杨雪艳，聂开立，2，林 风，王 芳，邓 利，2

(1.北京化工大学 生物加工过程北京市重点实验室，北京100029； 2.厦门北化生物产业研究院有限公司，福建 厦门 361026； 3.北京化工大学 理学院，北京100029)

综合利用

亚麻籽功能成分的综合提取工艺研究

杨雪艳1，聂开立1，2，林 风3，王 芳1，邓 利1，2

(1.北京化工大学 生物加工过程北京市重点实验室，北京100029； 2.厦门北化生物产业研究院有限公司，福建 厦门 361026； 3.北京化工大学 理学院，北京100029)

亚麻籽中含有亚麻胶、亚麻籽油、亚麻蛋白以及木酚素4种主要功能成分，研究了对亚麻籽功能成分的综合提取工艺路线的筛选和对比，重点通过单因素实验与正交实验对一步法提取亚麻蛋白和木酚素的工艺条件进行了优化。结果表明：在 40%乙醇溶液为提取溶剂、料液比1∶20、碱含量0.07 mol、提取温度50℃、提取时间2 h、提取2次、酸沉pH 4.4的一步法最优提取条件及最佳综合提取工艺条件下，亚麻胶得率9.67%、亚麻籽油得率39.46%、亚麻蛋白得率15.27%、木酚素得率11.03%，其中木酚素纯度为28%，提取率达到83.83%。该综合工艺路线步骤简单，合理可行，降低了能耗，提高了产品附加值，实现了亚麻籽的综合利用。

亚麻籽；功能成分；提取工艺；综合利用

亚麻是世界上最古老的纤维作物，也是目前重要的经济油料作物之一，在我国主要产于西北和华北地区[1]。亚麻籽外壳坚硬，表面平滑有光泽，多为金黄色或棕褐色，富含多种生物活性成分。亚麻籽中含有丰富的蛋白质(20%左右)和富含α-亚麻酸的油脂(40%左右)，其表皮部分最外层含有亚麻胶(8%～14%)、亚麻木酚素(1%～5%)与膳食纤维(27%左右)[2-3]，这些成分均具有一定的药理活性和保健作用[4]。

亚麻籽油中含有45%～60%的人体必需脂肪酸α-亚麻酸，具有降血脂和预防心血管疾病、动脉粥样硬化等功效[2，5]。亚麻胶为可溶性膳食纤维，是一种天然杂多糖，持水能力极强，作为一种新型天然食品添加剂被广泛应用于食品、医药等行业[6]。亚麻蛋白可以保护心脏健康、增强人体免疫系统，亚麻籽分离蛋白可抑制血管紧张素转化酶活性。木酚素是一种植物类雌激素，在亚麻籽中的含量最高，具有抗癌、抗心血管疾病、预防骨质疏松、缓解女性更年期症状以及辅助治疗糖尿病等作用[1-2，4-5]。因此，亚麻籽是一种具有综合开发利用价值的天然功能食品原料[7-8]。

目前我国对亚麻籽的利用主要是榨油，剩余饼粕作为动物饲料进行出售。为提高亚麻籽利用率，一种方法是利用榨油后的饼粕提取木酚素或蛋白质，但是目标产品比较单一，附加值不高；另一种方法是根据各组分在亚麻籽中分布特点，将亚麻籽壳与仁分离，富壳部分作为提取亚麻胶、木酚素的原料，富仁部分作为亚麻籽油、亚麻蛋白的原料，这也是目前提高亚麻籽利用价值的主导思路，但壳仁分离需要特定的装置[2，9]。黄庆德[10]公开了一种亚麻籽综合加工的方法，经干法或湿法提胶，微波加热，再经榨油，剩余饼粕过网筛，得到低脂亚麻籽蛋白粉和较粗的亚麻籽皮粉，以期实现亚麻籽油、亚麻胶、亚麻蛋白与木酚素4种成分的有效利用，但其仅是对饼粕的简单过筛处理，并未将亚麻蛋白与木酚素有效提取出来。总体来说，我国对亚麻籽中功能成分的综合开发利用尚且不够，存在产品单一、加工成本高、附加值低等问题[9]。

