水酶法加工花生过程中酸浸工艺的研究

赵 会，章绍兵

(河南工业大学 粮油食品学院，郑州 450001)

水酶法提油是在机械破碎的基础上，采用纤维素酶、蛋白酶等对油料种子进行酶解，最终得到油脂和具有特定功能水解蛋白的过程[1-2]。目前水酶法工艺得到的花生蛋白水解液中，多含有大量的可溶性糖、盐和其他物质，为了得到高纯度的水解蛋白，必须进行纯化处理。但水解蛋白相对分子质量较小，无法通过酸沉的方法与其他可溶性糖类分开。而其他水解蛋白纯化方法如大孔树脂吸附、纳滤等大多操作复杂、价格昂贵，限制了其在工业生产中的扩大应用[3-4]。

花生蛋白在等电点时溶解度最小，易形成沉淀。花生中可溶性糖主要有蔗糖、葡萄糖、果糖等，单糖分子中有多个羟基，增加了其水溶性，尤其在热水中溶解度大，而多糖是多元醇，每个糖单位都有结合水分子的能力，因此多糖具有较强的亲水性，在水溶液中多糖颗粒吸水膨胀，然后部分溶解或完全溶解[5]。利用此原理，本文在花生酶解前设计了酸浸环节，旨在酶解前除去大部分可溶性糖和其他杂质而将蛋白质保留在沉淀中，之后再利用蛋白酶水解乳状液和沉淀，最终可同时获得花生油和纯化的水解蛋白。本文研究了酸浸过程中影响可溶性糖脱除率和蛋白质损失率的主要因素，优化得到了水酶法加工花生过程中酸浸工艺的最佳条件，为实际生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

花生：市售，脂肪含量52.18%，蛋白质含量27.8%，可溶性糖含量(10.79±0.15)%，水分含量3.47%。葡萄糖标准品、苯酚、浓硫酸、蒸馏水等。

1.1.2 仪器与设备

722-G可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；FE20 pH计，梅特勒-托利多仪器有限公司；SHA-C水浴振荡器，巩义市予华仪器有限公司； DT5-4B离心机，北京时代北利离心机有限公司；KDN-1凯氏定氮仪，上海仪电科学仪器股份有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 酸浸工艺

将花生在190℃烘烤20 min，每隔5 min取出翻一次。将花生去皮之后充分粉碎成浆状，取30 g花生浆于烧杯中，以适当比例加入蒸馏水，搅拌均匀，使花生浆充分溶于水，调pH，在一定温度的水浴振荡器中进行酸处理，然后离心得到酸浸溶液，测定其中可溶性糖含量及蛋白质含量。分别考察料液比、pH、处理时间、温度对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率的影响。

1.2.2 可溶性糖脱除率及蛋白质损失率计算

可溶性糖脱除率= 酸浸溶液中可溶性糖含量/花生中可溶性糖总量×100%

蛋白质损失率= 酸浸溶液中蛋白质含量/花生中蛋白质总量×100%

1.2.3 蛋白质含量测定

凯氏定氮法，参照GB 5009.5—2010。

1.2.4 可溶性糖含量的测定

采用苯酚-硫酸法[6-7]。

葡萄糖标准曲线的制作：取7支具塞刻度试管，按顺序分别加入不同体积的葡萄糖标准液、蒸馏水、苯酚和浓硫酸。将各试管摇匀，在室温放置30 min后，在分光光度计上进行比色。调波长为490 nm，用0号管调零点，分别测出1～7号管的吸光度。以吸光度为纵坐标，葡萄糖质量浓度为横坐标，绘出葡萄糖标准曲线。

溶液中可溶性糖含量的测定：取1 mL酸浸溶液定溶于100 mL容量瓶中，混匀。吸取已定容的样品0.6 mL置于25 mL比色管中，以蒸馏水补至2 mL，依次加入苯酚1.0 mL和浓硫酸5.0 mL，混匀，在室温放置30 min后，于490 nm处测定吸光度。每个样品做3个平行样。然后代入标准曲线计算其可溶性糖含量。

1.2.5 数据分析

试验结果以两次以上结果的平均值表示，并使用SPSS 16.0 for Windows软件进行单因素方差分析，P<0.05代表差异显著。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 料液比对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率的影响

控制体系料液比分别为1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7，在温度50℃、pH 4.5条件下处理90 min后离心，测定可溶性糖脱除率与蛋白质损失率。结果见图1。

图1 料液比对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率的影响

从图1可以看出，随着水用量的增加，可溶性糖脱除率及蛋白质损失率都呈明显增加趋势。对于可溶性糖，增加水用量的同时，多糖中羟基、环氧原子以及连接糖环的糖苷氧原子与水结合的机会也随之增多，当料液比超过1∶5以后，再增加水用量，可溶性糖脱除率增加幅度减缓。同时，继续增加水用量会增加蛋白质的损失。尽管酸浸的pH处在花生蛋白的等电点附近，但仍然会有少量蛋白质不会沉淀，随着水用量的增加，酸浸溶液中可溶性蛋白质的量也将增加。

