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濃香花生油脂體的提取工藝優化及品質分析

發布日期:2022-04-07 16:59來源:中國油脂作者:張麗霞等。(lkm點擊次數:

花生是我國主要的油料作物之一,也是國民食用油脂和蛋白質的重要來源。我國41%~47%的花生用于榨油[1],花生加工業存在產業鏈短、缺乏精深加工等問題[2]。隨著國內對花生加工產品消費需求持續增長,加快花生產業轉型升級的需求更加迫切?;ㄉ椭w是花生中儲存脂肪的重要細胞器,由磷脂、油體蛋白和中性脂組成[3],具有風味清香、乳化性好、穩定性佳等特點,在食品、化妝品、飼料及醫藥等行業有廣闊的應用前景[4-5]。因此,進行花生油脂體相關研究對提高花生產業的科技水平具有現實意義。濃郁、獨特的烘烤香氣是花生產品備受歡迎的重要原因之一,因而開發濃香花生油脂體對于提高油脂體的工業轉化率和應用價值尤為必要,但目前國內相關研究報道較少。有研究[6]對比了烘箱烘烤、微波加熱和紅外輻射3種預處理方式對花生油脂體的增香效果,結果表明紅外輻射預處理制備的花生油脂體香氣強度最大,油脂體持水能力和乳化性顯著增加。也有研究[7]對濃香花生油脂體的香氣成分進行分析,篩選出了2-乙基-6-甲基吡嗪、N-甲基吡咯等10種特征風味物質。這些研究為濃香花生油脂體的開發利用奠定了基礎,但未對制備工藝作進一步探討,且缺乏對濃香花生油脂體品質的科學評價。酶法是提取花生油脂體的常用方法[8-9],將提取普通花生油脂體的最佳工藝參數應用于提取濃香花生油脂體,得率低,這可能與加熱對花生細胞壁[10]及組成成分[11]的影響有關。Farah等[12]研究表明,焙烤對花生油脂體的外觀、功能特性及蛋白膜有顯著影響。因此,有必要對濃香花生油脂體的品質作進一步分析。本文以紅外輻射預處理的烘烤花生仁為原料,研究液料比、加酶量、酶解時間和酶解溫度對濃香花生油脂體得率的影響,通過響應面設計優化提取工藝,并對所得濃香花生油脂體進行理化指標、氨基酸組成等品質分析,以期為花生油脂體的工業化應用提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料 

1.1.1原料與試劑

花生仁,品種為豫花37,河南邦農種業有限公司提供。復合酶(纖維素酶、果膠酶與木聚糖酶比例為63∶ 24∶ 13)[13] ,自制;纖維素酶(酶活2.0×104 U/g)、果膠酶(酶活3.0×104 U/g)、木聚糖酶(酶活3.0×104 U/g),購于龐博生物工程有限公司;磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、鹽酸等,為分析純;去離子水,實驗室自制。

1.1.2儀器與設備

T-18-DS-25型數顯高速分散機,德國艾卡有限公司;納米粒度與固體表面Zeta電位分析儀,美國麥可奇有限公司;Hitachi 835-50氨基酸分析儀,日本日立公司;DXF-060型手提式中藥粉碎機,廣州市大祥電子機械設備有限公司;PL203型電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;SHA-B型水浴恒溫振蕩器;DL-5-B型大容量低速離心機。

 1.2試驗方法

 1.2.1濃香花生油脂體的提取工藝

 將花生仁平鋪一層置于140 ℃紅外烘烤箱中烘烤30 min,取出冷卻至室溫后脫紅衣,得到紅外烘烤增香預處理花生 [6-7],備用。稱取紅外烘烤增香預處理花生80 g,高速粉碎機粉碎后過0.15 mm(100目)篩,得到花生粉,備用。向花生粉中加入一定量去離子水,攪拌均勻后以12 000 r/min均質5 min,再加入適量復合酶,調節pH為5.5,并將其放入恒溫水浴中酶解一定時間。酶解完成后取出,置于90  ℃恒溫水浴中滅酶10 min,待其冷卻至室溫,于4 500 r/min 離心10 min,收集上層,即得新鮮濃香花生油脂體,冷凍干燥后得到干基濃香花生油脂體。同時取等量未經紅外烘烤增香預處理的花生仁,按照上述工藝制備花生油脂體,作為對照組。

1.2.2花生油脂體得率的計算花生油脂體的得率(Y)按式(1)計算。Y=mM×100%

(1)式中:m為干基花生油脂體質量,g;M為紅外烘烤增香預處理花生原料的質量,g。

1.2.3理化指標測定

1.2.3.1色澤取20 mL新鮮濃香花生油脂體于培養皿中,置于裝有照明系統的暗箱中,固定焦距和曝光度拍攝樣品圖像。采用Adobe Photoshop CS6軟件對樣品照片取色,每個樣品取色3次,樣品色澤由紅值(R)、綠值(G)和藍值(B)的平均值綜合評定[14]。

