作者:甘生睿等   来源:   发布时间:2024-03-15   Tag:   点击:
[麻进展]不同制油工艺对亚麻籽油和亚麻籽饼粕蛋白品质影响研究

  以亚麻籽为原料,采用螺旋压榨、液压压榨、溶剂浸提法制得亚麻籽油及亚麻籽饼粕,对比不同制油工艺对亚麻籽油和亚麻籽饼粕蛋白的品质影响。结果表明,不同制油工艺对亚麻籽油理化指标有显著影响(r0.05),其中螺旋压榨亚麻籽油酸价最高,为0.37mg/g,液压压榨组皂化值最高,为189.57mg/g;制油工艺对脂肪酸组成及含量影响不显著(r0.05),均检测出5种脂肪酸,含量大小依次为亚麻酸、油酸、亚油酸、棕榈酸和硬脂酸;螺旋压榨组在烘箱实验中过氧化值变化最小,其氧化稳定性在3组油样中最好,而液压压榨组最差。对3组饼粕蛋白品质进行分析,结果显示不同制油工艺对亚麻籽饼粕蛋白红外光谱峰强及其β-折叠和β-转角的比例造成不同程度的影响。结果发现液压压榨饼蛋白的荧光强度最高,溶解性、起泡能力和乳化能力最低;溶剂浸提粕蛋白的溶解性、起泡能力和乳化能力最高。综上可以根据实际需要选择合适的制油工艺。

关键词亚麻籽;亚麻籽油;制油工艺;蛋白质;品质分析

 

亚麻(Linum usitatissimum)是亚麻科、亚麻属的一年生或多年生草本植物[1],被认为是我国五大油料作物之一[2]。其主要营养成分包括油脂和蛋白质,这些营养成分主要贮藏在亚麻籽的的子叶中,占亚麻籽整体重量的一半以上。亚麻籽油脂含量为36%~48%,富含“-亚麻酸[3],具有改善人体免疫系统、预防炎症和减少有害胆固醇吸收的功能[4]。亚麻籽脱脂加工后,副产物饼粕是一种高蛋白含量的物质,含量约为18%~22%,由盐溶性(高分子质量)和水溶性(低分子质量)两部分组成,氨基酸组成主要为天冬氨酸、谷氨酸、亮氨酸和精氨酸[5]。亚麻籽蛋白可以被蛋白酶水解生成具有生物活性的肽,活性肽在机体中具有重要的抗炎和抗氧化作用[6]

植物油提取过程中,为了提高得率和品质,往往会选择不同的制油工艺。常见的工艺有螺旋压榨、液压压榨、溶剂浸提、超临界萃取等。王亚杰等[7]通过多种方法制备油莎豆油的研究发现,螺旋压榨和溶剂浸提制得的油豆沙油氧化程度较低,而溶剂浸提法的油中生育酚、总酚和甾醇含量最高。ZHENG[8]在研究不同制取工艺对文冠籽油的影响时发现溶剂浸提法制得的文冠籽油出油率、氧化稳定指数和生育酚含量均高于通过螺旋压榨、水酶法和超临界流体萃取法制得的文冠籽油,而超临界流体萃取法制得的文冠籽油对DPPH自由基的清除率高于其他油。不同的制油工艺各有优点和不足,

在选择合适的提取方法时还需要考虑成本、对营养物质的保留以及溶剂残留等问题[9]。同时,有研究表明制油过程会对油料中饼粕蛋白的结构及功能造成不同程度的影响。付嘉阳等[10]以亚临界流体萃取法、热榨浸出法及冷榨浸出法得到的棉子饼粕为材料提取了棉籽蛋白,发现亚临界流体萃取粕蛋白整体的功能性质优于其他2种蛋白,热榨浸出法对棉籽蛋白结构影响较大,进而降低了其功能性质。

