水酶法提取玉米胚芽油-酶解工艺参数优化
2024-08-19
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生物工程 DOI:10.3969/j.issn.1005-6521.2015,09.033 食品研究与再发 Food Research And Developmen 2015年5月 第36卷第9期 水酶法提取玉米胚芽油一酶解工艺参数优化 张志伟,王素梅’ (漯河双汇肉业有限公司技术中心,河南漯河462000) 摘要:研究水酶法提取玉米油酶解x- ̄固液比、酶制剂种类、反应温度、时间及pH对清油提取率及酶解液中还原 糖量的影响。响应面分析试验结果表明:采用2%的杰能科纤维素酶,固液比为1:8,酶解pH为4.5,酶解温度为 51.9 oC,酶解时间为5.24 h,清油提取率为84.1%。 关键词:固液比;酶制剂种类;反应温度;酶解时间;pH Aqueous Enzymatic Extraction of Corn Germ Of-Optimization for the Technology of Enzyme Hydrolysis ZHANG Zhi—wei.WANG Su—mei (Luohe Shuanghui Meat CO.,LTD.,Technology Center,Luohe 462000,Henan,China) Abstract:Influence of dilution ratio,type of enzymes,temperature,time and pH on the yield of free oil and the quantity of the reducing sugar was studied.According to the resuh of Response Surface Analysis(RSA) test.84.1%free oil was obtained when corn germ was hydrolyzed by 2%cellulase at the temperature of 5 1.9℃ for 5.24h,at dilution ratio 1:8(dry COrn germ:water). Key words:dilution ratio;type of enzymes;hydrolysis temperature;Time;pH 作者简介:张志伟(1974一),男(汉),高级工程师,硕士,现从事肉制品加工及肉品研究。 通信作者 22.9和4.65%、25.4%。 藏中其总酚含量不降反升,可以推断西瓜含有与其他 几种水果不同的物质,导致其总酚含量变化趋势与其 由图5可知,西瓜汁中多酚的含量较低,贮藏中 其总酚含量不降反升,一10。c和20℃贮藏25 d后其总 酚含量分别上升11-3%和32.5%;5℃以上贮藏10 d 他几种果汁不同【lIq,建议西瓜的贮存在5℃~10℃,即 可保鲜,也能增加总酚含量。 参考文献: [l1 石碧,]狄莹.植物多酚【M】.北京:科学出版社,2000:8—56 [22] 苑博.果汁多酚的加工稳定性及与蛋白质作用对体外消化的影 响[D】.无锡:江南大学,201 1 后,总酚含量增长迅速,原因为贮藏期间蔗糖、有机酸 等转化为合成酚类物质的底物,促使总酚含量升高。 4结论与讨论 果实在采摘后都要冷藏,考虑到冷藏的经济性及 总酚含量的保留,得出以下结论: 【3】沈佩仪,徐金龙,李傲,等.菠萝皮中总多酚的纯化工艺研究[J].食 品与机械,2012,28(2):139—141 [4]赵晓云,赵博等,邢嫒嫒,等.荷叶多酚的微波辅助提取工艺优化 及其抗氧化活性研究叨.中国酿造,2010(3):79—83 [5】杨薇,张晓旭.苹果多酚功能及其作用机理的研究进展[J】.食品 研究与开发,2012(1):193—196 新鲜杨梅总酚含量较高,其收获期很短、易腐败, 因此长期低温冻藏有利于杨梅酚类物质的保持,建议 在一5℃及以下温度贮藏。