水酶法提取沙枣种子油工艺研究

2012-06-21张娜刘源

塔里木大学学报 2012年2期

张娜刘源

沙枣(Elaeagnus angusti folia L.)又名桂香柳、银柳、七里香，属胡颓子科，胡颓子属植物，是一种常绿灌木，沙枣喜光、耐寒、对风沙、盐碱抗性强，生长快，用途广［1］，它不仅有很好的生态效益及经济价值，而且还具有很高的食用及药用价值。沙枣果核大，据报道，其种子含油率高达26%，且富含不饱和脂肪酸［2］。因此，沙枣种子是一种高含油率油料，是制备营养保健油的优质原料，对其开发利用具有较高的经济价值和市场前景，是一种急待开发的油脂资源。

水酶法是一种新型的提油方法。它以机械和酶解为手段破坏植物细胞壁，在提取过程中不需要有机溶剂，与传统工艺相比，水酶法提油技术设备简单、操作安全、效率高，处理条件温和，所得毛油质量高、色泽浅、易于精炼，生产过程相对能耗低，污染少，易处理［3，4］。水酶法最重要的工序就是酶处理，即采用能降解植物油籽细胞壁、脂类及其复合体(脂蛋白、脂多糖)的酶制剂，在油籽被机械破坏基础上，在一定条件下，与料坯接触，进一步将细胞壁“打开”，同时使油脂从分解“复合体”中被释放，从而达到“预处理、制坯”目的［5］。这一类酶很多，包括能降解、软化细胞壁纤维素酶(CE)、半纤维素酶(HE)和果胶酶(PE)及蛋白酶、α－淀粉酶、α－聚半乳糖醛酸酶、β－葡聚糖酶等。随着生物技术发展，酶种类会不断增多，酶价格会不断下降，所有这些都有助于水酶法在植物油提取中应用［6］。为此本文以沙枣种子为原料研究水酶法对沙枣种子提油率的影响，找出最佳提油工艺及条件，为以后的生产实践提供实验基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料、试剂

沙枣种子采摘新疆野生沙枣;纤维素酶酶活力＞2 000 u/g;果胶酶酶活力≥30 u/mg;α－淀粉酶酶活力≥3 700 u/g;胃蛋白酶1:3 000(BR);石油醚(沸程30～60℃)分析纯;蒸馏水。

1.2 试验仪器

DZKW－5－6电热恒温水浴锅，AR2140电子天平，RE－2010旋转蒸发仪，LXT－IIB低速大容量多管离心机，101电热鼓风干燥器。

1.3 试验方法

1.3.1 水酶法提油工艺流程

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 原料预处理通过蒸煮去除沙枣果核外部果肉，将果核在较低温度下烘干，粉碎、筛理、分拣、清理等，除去沙枣种子中的碎壳、霉变的沙枣，清理后的油料不得含有果核、石块、杂铁、绳头、蒿草等杂质。

1.3.2.2 研磨用研钵将沙枣种子研碎，以充分破坏细胞组织。要求磨得越细越好，以增加物料与酶的接触面积，便于充分酶解。一般油料破碎度大，出油率高。所以作为水酶法提取前道工序十分关键。根据对比实验，未经破碎或破碎程度较小的油籽进行酶解出油率极低，因此，油籽必须进行粉碎研磨成细的颗粒才能有效进行酶解。

1.3.2.3 加水称取5 g研碎的油料，按适当的料液比加入蒸馏水，充分搅匀，这样可以得到最不稳定的乳状液，使油料充分溶胀，便于酶解及油脂的分离。

1.3.2.4 灭酶将油料与水充分摇匀，在90℃水浴下灭酶10～15 min，这样可以消除油料自身酶的干扰。

1.3.2.5 加酶待料液降到常温时，加入复合酶。此时，料液的自然pH值为5.2左右，所用复合酶的最适pH值在5～6之间，一般不加调整，可直接利用浆料本来的pH值。

1.3.2.6 灭酶水浴一定时间待完全酶解后，升温至90℃，保持30 min，充分灭酶。

1.3.2.7 萃取、离心加入石油醚萃取，然后离心，3 600 rad/min，15 min，吸取上层溶剂相。再将水相及料渣用石油醚润洗，再离心，取上层溶剂相。合并两次溶剂相，旋蒸回收溶剂，烘干得清油。

