不同酶处理对小麦胚芽油提取率的影响

陶海英，马娇，徐同成，刘丽娜，邱斌，刘玮，杜方岭，*

（1.山东省农业科学院畜牧兽医研究所，山东济南250100；2.山东省农业科学院农产品研究所，山东济南250100）

不同酶处理对小麦胚芽油提取率的影响

陶海英1，马娇2，徐同成2，刘丽娜2，邱斌2，刘玮2，杜方岭2，*

（1.山东省农业科学院畜牧兽医研究所，山东济南250100；2.山东省农业科学院农产品研究所，山东济南250100）

研究不同酶处理对小麦胚芽油提取率的影响，确定最佳水酶法提取小麦胚芽油工艺。选用纤维素酶、半纤维酶、酸性蛋白酶、淀粉酶、果胶酶作为提取酶，对小麦胚芽进行酶解，研究了不同酶处理对提油率的影响。单一酶处理试验中，分别用纤维素酶和酸性蛋白酶处理的提油率较高；复合酶处理试验中，酸性蛋白酶和纤维素酶组合处理的提油率最高；且复合酶处理比单一酶处理的提油率高。经过正交试验得出小麦胚芽油水酶法最优提取工艺为：复合酶（酸性蛋白酶∶纤维素酶=5∶1），酶解pH=5，酶解温度45℃。经验证试验小麦胚芽提油率可达到65.53%。试验提取的小麦胚芽油不饱和脂肪酸含量高达82%以上，营养品质较好。

小麦胚芽油；水酶法；复合酶；正交分析

小麦胚芽油富含维生素E、亚油酸、亚麻酸、二十八碳醇及多种生理活性组分，具有很高的营养价值。目前，我国小麦胚芽油主要依赖进口，价格昂贵，每公斤在2 000美元左右，但是小麦胚芽油提取比较困难，大概为1000kg小麦能提出15kg胚芽，而100kg小麦胚芽中仅仅能提炼出4%～6%的小麦胚芽油，我国是小麦的生产和消费大国，小麦胚芽资源非常丰富，因此加强小麦胚芽油的提取工艺的研究具有重要的意义[1-3]。

本实验选取的水酶法，是以机械和酶解为手段降解植物细胞壁，使油脂得以释放，可以满足食用油生产“安全、高效、绿色”的要求，与传统工艺相比，水酶法提油技术设备简单、操作安全，不仅可以提高效率，而且所得的毛油质量高、色泽浅、易于精炼[4-6]。水酶法提油过程中的一个重要问题是酶制剂的选择以及以最少用量降低成本[7]。本试验研究了不同酶处理对小麦胚芽油提取的影响，优化了水酶法提取小麦胚芽油的工艺条件，以期为推动我国小麦胚芽资源的综合利用提供试验参数和工艺基础。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

小麦胚芽，购自山东菏泽康佰益生物科技有限公司。纤维素酶，酶活力（U/g）≥15 000；蛋白酶，酶活力（U/g）≥50 000；半纤维酶，酶活力（U/g）≥15 000；淀粉酶，酶活力（U/g）≥30 000；果胶酶，酶活力（U/g）≥30 000：均购自国药集团化学试剂有限公司，其余试剂为分析纯或色谱纯。SHA-B型恒温振荡器：常州国华仪器有限公司；CR22DⅢ型高速冷冻离心机：日立公司；7890-A气相色谱仪、HP-INNOWAX色谱柱：安捷伦公司。

1.2 方法

1.2.1 原料的预处理

参照文献[8]，通过筛选、清理等，除去小麦胚芽中的杂质。干燥灭酶后，过筛得小麦胚芽粉，冷藏备用。

1.2.2 单一酶对提油率的影响

分别考察纤维素酶、半纤维酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶等酶对小麦胚芽油得率的影响。本试验所用酶均为国药集团生产，通过查阅文献[9]和预实验暂定酶解pH=5、温度45℃，时间6 h。

1.2.3 工艺条件优化

通过1.2.2的结果，选用纤维素酶和酸性蛋白酶作为复合酶，参照文献[9]，选择与提油作用关系密切的蛋白酶、纤维素酶、酶解pH、酶解温度进行四因素三水平正交试验，最后运用SAS软件对所得数据进行处理，最终得到优化试验工艺参数，进行验证性试验。

