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水酶法提取火麻籽油工艺研究
侯真真，吴雪辉*
(华南农业大学食品学院，广东广州 510642)
摘 要:以火麻籽为原料，利用水酶法提取火麻籽油。通过单因素实验及中心组合实验研究酶的种类、料液比、加酶
量、酶解时间等因素对火麻籽提油率的影响。结果表明，酸性蛋白酶和纤维素酶按 1∶1 进行复配且先加酸性蛋白酶作
为提取酶时，提取效果最好;在此基础上，通过响应面优化得到水酶法提取火麻籽油的最佳工艺条件为:复合酶添加量
1.10%(w /w)、料液比 1∶3.6g /mL、酶解时间 3.8h，火麻籽油的提油率为 75.64%。
关键词:火麻籽油，水酶法提取，工艺优化
Aqueous enzymatic extraction of hemp seed oil
HOU Zhen－zhen，WU Xue－hui*
(College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China)
Abstract:Aqueous enzymatic extraction(AEE)of oil from hemp seed was performed.The AEE parameters namely
enzyme type，mixed enzyme amount，liquid /solid ratio and extraction time were optimized by single factor
experiment and response surface methodology.The results showed that the best extraction effect was obtained
when the ratio of acid protease enzyme and cellulose compound was equal to 1 ∶ 1 and adding acid protease
enzyme first.The optimal extraction conditions for hemp seed oil yield were compound enzyme additive amount，
liquid /solid ratio，enzymolysis time as 1.10% (w/w) ，1 ∶ 3.6g /mL，3.8h. Under the optimum conditions，the
experimental oil extraction yield was 75.64% .
Key words:hemp seed oil;aqueous enzymatic extraction;process optimization
中图分类号:TS225.6 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2014)03－0195－04
收稿日期:2013－06－28 * 通讯联系人
作者简介:侯真真(1987－) ，女，在读硕士研究生，研究方向:食品加
工、保藏与包装。
火麻籽为桑科植物大麻的成熟种子，含有
20% ～30%的蛋白质，25% ～30%的碳水化合物，25%
～35%的脂肪，10%～15%的可溶性纤维以及大量的微
量元素，其中钙、磷含量及微量元素中铁、锌、锰含量均
较为突出，在食品以及保健品方面都有很高的应用价
值，是“药食同源”的植物资源之一［1－2］。火麻籽油不
饱和脂肪酸含量高达 75% ～90%，亚油酸和亚麻酸含
量分别高达 50%～70%和 15%～25%，比例接近 3∶1，这
一比例被认为是人体正常代谢所需的最佳比例，能够
达到降低 LDL胆固醇和人体血压、预防心血管疾病的
作用［3－4］;火麻籽油中还存在很多普通植物油所没有的
γ－亚麻酸，含量大约为 4%，对于风湿性关节炎、过敏
性皮肤炎、过敏症等的防治有一定的积极作用［2］。此
外，火麻籽油中的 γ－生育酚、植物甾醇、叶绿素、萜类物
质等活性成分，使其具有较高的保健功效，长期食用对
慢性神经炎、瘫痪、高血脂等有很好的辅助疗效［5］。
目前火麻籽油的提取方法主要有压榨法和溶剂
浸出法;压榨法所需设备简单，提油率较低;溶剂浸出
法提油率较高，但提取时间长，需要大量后续精炼工
序，容易出现溶剂残留问题［6］。水酶法提油是一种新
兴的提油方法，主要采用各种酶分解细胞壁中的纤维
物质和细胞质中的脂蛋白复合体，达到释放油脂的目
的;它与传统的压榨法和浸出法相比，工艺条件较温
和，可以很好地保留油料中蛋白质和活性物质，获得高
品质的油脂，还具有环保、安全以及节能等特点［7］。本
研究采用水酶法提取火麻籽油，探讨各因素对提油效
率的影响，以期开发一种新型火麻籽油提取工艺。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
火麻籽 购于广西巴马市场;果胶酶(10万 U/g)、
纤维素酶(5 万 U /g)、中性蛋白酶(10 万 U /g)、酸性
蛋白酶(5 万 U /g) 均购自江苏锐阳生物科技有限
公司;氢氧化钠、盐酸、石油醚 均为分析纯。
BS110S分析天平 北京赛多利斯科学仪器有限
