【摘 要】
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与传统的压榨法和溶剂浸出法相比,水酶法提取植物油具有条件温和、环保、安全等特点,且可以保留大量优质蛋白不被破坏。深入系统地研究水酶法提取花生油脂和蛋白质符合资源、环境友好型社会发展需求。鉴于水酶法提取油的过程中需要高成本的酶制剂以及会形成大量稳定乳状液,需要进行破乳,严重限制水酶法的工业化的可持续发展。本研究首先采用一种细胞壁降解酶分离花生乳液及水相蛋白新型两步水酶法工艺,可以提取出水相中大量未被
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与传统的压榨法和溶剂浸出法相比,水酶法提取植物油具有条件温和、环保、安全等特点,且可以保留大量优质蛋白不被破坏。深入系统地研究水酶法提取花生油脂和蛋白质符合资源、环境友好型社会发展需求。鉴于水酶法提取油的过程中需要高成本的酶制剂以及会形成大量稳定乳状液,需要进行破乳,严重限制水酶法的工业化的可持续发展。本研究首先采用一种细胞壁降解酶分离花生乳液及水相蛋白新型两步水酶法工艺,可以提取出水相中大量未被水解的花生蛋白;然后对新型工艺产生的第一步提取的和第二步提取的花生乳液的特性进行对比研究,并探究乳液的理化特性;最后采用油酸和柠檬酸结合的方法对花生乳液进行破乳,优化脂肪酸工艺并探究破乳机理。旨在为水酶法的工业化应用提供理论依据。首先,对水酶法的乳液、水相、固相的三相分离工艺进行研究。发现与不同的粉碎方法(干法粉碎、研磨粉碎、液氮冷冻粉碎)相比,湿法粉碎得到的花生油更稳定易贮藏且花生水相的氨基酸损失最少,因此确定采用湿法粉碎。通过对比复合多糖酶、纤维素酶、果胶酶、复合植物水解酶对水相和固相残油率的影响发现,复合多糖酶对油的提取效果最好。通过对纤维素酶和果胶酶的不同配比对乳液提油率和水相蛋白提取率的影响,确定1∶3的复配比对油和蛋白的提取效果最佳。通过单因素以及响应面优化试验,确定了第一步分离乳状液1的条件:温度40℃,料水比1∶6,粉碎时间100 s,反应时间10 min。第二步分离乳状液2和水相最适条件:温度44℃,加酶量0.9%,酶解时间67 min。油和蛋白最高提取率分别为95.68%和81.07%。其次,进一步探究最佳工艺生成的乳状液的体系特性。通过电泳及质谱分析得出脂肪氧合酶和油体蛋白两种蛋白大部分迁移到乳液相中。花生乳状液中的蛋白主要由油体蛋白、甾醇蛋白、油体钙蛋白、脂肪氧合酶和花生球蛋白组成。通过核磁共振波谱分析得出水处理和复合多糖酶处理得到的乳状液与花生原料中的磷脂组成基本一致。通过激光共聚焦对乳状液进行染色进行结构观察得出乳状液1与2均是水包油的乳液体系。乳状液1与2均是油滴外包裹一层蛋白质薄膜,且乳状液中存在磷脂对其结构起到稳定作用。通过对乳状液粒径、界面蛋白浓度、zeta电位等的表征,得出乳状液2的相关稳定性指数与常规水酶法得到的乳液一致,且乳状液1较于乳状液2更容易发生油滴间聚集失稳。通过对乳状液1与2的黏度、储能模量及损耗模量的表征,得出乳状液1的抗剪切、形变等的凝胶网络机械强度高于乳状液2。第三,对比研究了花生油脂自身的组成的破乳效果及成本价值,选取了油酸作为破乳剂,并选用柠檬酸进行辅助破乳。经过单因素优化得到如下最优条件:温度70℃,样品乳液-柠檬酸水溶液比1:4.5,油酸添加量为1.5%,反应时间15 min。在此条件下游离油产率为95.87%。通过SDS-PAGE发现柠檬酸和油酸不影响乳液中蛋白质的组成。柠檬酸的加入使得乳液粒径由原来的2.34μm增加到8.73μm,电位由-11.4 mV增加到-0.09mV。当油酸添加量达到1.5%,乳液电导率由114.5μS/cm降低到0.301μS/cm,红外光谱发现羟基吸收峰显著减弱。通过气相色谱分析游离油脂肪酸发现游离油的油酸含量只升高了约0.5%。采用光学显微镜、激光共聚焦显微镜观测了破乳阶段相变过程中的乳液结构。采用小角X射线散射试验推导出经过柠檬酸与油酸处理后的乳液液滴形成近似球形的反胶束结构。由此推断相应的破乳机理为:柠檬酸消除了油体表面蛋白的电负性,使得部分蛋白沉淀,油滴相互聚集,乳液粒径增大;70℃的高温加速了油滴之间的聚集;油酸结合磷脂改变了表面活性物的亲水亲油平衡值,乳液由水包油型转化为油包水型。最后,对水酶法同步分离出的花生油和蛋白的品质特性进行研究。气相色谱表明相比与冻融破乳、有机溶剂萃取、蛋白酶破乳,柠檬酸与油酸耦合破乳出的花生油的脂肪酸组成大致相似。不同破乳方法产出油的游离脂肪酸含量、酸价、过氧化值:柠檬酸与油酸耦合破乳>蛋白酶破乳>有机溶剂萃取>冻融破乳;氧化稳定性则相反。高效液相色谱表明生育酚含量:有机溶剂萃取>冻融破乳>蛋白酶破乳>柠檬酸与油酸耦合破乳。水酶法花生蛋白粉、花生分离蛋白粉、市售花生蛋白粉三者之间的氨基酸组成大致相似。扫描电镜显示水酶法花生蛋白部分呈现球状结构,部分为块状;花生分离蛋白几乎为块状;市售花生蛋白呈现片层状结构。由傅里叶红外光谱推出相比于市售花生蛋白和花生分离蛋白,水酶法花生蛋白β-转角和无规则卷曲的相对含量增加。花生蛋白的持水性、持油性、溶解性、乳化活性指数、乳化稳定性、气泡性、泡沫稳定性均是水酶法花生蛋白>花生分离蛋白>市售花生蛋白。
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