1.2.3.2平均粒徑取一定量新鮮濃香花生油脂體,用磷酸鹽緩沖液(pH 7.2)稀釋10倍后搖勻。采用納米粒度與固體表面Zeta電位分析儀對樣品稀釋乳液進行測定,并以體積平均徑(D(4,3))表示樣品的平均粒徑。測定條件:溫度25  ℃,樣品折光率1.33,散射光檢測角度90°,掃描范圍0.3 nm~3 500 μm。 

1.2.4氨基酸組成測定按照GB 5009.124—2016進行氨基酸組成的測定。將新鮮濃香花生油脂體在110  ℃下用6 mol/L鹽酸水解24 h后,用異硫氰酸苯酯衍生化處理;然后通過配備2.6 mm×150 mm離子交換柱的Hitachi 835-50氨基酸分析儀進行樣品氨基酸組成的測定。

 1.2.5凍融穩定性測定分別取等量3組新鮮濃香花生油脂體至具塞平底玻璃管中,在-20  ℃的超低溫冰箱中儲存24 h,后置于30  ℃的恒溫水浴中解凍2 h,25 ℃常溫靜置1 h,記為1個凍融循環,測定樣品乳清層高度和乳液總高度后,在-20  ℃繼續冷凍24 h,重復以上操作2次,即為3個凍融循環。根據每次測定的乳清層高度和乳液總高度,按照式(2)計算乳析指數(CI),其中第2、第3循環中乳清層高度為乳清層總高度。CI=H1H2×100%

(2)式中: H1為乳清層高度,cm;H2為乳液總高度,cm。

 1.2.6數據處理所有試驗進行3次平行試驗,分別采用Origin 8.5軟件和Design-Expert V8.0.6軟件對數據進行繪圖和響應面分析。采用Duncan法進行組間差異顯著性分析。

2結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1液料比對濃香花生油脂體得率的影響

在加酶量400 U/g、酶解溫度60  ℃、酶解時間90 min條件下,考察液料比對濃香花生油脂體得率的影響,結果見圖1。

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由圖1可知:濃香花生油脂體得率隨液料比的增加而增大;當液料比為6∶ 1時,濃香花生油脂體得率最大((42.40±0.47)%),繼續增加液料比,得率變化不顯著(P>0.05)。這是因為液料比處于低水平時,反應體系黏度較大,不利于酶分子和底物的遷移和反應[15];而液料比較大時,導致酶和底物的濃度降低,酶解程度受到影響[16]。因此,選擇6∶ 1為最適液料比。

2.1.2加酶量對濃香花生油脂體得率的影響在液料比6∶ 1、酶解溫度60  ℃、酶解時間90 min條件下,考察加酶量對濃香花生油脂體得率的影響,結果見圖2。

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由圖2可知:隨著加酶量的增加,濃香花生油脂體得率逐漸增大(P

2.1.3酶解時間對濃香花生油脂體得率的影響在液料比6∶ 1、加酶量400 U/g、酶解溫度60  ℃條件下,考察酶解時間對濃香花生油脂體得率的影響,結果見圖3。

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酶解時間的長短是影響酶解效果的關鍵因素之一[19]。由圖3可知:隨著酶解時間的延長,濃香花生油脂體得率整體呈上升趨勢;在酶解時間從40 min延長到100 min的過程中,濃香花生油脂體得率呈快速上升趨勢(P<0.05),并在100 min時達到最大值((44.75±0.32)%)。這是由于反應前期,酶與底物充分接觸,反應速率較快;繼續延長酶解時間,得率變化不大,此時酶解反應已趨于完全。綜合考慮,選取100 min為最適酶解時間。

 2.1.4酶解溫度對濃香花生油脂體得率的影響在液料比6∶1、加酶量400 U/g、酶解時間100 min條件下,考察酶解溫度對濃香花生油脂體得率的影響,結果見圖4。由圖4可知:酶解溫度在40~50 ℃范圍內,濃香花生油脂體得率隨酶解溫度升高而顯著增大(P<0.05);但當酶解溫度高于50 ℃時,由于溫度過高,部分酶空間結構改變,酶解效率大大降低,得率大幅下降(P<0.05)。溫度對酶解反應的影響較復雜,一方面溫度的升高能增加酶促反應的速率,另一方面溫度過高又致使酶變性失活,反應速率下降[20]。因此,選擇50  ℃為最適酶解溫度。

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     2.2.1響應面設計與結果在單因素試驗的基礎上,根據Box-Behnken試驗設計原理,以加酶量(A)、液料比(B)、酶解時間(C)和酶解溫度(D)為自變量,以濃香花生油脂體得率(Y)為響應值,采用Design-Expert V8.0.6設計四因素三水平試驗對濃香花生油脂體的提取工藝進行響應面優化。響應面試驗因素與水平見表1,響應面試驗設計及結果見表2。