综上所述,目前的研究主要集中在制取工艺对亚麻籽油品质的影响,一般只考虑亚麻籽的出油率以及营养品质,忽视了提取过程中高温、高压等因素对亚麻籽饼粕中蛋白质品质的影响,导致饼粕蛋白的利用率低,造成了较大的浪费。本研究将通过螺旋压榨、液压压榨、溶剂浸提法制取亚麻籽油,探究不同的制油工艺对亚麻籽油的品质、氧化稳定性和对亚麻籽饼粕蛋白结构、功能特性的影响,研究结果可为亚麻籽油产业发展和亚麻籽饼粕的高值化利用提供一定的理论基础,对实际生产具有一定的参考意义。

1材料与方法

1.1材料与试剂

材料:亚麻籽,青海碧韬生态农副产品有限公司。

试剂:十一酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、亚麻酸甲酯,8-苯胺-1-萘磺酸(8-anilino-1-naphthalenesulfonicacidANS),上海源叶生物科技有限公司;牛血清白蛋白、十二烷基硫酸钠、考马斯亮蓝R-250,北京索莱宝科技有限公司;磷酸二氢钾、碘化钾,国药集团化学试剂有限公司;无水硫酸钠,天津市致远化学试剂有限公司;硫代硫酸钠,天津市汇杭化工科技有限公司;氢氧化钾、氢氧化钠、可溶性淀粉、盐酸、正庚烷、石油醚、冰醋酸、无水乙醇均为分析纯,甲醇为色谱纯。

1.2仪器与设备

XZ-Z505W卧式压榨机、XZ-YZ200液压榨油机,广州旭众食品机械有限公司;SZC-D脂肪测定仪,上海纤检仪器有限公司;UV-1780紫外可见分光光度计、GC-2030气相色谱仪、RF-6000荧光分光光度计,岛津仪器有限公司;JSM-6610LV扫描电子显微镜,日本电子株式会社;Nicolet6700傅立叶红外光谱仪,美国热电公司。

1.3实验方法

1.3.1亚麻籽油及亚麻籽饼粕制备

螺旋压榨:亚麻籽清理除杂后,手动少量进样,得到亚麻籽油和亚麻籽饼;

液压压榨[11]:将亚麻籽置于榨膛内,压榨条件为温度70℃、压力50MPa、压榨时间20min,过滤后得到亚麻籽油和亚麻籽饼;

溶剂浸提[12]:抽提试剂为石油醚,料液比0.06g/mL)、抽提温度70℃、抽提时间8h,得到亚麻籽油和亚麻籽粕。

1.3.2亚麻籽饼粕蛋白提取

参考胡爱军等[13]的超声辅助提取工艺:将不同工艺制取的亚麻籽饼粉碎后脱脂、粉碎。收集脱脂粉按1:30的料液比加入蒸馏水,用0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至11,在50℃的条件下超声辅助提取40min。将提取液以8000r/min的转速离心15min,分离上清液和沉淀物。重复操作,合并2次提取的上清液,用0.1mol/LHCl溶液调节pH值至4.4,并在8000r/min条件下离心10min,弃去上清液,收集沉淀物,冻干后研磨至粉状,收集、备用。

1.3.3亚麻籽油品质分析

1.3.3.1理化指标测定

酸价参照GB5009.2292016《食品中酸价的测定》中的热乙醇指示剂滴定法进行;过氧化值参照GB5009.2272016《食品中过氧化值的测定》中的滴定法进行;皂化值参照GB/T55342008《动植物油脂皂化值的测定》进行;水分及挥发性物质参照GB5009.2362016《动植物油脂水分及挥发物的测定》中的电热干燥箱法进行。

1.3.3.2脂肪酸组成及含量测定

甲酯化条件:氢氧化钾-甲醇法[14],酯化时间为60min、酯化温度为50℃、催化剂添加量为1mL

气相色谱条件[9]:色谱柱(WondaCapWAX60m×0.25mm×0.25μm);进样口温度250;检测器:氢火焰离子化检测器(FID),检测器温度250;载气:氮气;流速1mL/min;分流比46:1;进样量1μL;升温程序:100℃保持13min,以10/min速率升至180℃保持6min,再以1/min速率升至200℃并保持20min,再以4/min速率升至230℃保持10.5min。根据脂肪酸甲酯混标对照溶液的保留时间对5种植物油中的脂肪酸进行定性分析,采用内标法对5种植物油中脂肪酸进行定量分析。

