率的影響

料液比對亞麻籽膠提取率的影響見圖2。

圖2 料液比對亞麻籽膠提取率的影響

由圖2 可知，料液比對亞麻籽膠提取率有明顯的影響，亞麻籽膠提取率隨著料液比的增大而增加。在料液比為1∶16（g∶mL） 時，提取率為25.9%，料液比再繼續增大，提取率的增加則不明顯。考慮到料液比的增大會增加生產成本，因此從亞麻籽殼中提膠選擇料液比1∶16（g∶mL） 為合適。

2.2 浸提溫度對亞麻籽膠提取率的影響

浸提溫度對亞麻籽膠提取率的影響見圖3。

由圖3 可知，在浸提溫度55～75 ℃時，亞麻籽膠提取率隨著浸提溫度的升高而明顯增加，75～95 ℃時增加變得緩慢。考慮到浸提溫度的增大會增加生產成本。因此，從亞麻籽殼中提膠選擇75 ℃的浸提溫度為合適。

2.3 浸提時間對亞麻籽膠提取率的影響

浸提時間對亞麻籽膠提取率的影響見圖4。

圖3 浸提溫度對亞麻籽膠提取率的影響

圖4 浸提時間對亞麻籽膠提取率的影響

在料液比為1∶14（g∶mL），浸提溫度為65 ℃，考查了浸提時間對亞麻籽膠提取率的影響。由圖4可知，隨著浸提時間的延長，亞麻籽膠提取率由浸提時間為30 min 的18.3%，增加到了60 min 的23.9%，90 min 的25.8%，再繼續延長浸提時間，亞麻籽膠的提取率變化不再明顯。從提效降耗綜合考慮，亞麻籽殼中提膠選擇90 min 的浸提時間為合適。

2.4 浸提液pH 值對亞麻籽膠提取率的影響

浸提液pH 值對亞麻籽膠提取率的影響見圖5。

圖5 浸提液pH 值對亞麻籽膠提取率的影響

在料液比為1∶14（g∶mL），浸提溫度為65 ℃，浸提時間為90 min 的條件下，考查了浸提液pH 值對亞麻籽膠提取率的影響。由圖5 可知，在pH 值5.5～6.5 時亞麻籽膠提取率隨著pH 值升高明顯增加，由pH 值5.5 時提取率為17.3%，增加到pH 值6.5 時26.1%的提取率。隨后，pH 值繼續增加亞麻籽膠提取率呈現微弱下降趨勢。堿性條件下多糖結構容易被破壞且會出現重排是導致這一現象的原因。亞麻籽殼中提膠選擇浸提液pH 值6.5 為合適。

2.5 正交試驗結果

正交設計L9（34）及試驗結果見表2。

表2 正交設計L9（34）及試驗結果

由表2 可知，從亞麻籽殼中提取膠質成分以提取率為評價指標，各因素影響順序為A>B>D>C，試驗最佳工藝組合條件為A2B2C2D2，即料液比1∶16（g∶mL），浸提溫度75 ℃，浸提液pH 值6.5，浸提時間90 min。

2.6 驗證試驗結果

試驗優選組合A2B2C2D2，即料液比1∶16（g∶mL），浸提溫度75 ℃，浸提液pH 值6.5，浸提時間90 min 做3 次提膠平行試驗，測得亞麻籽膠提取率為26.7%±0.2%。在該工藝組合下得到的亞麻籽膠用國家標準GB 1886.175—2016 的測定方法測得黏度為 6 188±18.2 mPa·S，通過文獻檢索對比[15-17]，略高于其他方法所得膠的黏度。最佳工藝組合條件下亞麻籽膠提取率有良好的穩定性和重現性。對比從亞麻籽和榨油后的餅粕提膠文獻可知，用亞麻籽殼提膠具有高效低耗、黏度高的特點，該方法為亞麻籽的綜合開發利用提供參考。

3 結論

通過對亞麻籽殼中提取膠質的研究，結果表明，料液比對亞麻殼提膠提取率影響最大，其次為浸提溫度和浸提液pH 值，浸提時間對提膠提取率的影響最小。從亞麻籽殼中提膠的最佳工藝組合條件為料液比1∶16（g∶mL），浸提溫度75 ℃，浸提液pH 值6.5，浸提時間90 min。在此條件下亞麻籽膠的提取率為26.7%±0.2%，所得膠的黏度為6 188±18.2 mPa·S。用亞麻籽殼提取膠質具有高效低耗的特點，是亞麻籽殼綜合開發利用的選擇方向之一。