1.2.4 小麦胚芽油品质分析

主要通过测定主要脂肪酸组分含量，分析小麦胚芽油品质，具体方法[10]为：

1）样品甲酯化：取大约8mg油样，加入6mL的正己烷，160μL乙酸甲酯，再加入400μL的NaOCH3/ CH3OH在室温下甲基化20min，然后置于冷冻箱10min，取出后迅速加入240μL的草酸，离心弃去沉淀，并将溶液通过无水Na2SO4层以吸附其中的水分。

2）色谱检测：用Agilent7890A气相色谱分析甲酯化样品，使用FID检测器，10μL的微量进样器。气相色谱柱为HP-INNOWAX熔融石英毛细管柱（30m× 0.25mm，膜厚0.25μm）。检测参数：进样口，250℃，压力24.52 psi。进样1.0μL，不分流，载气为氮气（99.9%），柱压为24.52 psi。采用程序升温，起始温度50℃，保持此温度1min；以25℃/min升至200℃，保持5min；再以3℃/min升至230℃，保持18min。FID检测器，280℃，燃气为氢气、空气，流速分别为40.0mL/min，450.0mL/min；载气为氮气（99.9%），流速为30.0mL/min。

1.3 工艺流程

工艺流程如下：小麦胚芽→干燥灭酶→粉碎→调节水料比→调pH→酶解→灭酶→离心沉淀→游离胚芽油

式中：m1为游离油质量，g；m2为胚芽中总粗脂肪质量，g。

2 结果与讨论

2.1 酶的选择

2.1.1 单一酶对提油率的影响

取预处理的小麦胚芽10g放入100mL锥形瓶中[11]，加60mL超纯水，pH调至5，按干物料的2%加入酶，提取温度为45℃，提取时间为6 h。试验结果见图1。

图1 单一酶对提油率的影响Fig.1 Single enzyme effects on oil extraction rate

由图1可知纤维素酶和蛋白酶对提油率的影响极显著。分析其原因为油脂通常存在于细胞内部，并且油脂通常与其他大分子物质（蛋白质，碳水化合物等）结合，构成脂蛋白、脂多糖等。纤维素酶促进细胞壁（主要成分为纤维素）的分解，蛋白酶促进油脂复合体的分解，都促进了油脂的释放。

2.1.2 复合酶对提油率的影响

考察不同复合酶对提油率的影响，处理方法同2.1.1。复合酶的组成见表1，结果见图2。

表1 复合酶的组成Table1 Com position of compound enzymes

图2 复合酶对提油率的影响Fig.2 Composite enzymeˊs influence on the oil extraction rate

由图2可知，不同的复合酶对提油率的影响极显著。当酶的总量一定时，纤维素酶和蛋白酶组合能获得最高的提油率，所以选择这两种酶作为水酶法提取小麦胚芽油的复合酶。

2.2 工艺条件优化

这背后，我以为与法国人对待博物馆、对待历史的态度有关。漫步于巴黎街头，处处都是古迹文物，处处都是历史，但处处也都是当下人的生活。在这里，历史是鲜活的，是被延续的。博物馆里的每一件文物，仿佛都是活生生的，并没有人为切断，你可以畅通地与之对话，用你的生活经历建构你自己的历史叙事。除了这种对待历史的态度，卢浮宫所展现出来的气魄与度量，我想除了高科技的保护措施之外，也与法国的国民素质自信有关。整个参观的过程中，欧洲面孔都表现出了较为优雅的素养，没有大声喧哗，更无人真的去触摸那些触手可及的藏品。我想，正是这种优良的公民素养，才增强了其诸多制度安排和生活方式的“底气”。

2.2.1 正交试验设计

在单一酶试验的基础上，综合考虑经济效益及胚芽油品质，确定各因素的最佳水平值范围，采用正交试验设计，研究各酶解参数对考察指标的影响规律，并得到酶解的最佳条件。以蛋白酶和纤维素酶比例（A）、复合酶添加量（B）、酶解pH（C）、酶解温度（D）为自变量，以总油提取率响应值，其因素水平编码表见表2。正交试验方案及结果见表3。

