全 文 ：收稿日期:2012 － 08 － 19;修回日期:2013 － 04 － 02
基金项目:国家自然科学基金(31171672)
作者简介:臧佳辰(1988) ，女，在读硕士，研究方向为植物油
功能性研究(E-mail)cencen002@ sina． com。
通信作者:薛文通，教授(E-mail)xwt@ cau． edu． cn。
油脂深加工
火麻油脂肪酶水解条件的优化研究
臧佳辰1，陶 莎1，薛瞡怡2，郭 艾3，薛文通1
( 1． 中国农业大学 食品科学与营养工程学院，北京 100083;
2． 华东理工大学 生物工程学院，上海 200237;
3． 首都医科大学，北京 100069)
摘要:以优化火麻油酶水解条件为目的，Mucor javanicus脂肪酶作为实验用酶对火麻油进行水解研
究，在反应时间 12 h、反应温度 45℃条件下，通过响应面实验对反应体系的水油比、酶添加量、pH
进行优化，得到反应最优条件为:水油比 15∶ 1，酶添加量 952 U /g，pH 6． 62。在此条件下火麻油水
解率为 96． 50%。
关键词:火麻油; 脂肪酶;水解条件
中图分类号:TS225． 1;TQ645． 6 文献标志码:A 文章编号:1003 － 7969(2013)07 － 0056 － 04
Optimization of enzymatic hydrolysis conditions of hemp seed oil
ZANG Jiachen1，TAO Sha1，XUE Jingyi2，GUO Ai3，XUE Wentong1
(1． College of Food Science and Technology，China Agriculture University，Beijing 100083，China;
2． School of Biotechnology，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China;
3． Capital Medical University，Beijing 100069，China)
Abstract:Hemp seed oil was hydrolyzed by lipase Mucor javanicus． Based on the reaction time 12 h and
reaction temperature 45℃，the ratio of water to oil，lipase dosage and pH were optimized by response
surface methodology． The results indicated that the optimal reaction conditions were as follows:ratio of
water to oil 15∶ 1，lipase dosage 952 U /g，pH 6． 62． Under these conditions，the hydrolysis rate of hemp
seed oil was 96． 50% ．
Key words:hemp seed oil;lipase;hydrolysis condition
自 1930 年开始，人们已经认识到必需脂肪酸是
人体不能合成且必须从食物中摄取的物质［1］。必
需脂肪酸与人体健康密切相关，尤其是 ω －6 和 ω －3
系列的多不饱和脂肪酸，它们在体内的平衡对于稳
定细胞膜功能、调控基因表达、维持细胞因子和脂蛋
白平衡、减肥、抗心血管病、促进生长发育、抗炎、抗
癌等方面发挥着重要作用［2］。火麻在我国有上千
年的种植和食用历史，资源丰富，油脂含量较高，超
过 30%，其中不饱和脂肪酸含量达到 90%以上，而
多不饱和脂肪酸( 包括亚油酸、α －亚麻酸、γ －亚麻
酸) 含量达到75% ～ 85%［3］。因此，火麻油可以作
为提供多不饱和脂肪酸的有利资源，但有关从火麻
油中水解制备火麻油不饱和脂肪酸的研究还未见报
道。本文采用响应面法优化了脂肪酶水解火麻油获
取游离多不饱和脂肪酸的工艺，不仅避免了传统非
生物法能耗高、质量低的缺陷［4］，也为进一步高效
获取多不饱和脂肪酸提供了工艺参数。
1 材料与方法
1． 1 实验材料
火麻油由巴马火麻籽经本实验室压榨得到;
Mucor javanicus脂肪酶(MJ)、Pseudomouas fluorescens
脂肪酶(PF) ，购于北京爱希姆科技发展有限公司;
国产脂肪酶(EN) ，购于上海阿拉丁试剂公司。
无水乙醇、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠等均为分析