本研究旨在以亚麻籽为原料，确定一条关于亚麻籽油、亚麻胶、木酚素、亚麻蛋白4种功能成分提取的整体综合工艺路线，使亚麻籽中功能成分得到充分利用并有效提高亚麻籽的经济附加值。

1 材料与方法

1.1 实验材料

亚麻籽(粗脂肪43.34%、粗蛋白质20.37%、木酚素4.64%、亚麻胶11.83%)，内蒙古产区；木酚素标准品(纯度≥98%)，上海源叶生物科技有限公司；乙醇、石油醚、氢氧化钠、盐酸为分析纯，西陇化工股份有限公司；乙腈为色谱纯，美国天地有限公司。

LC-20高效液相色谱仪(日本岛津公司)，HH-6数显恒温水浴锅，KQ-50DE数控超声波清洗器，PH-10 pH计，LGT-18真空冷冻干燥箱，电热鼓风干燥箱，TD25-WS多管架自动平衡离心机，RE52-99 旋转蒸发器，UV-2000紫外分光光度计。

1.2 实验方法

1.2.1 亚麻籽功能成分的提取

1.2.1.1 亚麻胶提取

[3]中亚麻胶提取方法，采用水浸醇沉法。取一定量的亚麻籽，以水为提取溶剂，在一定温度下加热提取，提取液经离心得到上清液，上清液中加入一定量乙醇进行沉淀，沉淀物经真空干燥得到亚麻胶。脱胶后的亚麻籽作为下一个目标物的提取原料。

1.2.1.2 亚麻籽油提取

溶剂浸提法。取适量亚麻籽，粉碎，过20目筛，加入一定比例的石油醚为提取溶剂，在一定温度下水浴加热，快速搅拌回流提取，提取液过滤，滤液旋蒸去除溶剂得到亚麻籽油，滤饼烘干，作为提取其他成分的原料。

1.2.1.3 亚麻蛋白提取

取一定量脱脂后的亚麻籽粕或脱胶脱脂亚麻籽粕作为提取原料加入250 mL三口烧瓶中，水作为提取溶剂并利用氢氧化钠溶液调节pH至9.0，在一定温度下水浴加热，快速搅拌回流提取，提取液离心。液体部分调节pH至4.4得到沉淀，沉淀经水洗中和得到亚麻蛋白粗提物，固体残渣作为下一个目标物的提取原料。

1.2.1.4 木酚素提取

取一定量脱脂后的亚麻籽粕或脱胶脱脂亚麻籽粕作为提取原料加入250 mL三口烧瓶中，利用一定碱含量的碱性乙醇溶液作为提取溶剂，在一定温度下水浴加热，快速搅拌回流提取，提取液离心去除固体残渣，上清液经浓缩干燥得到木酚素粗提物。

1.2.1.5 一步法提取木酚素与亚麻蛋白

取一定量脱胶脱脂亚麻籽粕作为提取原料加入250 mL三口烧瓶中，利用一定碱含量的碱性乙醇溶液作为提取溶剂，在一定温度下水浴加热，快速搅拌回流提取，提取液离心去除固体残渣。提取液经调酸(pH 4.4)得沉淀物为亚麻蛋白粗提物，液体部分经浓缩干燥得到木酚素粗提物。

1.2.2 功能成分含量测定

粗脂肪含量测定：GB/T 14772—2008；蛋白质含量测定：考马斯亮蓝G-250染色比色法；亚麻胶含量测定：参考文献[6]。

木酚素含量测定：采用高效液相色谱法进行测定。色谱柱为ODS-SP C18(4.6 mm×250 mm，5 μm)；流动相为0.12%磷酸水溶液-乙腈梯度洗脱；紫外检测器，检测波长220 nm；进样量10 μL；柱温30℃。

