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復合表面活性劑輔助水劑法同步制備花生油和蛋白

發布日期:2022-04-08 10:09來源:中國油脂作者:李萬山(lkmoo)點擊次數:

目前花生油的提取方法主要有壓榨法和浸出法。壓榨法提油率較低且能耗較大;浸出法提油率高,但環境污染嚴重,毛油需要進行多步精煉\[1-3\]。而且,這兩種提油方法均無法同步制備蛋白。水劑法提取植物油是一種綠色環保的提油工藝,同時可以提取油脂和蛋白,但通常會形成大量具有黏彈性膜的乳狀液且不容易破乳,影響清油提取率\[4-5\]。水酶法能夠對乳狀液進行有效破乳,但酶處理時間較長\[6\];同時,酶還會使蛋白質發生不同程度的水解,降低蛋白質的某些功能性質,在一定程度上限制了蛋白質的應用\[7-8\]。近年來利用小分子表面活性劑輔助水劑法提取植物油的研究逐漸增多,加入小分子表面活性劑能夠降低乳狀液黏彈性界面膜的強度,使乳狀液破乳。Kadioglu等\[9\]用陰離子表面活性劑(C12,14-P10-E2-SO4Na,04%)提取玉米胚芽油,清油和乳化油總提取率為83%。郭玉寶等\[10\]利用十二烷基硫酸鈉(SDS)輔助水相提取花生油,冷凍破乳后花生油總提取率可達到94.62%。Tuntiwiwattanapun等\[11\]利用SDS水溶液提取芥花籽油,結果表明,SDS濃度為0.02 mol/L時,芥花籽清油最高提取率為80%。但是,以上表面活性劑均具有一定的毒性,不宜應用到食品加工中。Zhang等\[12\]利用吐溫20(可在食品加工中應用)協同pH改變提取花生油,發現1.2%吐溫20、pH為10時,所形成的乳狀液非常不穩定,清油提取率最高,為761%,這與花生水酶法提油的油脂提取率非常接近。目前,在表面活性劑輔助水劑法提取植物油的研究中,大多采用了單一表面活性劑,而且使用濃度較高,這對于生產成本控制以及降低表面活性劑在其他產品(如蛋白質)中的殘留均有不利影響。為此,本文以花生為研究對象,擬選擇多種食品級表面活性劑復配代替單一吐溫20輔助提油,旨在進一步降低表面活性劑使用濃度,并進一步提高花生清油提取率,同時對表面活性劑輔助水劑法提取油脂的機制作了初步的探討。研究成果一定程度上提高了花生水劑法提取油脂和蛋白的加工技術,對于提高花生資源利用率具有一定的理論和應用價值。

1材料與方法

1.1試驗材料

花生(小白沙)(蛋白質含量23.72%,粗脂肪含量47.61%,水分含量5.56%),市售;吐溫20,化學純;SE-15蔗糖酯,食品級;檸檬酸酯,化學純;濃硫酸、硫酸鉀、硫酸銅、石油醚,均為分析純。水浴恒溫振蕩器;DT5-4B型低速臺式離心機;搖擺式粉碎機;KDN1凱氏定氮儀;SZC-101脂肪測定儀;HAAKE MARSⅢ流變儀,德國Thermo Scientific 公司;Zetasizer NanoZS90激光粒度儀,英國Malvern Instruments Ltd。

1.2試驗方法

1.2.1表面活性劑輔助水劑法制備花生油和花生蛋白

參考婁麗麗等\[13\]的方法略有改動。將花生粉碎,稱取20 g花生粉于250 mL離心杯中,按質量體積比1∶ 4加入表面活性劑溶液,用0.1 mol/L NaOH溶液將體系pH調為10,振蕩40 min(50 ℃,150 r/min),離心(4 000 r/min,15 min)后分層,由上至下依次為清油、乳狀液、水相和濕渣。移取清油和乳狀液于50 mL離心管,離心(4 000 r/min,5 min)后取清油稱重并計算清油提取率?;ㄉ逵吞崛÷?花生清油質量/花生中油脂質量×100%。收集水相調pH至10.5,靜置0.5 h,調pH至4.5靜置0.5 h后離心(4 000 r/min,15 min),取沉淀水洗2次,冷凍干燥后得到花生蛋白,保存備用。取濕渣于60 ℃熱風干燥6 h,稱取干渣質量。分別取2 g左右干渣測定含油量和蛋白質含量。

