齐宝坤，江连洲，*，李 杨，2，王心刚，徐龙福

(1.东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030;2.国家大豆工程中心，黑龙江哈尔滨 150030)

挤压膨化后微体化预处理水酶法提取大豆油脂工艺研究

齐宝坤1，江连洲1，*，李 杨1，2，王心刚1，徐龙福1

(1.东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030;2.国家大豆工程中心，黑龙江哈尔滨 150030)

在单因素实验的基础上，选取挤压温度、螺杆转速、物料含水量、模孔孔径和膨化后物料粉碎粒度5个因素为自变量，以总油提取率为响应值，进行响应面实验设计，确定了最佳提油率下的挤压－微体化参数。结果表明，挤压最佳条件为温度96℃、螺杆转速96r/min、物料含水率14.6%、模孔孔径15mm、膨化后物料粉碎粒度120目，此时提油率为94.34%±0.74%。并且采用红外光谱分析了大豆挤压膨化前后提取的大豆分离蛋白二级结构变化，进而讨论蛋白结构变化对水酶法提取油脂过程中油脂释放的影响，结果表明，挤压膨化后蛋白质二级结构中β－折叠含量降低，无规卷曲含量升高，蛋白质由有序向无序结构的转化，可以使得酶解过程中油脂释放量增加。

挤压膨化，微体化，水酶法，大豆油脂

在植物油脂制取中，主要采用以六号溶剂为主的浸出法和机械压榨法。压榨法工艺简单，配套设备少，对油料品种适应性强，风味纯正，但压榨后的饼残油量高，出油效率较低，动力消耗大，零件易损耗。浸出法虽油脂提取率高(95%～98%)，但湿粕在高温脱溶过程中蛋白变性严重，而且有机溶剂的使用增加了工艺的繁琐性、降低了生产的安全性、造成环境污染，并且随着石油资源的枯竭，有机溶剂也必将耗尽［1－3］。水酶法提油(EAEP)技术作为一种新兴的“绿色、环保”提油技术，它在提取油脂的同时能高效的回收油料中其他价值组分，被油脂科学界称为“一种油料资源的全利用技术”，水酶法提油技术与传统工艺相比，其在能耗、环境和安全卫生等方面具有显著优势［4－8］。细胞壁是从细胞中提取油脂最主要的屏障，因此，水酶法提油，细胞壁的破碎是十分必要的［9］。物理预处理可以破坏细胞壁，目前主要的物理预处理方式有挤压膨化［1，5，8］、超高压［8］、超声波［10］、压片［5，11］、脉冲电场［12］等，而挤压膨化预处理可有效增加生物解离大豆蛋白提油过程中油脂的释放［4］。另有研究发现，膨化物料的粉碎粒度对水酶法提取大豆油脂也有较大影响，膨化料粉碎后平均粒径越小，对应的总油提取率越大［1］。基于挤压膨化与膨化物料粉碎粒径对于水酶法提取大豆油油脂释放均有正向影响，本实验利用响应面对挤压－微体化参数进行优化［1，11］，并借助红外光谱技术讨论膨化前后大豆分离蛋白二级结构变化，并探讨其余与油脂释放的关系［13－14］。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

大豆 东农－47(水分10.8%、蛋白质41.6%、脂肪20.8%、灰分4.3%、粗纤维8.84%;可溶性碳水化合物13.75%);Protex－6L碱性蛋白酶 诺维信公司提供，最适温度50～70℃，最适pH8～10;氢氧化钠、盐酸等 均为市售分析纯。

索氏抽提器 天津玻璃仪器厂;近红外分析仪

美国FOSS;剖分式双螺杆挤压机 东北农业大学工程学院自行研制;分析天平FA2004 上海市舜宇恒平科学仪器有限公司;酸度计pHS－3C 上海雷磁仪器厂;电热恒温水浴箱DZKW－S－4 北京市永光明医疗器械厂;粉碎机、电动搅拌机JT－160W 金坛市医疗器械厂。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 原料大豆与残渣的成分测定 水分的测定: GB304－87进行测定;粗脂肪的测定:GB5512－85中索氏抽提法进行测定;粗蛋白的测定:GB6432－94标准方法进行测定;灰分测定:GB5009.4－85;原料成分测定:利用近红外分析仪进行测定。

1.2.3 计算公式［15］

总油提取率(%)=(大豆总含油质量－酶解提取后残渣含油质量)/大豆总含油质量×100

1.3 挤压-微体化响应面实验设计［18］

通过预实验确定各因素的水平值范围，采用响应面中心组和实验设计，研究各酶解参数对考察指标的影响规律。选取挤压温度、螺杆转速、物料含水、模孔孔径和膨化后物料粉碎粒度5个因素为自变量，以总油提取率(%)为响应值，其因素水平编码表见表1。

表1 因素水平编码表Table 1 Encode table of factors and levels

1.4 红外光谱测定

样品粉碎后过80目的筛，先在40℃烘箱中烘干12h，然后在红外灯下研磨。称取待测样品约2mg，加入优级纯溴化钾约200mg，然后在玛瑙研钵中研磨约15min，在压片机上进行压片，14kg压力约保持1min，然后将制得的均匀透明薄片放入红外光谱仪中进行测定。测定条件:光谱扫描范围400～4000cm－1，分辨率4cm－1，信号扫描累加64次。每种处理图谱扫描重复两次。

1.5 统计分析

每个实验重复三次，结果表示为平均数±SD;数据统计分析，利用 SAS9.2进行响应面分析，应用origin8.5进行画图。

2 结果与讨论

2.1 响应面实验安排及实验结果

本实验应用响应面优化法进行过程优化。以各挤压－微体化参数x1、x2、x3、x4、x5为自变量，以总油提取率为响应值，响应面实验方案及结果见表2。实验号1～26为析因实验，27～36为10个中心实验，用以估计实验误差。