1.3.2.8 计算沙枣种子油得率准确称量所得清油重量。提取率=(清油重/油料重)×100%

2 结果与分析

2.1 酶的选用及配比优化

2.1.1 单一酶对比试验

酶的专一性，决定采用单一纯酶在酶解工艺中有很大局限性，因此，选择合适几种酶混合使用，将会使细胞降解更彻底、效果更好，混合酶应用商品化愈来愈受到油脂界关注［5］。沙枣种子细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，故本实验选取了纤维素酶、果胶酶、α－淀粉酶及蛋白酶来进行优化配比。

取四组5g沙枣种子粉，分别加入纤维素酶、果胶酶、蛋白酶及α－淀粉酶，加酶量2%，酶解温度45℃，酶解时间5 h，料液比1:7，沙枣种子油提取率见表1。

表1 单一酶对比试验

由表1可看出在单一酶对比试验中，选用胃蛋白酶沙枣种子油提取率最低，所以选取纤维素酶、果胶酶、α－淀粉酶进行复合配比。

2.1.2 复合酶配比试验

将纤维素酶、果胶酶、α－淀粉酶进行复合配比。提取条件:加酶量2%，酶解温度45℃，酶解时间5 h，料液比1:7，沙枣种子油得率见表2。

表2 复合酶配比试验

由表2可看出，在四种复合酶中，纤维素酶、果胶酶、α－淀粉酶按1:1:1配比，沙枣种子油提取率最高，效果最好，所以采用这三种酶进行1:1:1复配提取沙枣种子油。

2.2 水酶法提取沙枣种子油单因素试验

2.2.1 酶解时间对提取率的影响

料液比1:7，加酶量2%，酶解温度45℃，改变酶解时间进行对比试验，试验结果见图1。

图1 酶解时间对沙枣种子油提取率的影响

从图1可看出，提取率开始随着酶解时间的延长而增加，在5 h时提取率达到最高，当酶解时间超过5 h时，提取率却随着时间的增加而减少，并且料液开始有不良气味产生。酶解时间过长会使酶部分变性失活，并且反应时间过长使乳状液趋于稳定，破乳困难，对提油不利［7］。

2.2.2 料液比对提取率的影响

加酶量2%，酶解温度45℃，酶解时间5 h，改变料液比进行对比试验，试验结果见图2。

图2 料液比对沙枣种子油提取率的影响

从图2可看出，开始时，随着加水量的增加，提取率有明显提高，当料液比超过1:4以后，提取率随着加水量的增加呈下降趋势。在水酶法中，酶解时料液比对油脂浸出效果影响较大，且不同的油料有不同的最佳加水量，太高或太低的料液比均不利于酶解释放油脂。据研究，酶的活性与系统的水量有关，酶在含水量为35%的介质中具有最大活性［5］。

2.2.3 酶解温度对提取率的影响

料液比1:4，加酶量2%，酶解时间5 h，改变酶解温度进行对比试验，试验结果见图3。

图3 酶解温度对沙枣种子油提取率的影响

由图3可看出，随着温度的上升，提取率逐渐提高，但超过45℃，提取率会逐渐下降。随着温度的不断升高，会使部分酶钝化并失去活性，导致沙枣种子油提取率降低。

2.2.4 加酶量对提取率的影响

料液比1:4，酶解温度45℃，酶解时间5 h，改变加酶量进行对比试验，试验结果见图4。

图4 加酶量对沙枣种子油提取率的影响

由图4可看出，随着酶的添加量的增加，沙枣种子提取率逐渐增加，加酶量在2.5% ～3%时，提取率基本没有多大改变。一般认为，酶浓度的增加，会使油的得率和油的分离速率增大，但往往有一适宜的或较为经济的酶浓度值。当酶的添加量达到某一浓度后，继续增加酶量所取得的效果并不理想，甚至会变差，所以必须按油籽品种、含油率、制油方式等试验确定酶的用量。

2.3 水酶法提取沙枣种子油正交试验

在单因素试验基础上，确定酶解温度(A)、酶解时间(B)、料液比(C)、加酶量(D)四个因素，选取每个因素的三个最优水平，采用L9(34)进行正交试验，因素水平见表3，结果见表4。