果膠酶酶法提取亞麻籽油工藝條件優化

王 愷，田振華

(黃河水利職業技術學院 環境工程學院，中原特色食品工程技術中心，開封市食品成分及質量評估重點實驗室，河南 開封 475000)

亞麻又稱胡麻，起源于遠東、地中海沿岸，是一年生草本植物，按用途可分為纖維用亞麻、油用亞麻和油纖兼用亞麻三種。亞麻籽是亞麻的成熟種子，由于其含有豐富的必需脂肪酸α-亞麻酸，近年來在我國主要作為油料用于食用植物油的生產加工[1-3]。

目前，從亞麻籽中提取亞麻籽油的方法主要有熱榨法和溶劑浸出法，這兩種方法在前處理過程中要采用高溫長時間處理，油料中的蛋白質易變性，不利于資源的再利用[4]。王文俠等[5]采用超臨界二氧化碳流體萃取法提取亞麻籽油，亞麻籽油提取率高達80.18%，但所需設備昂貴，不利于大規模的工業化生產。水酶法因反應條件溫和、產物綜合利用高等優勢而受到廣泛關注。

水酶法是利用酶對植物細胞壁的降解作用，使脂多糖、脂蛋白分解，從而利于油脂釋放，提高油脂的提取率。水酶法常用的生物酶有堿性蛋白酶、纖維素酶、果膠酶、α-淀粉酶、木瓜蛋白酶等。采用水酶法提取亞麻籽油的相關研究較少，且在已有研究中多是采用復合酶，如陳晶等[6]利用堿性蛋白酶和復合纖維素酶提取亞麻籽油，并對提取工藝進行了研究；姚思含等[7]使用纖維素酶和果膠酶復合酶輔助三相分離法對同時提取亞麻籽油、亞麻籽蛋白和亞麻籽膠的工藝進行了優化；張會彥等[8]采用中性蛋白酶與戊聚糖酶復合酶提取亞麻籽油，并對提取工藝進行了優化?？紤]到果膠酶取材方便，提取效率高等優點，本研究采用單一果膠酶酶法提取亞麻籽油，通過單因素實驗和響應面實驗優化酶法提取條件，以期為酶法提取亞麻籽油提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

脫膠亞麻籽，浙江中科中創健康科技有限公司。果膠酶(酶活3×105U/g)，南寧東恒華道生物科技有限責任公司；氫氧化鈉、檸檬酸等均為分析純試劑。

HS-9240A電熱鼓風干燥箱，FA1004電子天平，WH-5恒溫水浴鍋，SS752-500型高速離心機，RE-2000A旋轉蒸發器。

1.2 實驗方法

1.2.1 亞麻籽油的提取

取50 g脫膠亞麻籽，經粉碎機粉碎后，按照一定的料液比添加蒸餾水，用0.1 mol/L的檸檬酸溶液調節料液的pH至果膠酶最適反應pH(約3.5左右)，升高溫度，添加一定量的果膠酶，酶解反應一定時間。酶解完成后置于90℃水浴中滅酶活10 min，冷卻至室溫后移至離心機中離心20 min，收集上層清油，即得亞麻籽油。

1.2.2 亞麻籽油提取率的計算

采用GB/T 14488.1—2008測定脫膠亞麻籽的含油率，按下式計算亞麻籽油提取率(Y)。

Y=m1/(m0C)×100%

(1)

式中：m1為亞麻籽油質量，g；m0為脫膠亞麻籽粉質量，g；C為脫膠亞麻籽粉含油率。

2 結果與分析

2.1 亞麻籽油提取單因素實驗

2.1.1 料液比對提取率的影響

在果膠酶添加量3%、酶解溫度55℃、酶解時間6 h條件下，考察料液比對亞麻籽油提取率的影響，結果見圖1。

圖1 料液比對亞麻籽油提取率的影響

由圖1可知，隨著料液比的增加，亞麻籽油提取率先增大后降低。料液比從1∶3增加到1∶4時，提取率增加不明顯；料液比從1∶4增加到1∶5時，提取率陡然上升，當料液比為1∶5時，提取率最大，這表明在一定范圍內，增加水量可以明顯提高提取率；料液比超過 1∶5后，提取率明顯下降，這可能是因為水的過度增多，使酶的濃度降低，反應速度減慢，反應效率下降。

2.1.2 酶解溫度對提取率的影響

在料液比1∶5、果膠酶添加量3%、酶解時間6 h條件下，考察酶解溫度對亞麻籽油提取率的影響，結果見圖2。

圖2 酶解溫度對亞麻籽油提取率的影響

由圖2可知，隨著酶解溫度的升高，亞麻籽油提取率呈先增大后降低的趨勢，在55℃時達最大值。這是因為酶的活性與溫度息息相關，每一種酶都有其最佳活性溫度范圍，在本實驗條件下，隨著酶解溫度上升，酶的活性逐漸增大，酶的催化反應速度加快，亞麻籽油提取率也呈現增長趨勢，在55℃之后，酶會逐漸變性失活，從而導致亞麻籽油提取率降低。

2.1.3 酶解時間對提取率的影響

在料液比1∶5、果膠酶添加量3%、酶解溫度55℃條件下，考察酶解時間對亞麻籽油提取率的影響，結果見圖3。

圖3 酶解時間對亞麻籽油提取率的影響

由圖3可知，隨著酶解時間的延長，亞麻籽油提取率呈先上升后下降的趨勢，在提取時間6 h時達最高。這是因為酶解時間過長，有可能促使部分提取出來的亞麻籽油進入了乳化層，導致清油量減少，提取率反而下降[9]。

2.2 亞麻籽油提取響應面實驗

在單因素實驗的基礎上，固定果膠酶添加量為3%，以料液比(A)、酶解溫度(B)及酶解時間(C)3個因素為自變量，亞麻籽油提取率(Y)為響應值，設計三因素三水平的響應面實驗，優化亞麻籽油果膠酶酶法提取工藝條件。響應面實驗因素水平見表1，響應面實驗設計及結果見表2，方差分析見表3。

表1 響應面實驗因素水平

表2 響應面實驗設計及結果

表3 方差分析

根據Design-Expert軟件對表2實驗數據進行擬合，得到回歸方程為：Y=85.24+0.05A+2.32B+1.25C-0.15AB-0.75AC-0.6BC+0.11A2-3.64B2-3.44C2。

由表3可以看出：該回歸模型p值小于0.01,說明回歸模型差異極顯著；失擬項p值大于0.05，說明失擬項不顯著，因此回歸方程可靠。交互相AB、BC的影響極顯著，AC的影響顯著。3個因素中，B的影響極顯著，而A、C影響不顯著。

通過二次多元數學模型解逆矩陣和軟件Design-Expert 建模實驗分析，最終得出果膠酶酶法提取亞麻籽油的最佳條件為料液比1∶5.26、酶解溫度56.33℃、酶解時間6 h，在此條件下亞麻籽油提取率理論值為85.63%。為了便于操作，對最佳條件進行修正，確定亞麻籽油最佳提取條件為果膠酶添加量3%、料液比1∶5、酶解溫度56℃、酶解時間6 h。經驗證實驗，最佳條件下亞麻籽油提取率為85.64%。

3 結 論

以亞麻籽為原料，采用果膠酶酶法提取亞麻籽油，獲得最佳提取條件為果膠酶添加量3%、料液比1∶5、酶解溫度56℃、酶解時間6 h，此條件下亞麻籽油提取率為85.64%。說明采用果膠酶可以有效提取亞麻籽油。