酶法提取花生油的研究

2013-07-12杨红霞窦明

食品研究与开发 2013年8期

关键词：底物反应时间蛋白酶

杨红霞，窦明

（鹤壁职业技术学院，河南鹤壁 458030）

花生营养丰富，无论是生食、熟食，其味道都十分鲜美，素有“人参果”的美誉，是一种人们非常喜爱的保健食品。我国各地均种植花生，年产量居世界第一，而每年用于提取油脂的只占年产量的20%左右。

本研究通过优化工艺试图获得较高的蛋白质水解度，利用酶法制备花生油，通过对其工艺的研究，生产出满足现代消费的在营养、安全、风味、保健方面要求的制品，提高市场竞争力。

1 材料与方法

1.1 原料和试剂

碱性蛋白酶、风味蛋白酶，木瓜蛋白酶、花生、香精，聚甘油脂肪酸聚酯，蔗糖酯，单甘酯，黄原胶等食品级；乙醚，乙醇，过氧化氢，碳酸氢钠，硼酸，氢氧化钠等分析纯。

1.2 主要仪器设备

ATN-100 型凯氏定氮仪：上海洪记仪器设备有限公司；HR2027/70 飞利浦搅拌机：珠海经济特区飞利浦家庭电器有限公司制造；PHS-3C 型数显酸度计：杭州雷磁分析仪器厂制造；501A 型超级数显恒温水浴：上海浦东荣丰科学仪器有限公司；电子天平，ALM2/210 E6180/50 均质机：上海浦东荣丰科学仪器有限公司；SP-2100 型可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司；离心机GL-22M：赛特湘仪离心机有限公司。

2 花生油生产工艺

2.1 工艺流程[1-3]

新鲜花生→烘干→打浆→预处理（70 ℃，30 min）→调pH、料液比、酶解时间（150 min）→灭酶→离心（6 000 r/min，30 min）→毛油→提取→称重

2.2 酶的处理方法

2.2.1 酶液的制备[4]

根据酶产品说明书，将粉末酶溶解到配制好的缓冲液[1]中，待酶充分溶解后密封保存到2 ℃～4 ℃的冰箱中备用。

2.2.2 酶解物的制备

花生烘烤去皮，放入打浆机中进行磨浆，肉眼看上去光滑细腻为止，取出一定量的花生浆放入酶反应器中，加入适量的蒸馏水，以制备成所需要的底物浓度。搅拌升温到控制温度，调溶液pH 到控制值，加入适量酶，开始计时，并用0.5 mol/L 的NaOH 滴定保持溶液的pH 在控制值，每隔10 分钟或20 分钟记录所消耗的碱量。

2.2.3 灭酶

保持酶解过的料液90 ℃以上10 min 即可。

3 结果与讨论

3.1 酶解方法对花生提油的研究

花生烘烤120 ℃、20 min 后，对花生进行成分分析，得到表1。

表1 烘烤花生成分表Table 1 Baking peanuts composition table %

3.1.1 几种不同酶的反应的对比

根据产品说明书[2.5、6]、参考文献确定酶解条件如下：

Flavourzyoe：酶量0.8 g，反应温度55 ℃，底物浓度20%，pH 6.3，反应时间200 min。Papain：酶量0.8 g，反应温度55℃，底物浓度20%，pH 6.5，反应时间200 min。Alcalase：酶量0.4 mL，反应温度55 ℃，底物浓度20%，pH 9.0，反应时间200 min。

图1 不同酶的酶反应的比较图Fig.1 Effect of enzyme reaction comparison chart

由上图可知，在酶解反应中，随着酶解时间的延长水解度（DH）的变化可以分为三个阶段：快速上升阶段、缓慢增长阶段和最后的平衡阶段。三种酶对花生蛋白的酶解能力不同，其中碱性蛋白酶﹥风味蛋白酶﹥木瓜蛋白酶。由于酶具有专一性，特定的底物具有最佳的作用酶，三种酶中碱性蛋白酶的酶解能力最强，而且最后的料液经6 000 r/min 离心20 min 后提取油量的分别为0、6.6、11.6 g，不难得出本试验研究最适合的酶是Alcalase 酶。