纯，氮气，10 g /L 酚酞乙醇溶液，0． 1 mol /L KOH 标
准溶液。pHS － 3C pH 计，DZ － 1 型滴定仪，MS2 振
荡器，TH2 －82A 水浴恒温振荡器。
65 CHINA OILS AND FATS 2013 Vol. 38 No. 7
1． 2 实验方法
1． 2． 1 脂肪酶酶活测定
脂肪酶酶活测定按照 GB /T 23535—2009《脂肪
酶制剂》酶活测定进行。
1． 2． 2 脂肪酶水解火麻油
称取一定量火麻油，将火麻油与磷酸缓冲液按
一定水油比加入到三角瓶中，加入一定量脂肪酶，混
合均匀，调节 pH 后，充满氮气，45℃水浴加热搅拌
水解，反应一定时间，得火麻油水解产物。
1． 2． 3 水解率的计算
分别参照 GB/T 5009． 37—2003 和 GB/T 5534—
1995，对火麻油水解产物进行酸值和皂化值的测定，
并按照如下公式计算水解率。
水解率 =(AVX － AV0)/(SV － AV)× 100%
式中:AVX为水解后样品的酸值;AV0为空白对
照酸值;AV、SV分别为原料火麻油的酸值和皂化值。
1． 2． 4 响应面优化实验
在单因素实验基础上，以水油比、pH、酶添加量
为因素，火麻油水解率为响应值，采用中心组合实验
设计进行响应面优化实验。
1． 2． 5 数据统计与分析
采用 SPSS和 Design － Expert 7． 0 对实验数据进
行分析。
2 结果与分析
2． 1 脂肪酶的选择
2． 1． 1 脂肪酶酶活测定结果
本实验选择了水解率较高、较为常用的 3 种脂
肪酶(MJ、PF、EN) 作为备选，并对其进行了酶活测
定，结果见表 1。
表 1 脂肪酶酶活 U/g
MJ PF EN
13 233． 55 10 308． 12 16 950． 29
2． 1． 2 脂肪酶对火麻油水解率的对比结果
3 种脂肪酶(MJ、PF、EN) 在相同酶活条件下按
照 1． 2． 2 进行火麻油水解反应，分别于反应时间 3、
5、12、24、36、48、60、72 h 时取一定量水解产物进行
水解率的测定，考察 3 种脂肪酶催化水解效果，结果
见图 1。
图 1 3 种脂肪酶对火麻油水解率的对比
由图 1 可知，相较于脂肪酶 PF、EN，脂肪酶 MJ
对火麻油具有较高的水解率，且在反应时间为 36 h
时火麻油水解率达到最高，超过 90%。但反应时间
的延长不仅容易影响产物的品质，而且造成能源浪
费。同时由图 1 可知，反应进行到 12 h 之后水解率
趋于平缓，所以选取反应时间 12 h 作为脂肪酶 MJ
水解火麻油条件的优化研究。
2． 2 脂肪酶水解火麻油单因素实验
2． 2． 1 水油比对火麻油水解率的影响
在反应温度 45℃，pH 7． 0，酶添加量 1 000 U/g，
反应时间 12 h的条件下，考察水油比对火麻油水解
率的影响，结果见图 2。
图 2 水油比对火麻油水解率的影响
脂肪酶催化油脂水解是发生在水油界面上的，
改变反应体系的水油比可以有效改变脂肪酶和油脂
的接触即反应面积，从而影响反应结果。由图 2 可
知，随着水油比的增加，水解率呈现先上升后下降的
趋势，在水油比为 10∶ 1 时达到最大值，随后水解率
下降。因此，选取水油比 5∶ 1、10 ∶ 1、15 ∶ 1 进行响应
面优化实验。
2． 2． 2 pH对火麻油水解率的影响
在反应温度 45℃，酶添加量 1 000 U /g，水油比
15∶ 1，反应时间 12 h的条件下，考察 pH对火麻油水
解率的影响，结果见图 3。
图 3 pH对火麻油水解率的影响
酶反应环境偏酸、偏碱都可能造成酶的空间结
构被破坏，引起酶失活，降低酶反应的效率，同时，反
应体系 pH的改变也会影响底物的解离状态，从而
影响底物与酶的结合能力。由图 3 可知，火麻油水
解率随着 pH的升高先上升后下降，在 pH为 6． 5 时
752013 年第 38 卷第 7 期 中 国 油 脂
达到最大，说明较为温和的酸碱条件能够促进脂肪
酶 MJ对火麻油的水解。因此，选取 pH 6． 0、6． 5、
7． 0 进行响应面优化实验。
2． 2． 3 酶添加量对火麻油水解率的影响
在反应温度 45℃，水油比 15∶ 1，pH 7． 0，反应时
间 12 h的条件下，考察酶添加量对火麻油水解率的
影响，结果见图 4。
图 4 酶添加量对火麻油水解率的影响
脂肪酶对油脂的作用包括催化甘油酯的水解和
合成。由图 1 可知，脂肪酶 MJ 催化油脂水解达到
饱和后会发生逆反应催化甘油酯的合成，从而使水
解率呈现降低趋势。由图 4 可以发现，火麻油水解
率随着酶添加量的增加先上升后下降，其原因在于
当酶添加量在一定底物和反应时间内达到饱和后会