1.2.2花生總油提取率和花生蛋白提取率的計算

花生總油提取率=(花生中油脂質量-花生干渣質量×花生渣含油量)/花生中油脂質量×100%;花生蛋白提取率=(花生中蛋白質質量-花生干渣質量×花生渣蛋白質含量)/花生中蛋白質質量×100%。其中,花生原料和渣中蛋白質含量測定參照GB 5009.5—2016凱氏定氮法,含油量的測定參照GB 5009.6—2016索氏抽提法。

1.2.3乳液界面剪切流變性質的測定 

參考李偉偉\[14\]的方法測定油水界面剪切流變性質。稱取0.5 g花生蛋白(1.2.1制得),溶于50 mL 0.01 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH 8.0)中,40 ℃條件下攪拌2 h,得到0.01 g/mL的蛋白溶液。取20 mL蛋白溶液倒入Du Noüty環配備的塑料器皿中,將Du Noüty環緩慢下降至與溶液表面剛好接觸。然后沿著塑料器皿一側緩慢注入10 mL大豆油。采用流變儀在25 ℃下進行界面剪切流變學測量,動態時間掃描使用應變幅度(γ)2%(在線性區域),頻率0.1 Hz,掃描時間7 200 s。在掃描時間為 3 600 s 時,用針管吸取0.1 mL吐溫20在不碰觸Du Noüty環下分多處緩慢加入花生蛋白溶液中。

1.2.4乳液電位測定 

在不添加表面活性劑的條件下按1.2.1方法,用純水提取花生油,離心收集乳狀液層,取10 g乳狀液,按質量體積比1∶ 4分別加入去離子水,5、10、15 g/L的復合表面活性劑溶液(吐溫20、蔗糖酯和檸檬酸酯按質量比1∶ 1∶ 2進行復配),常溫下振蕩30 min。用去離子水稀釋20倍后制成待測樣品。參照李慧娜等\[15\]的方法采用激光粒度儀測定Zeta電位,并略有改動。測定條件:1 cm聚苯乙烯池,一對0.45 cm2鉑電極,間距0.4 cm;測定溫度25 ℃,平衡時間2 min。

1.2.5數據統計與分析試驗結果以兩次以上實驗的平均值表示,并使用SPSS23軟件進行數據分析,P<0.05表示差異顯著。

2結果與討論

2.1單一表面活性劑對水劑法制備花生油和蛋白提取率的影響

已有研究表明,小分子表面活性劑因能和大分子蛋白質競爭油水界面,從而導致由蛋白質穩定的乳狀液破乳\[16\]。為防止脂溶性表面活性劑部分溶于油脂中,本研究選取了吐溫20、蔗糖酯和檸檬酸酯3種水溶性小分子表面活性劑作為單一表面活性劑,按1.2.1方法制備花生油和蛋白,計算各表面活性劑下的清油、總油和蛋白提取率,結果見圖1~圖3。

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由圖1可知:在不添加表面活性劑提取花生油時,清油提取率為42.5%;隨著吐溫20質量濃度不斷升高,清油提取率顯著增加,在10 g/L時花生清油提取率為66.8%。這與Zhang等\[12\]的研究結果相似,原因可能是體系中加入吐溫20后,吐溫20能夠與蛋白質競爭吸附到界面上形成不穩定的乳狀液,通過低速離心后會發生破乳。在不添加表面活性劑提取時,花生總油(清油和乳化油之和)提取率為90.6%,蛋白提取率為813%,而添加吐溫20后總油提取率和蛋白提取率整體沒有發生顯著性變化。這說明吐溫20雖然能夠減少乳狀液形成,但對于降低渣中油脂和蛋白質的殘留并無效果。

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由圖2可知:蔗糖酯質量濃度為1 g/L,花生清油提取率最高,達到65.6%;蔗糖酯質量濃度超過3 g/L后清油提取率顯著降低,原因可能是取代界面蛋白質的蔗糖酯已經達到足量,過多的蔗糖酯可能會與油發生乳化作用,從而降低了清油提取率。與吐溫20類似,蔗糖酯對總油和蛋白提取率影響也較小。

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由圖3可知,隨著檸檬酸酯質量濃度的增加,清油提取率先升高后降低,在5 g/L時清油提取率最高,為60.8%。添加檸檬酸酯對總油提取率無顯著影響,然而卻在一定程度上降低了花生蛋白提取率。由以上結果可知,3種單一表面活性劑對花生清油提取率的影響存在較大差異,其中在獲得相同清油提取率所需的蔗糖酯質量濃度最低,但其清油提取率仍然不夠理想。

