亚麻籽壳中提胶的工艺研究

杨续金，候吉瑞，吴婷媛，韩育梅

（1. 内蒙古农业大学 食品科学与工程学院，内蒙古呼和浩特 010018；2. 内蒙古丰吉妙农业产品科技开发有限公司，内蒙古呼和浩特 010020）

亚麻籽是亚麻的种子，富含蛋白质、木酚素、亚麻籽油、亚麻籽胶、膳食纤维，这些丰富的资源主要分布在亚麻籽壳和亚麻籽仁中，亚麻籽的结构分为4 个部分，从外到内依次为胶质薄膜、种皮、胚乳、子叶[1]。胶质薄膜即是亚麻籽胶，紧紧包裹着种皮，亚麻籽种皮中主要成分为木酚素，其含量约为亚麻籽仁的4 倍；在亚麻籽胚乳和子叶中，分布着亚麻籽主要的脂质和蛋白质，尤其是其特有的含量颇多的α - 亚麻酸[1-2]。亚麻籽的结构在一定程度上决定了制取亚麻籽油、亚麻籽胶及木酚素的工艺，无论是利用亚麻籽制取油脂、胶质或木酚素，都应结合其结构进行工艺设计。亚麻籽胶，又名富兰克胶，是一种经提取、浓缩、干燥等工艺制得的粉末状制品，是一种杂多糖。亚麻籽胶作为国家绿色食品发展中心认定的绿色食品专用添加剂，是一种功能性添加剂，同时又可作增稠剂、乳化剂等添加剂使用，也可作阿拉伯胶的替代物起到稳定的作用。其主要成分为多糖类物质和少量蛋白质，多糖类物质主要为D- 木糖、L- 鼠李糖和D- 半乳糖[3-4]，单糖含量由多到少依次为鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖、葡萄糖[5-6]，这些单糖物质决定了亚麻籽胶的特殊性质。

将亚麻籽壳仁分离，壳中富含亚麻籽胶和木酚素，仁中富含脂肪和蛋白质[7-9]。用分离得到的亚麻仁榨油，制得的毛油胶质、蜡质含量大幅度减少，提高了毛油的品质，同时榨油后的仁粕中木质素、纤维素、胶质含量大幅度减少，蛋白质含量则会大幅度增加，对于仁粕中蛋白质的回收利用非常有利；用分离得到的亚麻籽壳提取亚麻籽胶和木酚素，因为少了脂肪、蛋白质的干扰，提胶效果更加顺畅。这样先壳仁分离然后再分别提取的思路对亚麻籽的综合开发利用有着高效低耗的现实意义[7，10-12]。试验先进行了亚麻籽的壳仁分离，用分离到的亚麻籽壳，研究了其提胶的工艺，以期为亚麻籽的更好综合开发提供参考。

亚麻籽的剖面图结构[13]见图1。

图1 亚麻籽的剖面图结构

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

亚麻籽壳，内蒙古丰吉妙农业产品科技开发有限公司提供；（用专用的脱壳机脱壳后通过静电分离、色选得到），壳中含仁率<0.5%。

无水乙醇（AR），开封市旭信化工有限公司提供；盐酸（AR）、氢氧化钠（AR），郑州龙达化工产品有限公司提供。

1.2 仪器与设备

DV-79B 型数字式黏度计，上海尼润智能科技有限公司产品；TD4G 型台式过滤离心机，湖南湘仪实验室开发有限公司产品；GZX-9246 MBE 型数显鼓风干燥箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂产品；BJ-150 型多功能粉碎机，德清拜杰电器有限公司产品；SCR20BC 型超速离心机，日本HITACHI 公司产品；HHoS21-Ni8 型电热恒温水浴锅，北京长安科学仪器厂产品；TD5002A 型电子天平，天津天马衡基仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 亚麻籽胶的提取

选取对亚麻籽胶提取影响较大的4 个关键因素，即料液比、浸提温度、浸提时间、pH 值进行考查，以亚麻籽胶提取率为评价指标进行分析，具体操作为：准确称量亚麻籽壳50 g，加入蒸馏水在水浴锅中搅拌下浸提，用台式过滤离心机衬300 目滤布收集滤出液。