发生逆反应，即催化甘油酯的合成［5］，从而降低了
水解率。综合考虑，选择酶添加量 500、1 000、
1 500 U /g进行响应面优化实验。
2． 3 响应面优化实验
在单因素实验的基础上，选取反应体系的水油
比(A)、酶添加量(B)、pH(C) 为因素，火麻油水解
率(X) 为响应值进行响应面实验，实验因素与水平
见表 2，实验设计与结果见表 3。
利用 Design － Expert 7． 0 软件对表 3 的结果进
行回归分析，得二次多项回归方程为:X = 93． 09 +
5． 07A + 1． 52B + 3． 38C － 3． 31AB － 0． 028AC +
1． 30BC － 0． 011A2 － 7． 66B2 － 6． 55C2。
对回归方程进行方差分析，结果见表 4。
由表 4 可以看出，模型 P 值小于 0． 05，模型方
程显著，表明模型选择适合。变异系数反映模型的
置信度，变异系数越小，模型的置信度越好，本实验
的变异系数为 5． 57%，说明模型方程能很好地反映
真实的实验值。由 P 值可知，各因素对水解率的影
响大小依次为:水油比＞ pH ＞酶添加量。
表 2 因素与水平
水平 A水油比 B酶添加量 /(U/g) C pH
1 15∶1 1 500 7． 0
0 10∶1 1 000 6． 5
－ 1 5∶1 500 6． 0
表 3 实验设计与结果
实验号 A B C X /%
1 1 0 1 93． 66
2 0 0 0 94． 39
3 － 1 1 0 87． 34
4 1 0 － 1 93． 99
5 － 1 － 1 0 77． 80
6 0 － 1 1 82． 89
7 0 1 1 88． 66
8 1 － 1 0 90． 11
9 － 1 0 － 1 79． 35
10 0 0 0 93． 56
11 1 1 0 86． 41
12 0 0 0 89． 32
13 － 1 0 1 79． 13
14 0 0 0 92． 41
15 0 0 0 95． 77
16 0 － 1 － 1 71． 71
17 0 1 － 1 72． 26
表 4 方差分析
来源 平方和 自由度 均方 F值 P值
模型 819． 92 9 91． 10 3． 93 0． 042 4*
A 205． 54 1 205． 54 8． 87 0． 020 6*
B 18． 48 1 18． 48 0． 80 0． 401 5
C 91． 33 1 91． 33 3． 94 0． 087 6
AB 43． 82 1 43． 82 1． 89 0． 211 5
AC 3． 02E － 0． 03 1 3． 02E － 0． 03 1． 30E － 0． 04 0． 604 6
BC 6． 81 1 6． 81 0． 29 0． 996 3
A2 5． 33E － 0． 04 1 5． 33E － 0． 04 2． 30E － 0． 05 0． 996 3
B2 247． 30 1 247． 30 10． 67 0． 013 7*
C2 180． 44 1 180． 44 7． 78 0． 026 9*
残差 168． 20 7 24． 04
失拟项 138． 35 3 45． 90 0． 055 9
纯误差 29． 55 4 7． 35
总和 1 016． 45 16
注:P ＜ 0． 05 模型或考察因素有显著影响。
2． 4 最优条件的确定和验证
利用 Design － Expert软件对模型进行进一步分
析，获得最优的脂肪酶水解火麻油条件为: 水油比
15∶ 1，酶添加量 952 U /g，pH 6． 62。在此条件下可以
获得水解率理论值 98． 64%。对优化条件进行验
证，得到水解率的平均值为 96． 50%。与理论值差
距较小，模型方程适合。
3 结 论
在反应时间 12 h、反应温度 45℃条件下，通过
响应面优化实验得到 Mucor javanicus 脂肪酶水解火
麻油的最优工艺条件为: 水油比15∶ 1，pH 6． 62，酶
添加量 952 U /g。在优化条件下得到火麻油平均水
85 CHINA OILS AND FATS 2013 Vol. 38 No. 7
櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂
解率为 96． 50%。酶法制备脂肪酸是一项高效的提
取技术，脂肪酶水解火麻油效果显著，本研究为其
他动植物油脂酶法制备脂肪酸提供了基础数据。
参考文献:
［1］林金莺，曾庆孝．新型食品营养源———火麻仁［J］．中国
调味品，2008(5) :22 － 25．
［2］王萍，张银波，江木兰．多不饱和脂肪酸的研究进展［J］．
