赵 玮，王大为*，李 倩

(吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118)

水酶法提取玉米胚芽油工艺优化

赵 玮，王大为*，李 倩

(吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118)

采用水酶法提取玉米胚芽油并对工艺进行优化。通过单因素试验和正交试验，确定水酶法提取的最佳工艺条件：液料比5:1(mL/g)、复合酶用量2.5%、酶解时间7h、pH6.0，复合酶种类为纤维素酶和α-淀粉酶，添加质量比为4:3。在此条件下，玉米胚芽油提取率为89%。气相色谱对玉米胚芽油进行分析结果表明：油酸、亚油酸含量分别为43.46%及40.22%。

玉米胚芽；水酶法；玉米胚芽油；气相色谱

玉米胚芽油主要取自胚芽，含量一般占到玉米质量3%～4%，胚质量35%～40%。玉米胚芽油不饱和脂肪酸含量达90%以上，其中含油酸40%左右、亚油酸50%左右[1]。玉米胚芽油含有丰富的维生素，其中VE含量居植物油首位，同时还含有赖氨酸、磷脂、蛋白、氨基酸等多种成分，能增强肌肉和心血管机能，具有降低胆固醇、软化血管、降低血压、防止动脉硬化等功效，是营养丰富、具有功能性的优质植物油[1]。我国是玉米生产大国，产量居世界前列。近几年来，随着玉米产业飞速发展，玉米胚芽油的产量显著提高，约占植物油总产量的5%～8%[2]。

目前，玉米胚芽油的提取方法主要为压榨法和浸出法。压榨法又分为湿磨法和半湿法，是通过机械压力把油从油料中挤压出来，是制油厂普遍采用的方法。压榨前，玉米原料需要经过筛选、轧坯、蒸烘等工艺过程进行预处理，压榨后存在油脂脱胶、脱酸、脱色、脱臭等步骤。此法缺点为工艺流程长，易破坏油脂天然成分，使出油率受影响[3]。浸出法分为直接浸出法和预榨浸出法。浸出法出油率高，现阶段浸出法选用的溶剂主要是烃类化合物，以己烷为主，这类溶剂易燃易爆，且对人的神经系统具有强烈的刺激作用。浸出法的毛油出油率高，另外胚粕变性严重，生物利用率低，易造成资源浪费[4]。水酶法是一种新型的提油方法，油料经粉碎后，加入酶液，在酶作用下，细胞壁、包裹油脂的木质素、纤维素等发生降解，从而分离出油脂。该法条件温和，工艺简单，无需脱胶、脱臭等工艺处理，具有得油率高、油品好，不破坏蛋白质等优点[5]。但酶制剂价格偏高，使此法成本增加，是亟待解决的问题。

本研究以玉米胚芽为原料，采用水酶法提取玉米胚芽油。参考国内外研究者水酶法提油工艺，在酶制剂和工艺方面加以改进，采用复合酶制剂及二次离心法，提油率显著提高[5]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米胚芽 长春大成集团；纤维素酶(≥15U/mg)、α-淀粉酶、酸性蛋白酶 中国惠世生化试剂有限公司；柠檬酸、柠檬酸钾、石油醚、蒸馏水等均为分析纯；正庚烷为色谱纯化学试剂；油酸(C18:1)标准品、亚油酸标准品(C18:2) 美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

KCW-A实验室超微粉碎机 北京鲲捷玉诚机械设备有限公司；TG328A型电子天平 上海分析仪器厂；JB/T5520-91型电热恒温鼓风干燥箱 上海跃进医疗器械厂；夹层蒸气锅 郑州玉祥机械制品有限公司；SHAB水浴恒温震荡器 江苏省金坛市医疗仪器厂；GC-1024型气相色谱仪 日本岛津制造所。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 结果计算