1.2.3 得率、提取率与提取量的计算

得率A1=B1/C1×100%

(1)

提取率A2=B2/C2×100%

(2)

提取量A3=B2/C1

(3)

式中：B1为粗提物产品的质量，g；C1为原料的质量，g；B2为粗提物产品中目标物的质量，g；C2为原料中目标物的质量，g。

2 结果与分析

2.1 不同工艺路线对亚麻籽功能成分综合提取的影响

设计以下4种功能成分的提取工艺路线：

工艺A：亚麻籽→提油→提胶→提蛋白质→提木酚素。工艺B：亚麻籽→提油→提蛋白质→提木酚素。工艺C：亚麻籽→提油→提木酚素→提蛋白质。工艺D：亚麻籽→提胶→提油→一步法提取木酚素和蛋白质。

对这4种提取工艺进行了对比，结果见图1。

图1 不同工艺路线对亚麻籽油、亚麻蛋白得率 与木酚素提取量的影响

由图1可知，不同工艺路线中亚麻籽油得率相同，其区别在于亚麻蛋白得率与木酚素提取量的不同。对比A、B与C工艺路线，B工艺路线中蛋白得率最高，C工艺路线中木酚素提取量最高。这是由于木酚素在亚麻籽中与其他物质形成低聚物而存在，且极性较大，是采用碱性的乙醇溶液进行提取的，而多糖采用乙醇溶液提取、蛋白质采用碱性水溶液提取，3种物质的提取溶剂与条件相近，因此亚麻胶与亚麻蛋白的优先提取会使木酚素提取量降低，而木酚素的经济价值与食用价值均高于前两者，因此考虑将木酚素的提取提前，即C工艺路线。然而C工艺路线的木酚素提取液中虽然木酚素含量较A、B路线稍有提高，但由于含有大量的亚麻胶与蛋白质，特别是蛋白质的存在使其黏度特别大，从而不能进一步地浓缩、纯化。

D工艺路线是采用碱性的乙醇溶液将木酚素与蛋白质同时提取出来，提取液经调节pH至酸性等电点使蛋白质沉降，上清液为木酚素粗提液。D工艺路线中木酚素提取量明显提高，达到31.7 mg/g，而蛋白质得率相对其他工艺路线略低。D工艺路线将木酚素与蛋白质提取合并，可以明显降低能耗。另外考虑到亚麻胶主要存在于亚麻籽表皮的最外层，将亚麻胶的提取调整至粉碎亚麻籽之前，减少胶对蛋白质与木酚素提取的影响。因此，亚麻籽中功能成分的综合提取工艺路线确定为D工艺路线。

2.2 木酚素和蛋白质一步法提取条件的单因素实验

采用D工艺路线，对一步法提取木酚素和蛋白质的工艺条件进行了探究，考察了乙醇体积分数、料液比、碱含量、提取温度、提取时间、提取次数对木酚素提取量的影响。经实验发现，酸沉前后木酚素提取量的差值越大，越多的木酚素随蛋白质沉淀，且得到的蛋白质越多。

2.2.1 乙醇体积分数对木酚素提取量的影响

在碱含量0.037 5 mol、提取温度50℃、提取时间4 h、提取2次、料液比1∶10条件下，考察了乙醇体积分数对木酚素提取量的影响，结果见图2。

图2 乙醇体积分数对木酚素提取量的影响

由图2可知，酸沉前乙醇体积分数为50%时，木酚素的提取量最高，而乙醇体积分数为60%时经酸沉得到的木酚素提取量最高，这是由于乙醇体积分数超过60%时，蛋白质不能被提取出来，随酸沉过程进入蛋白质的木酚素的量就很少，乙醇体积分数超过60%时，木酚素的提取量降低。综合考虑，50%乙醇体积分数为木酚素的最佳提取条件。