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2.2.2回歸模型建立與方差分析利用Design-Expert V8.0.6對試驗結果進行多元回歸擬合分析,建立濃香花生油脂體得率與加酶量、液料比、酶解時間和酶解溫度的二次多項回歸模型,該模型對應的二次多元回歸方程為:Y=50.11+2.52A+1.47B+1.80C+1.61D+0.49AB+0.31AC-0.62AD-0.092BC-0.022BD+0.28CD-2.13A2-3.03B2-2.21C2-3.61D2。對回歸模型進行方差分析,結果如表3所示。
 

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由表3可知,模型達到極顯著水平(P<0.01),同時失擬項不顯著(P=0.077 5>0.05),且模型R2為0.917 1,R2Adj為0.839 7,說明該模型擬合性好,試驗誤差較小,預測值與實際值高度相關,能較好地預測提取濃香花生油脂體的工藝條件[21]。A、B、C、D、A2、B2、C2、D2對得率的影響均為極顯著。影響濃香花生油脂體得率的因素主次順序為加酶量(A)>酶解時間(C)>酶解溫度(D)>液料比(B)。

2.2.3驗證試驗通過Design-Expert V8.0.6軟件對回歸模型進行求解得到提取濃香花生油脂體的最佳工藝條件為加酶量463.21 U/g、液料比6.28∶ 1、酶解時間109.19 min、酶解溫度50.93  ℃??紤]到試驗的可操作性,將工藝條件調整為加酶量460 U/g、液料比6∶ 1、酶解時間110 min、酶解溫度51  ℃,在此條件下進行3組平行驗證試驗,得到濃香花生油脂體的平均得率為50.89%,與預測值(51.67%)接近,表明該回歸模型和最佳條件切實可靠,可以用來優化濃香花生油脂體的提取工藝。

2.3濃香花生油脂體的品質

2.3.1理化指標(見表4)

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由表4可以看出:濃香花生油脂體呈半流動態乳液狀,淡黃色,具有濃郁的烘烤花生香,相較于對照組油脂體特色明顯;濃香花生油脂體的R值顯著高于對照組,而G值和B值明顯低于對照組,表明濃香花生油脂體呈現出更多的紅色、更少的綠色和藍色,該結果與油脂體顏色觀測結果一致;濃香花生油脂體平均粒徑稍大于對照組,原因可能是紅外輻射預處理使濃香花生油脂體中的蛋白質油-水界面排布發生改變,界面張力增加,界面壓減小,從而使部分油脂體發生絮凝和聚集[22-23],與Farah等[12]的研究結果一致。

 2.3.2氨基酸組成濃香花生油脂體的氨基酸組成及含量測定結果見表5。

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由表5可知:濃香花生油脂體中氨基酸種類齊全,其中含量最多的3種必需氨基酸為亮氨酸(1.18 mg/100 g)、纈氨酸(0.90 mg/100 g)、苯丙氨酸(0.90 mg/100 g);含量最多的3種非必需氨基酸為谷氨酸(2.05 mg/100 g)、天冬氨酸(1.38 mg/100 g)、精氨酸(1.06 mg/100 g)。相較于對照組,濃香花生油脂體除蛋氨酸含量略高外,其他氨基酸含量均略低于對照組,這與濃香花生油脂體較高的預處理溫度(140 ℃,30 min)有關。較長時間的高溫處理可導致部分蛋白質變性,蛋白質溶解度降低[24-25],從而可能導致濃香花生油脂體中氨基酸含量降低。

2.3.3凍融穩定性通過乳析指數考察濃香花生油脂體的凍融穩定性,結果見圖5。

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乳析指數越小表明凍融穩定性越好。由圖5可知:對照組花生油脂體3次凍融循環的乳析指數均大于35%,且每次凍融循環后油脂體的乳析指數均有所增高,表明對照組油脂體的凍融穩定性在3次凍融循環中逐步下降;而相較于對照組,濃香花生油脂體的乳析指數在第1和第2個凍融循環幾乎為零,第3個凍融循環僅為(9.77±0.17)%,表明1~2個凍融循環對濃香花生油脂體的凍融穩定性影響不大,第3個凍融循環則能引起其凍融穩定性的輕微下降,說明濃香花生油脂體凍融穩定性良好。
   3結論

在單因素試驗的基礎上,根據Box-Behnken試驗設計原理對濃香花生油脂體的提取工藝進行了響應面優化。濃香花生油脂體的最佳提取工藝條件為液料比6∶ 1、加酶量460 U/g、酶解時間110 min、酶解溫度51  ℃、pH 5.5,在此條件下濃香花生油脂體得率為50.89%。所制備的濃香花生油脂體呈半流動態乳液狀,淡黃色,具有濃郁的烘烤花生香,平均粒徑為(3.49±0.61)μm,氨基酸含量有所降低但種類齊全,凍融穩定性良好,工業應用價值較高。

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