样品含油量采用索氏抽提法，按GB 50096—85《植物油中脂肪测定的标准方法》规定进行。

1.3.3 单因素条件对提油率的影响

利用单因素试验分别考察酶的种类、酶解时间、酶解温度、pH值、液料比、酶用量6因素对玉米胚芽油提取率的影响。

1.3.4 正交试验确定最优工艺条件

表1 L9(34)正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.3.5 玉米胚芽油理化特性测定

玉米油相对密度测定参照GB/T 5526—85《植物油脂检验：比重测定法》、折光率测定参照GB/T5527—85《植物油脂检验：折光指数测定法》、碘值测定参照GB/T 5532—85《植物油脂检验碘价测定》、皂化值测定参照GB/T 5534—1995《动植物油脂皂化值的测定》、过氧化值测定参照GB/T 5538—1995《油脂过氧化值测定》、酸值测定参照GB/T 5530—85《植物油脂检验 酸价测定法》、不皂化物含量测定参照GB/T 5535.1—2008《动植物油脂不皂化物测定》等国标规定方法进行操作[6-7]。

1.3.6 气相色谱法测定玉米胚芽油

按文献[8]方法用气相色谱对玉米胚芽油进行分析和测定。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 酶的种类对提油率的影响

按1.3.1节工艺条件，当酶添加量占玉米胚芽样品质量分数2%、酶解时间6h。将纤维素酶、α-淀粉酶、中性蛋白酶及3种酶的复合酶(复合质量比为1:1)加入反应物中酶解，比较提油率，结果见图1。

图1 酶种类对提油率的影响Fig.1 Effect of enzyme type on the extraction rate of corn germ oil

由图1可知，复合酶所得提油率高于单一酶。纤维素酶和α-淀粉酶组成的复合酶所得提油率最高，纤维素酶单独使用提油率其次，而单用酸性蛋白酶进行酶解，提取率较低。分析原因，可能因为油分主要存在于细胞质的网络结构中，只有摆脱细胞壁和质内网络结构的束缚，油分才能被充分释放，相应会得到较高提油率。细胞壁的主要组成成份为纤维素和半纤维素及果胶，纤维素酶的使用能起到分解细胞壁，为油分的析出打开通道的作用，即使纤维素酶单独使用，也能取得很好效果。玉米胚芽中淀粉含量很高，原料进行热处理时，淀粉熟化，黏度增加；α-淀粉酶能分解淀粉，使油分的析出变得容易，使提油率升高[9]。理论上复合酶的效果要优于单一酶，本研究选定以纤维素酶和α-淀粉酶的复合酶作为酶制剂。

2.1.2 复合酶混合比例的确定

图2 纤维素酶和α-淀粉酶添加量对提油率的影响Fig.2 Effect of cellulase and amylase addition amount on extraction rate of corn germ oil

图3 纤维素酶和α-淀粉酶复合比例对提油率的影响Fig.3 Effect of cellulase-amylase ratio on extraction rate of corn germ oil

由图2可知，纤维素酶的添加量对提油率影响较大，要得到较高提油率，纤维素酶的用量不能低于基本添加量即质量分数1%。α-淀粉酶添加量对提油率影响不大。当复合酶添加量为质量分数2%时，改变酶的复合比例，所得结果如图3。最后确定纤维素酶和α-淀粉酶的质量比为4:3。

2.1.3 酶用量对提油率的影响

图4 酶用量对提油率的影响Fig.4 Effect of enzyme addition amount on extraction rate of corn germ oil

由图4可见，提油率随着酶用量增加而升高。说明酶用量越高，植物细胞被破壁的程度越彻底，越利于将细胞内的有效成分游离出来。但当酶用量达到一定值后，由于底物浓度不变，继续提高酶用量对油的提取率影响不大[10]。当酶用量大于2.5%，提油率不再增加，因此选定酶用量应为2.5%左右。

2.1.4 酶解液pH值对提油率的影响

图5 pH值对提油率的影响Fig.5 Effect o pH on extraction rate of corn germ oil

由图5可知，酶解液pH值为弱酸性时，可取得较高提油率。由于玉米胚芽蛋白溶于微碱性溶液中，形成乳化液，当酶解液pH值大于7.0后，体系乳化程度增加，不利于油分的提取，故提油率下降[11]。选定pH5.0左右为最优酶解pH值。

2.1.5 酶解时间对提油率的影响

图6 酶解时间对提油率的影响Fig.6 Effect of enzymatic hydrolysis time on extraction rate of corn germ oil