2.2.2 料液比对木酚素提取量的影响

在碱含量0.037 5 mol、提取温度50℃、提取时间4 h、提取2次、乙醇积体分数50%条件下，考察了料液比对木酚素提取量的影响，结果见图3。

由图3可知，酸沉前后木酚素提取量均随料液比的增加而增加，当料液比为1∶20时，木酚素提取量最高，其提取率可达82%。当料液比超过1∶20时，成本过高且得到蛋白质的量降低，因此最佳料液比为1∶20。

图3 料液比对木酚素提取量的影响

2.2.3 碱含量对木酚素提取量的影响

在料液比1∶10、乙醇体积分数40%、提取温度50℃、提取时间4 h、提取2次条件下，考察了碱含量对木酚素提取量的影响，结果见图4。

图4 碱含量对木酚素提取量的影响

由图4可知，酸沉前后木酚素提取量随碱含量的增加而增加，当碱含量增加至0.05 mol时，提取量基本保持不变。碱含量过低时，提取得到的蛋白质的量较少。综合考虑木酚素与蛋白质的提取量，碱含量0.05 mol为最佳提取条件。

2.2.4 提取温度对木酚素提取量的影响

在料液比1∶20、乙醇体积分数50%、碱含量0.037 5 mol、提取时间4 h、提取2次条件下，考察了提取温度对木酚素提取量的影响，结果见图5。

图5 提取温度对木酚素提取量的影响

由图5可知，提取温度50℃时，酸沉前木酚素的提取量最高。在提取温度40～70℃之间时，酸沉前后木酚素提取量随提取温度的变化并不明显。同时高温会导致木酚素结构不稳定以及乙醇的易挥发性。综合考虑，提取温度为50℃是最优条件。

2.2.5 提取次数对木酚素提取量的影响

在料液比1∶20，乙醇体积分数50%，碱含量0.037 5 mol、提取温度50℃、提取时间2 h条件下，考察了提取次数对木酚素提取量的影响，结果见图6。

图6 提取次数对木酚素提取量的影响

由图6可知，木酚素的提取量随提取次数的增加而增加，在该提取条件下，木酚素的总提取量达到42.73 mg/g，而其中前2次的提取率达到81.10%。提取2次之后，木酚素提取量增加缓慢，为缩短提取时间、减少溶剂用量，选择提取2次。

2.2.6 提取时间对木酚素提取量的影响

在料液比1∶20、乙醇体积分数50%、提取温度50℃、碱含量0.037 5 mol、提取2次条件下，考察了提取时间对木酚素提取量的影响，结果见图7。

图7 提取时间对木酚素提取量的影响

由图7可知，随提取时间的延长，提取液中木酚素提取量逐渐增加，1 h内木酚素提取量迅速上升，在提取2 h之后基本达到平衡，为节约时间降低能耗，选择2 h为最佳提取时间。

2.3 木酚素和蛋白质一步法提取条件的正交实验优化

通过单因素分析，为研究各因素的相互交叉影响，按2.1中确定的最佳提取工艺路线D，在提取次数2次的条件下，根据表1中正交实验因素水平对木酚素和蛋白质一步法提取条件进行五因素四水平L16(45)的正交实验，以木酚素提取量和蛋白质得率作为指标，确定最佳工艺参数，结果见表2、表3。