2.2表面活性劑復配對水劑法制備花生清油提取率的影響

由2.1研究可知,3種表面活性劑對花生清油提取率的影響最大,而對花生總油和蛋白提取率的影響較小,因此在表面活性劑復配研究中以花生清油提取率為考察指標,研究表面活性劑復配對水劑法制備花生清油提取率的影響,結果見圖4~圖5。由圖4可知,不同表面活性劑兩兩復配時清油提取率有差異。與表面活性劑單獨使用(5 g/L)相比,當吐溫20和檸檬酸酯以質量比1∶ 1復配、吐溫20和蔗糖酯以質量比2∶ 1復配時花生清油提取率顯著增加,提取率達到663%。由圖5可知,當吐溫20、蔗糖酯和檸檬酸酯以質量比1∶ 1∶ 2復配時,清油提取率最大,為69.6%。對比圖4、圖5發現,3種表面活性劑復配較單一和兩兩復配的清油提取率高。原因可能是體系中表面活性劑阻礙了相鄰蛋白質之間的相互作用,而且表面活性劑種類越多這種阻礙作用越強,導致蛋白質界面膜的機械強度降低,離心時乳狀液容易發生破乳;而且表面活性劑種類越多,乳狀液液滴的聚結穩定性越好\[17\]。

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在吐溫20、蔗糖酯、檸檬酸酯以質量比1∶ 1∶ 2復配時,進一步研究了復合表面活性劑質量濃度對清油提取率的影響,結果見圖6。
    

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由圖6可知,隨著復合表面活性劑質量濃度的增加,清油提取率先升高后降低,在復合表面活性劑質量濃度為10 g/L時清油提取率最高,達到79.7%。如果將花生粉用量從20 g擴大到200 g(可減少因為油脂粘附在容器上導致的提取率損失),清油提取率增加至(82.7±0.9)%。因此,水劑法提油工藝中使用復合表面活性劑具有更大的應用潛力。

2.3表面活性劑輔助水劑法制備花生油的機制

大量研究表明,添加小分子表面活性劑可以完全或部分取代乳液界面上吸附的蛋白質,使乳液界面層的機械強度下降\[18-19\]。雖然表面活性劑輔助水劑法提油的效果已得到證實,但目前對其機理的闡述主要是推測,缺少試驗支持。界面流變學用于表征油水界面膜的黏彈性,按1.2.3方法通過時間掃描以記錄花生蛋白油水界面膜儲能模量(G′)和損耗模量(G″)隨時間的變化,結果見圖7。
    

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由圖7可知,花生蛋白的G′和G″均隨時間延長顯著增加,而且G′和G″存在交叉,G′隨時間推移高于G″,表明吸附的界面蛋白質隨著時間延長,能夠逐漸形成具有黏彈特性的網絡結構\[20\],且機械性能越來越高。然而,加入吐溫20后,花生蛋白的G′和G″停止了增長,并且出現急劇下降,這充分表明吐溫20能夠將界面吸附的蛋白質取代下來,形成了以吐溫20為主的流動性強的界面膜,導致界面膜強度降低,乳狀液穩定性下降。另一方面,液滴的電位也可能是影響乳液穩定性的關鍵因素。一般來說,電位絕對值越高,乳液油滴之間的靜電排斥力越大,乳液越穩定\[21\]。按1.2.4方法測定不同質量濃度復合表面活性劑對花生蛋白乳狀液Zeta電位的影響,結果見圖8。
    

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由圖8可看出,純水提油所獲得的蛋白乳狀液Zeta電位絕對值最大,而加入表面活性劑后乳狀液的Zeta電位絕對值降低(這很可能與界面蛋白質被取代有關),表明體系中加入表面活性劑使乳狀液液滴靜電斥力減小,從而導致乳狀液穩定性變差。而且,當復合表面活性劑質量濃度為10 g/L時,乳狀液Zeta電位絕對值最低,預示乳狀液最不穩定,這與在該質量濃度下花生清油提取率最高的結果相符。因此,在水劑法提油過程中加入表面活性劑,可降低油滴蛋白質界面膜的機械性能,并且減弱油滴相互之間的靜電排斥作用,從而達到破乳的目的。

3結論

水劑法提取花生油過程中形成的乳狀液具有黏彈性的界面膜,使乳狀液不容易破乳,導致清油提取率下降。吐溫20、蔗糖酯和檸檬酸酯單獨使用都可以一定程度上提高水劑法工藝清油提取率,而對蛋白提取率沒有顯著影響;當三者按質量比1∶ 1∶ 2復配時(質量濃度為10 g/L),花生清油提取率最高,為79.7%,擴大原料使用量后清油提取率達到827%。小分子表面活性劑取代界面吸附蛋白質后可導致界面膜強度降低,Zeta電位絕對值減小,從而使乳狀液失穩,清油提取率增加。