单因素试验设计见表1。

表1 单因素试验设计

1.3.2 亚麻籽胶的提取率计算

离心过滤收集到的上清液加入3 倍体积的无水乙醇搅拌均匀，室温下静置2 h 后，用超速离心机以转速4 500 r/min 离心15 min 收集沉淀物，在105 ℃的干燥箱中烘干至恒质量，准确称质量（W1）。

式中：W1——提取得到的亚麻籽胶质量，g；

W2——样品质量，g。

1.3.3 料液比对亚麻籽胶提取率的研究

分别称取亚麻籽壳50 g 于5 个不锈钢桶中，按照料液比1∶10，1∶12，1∶14，1∶16，1∶18（g∶mL） 加入65 ℃蒸馏水（分2 次浸提，第一次添加总水量的80%，第二次添加总水量的20%），置于65±1 ℃水浴锅用玻璃棒搅拌浸提1 h，用台式过滤离心机衬300 目滤布收集滤出液。滤渣再加入20%的65 ℃蒸馏水置于65±1 ℃水浴锅用玻璃棒搅拌浸提0.5 h，（第2 次浸提时间均为0.5 h） 离心过滤。合并2 次的滤出液，加入3 倍体积的无水乙醇搅拌均匀，室温下静置2 h，然后用超速离心机以转速4 500 r/min 离心15 min 收集沉淀物，在105 ℃的干燥箱烘干至恒质量，准确称质量。试验重复3 次，结果取平均值。

1.3.4 浸提温度对亚麻籽胶提取率的研究

分别称取亚麻籽壳50 g 于5 个不锈钢桶中，按照料液比1∶14（g∶mL） 分别加入55，65，75，85，95 ℃的蒸馏水（分2 次浸提，第一次添加总水量的80%，第二次添加总水量的20%），置于对应温度的水浴锅中用玻璃棒搅拌浸提1 h。如上述操作，合并滤出液，加无水乙醇静置后离心收集沉淀物，烘干称质量。

1.3.5 浸提时间对亚麻籽胶提取率的研究

分别称取亚麻籽壳50 g 于5 个不锈钢桶中，按照料液比1∶14（g∶mL） 加入65 ℃的蒸馏水（分2 次浸提，第一次添加总水量的80%，第二次添加总水量的20%），置于65±1 ℃的水浴锅中，用玻璃棒搅拌浸提30，60，90，120，150 min，如上述操作，合并滤出液，加无水乙醇静置后离心收集沉淀物，烘干称质量。

1.3.6 浸提液pH 值对亚麻籽胶提取率的研究

分别称取亚麻籽壳50 g 于5 个不锈钢桶中，按照料液比1∶14（g∶mL） 分别加入65 ℃的蒸馏水（分2 次浸提，第一次添加总水量的80%，第二次添加总水量的20%），用6 mol/L 的浓盐酸溶液和2 mol/L氢氧化钠溶液分别调pH 值为5.5，6.0，6.5，7.0，7.5，置于65±1 ℃的水浴锅中用玻璃棒搅拌浸提1 h。如上述操作（第二次浸提也分别调pH 值为5.5，6.0，6.5，7.0，7.5），合并滤出液，加无水乙醇静置后离心收集沉淀物，烘干后称质量。

1.3.7 正交试验优化

根据以上单因素试验结果，选取料液比、浸提温度、浸提时间、pH 值4 个因素，每个因素选3 个水平进行正交试验，以亚麻籽胶提取率为评价指标，对因素间的交互作用进行考查，以确定提胶的最佳工艺[14]。

1.3.8 成品黏度测定

依据国家标准GB 1886.175—2016 对亚麻籽胶黏度的测定方法，测定出试验中所制得的亚麻籽胶的黏度。

2 结果与分析

2.1 料液比对亚麻籽胶提取率的影响

料液比对亚麻籽胶提取率的影响见图2。

图2 料液比对亚麻籽胶提取率的影响

由图2 可知，料液比对亚麻籽胶提取率有明显的影响，亚麻籽胶提取率随着料液比的增大而增加。在料液比为1∶16（g∶mL） 时，提取率为25.9%，料液比再继续增大，提取率的增加则不明显。考虑到料液比的增大会增加生产成本，因此从亚麻籽壳中提胶选择料液比1∶16（g∶mL） 为合适。