表1 正交实验因素水平

表2 正交实验安排及结果

表3 以木酚素提取量(蛋白质得率)为指标的方差分析

由表2可知，在提取过程中各因素对木酚素提取量的影响顺序为料液比>碱含量>乙醇体积分数>提取温度>提取时间，其最优水平组合为A4B1C4D4E1。各因素对蛋白质得率的影响顺序为乙醇体积分数>料液比>提取温度>提取时间>碱含量，其最优水平为A3B1C4D4E1。从表3的方差分析结果看，料液比对木酚素提取量具有极显著性影响、对蛋白质得率具有显著性影响，碱含量对木酚素提取量具有显著性影响，是由于木酚素在亚麻籽中以二糖苷的形式化存在，而糖苷分子又进一步与3-羟基-3-甲基戊二酸链接形成低聚物，因此木酚素的提取需要一定的碱将其从低聚物中水解下来。另外，乙醇的体积分数对蛋白质得率具有极显著性影响，乙醇体积分数高时会明显降低蛋白质的得率，这是由于蛋白质在不同体积分数乙醇溶液中的溶解性不同。提取温度对蛋白质的得率也有显著性影响。综合考虑木酚素与蛋白质的经济价值，以及高温可能破坏功能成分结构，选择最优水平为A4B1C4D2E1，即料液比为1∶20，乙醇体积分数为40%，碱含量为0.07 mol，提取温度为50℃，提取时间为2 h。以A4B1C4D2E1为提取条件进行了验证实验，各物质得率分别为：亚麻胶9.67%，亚麻籽油39.46%，木酚素11.03%(纯度28%)，蛋白质15.27%(其中含有5%左右木酚素)。亚麻籽经提取多种功能成分剩余的残渣主要为不溶性膳食纤维和部分蛋白质，得率约为22.18%。

3 结 论

(1)本研究通过改变亚麻胶、亚麻籽油、亚麻蛋白和木酚素的提取在综合工艺路线中的先后顺序，通过对比分析得到最佳工艺路线为：亚麻籽除杂→水浸醇沉提取亚麻胶→烘干、粉碎→溶剂浸提法提取亚麻籽油→脱胶脱脂亚麻籽粕→一步法提取木酚素和蛋白质→残渣。

(2)一步法提取木酚素和蛋白质的最优提取条件为料液比1∶20，40%乙醇溶液为提取溶剂，碱含量0.07 mol，提取温度50℃，提取时间2 h，提取次数2次。在最佳工艺路线和最优提取条件下，各物质得率分别为：亚麻胶9.67%，亚麻籽油39.46%，木酚素11.03%(纯度为28%)，蛋白质15.27%(其中含有5%左右木酚素)。亚麻籽经提取多种功能成分剩余的残渣主要为不溶性膳食纤维和部分蛋白质，得率约为22.18%。该工艺合理可行、步骤简单，可同时获得多种亚麻籽加工产品，使亚麻籽中功能成分得到了充分利用，并有效提高了亚麻籽的经济附加值。

参考文献：

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[10] 黄庆德. 一种亚麻籽综合加工方法：CN103030705A[P]. 2013-04-10.

Multible-extraction of functional components from flaxseed

YANG Xueyan1，NIE Kaili1，2，LIN Feng3，WANG Fang1，DENG Li1，2

(1. Beijing Key Laboratory of Bioprocess，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China；2. Amoy-buct Industrial Bio-technovation Institute，Xiamen 361026，Fujian，China；3.Faculty of Science，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China)

Flaxseed contained four kinds of functional components，such as flaxseed gum，flaxseed oil，flaxseed protein and lignan. The screening and comparison of multible-extraction process of functional components from flaxseed were studied. The process conditions of extracting flaxseed protein and lignan by one-step method were optimized by single factor experiment and orthogonal experiment. The results showed that the optimal conditions of one-step method and multible-extraction process were obtained as follows：with 40% ethanol solution as extraction solvent，ratio of material to liquid 1∶20，alkaline content 0.07 mol，extraction temperature 50℃，extraction time 2 h，extraction times twice and acid precipitation pH 4.4. Under these conditions，the yields of flaxseed gum，flaxseed oil，flaxseed protein and lignan were 9.67%，39.46%，15.27% and 11.03%，respectively. The purity and extraction rate of lignan were 28% and 83.83% respectively. The mutible- extraction process was simple，reasonable and feasible，which reduced the energy consumption and improved the additional value of products. The comprehensive utilization of flaxseed was realized.

flaxseed；functional component；extraction process；comprehensive utilization

2016-04-27；

2016-11-10

杨雪艳(1986)，女，硕士研究生，研究方向为生物加工(E-mail)xueyan12121021@126.com。

邓 利，教授(E-mail)dengli@mail.buct.edu.cn。

TS222;TS209

A

1003-7969(2017)01-0116-06