菜籽粕中植酸高效提取的工艺研究

2019-08-22邱立明韦东林

中国油脂 2019年8期

邱立明，孟橘，魏冰，韦东林，周莹，杨敏

(1.西安中粮工程研究设计院有限公司，西安 710082； 2.西安爱菊粮油工业集团有限公司，西安 710038)

植酸(Phytic acid，PA)即环己六醇六磷酸酯，是一种天然物质，因其具有独特的生理、药理功能和化学性质，被广泛应用于食品、医药、化工等领域。植酸与金属离子反应，可生成不溶性螯合物，影响人体对矿物质元素的利用；与蛋白质反应，可降低蛋白质的生物效价和功能特性，减少人体对植物蛋白的摄取；同时还能抑制淀粉酶和胰蛋白酶的活性。因此，植酸又被认为是抗营养因子[1]。

植酸在双低菜籽粕中含量为2%～4%，以“植酸-多价金属阳离子-蛋白质”三元复合物的形式存在[2]。为了提高菜籽粕的饲用价值及其综合利用价值，对菜籽粕中植酸的提取具有经济意义。兰文菊等[3]采用碱沉淀法从菜籽粕脱毒液中回收提取植酸，植酸提取率为45.96%；鲍传稳等[4]研究了一种从菜籽预榨-浸出粕中两步提取植酸的工艺，可获得纯度为69.96%的植酸产品，提取率为58.0%；罗仓学等[5]利用低浓度的醋酸溶液提取菜籽粕中的植酸，得到提取液中植酸含量为1.64%。但这些方法存在或操作复杂，或提取率较低等问题。

本研究采用乙醇硫酸体系对菜籽粕提取植酸的工艺条件进行了研究，以期为菜籽粕的脱毒技术及拓宽菜籽粕的综合利用范围提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 实验材料

菜籽粕经40目筛筛分后,取筛下物备用。蒸馏水为实验室三级或三级以上用水，浓硫酸，盐酸，无水乙醇，碘化钾，三氯化铁，淀粉，硝酸钍，硫代硫酸钠，磺基水杨酸钠，活性炭，氯化钙，氢氧化钠，甲醇。除甲醇为色谱纯，其他试剂均为分析纯。

万分之一电子精密天平，PHDZ-01笔试酸度计，B-220恒温水浴锅，722光栅型分光光度计，JJ-1型定时电动搅拌器，LD5-2B离心机，101A-1型电热鼓风干燥箱，高速离心机，艾柯超纯水机，HL-2恒流泵，RE-52旋转蒸发仪，恒温水浴振荡器，千分之一电子天平，高压反应锅，高压反应釜。

1.2 实验方法

1.2.1 菜籽粕中植酸的提取

参考文献[6]的方法。精确称取5 g菜籽粕，加入一定配比的酸性乙醇水溶液，调整pH，在B-220恒温水浴锅中以一定温度搅拌反应一定时间，离心，沉淀烘干、称重，分析沉淀、上清液。

1.2.2 植酸提取率的计算

植酸提取率=(上清液体积×上清液中植酸含量)/(粕质量×粕中植酸含量)×100%。

1.2.3 植酸含量的测定

采用硝酸钍滴定法[7]测定植酸含量。

2 结果与讨论

2.1 植酸提取的单因素实验

2.1.1 提取温度对植酸提取率的影响

5 g菜籽粕中加入3%(以50 mL水溶液计，下同)的浓硫酸和70%(以50 mL水溶液计，下同)乙醇水溶液50 mL，提取温度分别设定为12、33、50℃，搅拌反应30 min，离心，分析上清液。结果见图1。

图1 提取温度对植酸提取率的影响

从图1可以看出，植酸提取率随着提取温度的升高变化幅度不大。考虑到节约能源和降低芥子酶的活性，将最佳提取温度确定为室温。

2.1.2 提取时间对植酸提取率的影响

5 g菜籽粕中加入3%浓硫酸和70%乙醇水溶液50 mL，在室温下，分别搅拌反应30、60、90、120、180 min，离心，分析上清液。结果见图2。

图2 提取时间对植酸提取率的影响

从图2可以看出，提取时间对植酸提取率有较大的影响，随着提取时间的延长，植酸提取率不断增加，当提取时间超过120 min后提取率趋于稳定。因此，将最佳提取时间定为120 min。

2.1.3 料液比对植酸提取率的影响

在5 g菜籽粕中分别按1∶ 3、1∶ 5、1∶ 7、1∶ 10、1∶ 12 的料液比，加入含3%的浓硫酸和70%乙醇的水溶液，在室温下搅拌反应120 min，离心，分析上清液。结果见图3。

图3 料液比对植酸提取率的影响

从图3可以看出，料液比从1∶ 3增加到1∶ 7，植酸提取率从55%提高到67%，当料液比为1∶ 12，提取率为70%，增幅不大。因此，确定最佳料液比为1∶ 7。

2.1.4 水溶液中硫酸体积分数对植酸提取率的影响

配制浓硫酸体积分数分别为0%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%的70%乙醇水溶液各35 mL，分别加入5 g菜籽粕，在室温下搅拌反应120 min，离心，分析上清液。结果见图4。

图4 硫酸体积分数对植酸提取率的影响

植酸只有在强酸条件下，才能从植酸与蛋白质的复合结构中游离出来。从图4可以看出，硫酸体积分数是影响植酸提取率的关键因素，硫酸体积分数为4.0%时，菜籽粕中植酸提取较为完全。因此，确定最佳硫酸体积分数为4.0%。

2.1.5 水溶液中乙醇体积分数对植酸提取率的影响

配制含4%浓硫酸的体积分数分别为0%、30%、60%、70%、80%、90%的乙醇水溶液各35 mL，分别加入5 g菜籽粕，在室温下搅拌反应120 min，离心，分析上清液。结果见图5。

图5 乙醇体积分数对植酸提取率的影响

从图5可以看出，乙醇体积分数由0%增至60%时，植酸提取率上升较快。乙醇体积分数由60%增加至80%时,植酸提取率缓慢上升，乙醇体积分数由80%增加至90%时，植酸提取率几乎无变化。原因可能是乙醇体系在植酸提取过程中要保证一定的水溶液比例才可达到最优提取效率。因此，确定最佳乙醇体积分数为80%。

2.2 植酸提取工艺的正交实验优化

在单因素实验的基础上，确定提取温度为室温，以植酸提取率为考察指标，选择影响植酸提取率的主要因素(乙醇体积分数、硫酸体积分数、料液比、提取时间)为考察因素，每个因素选择3个水平进行L9(34)正交实验，因素水平见表1，正交实验设计及结果见表2。

表1 因素水平

从表2可知，影响植酸提取效果的因素大小依次为D>A>B>C，即提取时间对植酸提取率的影响最大，是植酸提取过程中最重要的因素，其次是乙醇体积分数和硫酸体积分数，料液比的影响最小。以植酸提取率为考察指标，最优水平组合为A2B2C2、3D3。考虑到加大料液比将会增加生产成本，且料液比对植酸提取率的影响最小，故料液比(C)选择1水平。另外提取时间(D)的k2、k3比较接近，考虑生产成本因素，故提取时间(D)选择2水平。最后确定最佳提取条件为A2B2C1D2，即乙醇体积分数80%、硫酸体积分数4%、料液比1∶ 7、提取时间120 min，在最佳条件下植酸提取率为70.5%。