果胶酶酶法提取亚麻籽油工艺条件优化

王 恺，田振华

(黄河水利职业技术学院 环境工程学院，中原特色食品工程技术中心，开封市食品成分及质量评估重点实验室，河南 开封 475000)

亚麻又称胡麻，起源于远东、地中海沿岸，是一年生草本植物，按用途可分为纤维用亚麻、油用亚麻和油纤兼用亚麻三种。亚麻籽是亚麻的成熟种子，由于其含有丰富的必需脂肪酸α-亚麻酸，近年来在我国主要作为油料用于食用植物油的生产加工[1-3]。

目前，从亚麻籽中提取亚麻籽油的方法主要有热榨法和溶剂浸出法，这两种方法在前处理过程中要采用高温长时间处理，油料中的蛋白质易变性，不利于资源的再利用[4]。王文侠等[5]采用超临界二氧化碳流体萃取法提取亚麻籽油，亚麻籽油提取率高达80.18%，但所需设备昂贵，不利于大规模的工业化生产。水酶法因反应条件温和、产物综合利用高等优势而受到广泛关注。

水酶法是利用酶对植物细胞壁的降解作用，使脂多糖、脂蛋白分解，从而利于油脂释放，提高油脂的提取率。水酶法常用的生物酶有碱性蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、α-淀粉酶、木瓜蛋白酶等。采用水酶法提取亚麻籽油的相关研究较少，且在已有研究中多是采用复合酶，如陈晶等[6]利用碱性蛋白酶和复合纤维素酶提取亚麻籽油，并对提取工艺进行了研究；姚思含等[7]使用纤维素酶和果胶酶复合酶辅助三相分离法对同时提取亚麻籽油、亚麻籽蛋白和亚麻籽胶的工艺进行了优化；张会彦等[8]采用中性蛋白酶与戊聚糖酶复合酶提取亚麻籽油，并对提取工艺进行了优化。考虑到果胶酶取材方便，提取效率高等优点，本研究采用单一果胶酶酶法提取亚麻籽油，通过单因素实验和响应面实验优化酶法提取条件，以期为酶法提取亚麻籽油提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

脱胶亚麻籽，浙江中科中创健康科技有限公司。果胶酶(酶活3×105U/g)，南宁东恒华道生物科技有限责任公司；氢氧化钠、柠檬酸等均为分析纯试剂。

HS-9240A电热鼓风干燥箱，FA1004电子天平，WH-5恒温水浴锅，SS752-500型高速离心机，RE-2000A旋转蒸发器。

1.2 实验方法

1.2.1 亚麻籽油的提取

取50 g脱胶亚麻籽，经粉碎机粉碎后，按照一定的料液比添加蒸馏水，用0.1 mol/L的柠檬酸溶液调节料液的pH至果胶酶最适反应pH(约3.5左右)，升高温度，添加一定量的果胶酶，酶解反应一定时间。酶解完成后置于90℃水浴中灭酶活10 min，冷却至室温后移至离心机中离心20 min，收集上层清油，即得亚麻籽油。

1.2.2 亚麻籽油提取率的计算

采用GB/T 14488.1—2008测定脱胶亚麻籽的含油率，按下式计算亚麻籽油提取率(Y)。

Y=m1/(m0C)×100%

(1)

式中：m1为亚麻籽油质量，g；m0为脱胶亚麻籽粉质量，g；C为脱胶亚麻籽粉含油率。

2 结果与分析

2.1 亚麻籽油提取单因素实验

2.1.1 料液比对提取率的影响

在果胶酶添加量3%、酶解温度55℃、酶解时间6 h条件下，考察料液比对亚麻籽油提取率的影响，结果见图1。

图1 料液比对亚麻籽油提取率的影响

由图1可知，随着料液比的增加，亚麻籽油提取率先增大后降低。料液比从1∶3增加到1∶4时，提取率增加不明显；料液比从1∶4增加到1∶5时，提取率陡然上升，当料液比为1∶5时，提取率最大，这表明在一定范围内，增加水量可以明显提高提取率；料液比超过 1∶5后，提取率明显下降，这可能是因为水的过度增多，使酶的浓度降低，反应速度减慢，反应效率下降。

2.1.2 酶解温度对提取率的影响

在料液比1∶5、果胶酶添加量3%、酶解时间6 h条件下，考察酶解温度对亚麻籽油提取率的影响，结果见图2。

图2 酶解温度对亚麻籽油提取率的影响

由图2可知，随着酶解温度的升高，亚麻籽油提取率呈先增大后降低的趋势，在55℃时达最大值。这是因为酶的活性与温度息息相关，每一种酶都有其最佳活性温度范围，在本实验条件下，随着酶解温度上升，酶的活性逐渐增大，酶的催化反应速度加快，亚麻籽油提取率也呈现增长趋势，在55℃之后，酶会逐渐变性失活，从而导致亚麻籽油提取率降低。

2.1.3 酶解时间对提取率的影响

在料液比1∶5、果胶酶添加量3%、酶解温度55℃条件下，考察酶解时间对亚麻籽油提取率的影响，结果见图3。

图3 酶解时间对亚麻籽油提取率的影响

由图3可知，随着酶解时间的延长，亚麻籽油提取率呈先上升后下降的趋势，在提取时间6 h时达最高。这是因为酶解时间过长，有可能促使部分提取出来的亚麻籽油进入了乳化层，导致清油量减少，提取率反而下降[9]。

2.2 亚麻籽油提取响应面实验

在单因素实验的基础上，固定果胶酶添加量为3%，以料液比(A)、酶解温度(B)及酶解时间(C)3个因素为自变量，亚麻籽油提取率(Y)为响应值，设计三因素三水平的响应面实验，优化亚麻籽油果胶酶酶法提取工艺条件。响应面实验因素水平见表1，响应面实验设计及结果见表2，方差分析见表3。

表1 响应面实验因素水平

表2 响应面实验设计及结果

表3 方差分析

根据Design-Expert软件对表2实验数据进行拟合，得到回归方程为：Y=85.24+0.05A+2.32B+1.25C-0.15AB-0.75AC-0.6BC+0.11A2-3.64B2-3.44C2。

由表3可以看出：该回归模型p值小于0.01,说明回归模型差异极显著；失拟项p值大于0.05，说明失拟项不显著，因此回归方程可靠。交互相AB、BC的影响极显著，AC的影响显著。3个因素中，B的影响极显著，而A、C影响不显著。

通过二次多元数学模型解逆矩阵和软件Design-Expert 建模实验分析，最终得出果胶酶酶法提取亚麻籽油的最佳条件为料液比1∶5.26、酶解温度56.33℃、酶解时间6 h，在此条件下亚麻籽油提取率理论值为85.63%。为了便于操作，对最佳条件进行修正，确定亚麻籽油最佳提取条件为果胶酶添加量3%、料液比1∶5、酶解温度56℃、酶解时间6 h。经验证实验，最佳条件下亚麻籽油提取率为85.64%。

3 结 论

以亚麻籽为原料，采用果胶酶酶法提取亚麻籽油，获得最佳提取条件为果胶酶添加量3%、料液比1∶5、酶解温度56℃、酶解时间6 h，此条件下亚麻籽油提取率为85.64%。说明采用果胶酶可以有效提取亚麻籽油。