1.3.3.3氧化稳定性测定

参考王淑珍等[11]Schaal烘箱法:将样品分别装入棕色磨口瓶中,置于80℃的烘箱中10d,每天测定过氧化值,测定方法同1.3.3.1节。

1.3.4亚麻籽饼粕蛋白品质分析

1.3.4.1亚麻籽饼粕蛋白结构测定

1)傅里叶红外光谱

1mg干燥后的蛋白样品与100mgKBr混匀,利用真空压片机制成厚薄均匀的薄片。设置分辨率为4cm-1,在400~4000cm-1光谱区域内进行扫描,扫描64次。所有样品结果均由OMNIC软件进行基线校正,PeakFit软件进行高斯去卷积和二阶导数处理[15]

2)荧光光谱

以磷酸盐缓冲液(pH7.4)为溶剂,配制1mg/mL的蛋白样品溶液,进行荧光光谱分析。激发波长为290nm,扫描速度为10nm/s,扫描范围320~500nm,狭缝宽为5nm[16]

3)微观结构

称取少量样品,用导电胶将样品黏附到样品柱,镀金后在加速电压5kV下观察蛋白质的微观结构[17]

1.3.4.2亚麻籽饼粕蛋白功能特性测定

1)溶解性

精确称取10mg牛血清白蛋白(加纯水溶解,定容至100mL容量瓶中。分别配制质量浓度为0.020.040.060.080.10mg/mL的蛋白溶液,各取1mL加入5mL考马斯亮蓝G-250溶液避光反应5min后,于595nm波长处测定吸光值[18]。以吸光度为纵坐标、牛血清白蛋白溶液溶度为横坐标绘制标准曲线[19],得到蛋白质标准曲线回归方程为y=8.935x+0.5723R2=0.9993

以纯水为溶剂,配制质量浓度为10mg/mL的蛋白溶液,4000r/min离心20min,取1mL上清液与5mL考马斯亮蓝溶液混合,避光反应5min,在595nm处测定吸光值,按公式(1)计算蛋白样品的溶解度。

式中:m为上清液中蛋白质质量,gm0为样品中蛋白质质量,g

2)起泡和泡沫稳定性

以纯水为溶剂,配制质量浓度为2mg/mL的蛋白溶液,使用高速分散均质机以6000r/min的转速打泡3min,记录泡沫体积;静置30min后再次读取剩余泡沫的体积。按公式(2)、公式(3)计算蛋白样品的起泡性和泡沫稳定性[20]

  

式中:FC/FS分别为蛋白质的起泡性/泡沫稳定性,%V0为停止均质时的液面体积,mLVS为初始液面体积,mLV30为静置30min后的液面体积,mL

3)乳化和乳化稳定性

以磷酸盐缓冲液(pH7.0)为溶剂,配制1%的蛋白样品溶液。取20mL蛋白质溶液加7mL大豆油,8000r/min条件下均质2min。取200μL均质后的溶液至10mL离心管中,加5mL的十二烷基硫酸钠溶液,混合均匀后于500nm波长处测吸光度;静置20min后以相同条件再次测定吸光度。按公式(4)、公式(5)计算蛋白样品的乳化和乳化稳定性[21]

  

式中:EAI为蛋白质的乳化性,m2/gESI为蛋白质的乳化稳定性,%A0为初始吸光度;N为稀释倍数,50C为蛋白质质量浓度,g/mL;φ为溶液中油的体积分数,1/3A20为静置20min后的吸光度。

