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微波與烤箱烘烤滅酶對新水劑法提取南瓜籽油的影響

發布日期:2022-04-07 15:47來源:中國油脂作者:付家園等(lkmoo)點擊次數:

可食用的南瓜籽仁含36%~50%的油脂、24%~37%的蛋白質和豐富的生物活性物質[1]。南瓜籽油的提取方法主要有溶劑浸出法、壓榨法、超臨界二氧化碳萃取法、水酶法等。傳統的溶劑浸出法油脂提取率可高達98%~99%[2-3],并且是目前油脂行業大規模使用的加工方法,但是出于環保、人體健康和降低火災風險等方面考慮,發展替代方法已在世界范圍內成為研究熱點。而關于采用乙醇(無毒)、異丙醇(微毒)和萜類(無毒)等綠色溶劑提取油脂也有研究報道,從目前的研究結果看,因其對非脂類雜質的提取量高和成本高等缺點仍然難以實現應用于大規模生產的目標。熱榨法的油脂提取率低于溶劑浸出法,且因餅中的蛋白質變性,進一步深加工的價值較低。冷榨所得油脂和冷榨餅品質高,但出油率偏低[4]。超臨界二氧化碳萃取法需要使用高壓,目前仍難以應用于大規模生產。鑒于此,基于對環境、健康和成本的關注,世界范圍內對水劑法加工油料技術進行了廣泛的研究[5-7];然而傳統水劑法以及水酶法存在廢水量大、處理困難、油脂提取率偏低、大量有用物質隨廢水損失等問題,且酶的成本高,其前景不容樂觀。目前,開發出了一種新水劑法,其只用少量的水(料液比大于5∶ 1),在提取油脂的過程中,所加的水完全被油料中的親水性物質(油料中的非油固體物,主要為蛋白質和碳水化合物)通過氫鍵作用而吸收,所以在提取油脂的過程中見不到自由水,且在氫鍵的驅動下吸水的濕固體物聚團,從而使油脂從聚集的濕固體物表面排出。這種新水劑法用于花生、葵花籽、芝麻、油菜籽、油茶籽、核桃、巴旦木、松籽等含油量高的植物油料加工時可回收94%~97%的油脂[8-11],用于含油量偏低的大豆時可回收81%的油脂[12]。在這些報道的新型水劑法提油工藝中,均有加熱滅酶(兼有殺菌作用)工序,且使用烤箱(基于熱空氣加熱方式,由外向內傳熱)完成此工序。為了探討新水劑法提油工藝中其他滅酶方式的可行性,本試驗以產自我國內蒙古自治區的南瓜籽為原料,就微波(基于分子運動,內外同時加熱)與烤箱烘烤滅酶處理方式對新水劑法分離油脂效率及產品質量的影響進行比較研究。

1材料與方法

1.1試驗材料

脫殼南瓜籽(南瓜籽仁),產自內蒙古巴彥淖爾(含水分9.13%、脂肪45.28%和蛋白質24.68%);蒸餾水;食鹽;碳酸鈉、氫氧化鉀等化學試劑皆為分析純及以上。CS-700多功能粉碎機,K11烤箱,ER-SS20CNW微波爐,CS101電熱鼓風干燥箱,分樣篩,BSA323S電子分析天平,BMS220.4電子分析天平,D-Sheeter單螺桿擠壓機,752N紫外分光光度計,KDN-04A凱氏定氮儀,80-2電動離心機,202-0恒溫培養箱,JJ-1攪拌機。