2.2.2 正交试验结果及方差分析

正交试验结果及方差分析见表3。

表3 正交试验结果Table3 Orthogonal experiment results

由表3可知，各因素对小麦胚芽油提取率的影响程度大小为：酶解pH＞酶解温度＞蛋白酶和纤维素酶比例＞复合酶添加量。最优水平为A3B2C2D2，即蛋白酶和纤维素酶比例为5∶1、复合酶添加量为2.5%、酶解pH=5.0、酶解温度45℃。

表4 正交试验结果的方差分析Table4 Orthogonal test the results of variance analysis

由表4可知，在试验范围内，四个因素对于提油率的影响均达到极显著的水平，所以四个因素均需要重点研究。

2.2.3 优化工艺验证

在优化的工艺条件下进行试验，经测定小麦胚芽的提油率达到65.53%，超过正交试验处理中的最高提油率约3个百分点，与预期效果基本一致。

2.3 小麦胚芽油品质分析

本试验提取的小麦胚芽油呈淡黄色，澄清透明，具有小麦胚芽特有的香味，通过检测（图3），主要脂肪酸的质量分数分别为，棕榈酸17.66%，油酸15.00%，亚油酸59.51%，亚麻酸6.61%。不饱和脂肪酸含量高达82%。不饱和脂肪酸具有调节血脂、清理血栓、提高免疫力、补脑健脑等多种生理功能，所制取的小麦胚芽油是一种高品质的功能性油脂。

图3 小麦胚芽油气相色谱图Fig.3 Gas chromatography of wheat germ oil

3 结论

单一酶处理试验中，分别用纤维素酶和酸性蛋白酶处理的提油率较高；复合酶处理试验中，酸性蛋白酶和纤维素酶组合处理的提油率最高；且复合酶处理比单一酶处理的提油率高。在酶选择试验的基础上，综合考虑经济效益及胚芽油品质，筛选了复合酶比例、添加量、酶解pH、酶解温度4个主要影响因素，影响主次顺序为：酶解pH＞酶解温度＞蛋白酶和纤维素酶比例＞复合酶添加量。正交优化的小麦胚芽油最佳提取工艺为：蛋白酶和纤维素酶比例为5∶1，复合酶用量2.5%，酶解pH=5，酶解温度45℃，小麦胚芽油得率为65.53%，提取的小麦胚芽油不饱和脂肪酸含量高达82%以上，是一种高品质的功能性油脂。

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The Influence of Different Enzyme Treatment for Extraction Rate of Wheat Germ Oil

TAO Hai-ying1，MA Jiao2，XU Tong-cheng2，LIU Li-na2，QIU Bin2，LIU Wei2，DU Fang-ling2，*
（1.Institute of Animal Science and Veterinary Medicine，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jiˊnan 250100，Shandong，China；2.Institute of Agro-Food Science and Technology，Shandong Academy of Agricultural Science，Jiˊnan 250100，Shandong，China）

The influence of different enzyme treatment of wheat germ oil extraction rate was studied and the best water enzymatic extraction of wheat germ oil was determined.Cellulase， half fiber enzyme， acid protease，amylase， pectinase was selected as extraction enzyme of wheat germ enzyme solution， the influence of different enzyme treatment for oil extraction rate was studied. In single enzyme treatment trials， oil extraction rate of respectively with cellulose enzyme and acid protease treatment was higher. In composite enzyme processing experiment， oil extraction rate of acid protease and cellulase treatment was highest. And the oil extraction rate of compound enzyme treatment is higher than single enzyme treatment.Through orthogonal experiments on wheat germ oil and the optimal extraction technology for the enzymatic： compound enzyme， acid protease， cellulase （= 5 ∶ 1）enzyme solution pH = 5， enzymolysis temperature 45 ℃. Verified test wheat germ oil extraction rate can reach 65.53%. Unsaturated fatty acid content of wheat germ oil extracted was over 82%， the nutritional quality was better.

wheatgerm oil；water enzymatic；composite enzyme；orthogonal analysis

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.010.005

2013-04-05

公益性行业（农业）科研专项子课题“小麦胚芽高值化利用技术研究”（201303071-10）；山东省科技发展计划项目“小麦胚芽油提取关键技术研究”（2012GNC11030）

陶海英（1977—），男（汉），畜牧师，大专，主要从事动物营养研究。

*通信作者：杜方岭（1972—），男，研究员，主要从事粮油加工研究。