1.4数据统计分析

各实验重复3次,结果以平均值±标准差表示;使用SPSS27.0对数据进行统计分析;使用Origin2021绘制图表。

2结果与分析

2.1制油工艺对亚麻籽油品质影响

2.1.1理化指标

酸价和过氧化值分别代表油脂中游离脂肪酸和过氧化物的含量,皂化值反应油脂中脂肪酸链长的平均值。由表1可知,3种不同工艺制得的亚麻籽油过氧化值为0.01~0.02g/100g,酸价为0.27~0.37mg/g,皂化值为156.68~189.57mg/g,结果均符合植物油安全国家标准。其中螺旋压榨油的酸价最高。郭少海等[22]对比3种压榨工艺制得的油茶籽油的品质差异,结果表明采用液压压榨的油脂酸价低于单螺旋压榨和双螺旋压榨,与本试验结果相符合。液压压榨的亚麻籽油皂化值最高,液压压榨过程中,亚麻籽在高温高压的压膛中长时间停留,脂肪酸中的双键遭到破坏,容易被皂化反应断裂,需要更多的氢氧化钠来完成反应。这种长时间的停留也使得液压压榨油水分及挥发物的含量最低。溶剂浸提油的水分及挥发物含量最高,由于溶剂极性较高且具有较好的渗透性,渗透进入亚麻籽油中的细胞结构,在烘干溶剂过程中未完全烘干[1],于坤等[23]在研究制油工艺对亚麻籽油品质的影响时也得到了相似的结果。

1不同制油方法对亚麻籽油基本理化指标的影响

  

注:不同小写字母表示差异显著(r<0.05)(下同)。

2.1.2脂肪酸组成及含量

7种不同工艺制得的亚麻籽油共检测出5种主要的脂肪酸(棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸),含量为94.33~98.66g/100g;制取工艺对亚麻籽油中主要脂肪酸组成的影响不大,现有研究均表明不同制取方式对植物油的脂肪酸组成无显著影响[24-26]。亚麻籽油中中亚麻酸含量最高,含量在47.18~54.36g/100g,其中以螺旋压榨亚麻籽油含量最高,王兴瑞等[27]在对亚麻籽进行未处理和焙炒后,采用溶剂浸提、液压压榨和螺旋压榨,发现未处理螺旋压榨组亚麻籽油的亚麻酸含量最高,与本研究结果一致。α-亚麻酸具有促进婴儿生长发育、降血压、降血脂、延缓衰老、防止动脉硬化、提高智力、保护视力等功效[28],且亚麻籽油中不饱和脂肪酸含量高于80%,营养价值高,可作为优质油脂开发利用。

2不同制油方法对亚麻籽油脂肪酸组成及含量的影响单位:g/100g

  

2.1.3氧化稳定性

如图1所示,3种工艺制得的亚麻籽油的过氧化值在加热期间不断上升,到第10天过氧化值大小依次为:液压压榨(0.84g/100g)>溶剂浸提(0.72g/100g)>螺旋压榨(0.36g/100g),均高于GB27162018中规定的限量(0.25g/100g),说明亚麻籽油的氧化稳定性较差。亚麻籽油含有的脂肪酸大部分是氧化稳定性较差的不饱和脂肪酸,有研究表明植物油脂中脂肪酸的饱和程度越高,其氧化速度越慢[29]。液压压榨过程中亚麻籽在高温高压的压膛中长时间停留,油脂中的酚类、黄酮类等抗氧化物质受到了破坏[24],溶剂浸提法中的亲脂性试剂会对制得的亚麻籽油中微量组分产生较大影响。而螺旋压榨亚麻籽油在制油过程中在压膛中停留时间最短,其含有相对更高的抗氧化微量组分,有效的保护了抗氧化物质不被氧化,同时压榨过程中发生的美拉德反应产生类黑精等抗氧化物质[30],延缓了亚麻籽油的氧化速率[27]

  