1.2試驗方法

1.2.1南瓜籽的滅酶處理與新型水劑法提

取南瓜籽油去除損傷、蟲蛀的南瓜籽仁后,稱取一定量的南瓜籽仁于一定溫度的烤箱中烘烤處理一定時間或放入微波爐在一定功率下微波處理一定時間進行滅酶,取出攤開降至室溫。取滅酶的南瓜籽仁于粉碎機粉碎3次,每次1 min,再手工研磨后過0.15 mm(100目)樣品篩,得到南瓜籽仁漿。取10 g南瓜籽仁漿,加入1.60 mL水和0.08 g食鹽,于30 ℃攪拌30 min,于4 000 r/min離心3次,每次30 min,收集油脂和沉淀。將沉淀稱重后用單螺桿擠壓機擠壓3次得到脫脂粕,測定其含油量。

 1.2.2南瓜籽油提取率的計算按式(1)計算南瓜籽油提取率。

R=(X1-X2)/X1×100%(1)

式中:R為南瓜籽油提取率;X1為南瓜籽仁漿的含油量,g;X2為脫脂粕的含油量,g。

 

1.2.3基本理化指標的測定含油量的測定參照GB 5009.6—2016;透明度、氣味和滋味的測定參照GB/T 5525—2008;水分及揮發物含量的測定參照GB 5009.236—2016;過氧化值的測定參照GB 5009.227—2016;酸值的測定參照GB 5009.229—2016;總酚含量的測定參照GB/T 8313—2008;黃酮含量的測定參照NY/T 1295—2007;DPPH自由基清除率的測定參照Faller等[13]的方法;脂肪酶活性的測定參照GB/T 5523—2008。

1.2.4南瓜籽粕粉吸油性的測定將新水劑法分離油脂后的脫脂粕,采用正己烷用索氏抽提法脫去全部殘油,將溶劑揮發盡后得到全脫油南瓜籽粕粉。稱取1.000 0 g全脫油南瓜籽粕粉于干燥稱重的離心管中,加入10 mL大豆油,渦旋振蕩30 s,然后移入40 ℃水浴鍋保溫30 min,以4 000 r/min離心30 min,倒出離心管上部油并將殘余物和離心管一起稱重,按式(2)計算全脫油南瓜籽粕粉的吸油性。

O=(m2-m1)/m0(2)

式中:O為全脫油南瓜籽粕粉的吸油性,g/g;m0為全脫油南瓜籽粕粉的質量,g;m1為離心管加全脫油南瓜籽粕粉的質量,g;m2為離心后離心管加沉淀物的質量,g。

1.2.5脫脂粕蛋白質溶解度的測定稱取0.300 0 g南瓜籽粕粉,加入30.00 mL蒸餾水,調節pH至10,于20 ℃下置于恒溫磁力攪拌器中攪拌1 h后,于4 000 r/min離心20 min,取上清液用凱氏定氮法測定含氮量。脫脂粕蛋白質溶解度用氮溶指數(NSI)表示,按式(3)計算。

INS=c1/c0×100%(3)

式中:INS為脫脂粕蛋白質的溶解度;c1為上清液中氮含量,g;c0為樣品中氮含量,g。

 2結果與分析

 2.1微波與烤箱烘烤滅酶處理對南瓜籽油提取率的影響

 2.1.1烤箱烘烤處理的影響按照1.2.1方法,固定烘烤溫度為110 ℃,考察不同烘烤時間對南瓜籽油提取率、全脫油南瓜籽粕粉吸油性和南瓜籽脂肪酶活性的影響,結果見圖1。