2.1.2 pH对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率的影响

控制体系pH分别为3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，在料液比1∶5、温度50℃条件下处理90 min后离心，测定可溶性糖脱除率与蛋白质损失率。结果见图2。

图2 pH对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率的影响

从图2可以看出，随着pH的增加，可溶性糖脱除率变化并不显著。而对于蛋白质，在pH为4.5和5时损失率最低，这说明花生蛋白的等电点应在此附近。在等电点时，蛋白质分子以两性离子形式存在，其分子净电荷为零，缺乏静电推斥作用，因而疏水相互作用导致蛋白质的聚集和沉淀，溶解度最小[8]。

2.1.3 处理时间对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率的影响

在料液比1∶5、pH 5、温度50℃条件下分别处理0、15、30、45、60 min后离心，测定可溶性糖脱除率与蛋白质损失率。结果见图3。

图3 处理时间对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率的影响

从图3可以看出，可溶性糖脱除率和蛋白质损失率都随处理时间的延长而上升，30 min以前上升较快，30 min以后趋于平缓。对于可溶性糖，刚开始时，多糖中羟基、环氧原子以及糖苷氧原子等与水快速形成氢键，随着处理时间的延长，结合速度减慢，可溶性糖脱除率趋于平缓。对于蛋白质，30 min以前，蛋白质-水相互作用显著，使蛋白质溶解量快速增加，随着处理时间的延长，蛋白质-蛋白质和蛋白质-水相互作用逐渐达到平衡，蛋白质损失率趋于平缓[9]。

2.1.4 温度对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率的影响

控制体系温度分别为30、40、50、60、70℃，在料液比1∶5、pH 5条件下处理30 min后离心，测定可溶性糖脱除率与蛋白质损失率。结果见图4。

从图4可以看出，随着温度的升高，可溶性糖脱除率及蛋白质损失率都呈上升趋势。对于可溶性糖脱除率，40℃之前快速增长，40℃之后增长缓慢。对于可溶性糖，升温可能破坏了多糖分子间的氢键，从而增加多糖与水之间形成氢键的机会，同时，分子做无规则运动的快慢与温度有关，升温能加快水分子运动速度，也能加快多糖与水、蛋白质与水的接触机会，从而加快了可溶性糖及蛋白质的溶解速率[10]。

图4 温度对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率的影响

2.2 正交试验

在单因素试验的基础上，以可溶性糖脱除率和蛋白质损失率为考察指标，选取料液比、pH、处理时间、温度进行四因素三水平正交试验。花生酸浸工艺的正交试验因素水平见表1，正交试验设计及结果见表2，方差分析见表3、表4。

表1 正交试验因素与水平

表2 正交试验设计及结果

表3 可溶性糖脱除率方差分析

表4 蛋白质损失率方差分析

由表2可知，影响可溶性糖脱除率因素的主次顺序为料液比>温度>pH>处理时间，最佳工艺组合为A3B1C2D3。由表3可知，对于可溶性糖脱除率，料液比具有极显著影响，温度具有显著影响，处理时间和pH影响不显著。由表2可知，影响蛋白质损失率因素的主次顺序为温度>料液比>pH>处理时间，最佳工艺组合为A1B2C1D2。由表4可知，对于蛋白质损失率，料液比、pH、温度具有极显著影响，处理时间具有显著影响。

从极差值和方差分析可以看出，对于可溶性糖，影响最大的是料液比，因此料液比选择1∶6，pH对蛋白质损失率有较大影响，选择pH为5，温度对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率都有较大影响，但因为蛋白质损失很少，所以首先考虑对可溶性糖脱除率的影响，即温度选择50℃，处理时间对两者影响均较小，选择处理时间为30 min。综合考虑，酸浸工艺的最佳条件为A3B2C2D3，即料液比 1∶6、处理时间30 min、pH 5、温度50℃。在最佳条件下做验证试验，可溶性糖脱除率为(83.11±0.33)%，蛋白质损失率为(6.19±0.13)%。

3 结 论

(1)料液比对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率都具有极显著影响，随着水用量的增加，可溶性糖脱除率及蛋白质损失率都呈上升趋势；pH对可溶性糖脱除率影响不显著，但对蛋白质损失率具有极显著影响；处理时间对可溶性糖脱除率影响不显著，但对蛋白质损失率具有显著影响；温度对可溶性糖脱除率及蛋白质损失率有显著或极显著影响，随着温度的升高，可溶性糖脱除率及蛋白质损失率都呈上升趋势。

(2)通过正交试验设计优化酸浸过程，确定酸浸工艺最佳条件为料液比 1∶6、处理时间30 min、pH 5、温度50℃，此条件下可溶性糖脱除率为(83.11±0.33)%，蛋白质损失率为(6.19±0.13)%。酸浸处理花生后可显著减少花生蛋白中糖的含量，但同时也伴有少量蛋白质损失。