1不同制油方法对亚麻籽油氧化稳定性的影响

2.2制油工艺对亚麻籽饼粕蛋白品质影响

2.2.1傅里叶红外光谱

傅里叶红外光谱常用来研究蛋白质结构中官能团的变化情况,由图2可知,亚麻蛋白的主要条带分别是:酰胺A带(3420cm-1)、酰胺I带(1640cm-1)和酰胺II带(1540cm-1),它们分别表示O-H伸缩振动、C-O拉伸、N-H弯曲和C-N伸缩[31]。由图2可知,3组样品的吸收峰位置无显著的位移,但吸收峰强度均发生了变化,特别是液压压榨饼蛋白,吸收峰强度相较于余两组样品显著降低。亚麻籽在液压压榨机高温的榨膛中长时间停留,蛋白化学键遭破坏断开,导致峰强降低。

  

2不同制油方法所得亚麻籽饼粕蛋白傅里叶红外光谱图

将傅里叶红外光谱中酰胺I带(1600~1700cm-1)进行基线校正、峰值拟合、去卷积和二阶导数处理后定量分析蛋白质的二级结构[32],根据峰面积计算各二级结构的比例,以1600~1639cm-1β-折叠,1640~1650cm-1为无规则卷曲,1651~1660cm-1α-螺旋,1661~1700cm-1β-转角[33]。由表3可知,亚麻籽蛋白中主要的二级结构为β-折叠和β-转角,两者占总含量的60%以上;不同制油工艺对亚麻籽饼粕蛋白质的二级结构影响不大,主要区别在于β-折叠和β-转角的比例。螺旋压榨饼蛋白的有序结构(α-螺旋、β-折叠)含量最低,而无序结构(β-转角、无规则卷曲)含量最高,这表明螺旋压榨饼蛋白的构像稳定性和紧密程度相对较差。螺旋挤压对亚麻蛋白的的稳定结构造成了一定程度的破坏;液压压榨饼蛋白和溶剂浸提粕蛋白含有较高比例的β-折叠,而螺旋压榨法得到的蛋白质含有最高比例的β-转角。这与不同提取方法对蛋白质分子间氢键的破坏程度有关[34]

3不同制油方法对亚麻籽饼粕蛋白二级结构含量的影响单位:%

  

2.2.2荧光光谱

蛋白质的内源荧光主要是由色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)残基形成的。其中色氨酸残基的荧光强度最敏感,具有特异性,最常被用作内源探针来研究蛋白质的结构。酪氨酸残基和苯丙氨酸残基的荧光则较弱,较容易受到其他因素的干扰弱[35]。本试验使用290nm作为激发波长,得到Trp为主的发射基团的荧光光谱。

  

3不同制油方法所得亚麻籽饼粕蛋白荧光光谱图

荧光强度和最大发射波长(λmax)可表示不同工艺制得的亚麻籽饼粕蛋白中色氨酸残基的变化程度及其环境情况,从而反映亚麻籽饼蛋白三级结构的差异。由图3可得,3种提取方法对亚麻籽饼蛋白的内源荧光光谱有明显影响。液压压榨饼蛋白和溶剂浸提粕蛋白的荧光强度跟高,有机溶剂(石油醚)与长时间的高温高压作用对芳香族氨基酸的暴露起到了促进作用,并产生了更加紧密的蛋白质结构[36];而采用螺旋压榨法饼蛋白荧光强度最低,说明螺旋压榨制油法过程中蛋白质发生了解折叠[37]。另一方面,液压压榨饼蛋白(λmax=355nm)和溶剂浸提粕蛋白(λmax=350nm)的最大发射波长相较于螺旋压榨饼蛋白(λmax=380nm)发生了一定的蓝移,表明其芳香族氨基酸被转移到了疏水环境中[38]

2.2.3微观结构

蛋白质的微观结构反应了蛋白质分子的聚集状态,对蛋白质的品质特性差异有重要影响[39]。螺旋压榨饼蛋白微观结构整体均匀、致密,表面有部分孔洞和裂缝,相较于液压压榨饼蛋白没有遭受更多的破坏,能够维持亚麻蛋白一定的原生结构和功能。液压压榨饼蛋白表面呈多孔状,表面有较大的缝隙与凸起,表明蛋白受到了严重破坏,品质相对较差。在液压压榨过程中,亚麻蛋白长时间受到高温和高压的作用,导致其高级结构发生去折叠现象。这种去折叠使得蛋白质分子间的疏水基团暴露出来,从而引发了疏水聚集,进而导致表面结构发生变化[40]。溶剂浸提粕蛋白整体呈现不规则的致密状态,在抽提之前需对亚麻籽进行粉碎过筛,蛋白形态受到了一定程度的破坏。