image.png

由圖1可見,未烘烤時南瓜籽油提取率為9069%,隨烘烤時間的延長,南瓜籽油提取率呈先增長后緩慢降低直至急劇下降的趨勢,在烘烤10 min時南瓜籽油提取率最高,為94.13%。試驗發現,在烘烤40 min時,出現南瓜籽中油與非油固體物不分離、非油固體物完全不成團的現象,此時南瓜籽油提取率大幅降低。采用新水劑法提油時,油料中的脂肪酶會促進中性油的水解,導致中性油損失和酸值增加。由圖1可見,南瓜籽脂肪酶活性隨烘烤時間的延長呈明顯下降趨勢,經1 min烘烤處理的南瓜籽脂肪酶活性為10.99 mg/g,與未經烘烤的南瓜籽脂肪酶活性(12.73 mg/g)相比有顯著差異(p0.05),在南瓜籽油提取率最高的烘烤時間(10 min)時,南瓜籽的脂肪酶活性為0.58 mg/g,之后隨烘烤時間的延長,南瓜籽脂肪酶活性呈平穩的變化趨勢,所提取的南瓜籽油的酸值亦無顯著差異(p>0.05)。由圖1可見,全脫油南瓜籽粕粉(油料中的非油固體物)的吸油性隨烘烤時間的延長先緩慢降低后快速升高,在烘烤時間從0 min到10 min時,全脫油南瓜籽粕粉的吸油性從1.74 g/g降低至1.62 g/g,而后隨烘烤時間延長至40 min,吸油性逐漸上升至1.99 g/g,此時南瓜籽仁漿加水攪拌不成團。該趨勢與不同烘烤時間下南瓜籽油提取率的變化趨勢正好相反,因此南瓜籽中非油固體物吸油性的變化可能是引起南瓜籽油提取率變化的原因之一。按照1.2.1方法,固定烘烤時間為10 min,考察不同烘烤溫度對南瓜籽油提取率、全脫油南瓜籽粕粉吸油性和南瓜籽脂肪酶活性的影響,結果見圖2。

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由圖2可見:烘烤溫度為110 ℃時,南瓜籽油提取率最高,為94.19%,與未烘烤的南瓜籽油提取率(90.54%)相比有顯著差異(p<0.05);隨著烘烤溫度的進一步升高,南瓜籽油提取率顯著下降;在烘烤溫度為140 ℃時,出現經加水攪拌南瓜籽中油與非油固體物不分離、非油固體物完全不成團的現象,南瓜籽油提取率大幅度降低。由圖2還可看出,南瓜籽的脂肪酶活性隨烘烤溫度的升高呈明顯下降趨勢,經80 ℃烘烤處理,南瓜籽脂肪酶活性為7.50 mg/g,與未經烘烤的南瓜籽脂肪酶活性(13.27 mg/g)相比有顯著差異(p

2.1.2微波處理的影響按照1.2.1方法,固定微波功率為480 W,考察不同微波時間對南瓜籽油提取率、全脫油南瓜籽粕粉吸油性和南瓜籽脂肪酶活性的影響,結果見圖3。    

image.png

由圖3可見:微波時間由0 s延長至60 s時,南瓜籽油提取率逐漸增加,在微波處理60 s時,南瓜籽油提取率達最高,為95.44%,與未經微波處理的南瓜籽油提取率(89.19%)相比有差異顯著(p<005);進一步延長微波時間至70 s時,南瓜籽油提取率急劇降低至52.70%,且在微波時間70 s時出現經加水攪拌南瓜籽中油與非油固體物之間不分離、非油固體物完全不成團的現象,導致南瓜籽油提取率大幅降低。由圖3還可看出,南瓜籽的脂肪酶活性隨微波時間的延長呈明顯下降趨勢,微波時間20 s時,南瓜籽脂肪酶活性為9.64 mg/g,與未經微波處理的南瓜籽脂肪酶活性(13.16 mg/g)相比有顯著差異(p

image.png

由圖4可以看出,在微波功率為480 W時,南瓜籽油提取率最高,為95.51%。南瓜籽脂肪酶活性隨微波功率的增加呈明顯下降趨勢,經80 W微波處理的南瓜籽脂肪酶活性為9.84 mg/g,與未經處理的南瓜籽脂肪酶活性(12.96 mg/g)相比有顯著差異(p