中国油脂，2008，33(12) :42 － 46．
［3］何锦风，陈天鹏，卢蓉蓉，等．汉麻籽的综合利用及产业
化研究［J］．中国食品学报，2010，10(3) :98 － 112．
［4］SHAHIDI F，WANASUNDAＲA U N． Omega － 3 fatty acid
concentrates:nutritional aspects and production technologies
［J］． Trends Food Sci Technol，1998，9(6) :230 － 240．
［5］许建军，张颖．脂肪酶的应用研究进展［J］．江苏食品与
发酵，2002(4) :19 － 21．
收稿日期:2012 － 10 － 19;修回日期:2013 － 04 － 08
基金项目:江苏省社会发展项目(BE2012714)
作者简介:王振斌(1975) ，男，副教授，博士，研究方向为生物
质能源及应用(E-mail)wzhb@ ujs． edu． cn。
通信作者:姜美花，在读硕士(E-mail)rkao0525@ 126． com。
油脂化工
响应面法优化餐饮废油制备生物柴油的研究
王振斌，姜美花，王倩倩，赵 帅
( 江苏大学 食品与生物工程学院，江苏 镇江 212013)
摘要:以餐饮废油为原料，采用超声辅助碱催化法制备生物柴油，通过响应面试验探讨了温度、催化
剂用量、醇油比对生物柴油转化率的影响，得到最佳制备工艺条件为: 在超声功率 50 W、频率 28 Hz
的条件下，温度 62． 47℃，催化剂用量 0． 98%，反应时间 30 min，醇油比 7∶ 1 ( 质量比) 。在此条件
下，生物柴油转化率为 90． 26%。
关键词:餐饮废油; 生物柴油;碱催化;响应面试验
中图分类号:TQ645;TK63 文献标志码:A 文章编号:1003 － 7969(2013)07 － 0059 － 05
Optimization of alkali － catalyzed transesterification of swill － cooked dirty
oil for biodiesel production by response surface methodology
WANG Zhenbin，JIANG Meihua，WANG Qianqian，ZHAO Shuai
(College of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，Jiangsu，China)
Abstract:Ultrasonic － assisted alkali － catalyzed preparation of biodiesel from swill － cooked dirty oil was
studied． The influences of temperature，catalyst dosage，mass ratio of methanol to oil on biodiesel conver-
sion rate were studied by response surface methodology(ＲSM)． The optimal preparation conditions were
as follows:ultrasonic power 50 W，ultrasonic frequency 28 Hz，temperature 62． 47℃，catalyst dosage
0． 98%，reaction time 30 min，mass ratio of methanol to oil 7∶ 1． Under the optimal conditions，biodiesel
conversion rate was 90． 26% ．
Key words:swill － cooked dirty oil;biodiesel;alkali － catalysis;ＲSM
餐饮废油是现代餐饮业的副产品，主要成分为
脂肪酸甘油三酯，不仅游离脂肪酸含量高，而且含有
醛、酮和聚合物等氧化产物，是不可食用的废油脂。
利用餐饮废油制备生物柴油，以代替石化柴油，已成
为一大趋势［1 － 5］。目前主要采用直接混合法、微乳
法、高温裂解法和酯交换法制备生物柴油。但是直
接混合法存在其产品不适合在柴油发动机中长期使
用的缺点，微乳法存在积炭和使润滑油黏度增加等
问题，高温裂解法不但成本高且对设备要求高，故目
前工业生产生物柴油主要采用酯交换法［6 － 7］。现行
的酯交换方法主要有酸催化法、碱催化法、酶催化法
以及超临界法等［8］。考虑到反应时间、成本、设备
952013 年第 38 卷第 7 期 中 国 油 脂