  

4不同制油方法所得亚麻籽饼粕蛋白微观结构

2.2.4功能特性

由图5-A可知,3种制油方式制油后得到的蛋白溶解性在68.50%~79.00%,溶剂浸提粕蛋白具有最高的溶解度,达到了(79.00±1.41%。溶剂浸提法能够有效地去除亚麻籽饼中的油脂和其他不溶性物质,从而提高蛋白质的溶解度[41]。亚麻籽饼粕蛋白的溶解度不同还可能与蛋白质的三级结构破坏程度有关,液压压榨饼蛋白的溶解度较低,说明液压压榨对蛋白质的三级结构破坏最小,保留了最多的原生折叠结构,因此该方法得到的亚麻蛋白溶解度最低[42],这与荧光光谱的结果相对应。

3种制油方法所得亚麻籽饼粕中的蛋白质起泡性能之间具有显著差异(r<0.05)。螺旋压榨饼蛋白具有最高的起泡性,达到了(48.53±2.08%,溶剂浸提粕蛋白具有最高的泡沫稳定性,达到了(84.53±1.68%。螺旋压榨能够保留较多的亚麻籽胶等物质,从而增加了蛋白质在气液界面上的吸附能力[43],溶剂浸提则会使蛋白质形成较紧密的三维网络结构,从而提高了蛋白的泡沫稳定性[44]

由图5-C可得,3种制油方法所得亚麻籽饼粕中的蛋白质乳化性和乳化稳定性之间具有显著差异(r<0.05)。溶剂浸提粕蛋白拥有最高的乳化性和乳化稳定性,液压压榨饼蛋白的乳化性和乳化稳定性最差。蛋白乳化性能的高低与溶解性有直接的关系,蛋白质在水中良好的溶解性对其乳液形成非常重要[45];也有研究表明,蛋白质的乳化性和乳化稳定性和蛋白二级结构中无规则卷曲含量成正比[20]

  

5不同制油方法对亚麻籽饼粕蛋白功能特性的影响

注:不同小写字母表示差异显著(r<0.05)。

3结论

本研究以亚麻籽为原料,分别经螺旋压榨、液压压榨、溶剂浸提得到亚麻籽油,从副产物亚麻籽饼粕中提取亚麻蛋白,对比了不同制油工艺对亚麻籽油和亚麻籽饼粕蛋白品质的影响。不同制油工艺对亚麻籽油的理化指标和氧化稳定性有显著影响,螺旋压榨亚麻籽油的酸价最高,液压压榨亚麻籽油的酸价最低,皂化值最高,氧化稳定性最差,螺旋压榨亚麻籽油氧化稳定性最好,3组亚麻籽油的理化指标均符合其对应的国家标准中的要求;制油工艺对脂肪酸组成及含量无显著影响;不同制油工艺对蛋白的结构和功能特性均有显著影响,二级结构中β-折叠和β-转角的比例差异明显,液压压榨饼蛋白的三级结构受破坏小,导致原生折叠结构紧实,溶解度低,从而进一步影响了其起泡能力和乳化能力,不利于亚麻蛋白的利用;溶剂浸提粕蛋白表现出了最好的溶解性、起泡能力及乳化能力。综上,不同的制油工艺各有优缺点,应根据实际需要选用合适的工艺。研究结果可为亚麻籽油产业发展和亚麻籽饼粕的高值化利用提供一定的理论基础,对实际生产具有一定的参考意义。

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文章摘自:甘生睿,王进英,杨芙蓉等.不同制油工艺对亚麻籽油和亚麻籽饼粕蛋白品质影响研究[J/OL].食品与发酵工业,1-11[2024-03-08].https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.038100.


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