3.1.2 酶解反应最适条件的单因素试验

3.1.2.1 温度对酶解反应的影响

在底物浓度、加酶量、pH、反应时间不变的前提下改变反应温度（40、50、55、60 ℃）可得到下面的图2。

图2 温度对酶解反应的影响Fig.2 Effect of temperature on enzymatic reaction

从图表能够很明显的看出：当温度低于55 ℃度时酶的活性呈上升趋势，但温度高于55 ℃度时酶的活性呈下降趋势，当温度继续升高时，酶就会被灭活，料液能够保持原有的蛋白质状态不被分解。从试验的条件和结果可以看出Alcalase 酶在55 ℃时水解度最高。

3.1.2.2 pH 对酶解反应的影响

在底物浓度、加酶量、反应温度（55 ℃）、反应时间不变的前提下改变酶解反应的pH（8.0、9.0、9.5），对所得数据进行分析可以得到图3。

图3 pH 对酶解反应的影响Fig.3 pH value on the enzymatic reaction effect

从图3 可以看出3 个pH 梯度的酶解反应的水解度都是上升的，但是在9.0、9.5 时酶解反应的水解度的增长缓慢，也就是说酶解反应在pH=9.5 以下时，酶解反应随着pH 的增高反应水解度是增大的。由于在pH=9.0，pH=9.5 时，酶解反应的水解度相差不大，同时考虑到经济问题，酶解反应的pH 选择pH=9.0。

3.1.2.3 加酶量对酶解反应的影响

在底物浓度、反应pH、反应温度（55 ℃）、反应时间不变的前提下改变酶解反应的加酶量（0.3、0.4、0.5 mL），对所得数据进行分析可以得到图4。

图4 加酶量对酶解反应的影响Fig.4 Enzyme concentration on enzymatic reaction effect

从图4 可以看出加酶量在一定的范围内增加时酶解反应的水解度增加，由于底物浓度中蛋白质的量是一定的，当酶量加到一定程度时酶解反应的水解度就会趋于平衡。从上图可以看出，当加酶量为0.4、0.5 mL时，水解度的相差不大，从经济方面考虑，选用0.4 mL的加酶量为宜。

3.1.2.4 底物浓度对酶解反应的影响

底物浓度对于反应速率起着重要的作用。原料加水少，水解不彻底，提油率低；加水多，有助于水解反应进行，提高了提油率，但产物浓度过低，浓缩时能耗大。试验中选用料液比分别为10%、20%及30﹪的花生悬浮液进行酶解，试验结果如图5 所示。

图5 底物浓度对酶解反应的影响Fig.5 Substrate concentration on enzymatic reaction effect

由5 可知，水解度随着底物含量的增加而降低，而试际生产中，底物含量大，有利于后续的加工。若底物含量过高，水解液粘度过大，影响酶的扩散，对酶解反应有抑制作用。因而在保证高水解度的情况下，选用底物含量为30%。

3.1.2.5 时间对酶解反应的影响

在底物浓度、加酶量、反应温度、反应pH 不变的前提下改变酶解反应的反应时间，对所得数据进行分析可以得到图6。

图6 时间对酶解反应的影响Fig.6 Effect of time on enzymatic reaction

从上图可以看出，随着时间的延长酶解反应的水解度逐渐增大，由于底物中蛋白的量是一定的，过了一定时间水解度会趋于平衡，由此可以看出可以选择200 min 即可。

3.1.3 确定酶解反应最适条件的正交试验

以水解度为考察指标，对水解条件进行优化，确定酶解的最佳工艺。对酶与底物浓度比、水解温度、pH、料液比进行四因素三水平的L（934）正交试验，提高试验数据的准确性。

表2 正交试验数据表Table 2 Orthogonal test table

表3 花生最佳酶解提油的正交试验结果Table 3 Best hydrolysis of peanut oil extraction orthogonal experimental results

根据正交试验的直观分析结果得知：在A2B1C2D3的条件下，DH 最高达0.215。极差分析的结果显示：最优组合为A2B1C1D3，pH 是影响结果的最显著因素，该因素的变化会引起结果的显著变化，在试际操作中要严格控制pH，保证蛋白质的水解度。为了验证最优的工艺条件，进行验证试验，结果显示A2B1C1D3组合下的水解度为0.203，因此，最优的工艺条件为：A2B1C2D3，因此最终的优化工艺条件为A2B1C2D3。