CN105565404A - 水酶法提取美国山核桃油脂的方法 - Google Patents

Abstract

水酶法提取美国山核桃油脂的方法，属于油脂提取技术领域，主要包括美国山核桃原料处理、加入水解酶、水解、灭酶、离心后得到毛油，再经纯化得到成品，其特征在于加入的水解酶为果胶酶、纤维素酶和酸性蛋白酶三者的复合酶，果胶酶：纤维素酶：酸性蛋白酶的体积配比为2:1:2，在固液比1:5，加酶量4%，酶解温度55℃，酶解pH4.5，酶解时间2h水解。在此条件下油脂得率为89.49%，酸价为2.9mg？KOH/g，碘价134.7g？I₂/100g，过氧化值3.6mmol/L，皂化值177.3mg？KOH/g；不饱和脂肪酸占到总脂肪酸的68.49%。

Description

水酶法提取美国山核桃油脂的方法

技术领域

本发明属于油脂提取技术领域，具体涉及一种水酶法提取美国山核桃油脂的方法。

背景技术

美国山核桃（Caryaillinoensis(Wangenn.)K.Koch）又名薄壳山核桃、长山核桃，胡桃科山核桃属高大乔木。美国山核桃出仁率（50%-70%）、出油率较高；富含油脂（72%，单不饱和脂肪酸在油脂中高达73%），蛋白质（11%）以及维生素B1和B2等，具有调节血脂、清理血栓、免疫调节、提高视力等多种作用，在我国广受消费者的青睐，消费量逐年上升，在我国浙江、安徽、江苏等亚热带产区有大面积栽培。

水酶法是一种新兴的提油方法，既满足食用油“安全、高效、绿色”生产的要求，还能综合利用原料。目前对植物油脂的提取普遍采用压榨法和有机溶剂浸出法生产工艺，压榨法生产工艺生产的毛油杂质较多，需经高温及化学方法处理，如碱炼、水洗、脱水、脱色等，高温时间过长，易产生反式酸油脂，不利于人体健康；水蒸气蒸馏油脂易造成油中维生素、胡萝卜素及微量元素等有益物质的损失和破坏，使蛋白质变性，其水溶性蛋白质含量明显下降，降低了营养价值和功能特性；有机溶剂浸出法生产工艺生产出来的毛油存在有机溶剂残留，对人体健康不利。

发明内容

针对背景技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种水酶法提取美国山核桃油脂的方法，实现得油率高，油品营养成分损失少，油品品质高，并能同时获得粗蛋白的一种工艺。

本发明采用的技术方案如下：

水酶法提取美国山核桃油脂的方法，主要包括美国山核桃原料处理、加入水解酶、水解、灭酶、离心后得到毛油，再经纯化得到成品，其特征在于加入的水解酶为果胶酶、纤维素酶和酸性蛋白酶三者的复合酶。

所述的水酶法提取美国山核桃油脂的方法，其特征在于所述的果胶酶：纤维素酶：酸性蛋白酶的体积配比为2:1:1-2，优选为2:1:2。

所述的水酶法提取美国山核桃油脂的方法，其特征在于所述酶解条件为：固液比1:5，加酶量4%（v/w），酶解温度55℃，酶解pH4.5，酶解时间2h。

在上述工艺条件下油脂得率为89.49%，酸价为2.9mgKOH/g，碘价134.7gI₂/100g，过氧化值3.6mmol/L，皂化值177.3mgKOH/g；不饱和脂肪酸占到总脂肪酸的68.49%。采用水酶法提取美国山核桃油工艺的为一种新工艺，在提取油的同时还能得到大量的可使用蛋白质，对促进植物油料加工业的发展具有深远意义。

附图说明

图1为水酶法提取美国山核桃油和粗蛋白的工艺路线图；

图2为加酶量对油脂得率的影响；

图3为固液比对油脂得率的影响；

图4为酶解时间对油脂得率的影响；

图5为酶解温度对油脂得率的影响；

图6为酶解pH对油脂得率的影响；

图7为美国山核桃油脂脂肪酸甲酯的GC-MS总离子色谱图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

1.材料与方法

1.1实验材料

美国山核桃（产自临安昌化），粉碎，微波干燥60s。

酸性蛋白酶、纤维素酶、果胶酶，山东苏柯汉生物工程股份有限公司。

工艺路线

实验的基本工艺路线流程见图1。

实验方法

1.3.1酶的筛选与复配

为了得到油脂，应用细胞壁多糖酶分解细胞壁，酸性蛋白酶分解蛋白质以油脂得率作为考察指标，研究酶对油脂得率（按下公式计算）的影响。

酶的筛选：取纤维素酶、果胶酶、酸性蛋白酶，按2.5%（v/w）的酶浓度分别加到美国山核桃浆（固液比1:5）中，按照表1给出的各自最适pH和温度下保温3h，并不间断地进行缓慢搅拌。