新鲜山楂、苹果的总酚含量 低于杨梅,一l0℃到20℃温度贮藏其总酚都有所减 少,考虑到贮藏经济型,建议在5℃冷藏条件下即可较 稳定保藏圈。西瓜汁中多酚的含量较低,一l0℃ 20℃贮 [6】林玉芳,陈清西等,关夏玉,等.橄榄总多酚提取工艺优化研究[J】 .中国农学通报,201 1,27(5):396—400 收稿日期:2013—12—29 张志伟,等:水酶法提取玉米胚芽油一酶解工艺参数优化 生物工程 _== J76 玉米胚芽中脂肪含量高达4O%一50%,是一种丰 固液比是指酶解体系中玉米胚(干基)与水的比 例。从图1可以看出,当玉米胚芽浓度较低,即固液比 富的油料资源,玉米胚芽油营养价值高,富含亚油酸 和多种维生素,并易于为人体吸收,国外称之为营养 健康油。玉米胚芽蛋白质具有较高的营养价值,其生 物学价值高达64.7%『l_。 传统提油方法有压榨法和浸出法,虽然出油率 较小时,反应速度慢,还原糖生成量少,清油提取率低, 这是因为当固液比较小时,底物浓度和酶浓度都较 低,影响酶反应速度。随着固液比的增加,底物浓度和 酶浓度都相应提高,反应速度加快,还原糖和清油提 高,但提油后的饼粕利用率较低,且溶剂浸出法还需 脱溶剂过程,投资大。水酶法提油是一种新型的提油 方法,能将油和蛋白质同时分离,且温和的加工条件 取率呈直线增加,当固液比为1:8时,还原糖和清油 提取率最高,分别为15.6 g/L、83.1%。但固液比增加到 一定程度后,即反应物浓度增加到一定值时,由于反 使蛋白质保持较高的营养价值和功能性质,又使色素 应体系浓度过高,黏度大,体系流动性差,酶与底物接 及其它有毒物质溶于水而除去圆。目前文献报道出油 率较低,仅有79%,本文对玉米胚芽水酶法提油酶解 工艺参数进行优化,旨在确立最佳酶解条件。 1材料与方法 1.1.1原料与试剂 玉米胚芽,购于河南荥阳淀粉厂。 1.1.2仪器设备 YX一400A双层立式电热蒸气消毒器:上海三申医 疗器械厂;LXJ一Ⅱ离心机:上海医用分析仪器厂;501 型超级恒温器:上海试验总厂;JB300一D强力电动搅拌 机:上海标本模型厂;胶体磨:廊坊机械总厂。 1.1-3测定方法 纤维素酶、半纤维素酶及果胶酶酶活测定阎:DNS法。 水酶法提油工艺路线l3 :取玉米胚芽1 kg(干基 计)以1:15的比例浸泡于0.05 mol/L的柠檬酸缓冲液 中后,在蒸气消毒器中进行热处理,热处理条件:pH4、 110 oC、60 arin,然后沥干,加水,胶体磨处理8次,调 pH,加酶,50℃保温,酶解后离心得清油。 清油提取率(%)=清油量,胚芽总油量x 100 2结果与讨论 2.1固液比对清油提取率及还原糖量的影响 固液比对清油提取率及还原糖量的影响见图1。 固液比 图1 固液比对清油提取率及还原糖量的影响 Fig.1 Influence ofdilution ration on the yield offree oil and the quantity of hte reducing sugar 注:酶解条件为pH4.5、50 oC、6 h,2%加酶量。 触机会反而减少,反应速度下降,因此,随着底物浓度 的提高,还原糖和清油提取率逐渐下降,当固液比为 1:4时,还原糖和清油提取率分别为13.0 、72%。 因此,水酶法提取玉米油适宜固液比为1:8最佳。 2.2不同商品纤维素酶制剂对清油提取率及还原糖 量的影响 不同商品纤维素酶制剂对清油提取率及还原糖 量的影响见表1。 表1不同商品纤维素酶制剂对清油提取率及还原糖量的影响 Table 1 Influence of type of enzymes on hte yield of free 0il and hte quantity of the reducing sugar 注:酶解条件为pH4.5、50℃、6 h,2%加酶量,固液比1:8。 从表1可以看出,不同商品纤维素酶酶制剂对清 油提取率和酶解液中还原糖生成量影响很大,这主要 与它们的酶活力有关。玉米胚在热处理中,细胞壁微 纤丝网中填充物质如果胶、半纤维素及其它多糖物质 溶解进入溶液中,由纤维素分子聚合而成的微纤丝网 状骨架是玉米胚热处理后细胞壁的主要物质。