由图6可知，在酶解时间不断延长的条件下，游离油得率不断提高。所以延长酶解时间对提高游离油的得率是很有效的。随着酶解时间的增加，细胞壁结构逐步被打破，酶的作用越来越完全，因此油的释放也就相应增多。但酶解时间不是越长越好，酶解到一定时间，由于底物减少，油的释放不会进一步增加，且酶解时间太长，油的品质也会有所下降。故酶解时间以6h左右为宜。

2.1.6 液料比对提油率的影响

由图7可知，当液料比小于5:1(mL/g)时，提油率随料液比的增大而增加。液料比大于5:1(mL/g)，提油率逐渐下降。因为适当的料液比可提高油分的溶出率，液料比过小，玉米胚芽浆料黏度较大，体系流动性较差，不利于酶的作用；液料比过大，底物浓度较低，影响了酶反应的速度，也会影响提油率；故液料比在5:1(mL/g)左右为宜[12]。

图7 液料比对提油率的影响Fig.7 Effect of material-liquid ratio on extraction rate of corn germ oil

2.2 正交试验设计与结果

表2 水酶法提取玉米胚芽油正交试验设计与结果Table 2 Design and results of orthogonal experiments

由正交试验结果可知，各工艺条件对玉米胚芽油提油率的影响程度强弱顺序为C＞B＞D＞A，即最优工艺组合为A2B2C3D3。而9组试验中，5号试验提油率最高，即A2B2C3D1。进行验证实验，结果按A2B2C3D3工艺所得提油率为89%，因此选定A2B2C3D3为最优工艺条件。

2.3 玉米胚芽油理化特性

表3 玉米胚芽油的理化常数Table 3 Physico-chemical properties of corn germ oil

由表3可知，本方法所得玉米胚芽油各项理化常数均符合要求，油品质较好[13]。

2.4 气相色谱结果分析

由表4所示结果可知，利用水酶法所提取玉米胚芽油中饱和脂肪酸主要是棕榈酸，含量占10.0%以上。不饱和脂肪酸的含量在83%以上，主要为油酸和亚油酸，要高于一般植物油中不饱和脂肪酸的含量[14]。由此可得，水酶法提取玉米胚芽油营养价值高，含多种对人体有宜的脂肪酸，有些脂肪酸如棕榈酸是人体自身无法合成的；所提胚芽油中脂肪酸含量高，油品好，适于进一步研究、具有良好的市场开发前景[15]。

图8 最佳工艺条件提取玉米胚芽油谱图Fig.8 GC chromatogram of corn germ oil extracted at the optimal processing conditions

表4 玉米胚芽油脂肪酸组成Table 4 Contents of fatty acids in corn germ oil

3 结 论

水酶法提取玉米胚芽油最优工艺条件：液料比5:1(mL/g)、复合酶用量2.5%、酶解时间7h、pH6.0，其中复合酶种类为纤维素酶和α-淀粉酶，混合比例为4:3。在此工艺条件下，玉米胚芽油提取率为89%。所得玉米胚芽油中脂肪酸含量最高为油酸、亚油酸和棕榈酸。

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Optimal Extraction Processing of Corn Germ Oil through Water-Enzymolysis Method

ZHAO Wei，WANG Da-wei*，LI Qian
(College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

Water-enzymolysis method was used to extract corn germ oil. The optimal extraction processing parameters were explored by single-factor and orthogonal experiments to be material-liquid ratio of 1:5 (g/mL), compound enzyme addition amount of 2.5%, enzymatic hydrolysis time of 7 h and hydrolysis pH of 6.0. The compound enzyme was composed of cellulase and α-amylase with a mass ratio of 4:3. Under the optimal extraction processing conditions, the extraction rate of corn germ oil was up to 89%. Gas chromatography analysis indicated that the contents of oleic acid and linoleic acid in corn germ oil were 43.46% and 40.22%, respectively.

corn germ oil；water-enzymolysis；corn germ oil；gas chromatography

TS210.7

A

1002-6630(2010)24-0206-04

2010-09-02

国家农业科技成果转化项目(2008GB2B100066)

赵玮(1977—)，女，讲师，硕士，研究方向为粮油化工产品研究与开发。E-mail：zw_0029@sina.com

王大为(1960—)，男，教授，博士，研究方向为粮食、油脂与植物蛋白工程。E-mail：xcpyfzx@163.com