酶的复配：筛选过后选取作用效果最好的酶按一定体积比进行复配，加酶总量为3.0%（v/w），在pH4.5，温度55℃的条件下反应2h，并不间断地进行缓慢搅拌。

单因素实验

分别对酶用量、料液比、酶解温度、酶解时间、酶解pH进行单因素实验。

工艺条件优化

在单因素实验的基础上，对加酶总量、料液比、酶解温度、酶解时间、酶解pH进行正交实验，最终得到水酶法提取美国山核桃油的优化工艺参数。

毛油品质的测定

酸值、过氧化值、皂化值和碘值分别参照国家标准GB/T5530-2005、GB/T5538-2005、GB/T5534-2008和GB/T5532-2005。

脂肪组成测定

采用氢氧化钾-甲醇直接酯化法。

GC-MS分析条件：RTX-WAX(30.0m×0.25mm×0.25μm)色谱柱；进样口温度250℃。升温程序：柱温100℃、以10℃/min升到170℃，保持1min后，以3℃/min升到230℃，保持12min。载气氦气，恒流模式，流速1ml/min，不分流进样。电子轰击离子源（EI），离子源温度为200℃，接口温度为250℃，电离电压70eV溶剂切除时间为3min；全扫描模式，扫描模速度1666；扫描离子范围为45-500。

统计分析

试验实验处理平行3次，结果用x±s表示，使用SPSSforWindows17.0软件进行方差分析，p<0.05代表差异显著。

结果与分析

2.1酶的筛选及复配

本研究初步选用了三种商品酶制剂：果胶酶、纤维素酶和酸性蛋白酶分别分解细胞壁和蛋白质，考察它们对美国山核桃仁的单一作用效果和复合作用效果。由表2可以看出，与空白对照组相比，各种经酶处理后的油脂提取率均显著提高，本研究使用的果胶酶中主要含聚半乳糖醛酸酶活力，这种酶能将聚半乳糖醛酸中和游离羧基相邻的糖苷键水解，使美国山核桃细胞壁的主要组分果胶大分子有效降解，促使细胞破裂，内容物溶出。另外，由于其还含有部分纤维素酶活力，所以单一的果胶酶制剂就可以获得较高的的油脂得率。酸性蛋白酶因为分解了美国山核桃的蛋白质，使得油脂提取率比不加酶也有显著提高。但是由于没有破坏美国山核桃的细胞壁而复合酶比单一酶又有不同程度的提高，三种酶复合提取酶的效果最显著，果胶酶+纤维素酶+酸性蛋白酶（2:1:2）（油脂得率89.37±0.90%）的作用最为显著，果胶酶+纤维素酶+酸性蛋白酶（2:1:1）（油脂得率88.24±0.47%）其次。最终确定将果胶酶+纤维素酶+酸性蛋白酶（2:1:2）复配后（以下简称复合酶）处理美国山核桃浆。

2.2酶用量对油脂得率影响

酶的筛选和复配试验结束后，对复合酶水解美国山核桃浆的反应条件进行优化。在固液比1:5，pH5，温度55℃的条件下反应2h，加酶量对油脂得率的影响见图2。由图2可知，随着复合酶加酶量的增加油脂得率先增加再降低。加酶量为2.5%（v/w）时就可获得较高的油脂得率，方差分析说明酶的作用效果极显著（P<0.01）；当加酶量2.5%（v/w）-3.0%（v/w），油脂得率增速变缓，3.0%（v/w）加酶量油脂得率达到最大值，但与2.5%（v/w）的加酶量相比，油脂得率仍然较显著（P<0.05）。酶用量超过3.0%（v/w），油脂得率逐渐降低，在大于3.5%酶用量，油脂得率降速减小。因此，最终确定酶用量为3.0%（v/w）。

固液比对油脂得率的影响

水分是酶解反应时，一个很重要的影响因素，加水量过多过少都会影响油脂得率。对湿磨过的美国山核桃浆添加复合酶，在pH5，温度55℃，加酶量3.0%（v/w）的条件下反应2h，研究固液比在1:3、1:4、1:5、1:6、1:7对油脂得率的影响。研究结果从图3看出，当固液比为1:5时油脂得率最高，最终确定复合酶水解反应固液比为1:5。

如图4所示，反应时间对油脂得率有极显著影响（P<0.01）。反应时间在2h时油脂得率达到最大，小于2h时，油脂得率随酶解时间有极显著增加（P<0.01），而超过2h后逐渐减少（P>0.05）。这是由于在反应初期底物浓度大、酶的作用性强，所以油脂得率较高。而随着反应的进行，会出现底物减少、酶失活或者产物抑制等情况，导致油脂得率在2h以后很难再增加。还有一个很重要的原因是随着酶解时间的延长，反应物受空气污染的可能性也大大增强。因此综合考虑，选定复合酶水解反应时间为2h。

酶解温度对油脂得率的影响

将果胶酶、纤维素酶、酸性蛋白酶按2:1:2配比，在固液比1:5、加酶量3.0%、酶解时间2h、酶解pH5.0条件下，研究酶解温度（35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃）对油脂得率的影响，结果见图5。