2.2 浸提温度对亚麻籽胶提取率的影响

浸提温度对亚麻籽胶提取率的影响见图3。

由图3 可知，在浸提温度55～75 ℃时，亚麻籽胶提取率随着浸提温度的升高而明显增加，75～95 ℃时增加变得缓慢。考虑到浸提温度的增大会增加生产成本。因此，从亚麻籽壳中提胶选择75 ℃的浸提温度为合适。

2.3 浸提时间对亚麻籽胶提取率的影响

浸提时间对亚麻籽胶提取率的影响见图4。

图3 浸提温度对亚麻籽胶提取率的影响

图4 浸提时间对亚麻籽胶提取率的影响

在料液比为1∶14（g∶mL），浸提温度为65 ℃，考查了浸提时间对亚麻籽胶提取率的影响。由图4可知，随着浸提时间的延长，亚麻籽胶提取率由浸提时间为30 min 的18.3%，增加到了60 min 的23.9%，90 min 的25.8%，再继续延长浸提时间，亚麻籽胶的提取率变化不再明显。从提效降耗综合考虑，亚麻籽壳中提胶选择90 min 的浸提时间为合适。

2.4 浸提液pH 值对亚麻籽胶提取率的影响

浸提液pH 值对亚麻籽胶提取率的影响见图5。

图5 浸提液pH 值对亚麻籽胶提取率的影响

在料液比为1∶14（g∶mL），浸提温度为65 ℃，浸提时间为90 min 的条件下，考查了浸提液pH 值对亚麻籽胶提取率的影响。由图5 可知，在pH 值5.5～6.5 时亚麻籽胶提取率随着pH 值升高明显增加，由pH 值5.5 时提取率为17.3%，增加到pH 值6.5 时26.1%的提取率。随后，pH 值继续增加亚麻籽胶提取率呈现微弱下降趋势。碱性条件下多糖结构容易被破坏且会出现重排是导致这一现象的原因。亚麻籽壳中提胶选择浸提液pH 值6.5 为合适。

2.5 正交试验结果

正交设计L9（34）及试验结果见表2。

表2 正交设计L9（34）及试验结果

由表2 可知，从亚麻籽壳中提取胶质成分以提取率为评价指标，各因素影响顺序为A>B>D>C，试验最佳工艺组合条件为A2B2C2D2，即料液比1∶16（g∶mL），浸提温度75 ℃，浸提液pH 值6.5，浸提时间90 min。

2.6 验证试验结果

试验优选组合A2B2C2D2，即料液比1∶16（g∶mL），浸提温度75 ℃，浸提液pH 值6.5，浸提时间90 min 做3 次提胶平行试验，测得亚麻籽胶提取率为26.7%±0.2%。在该工艺组合下得到的亚麻籽胶用国家标准GB 1886.175—2016 的测定方法测得黏度为 6 188±18.2 mPa·S，通过文献检索对比[15-17]，略高于其他方法所得胶的黏度。最佳工艺组合条件下亚麻籽胶提取率有良好的稳定性和重现性。对比从亚麻籽和榨油后的饼粕提胶文献可知，用亚麻籽壳提胶具有高效低耗、黏度高的特点，该方法为亚麻籽的综合开发利用提供参考。

3 结论

通过对亚麻籽壳中提取胶质的研究，结果表明，料液比对亚麻壳提胶提取率影响最大，其次为浸提温度和浸提液pH 值，浸提时间对提胶提取率的影响最小。从亚麻籽壳中提胶的最佳工艺组合条件为料液比1∶16（g∶mL），浸提温度75 ℃，浸提液pH 值6.5，浸提时间90 min。在此条件下亚麻籽胶的提取率为26.7%±0.2%，所得胶的黏度为6 188±18.2 mPa·S。用亚麻籽壳提取胶质具有高效低耗的特点，是亚麻籽壳综合开发利用的选择方向之一。