所以, 玉米胚细胞壁的破坏与否基本取决于细胞壁纤维素 的降解程度,因此,对于不同商品酶制剂,纤维素酶活 力越高,细胞壁纤维素降解程度越大,清油提取率和 还原糖生成量越高。由表1可以看出,使用杰能科商 品纤维素酶制剂,酶解液中还原糖生成量最多,清油 提取率最高,说明杰能科商品酶制剂的纤维素酶酶活 最高,这与所测得酶活一致。3种酶制剂纤维素酶酶活 力居主导地位,杰能科纤维素酶活力最高,NOVO次 之,夏盛最低。 2_3反应pH对清油提取率及还原糖量的影响 反应pH对清油提取率及还原糖量的影响见图2。 pH直接影响酶与底物的结合和催化作用,每一 生物工程 张志伟,等:水酶法提取玉米胚芽油一酶解工艺参数优化 表2几种商品酶制剂酶活(itmol/—rmiI/n卜‘暑一、檠 览表 Table 2 Activity of enzymes 瓣 超 酶解液pH 图2反应pH对清油提取率及还原糖量的影响 Fig.2 Influence of pH on the yield of free oil and the quantity of htereducing sugar 注:酶解条件为50 oC、6h,2%纤维素酶、固液比1:8。 个酶催化反应,都有一个适宜的pH,在适宜的pH下, 酶催化效率最高。从图2可见,pH4.5~5.5为纤维素酶 作用的适宜pI-I,pH5.0时催化效率最高,此pH下,玉 米胚芽细胞破坏最为彻底,还原糖的生成量为17.2 g/L。 从图2可以看出清油提取率和还原糖的生成量随反应 pH变化不完全一致,反应pH为4.5时清油提取率最 高,这是因为清油提取率不仅与细胞的破坏程度有 关,还与蛋白质的溶解性及乳化性有关,反应pH4.5更 接近玉米胚芽蛋白质的等电点[1】,在等电点蛋白质溶 解度低,乳化性差,从而导致反应pH 4.5时清油提取 率最高。 2.4反应温度对清油提取率及还原糖量的影响 反应温度对清油提取率及还原糖量的影响见 图3。 谆 是 图3反应温度对清油提取率及还原糖量的影响 Fig.3 Influence of temperature on hte yield offree oil and the quantity of the reducing sugar 注:酶解条件为pH4.5、6 h,2%纤维素酶、固液比1:8。 从图3可看出,在40℃ 50℃之间,还原糖的生 成量和清油提取率随反应温度的升高而增加,在50℃~ 60℃之间又随反应温度的升高而逐渐下降,50℃为酶 作用的适宜温度,此温度下,还原糖生成量和清油提 取率最高,分别为15.6 g/L、83.08%。各种酶催化都有 合适的温度,在酶的最适温度下,随着温度的升高,反 应物的能量增加,单位时间内分子间的有效接触次数 增加,反应速度加快,如果反应体系的温度高于酶的 最适温度,酶分子吸收过多的能量,引起维持酶分子 结构的次级键解体,导致酶蛋白变性,因此使酶活性 减弱,甚至丧失催化活力[81。 2.5酶解时间对清油提取率及还原糖量的影响 酶解时间对清油提取率及还原糖量的影响见图4。 爨 隧 题 图4酶解时间对清油提取率及还原糖量的影响 Fig.4 Influenceoftimeontheyieldoffreeoilandthequantityof hte reducing sugar 注:pH4.5、50℃、2%纤维素酶、固液比1:8。 通过图4可以看出,清油提取率和还原糖在3 h~ 5 h之间,随酶解时间的延长增加速度较快,酶解反应 5 h时,清油提取率和还原糖分别为82.6%、15.01 g/L, 在5 h 8 h之间,清油提取率和还原糖的生成量增长 缓慢。酶解时间应控制在5 h。 2.6酶解工艺的优化 采用响应面分析法,在单因素的基础上,固液比 为1:8,纤维素酶添加量为2%条件下,以清油提取 率为响应值,对酶解体系的pH、温度及酶作用时间进 行优化。RSA试验的因素、水平组合和响应值结果见 表3。 