根据方差分析结果，酶解温度对油脂得率的影响极其显著（P<0.01），温度从45℃开始，油脂得率有极显著增加（P<0.01），当达到55℃时油脂得率最高（86.66±0.15），之后油脂得率先缓慢下降（55℃-65℃，P>0.05），再急剧下降（65℃-70℃，P<0.05）。原因是酶解温度在55℃-65℃范围内，能保持复合酶的最大活性，温度过低或过高都不利于油脂提取，因此选择酶解温度在55℃最适。

酶解pH对油脂得率的影响

在复合酶按固液比1:5、加酶量3.0%、酶解时间2h、酶解温度55℃的条件下，研究酶解pH对油脂得率的影响，结果见图6。

方差分析结果显示，在3.0-5.5pH值对油脂得率有极显著影响，pH在4.5时油脂得率达到最大86.75%，之后则显著下降，这可能是和三种复合酶最适生长pH有关，pH3.5时碱性蛋白酶反应较快，果胶酶和纤维素酶在pH4.5左右时反应最快，因此最适pH选择在4.5。

酶水解工艺参数的正交实验

根据单因素试验结果，选用L₁₈（3⁷）正交表进行正交设计，具体的因素水平见表3。

由表4的分析结果可知影响油脂提取率主次因素为固液比>酶解温度>加酶量>酶解pH>酶解时间；在试验条件为固液比1:5，加酶量4.0%，酶解时间2h，酶解温度55℃，酶解pH4.5时为最优工艺，在上述优化条件下进行验证实验，美国山核桃油得率为89.49％。表5的方差分析可看出固液比和酶解温度对油脂得率有显著影响。

美国山核桃油的基本理化指标

分析水酶法提取的美国山核桃油的理化指标，结果见表6，水酶法提取的美国山核桃油的酸价2.9mg/g，表明其游离脂肪酸含量较低；碘价为134.7g/100g，低于多数植物油，显示其不饱和脂肪酸含量较低；皂化值为177.3mg/g，与其它常见的植物油相比较低，则说明美国山核桃油脂中脂肪酸平均分子量较小。

美国山核桃油GC-MS测定脂肪酸结果分析

脂肪酸甲酯的GC-MS总离子色谱图见图7，根据GC-MS联用测定所得到的质谱信息，应用数据库进行检索，并对检索结果进行人工核对，通过与标准谱图对照分析，确定了美国山核桃油脂组成成分的结构，并按照峰面积归一法计算可算出各组成化合物的相对百分含量。美国山核桃油脂肪酸组成分析鉴定结果见表7，油中主要含有亚油酸、油酸、棕榈酸和硬脂酸，其中亚油酸、油酸和棕榈酸是其主要成分，占美国山核桃油脂组成的75.51%，饱和脂肪酸仅占21.12%，而不饱和脂肪酸含量为68.49%。

结论

本实验主要研究同种酶制剂以及酶解工艺参数对油脂得率的影响，从而得出水酶法从山美国山核桃仁中提取油的最佳工艺路线，综合上述的酶制剂选择和复配实验结果，确定果胶酶、纤维素酶和酸性蛋白酶按2:1:2（v/v/v）的比例进行复配后处理湿磨美国山核桃浆。由单因素优化实验和正交实验得出复合酶的最优水解条件为：固液比1:5，加酶量4.0%（v/w），酶解时间2.0h，酶解温度55℃，酶解pH4.5。在上述得到的最优工艺下进行验证实验，进行多组平行实验后，油脂得率为89.49%。油脂中主要含有7种脂肪酸成分，其中油酸含量48.45%。水酶法通常包括原料处理、加入水解酶、水解、灭酶、离心后得到毛油，再经纯化得到成品，本发明中未提及的部分可以采用现有技术。采用水酶法提取美国山核桃油工艺的为一种新工艺，在提取油的同时还能得到大量的可使用蛋白质，对促进植物油料加工业的发展具有深远意义。

Claims (4)

1.水酶法提取美国山核桃油脂的方法，主要包括美国山核桃原料处理、加入水解酶、水解、灭酶、离心后得到毛油，再经纯化得到成品，其特征在于加入的水解酶为果胶酶、纤维素酶和酸性蛋白酶三者的复合酶。

2.根据权利要求1所述的水酶法提取美国山核桃油脂的方法，其特征在于所述的果胶酶：纤维素酶：酸性蛋白酶的体积配比为2:1:1-2。

3.根据权利要求1所述的水酶法提取美国山核桃油脂的方法，其特征在于所述的果胶酶：纤维素酶：酸性蛋白酶的体积配比为2:1:2。

4.根据权利要求1所述的水酶法提取美国山核桃油脂的方法，其特征在于所述酶解条件为：固液比1:5，加酶量4%（v/w），酶解温度55℃，酶解pH4.5，酶解时间2h。