2.1.3微波與烤箱烘烤處理效率的比較根據2.1.1和2.1.2的研究,確定烤箱烘烤滅酶處理的最佳條件為烘烤溫度110 ℃、烘烤時間10 min,微波滅酶處理的最佳條件為微波功率480 W、微波時間60 s,分別在最佳條件下進行驗證試驗,得到南瓜籽油的提取率分別為94.13%(烤箱烘烤處理)和95.51%(微波處理),經分析二者的南瓜籽油提取率具有顯著差異(p<0.05)。另外,微波處理所需時間僅為烤箱烘烤處理的1/10,而且在實驗室條件下,處理1 kg南瓜籽仁時,微波處理耗電量(0.008 kW·h,計算得出)僅為烤箱烘烤處理耗電量(013 kW·h,由精密微型電度表測出)的6.15%。在中試或大規模生產條件下的比較,有待于進一步試驗。

2.2微波與烤箱烘烤處理對南瓜籽油質量的影響

2.2.1烤箱烘烤處理對酸值的影響按照1.2.1方法,分別考察不同烘烤時間(固定烤箱溫度為110 ℃)和烘烤溫度(固定烘烤時間為10 min)對南瓜籽油酸值的影響,結果見圖5。

image.png

由圖5可見,南瓜籽油的酸值隨烘烤時間延長的變化趨勢與南瓜籽脂肪酶活性的變化趨勢(圖1)是一致的,經1 min烘烤處理的南瓜籽油酸值(KOH)為1.24 mg/g,與未經烘烤的南瓜籽油酸值(KOH)(1.60 mg/g)相比有顯著差異(p

2.2.2微波處理對酸值的影響按照1.2.1方法,考察不同微波時間(固定微波功率480 W)和微波功率(固定微波時間60 s)對南瓜籽油酸值的影響,結果見圖6。

image.png

由圖6可見,南瓜籽油酸值隨微波時間延長的變化趨勢與南瓜籽脂肪酶活性的變化趨勢(圖3)一致。經20 s微波處理的南瓜籽油酸值(KOH)為128 mg/g,與未經微波處理的南瓜籽油酸值(KOH)(1.56 mg/g)相比有顯著差異(p

2.2.3微波與烤箱烘烤處理對南瓜籽油理化指標的影響對最佳微波處理條件下和烤箱烘烤處理條件下所得南瓜籽油的理化指標進行測定,結果如表1所示。

    

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由表1可見,微波處理所得南瓜籽油的過氧化值、總酚含量、黃酮含量、DPPH自由基清除率皆優于未處理和經烤箱烘烤處理所得的南瓜籽油,而在氣味及滋味、透明度上三者并無明顯差異,烤箱烘烤處理與微波處理所得南瓜籽油的酸值一致,烤箱烘烤處理與微波處理所得南瓜籽油的理化指標皆優于未處理的南瓜籽油。

2.3微波與烤箱烘烤處理

對脫脂粕蛋白質溶解度的影響對最佳微波處理條件下和烤箱烘烤處理條件下所得脫脂粕的蛋白質溶解度進行測定,結果表明,未處理時所得脫脂粕的蛋白質溶解度為80%,經烤箱烘烤處理所得脫脂粕的蛋白質溶解度下降了20%,而經微波處理所得脫脂粕的蛋白質溶解度只下降了10%。這可能與微波時間短、微波功率小有關。從獲得較高蛋白質溶解度的脫脂粕考慮,微波處理優于烤箱烘烤處理。
  3結論

采用新水劑法提取南瓜籽油時,與烤箱烘烤滅酶處理方式相比,微波滅酶處理方式下南瓜籽油的提取率略優,耗時僅為烤箱烘烤處理的10%,耗電量僅為烤箱烘烤處理的6.15%,所得南瓜籽油的理化指標稍優,脫脂粕的蛋白質溶解度更好。這說明在采用新水劑法提取南瓜籽油時,采用微波處理滅酶優于烤箱烘烤處理。另外,除了脫脂粕蛋白質溶解度外,就其他指標而言,微波處理與烤箱烘烤處理均優于未處理。
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