參考文獻:

\[1\] KONOPKA I,ROSZKOWSKA B,CZAPLICKI S,et al.Optimization of pumpkin oil recovery by using aqueous enzymatic extraction and comparison of the quality of the obtained oil with the quality of cold-pressed oil\[J\].Food Technol Biotech,2016,54(4): 413-420.

\[2\] LI Y, SUI X, QI B, et al. Optimization of ethanol-ultrasound-assisted destabilization of a cream recovered from enzymatic extraction of soybean oil\[J\].J Am Oil Chem Soc,2019,91(1):159-168.

\[3\] BUSTO M, VERAC R. Deacidification of vegetable oil by extraction with solvent recovery\[J\].Adsorption,2019,25(7):1397-1407.

\[4\] 馮紅霞,常云鶴,馬立志,等.水代法制備核桃油過程中冷凍解凍破乳工藝的優化\[J\].食品工業,2020,41(1):105-108.

\[5\] ZHANG S B,LIU X J,LU Q Y,et al.Enzymatic demulsification of the oil-rich emulsion obtained by aqueous extraction of peanut seeds\[J\].J Am Oil Chem Soc,2013,90(8):1261-1270.

\[6\] YUSOFF M M,GORDON M H,NIRANJAN K.Aqueous enzyme assisted oil extraction from oilseeds and emulsion demulsifying methods:a review\[J\].Trends Food Sci Tech, 2015,41(1):60-82.

\[7\] LIU C,HAO L H,CHEN F S,et al.Study on extraction of peanut protein and oil bodies by aqueous enzymatic extraction and characterization of protein\[J\].J Chem, 2020(7):1-11.

\[8\] MENG S,TAN Y Q,CHANG S,et al.Peanut allergen reduction and functional property improvement by means of enzymatic hydrolysis and transglutaminase crosslinking\[J\].Food Chem,2019,302:125-186.

\[9\] KADIOGLU S I,PHAN T T,SABATINI D A.Surfactant-based oil extraction of corn germ\[J\].J Am Oil Chem Soc,2011,88(6):863-869.

\[10\] 郭玉寶,李雙芳,趙恒海,等.表面活性劑輔助水相萃取花生油工藝\[J\].中國油脂, 2016, 41(4):5-9.

\[11\] TUNTIWIWATTANAPUN N,TONGCUMPOU C, HAAGENSON D,et al.Development and scale-up of aqueous surfactant-assisted extraction of canola oil for use as biodiesel feedstock\[J\].J Am Oil Chem Soc,2013,90(7):1089-1099.

\[12\] ZHANG S B,WANG T.Destabilization of emulsion formed during aqueous extraction of peanut oil:synergistic effect of Tween 20 and pH\[J\].J Am Oil Chem Soc,2016,93:1-11.

\[13\] 婁麗麗,章紹兵.吐溫輔助水劑法同步制備芝麻油和芝麻蛋白的研究\[J\].中國油脂,2018,43(12):5-8,21.

\[14\] 李偉偉.高乳化性大豆蛋白的制備及其界面流變性質的研究\[D\].江蘇 無錫:江南大學,2017.

\[15\] 李慧娜,田少君,章紹兵.大豆分離蛋白和濃縮蛋白乳液體系穩定性的比較\[J\].河南工業大學學報(自然科學版),2017,38(4):6-13.

\[16\] 婁麗麗,章紹兵, 王小花.吐溫與蛋白質相互作用的研究進展\[J\].糧食與油脂,2018,31(3):6-8.

\[17\] DICKINSON E,RITZOULIS C.Creaming and rheology of oil-in-water emulsions containing sodium dodecyl sulfate and sodium caseinate\[J\].J Colloid Interface Sci,2000,224(1):148-154.

\[18\] KERSTENS S, MURRAY B S,DICKINSON E.Microstructure of β-lactoglobulin-stabilized emulsions containing non-ionic surfactant and excess free protein:influence of heating\[J\].J Colloid Interface Sci,2006(1):332-341.

\[19\] WILDE P,MACKIE A,HUSBAND F,et al.Proteins and emulsifiers at liquid interfaces\[J\].Adv Colloid Interface Sci,2004,108(10):63-71.

\[20\] DAN A, GOCHEV G, KRGEL J, et al. Interfacial rheology of mixed layers of food proteins and surfactants\[J\]. Curr Opin Colloid In,2013,18(4):302-310.

\[21\] BOTTCHER S,DRUSCH S.Saponins self-assembly and behavior at aqueous interfaces\[J\].Adv Colloid Interface Sci,2017,243:105-113.

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