表3 RSA试验的因素、水平组合和响应值 Table 3 RSA experiment 张志伟,等:水酶法提取玉米胚芽油一酶解工艺参数优化 生物工程 —===118 续表3 ltsA试验的因素、水平组合和响应值 Continue table 3 RSA experiment 用SAS'RSREG计算出回归方程: Y=83.10+1.105x1+3.521x2+2.676x3—4.934x1 一 6.166X22—9.05lX32—0.190XlX2—2.91xlx3+4.717 5x2x3。 回归方程的方差分析表见表4。 表4回归方程的方差分析表 Table 4 Analysis of variance of regression equation 注: 0l【9,5)=10.2;1%01(9,5)=O.978 3。 从表4看出,该回归模型的F值为21.601,大于 Fn。。(9,5),线性相关系数R为0.987 3,大于 。(9,5), 说明方程的因变量与全体自变量之间的线性关系 显著。 回归方程的各项方差分析如表5。 表5回归方程的各项方差分析表 Table 5 Analysis of variance of regression equation 注:Fn0。(3,2)=10.2。 由表5看出,Y的一次项、二次项都是显著的,说 明响应值的变化相当复杂;交互项的显著性说明三因 素之间的相互影响较大;失拟项的显著性说明还有另 外因素在影响响应值,如固液比、搅拌速度、离心速度 等;误差不显著,说明试验误差小。 由响应面分析得最佳酶解条件为酶解反应pH为 4.5,反应温度为51.9 oC,反应时间为5.24 h,此时所得 清油提取率为84.1%。 3结论 研究了固液比、酶种类、反应温度、时间及pH值 对清油提取率及酶解液中还原糖量的影响。结果表明: 选用杰能科纤维素酶,固液比为1:8,反应温50 cI:、酶 解时间5 h及pH 4.5时,酶解彻底。并在此基础上,根 据BOX中心组合设计原理,设计了三因素三水平的响 应面分析试验,结果表明:采用2%的杰能科纤维素 酶,固液比为1:8,酶解pH为4-5,酶解温度为51.9 cc, 酶解时间为5.42 h,清油提取率为84.1%。 参考文献: [1】Nilsen H C,Inglett G E,Wall J S.Corn germ protein isolate-prelim- inary studies on preparation and prope ̄ies【J】.Food Chem,1973,50: 435—443 [2 McGl2]on O C,Munguia A L,Carter J V.Coconut oil extraction by a new enzymatical process[J].Joumal ofFood Science,1986,51:695 【3】Sugarman,N.Process for simultaneously extracting oil and protein from oleaginous materials,1956,U.S.Patent 2762820117] 【4】Robert H,Carl M C,Karl F M.Aqueous processing of fresh coconuts for recovery ofoil and coconut skim milk[J].Journal foFood Science, 1973,38:5 16—522 [5 Robea 5]H.Aqueous processing of full-fat SUIL ̄OWeY seeds:yields of oil nad protein[]J.J AOCS 1974,39:470-476 [6】Gunetileke K G,Flaurentius S.Contion ofr the separation of oil and protein from coconut milk emulsion[J].Joumal fo Food Science,1974, 39:231-236 【7】王璋.食品酶学【M】.北京:中国轻工出版社,1990 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