表2 实验安排及结果Table 2 Experimental design and results

通过统计分析软件SAS9.2进行数据分析，建立二次响应面回归模型如下:

表3 回归与方差分析结果Table 3 The table of variance analysis

由表3可知，方程因变量与自变量之间的线性关系明显，该模型回归显著(p＜0.0001)，失拟项不显著(p＞0.05)，并且该模型 R2=94.05%，R= 88.33%，说明该模型与实验拟合良好，自变量与响应值之间线性关系显著，可以用于该反应的理论推测。由F检验可以得到因子贡献率为:x1＞x5＞x3＞x2＞x4，即挤压温度＞物料粉碎粒度＞物料含水率＞螺杆转速＞模孔孔径。

应用响应面寻优分析方法对回归模型进行分析，最优挤压温度96℃、螺杆转速96r/min、物料含水率14.6%、模孔孔径15mm、膨化后物料粉碎粒度为120目，此时提油率为94.34%±0.74%。

由图1分析结果可看出:套筒温度(x1)与螺杆转速(x2)、套筒温度(x1)与物料含水(x3)、螺杆转速(x2)与物料含水(x3)、螺杆转速(x2)与物料粉碎粒度(x5)、物料含水(x3)与模孔孔径(x4)的交互作用对大豆总油提取率均有显著影响，并且有明显的极值出现。由此可知，在日后的工业化生产中对此五个参数的调控均有限制。

2.3 红外光谱分析

蛋白质和多肽在红外区域表现为9个特征振动模式或集团频率，因此可以利用傅里叶变换红外光谱对挤压膨化前后蛋白结构变化进行研究，并推测膨化机理。在蛋白质二级结构研究中常用酞胺Ⅰ带(1600～1700cm－1)谱峰进行指认，其中，1610～1640cm－1为 β－折叠，1640～1650cm－1为无规卷曲，1650～1658cm－1为α－螺旋，1660～1700cm－1为β－转角［19－20］，根据此规律研究挤压膨化前后蛋白二级结构的变化，并分析蛋白质二级结构变化对大豆油脂释放的影响规律。

图2是挤压膨化前后大豆分离蛋白红外光谱图，未经处理与挤压膨化处理的SPI样品的酰胺Ⅰ峰(去卷积)的总红外吸收强度拟合曲线见图3。

表4列出的是大豆分离蛋白的二级结构定量信息，由表4可以看出大豆经过挤压膨化后蛋白质二级结构中α－螺旋含量降低，β－折叠含量由原来的48.6%降低到36.1%，而无规卷曲含量则由17.9%上升至27.9%，说明大豆经过挤压膨化后氢键断裂，蛋白结构由原来的有序结构变为无序结构，这种改变使得提油率比未经膨化的有所增加，因此，挤压膨化后α－螺旋和β－折叠向β－转角和无规卷曲含量的转变有助于酶解过程中油脂的释放。

表4 大豆分离蛋白酰胺Ⅰ带拟合曲线各子峰参量(%)Table 4 The soy protein isolate amide I band fitting curve to the sub－peak parameters

3 结论

利用响应面对挤压膨化－微体化工艺参数进行了优化，建立了相应的数学模型，为以后的中试以及工业化生产提供理论基础。并且得到了最优工艺参数为:挤压温度96℃、螺杆转速96r/min、物料含水率14.6%、模孔孔径15mm、膨化后物料粉碎粒度为120目，此时提油率为94.34%±0.74%。

图1 交互项显著的响应面分析Fig.1 Response surface analysis of significant effective interaction items

图2 挤压膨化前后大豆分离蛋白红外光谱图Fig.2 Extrusion before and after the soy protein isolate FTIR spectra

图3 大豆分离蛋白酰胺Ⅰ带的拟合曲线Fig.3 The soy protein isolate amide I band fitting curve

利用红外光谱对膨化前后蛋白二级结构进行分析，通过研究可知，大豆经过挤压膨化后，α－螺旋与β－折叠含量降低，β－转角与无规卷曲含量升高，说明大豆经过挤压膨化后氢键断裂，蛋白结构由原来的有序向无序转变，而这种转变更利于酶解过程中油脂的释放。

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Research of extruded－ultra－micro pretreatment of aqueous enzymatic extraction of soybean oil technology

QI Bao－kun1，JIANG Lian－zhou1，*，LI Yang1，2，WANG Xin－gang1，XU Long－fu1
(1.Food College，North East Agriculture University，Harbin 150030，China;
2.Soy Bean Engineering Technique Research Center，Harbin150030，China)

Based on single－factor experiments，five factors of extrusion temperature，rotatory speed，moisture，die diameter and particle size were chosen to evaluate in the present study.The response factor was oil extraction rate.By employing RSM design programmed，the optimizedparameters were generatedas follows:extrusion temperature 96℃，rotatory speed 96r/min，moisture 14.6%，die diameter 15mm，particle size 120mesh，and oil extraction rate 94.34%±0.74%.Further analysis on the profile of secondary structure of soybean was carried out by using infrared spectroscopy method.The results illustrated that the oil extraction rate increased along with decreasing β－sheet content，increasd random coil content，and transferred unordered protein to ordered protein.Key words:extrusion;ultra－micro;aqueous enzymatic method;soybean oil

TS225.1+3

B

1002－0306(2012)21－0196－05

2012－05－15 *通讯联系人

齐宝坤(1986－)，男，硕士研究生，研究方向:粮食、油脂及植物蛋白工程。

黑龙江省攻关项目(GA09B401－6);农业部现代大豆产业技术体系建设项目(nycytx－004)。