公司;中草药粉碎机 广州市大祥电子机械设备有
限公司;SHZ－D 循环水式真空泵 巩义市予华仪器
有限责任公司;ＲE－52AA 旋转蒸发器 上海亚荣生
化仪器厂;DHG－9053B5－III 型电热恒温鼓风干燥箱
上海新苗医疗器械制造有限公司;DK－8D 型电热
恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司;pHB－3
便携式 pH 计 上海三信仪表厂;TDL－5－A 低速台
式大容量离心机 上海安亭仪器厂。
1.2 水酶法提取火麻籽油
准确称取经干燥粉碎后的火麻籽粉末 15.000g
于锥形瓶中，按相应料液比加入蒸馏水，90℃水浴
10min 钝化火麻籽自身所含酶，冷却至 50℃，用
0.5mol /L的 HCL溶液调节料液 pH 至各酶最适 pH，
分别加入中性蛋白酶、酸性蛋白酶、纤维素酶、果胶
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酶及其复配酶，在一定温度下酶解适当时间后，90℃
水浴 10min灭活所加酶终止反应，3000r /min 条件下
离心 30min，用 20mL 石油醚萃取上层清油，萃取 3
次，合并萃取液，经真空旋转蒸发除去石油醚，即得
火麻籽油，精确称取其质量，并按下式计算提油率。
提油率(%)=
W2
W1X1
× 100
式中:W1 －火麻籽的质量，g;W2 －酶解提取的火
麻籽油的质量，g;X1－火麻籽中的含油量，%。
1.3 实验设计
1.3.1 单因素实验
1.3.1.1 单一酶种类的选择 称取 15.000g火麻籽粉
末若干份于锥形瓶中，调节料液比为 1 ∶5，分别加入
2%(w /w)的中性蛋白酶、酸性蛋白酶、纤维素酶、果
胶酶，按 1.2 所述，在 50℃下酶解 5h，并作空白对照。
1.3.1.2 酶复配方案的选择 称取 15.000g火麻籽粉
末于锥形瓶中，调节料液比为 1∶5，复合酶(两种或三
种酶等比例混合)的添加量为 2%(w /w) ，在 50℃下
酶解 5h。
1.3.1.3 复合酶添加顺序的确定 称取 15.000g 火麻
籽粉末于锥形瓶中，调节料液比为 1 ∶5，按不同顺序
先后加入酸性蛋白酶、纤维素酶，添加量均为 1%
(w /w) ，50℃下各自酶解 2.5h。
1.3.1.4 复合酶添加量对提油率的影响 称取
15.000g火麻籽粉末，调节料液比为 1∶5，先后加入等
量的酸性蛋白酶和纤维素酶，总量(w /w)分别为 0、
0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%，各酶均在 50℃下酶
解 2.5h，计算提油率。
1.3.1.5 酶解时间对提油率的影响 称取 15.000g 火
麻籽粉末，调节料液比为 1∶5，酶解温度为 50℃，先加
入 0.5%(w /w)的酸性蛋白酶分别酶解 0.5、1、1.5、2、
2.5、3h，再加入等量的纤维素酶酶解相同时间，酶解
完成后计算提油率。
1.3.1.6 料液比对提油率的影响 称取 15.000g 火麻
籽粉末，分别调节料液比为 1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7、
1∶8、1∶9，先后加入 0.5%(w/w)酸性蛋白酶和纤维素酶，
在 50℃下各自酶解 2h，收集火麻籽油并计算提油率。
1.3.2 响应面实验 在单因素实验的基础上，采用
响应面实验法，以酸性蛋白酶、纤维素酶复合酶为实
验用酶，选取料液比(X1)、酶解时间(X2)、复合酶添
加量(X3)作为自变量，提油率(Y)为响应值设计了
共 15 个实验点的回归响应面分析实验。实验因素
水平编码如表 1 所示。实验结果数据采用 Design－
Expert 7.0.1 软件进行分析。
表 1 因素水平编码表
Table 1 Encode table of factors and levels
水平
因素
X1 料液比
X2 酶解时间
(h)
X3 复合酶
添加量(%)
－ 1 1∶3 2 0.5
0 1∶4 4 1.0
1 1∶5 6 1.5
2 结果与分析
2.1 单一酶种类的选择
由图 1 可见，各种植物酶的加入能提高火麻籽
油的出油率，其中以纤维素酶效果最好，其次是酸性
蛋白酶和中性蛋白酶，最后是果胶酶。纤维素是火
麻籽细胞壁的主要骨架成份，纤维素酶的使用对细
胞壁的破坏作用较大，故其提油率较高。
图 1 不同单一酶对提油率的影响
Fig.1 Effect of enzyme type on the oil yield
2.2 酶复配方案的选择
从图 2可以看出，酸性蛋白酶和纤维素酶复合时
提油率较高，为 62.41%，其次是中性蛋白酶和纤维素
酶，各酶与果胶酶的复合效果均低于其它酶的复配组
合。与两种酶复配使用相比较，三种酶复配使用时，提
油率并没有提高，这可能是由于三种酶的最佳工艺条
件差异较大，导致在相同条件下不能发挥三种酶的最
佳效果，且酶的用量对提取效果也有影响。因此本实
验选用酸性蛋白酶与纤维素酶进行复配。
图 2 不同复合酶对提油率的影响
Fig.2 Effect of compound enzyme on the oil yield
2.3 酶的添加顺序的确定
由图 3 可知，酶的加入次序不同时，提油率大小
为:先加酸性蛋白酶 ＞ 同时加酶 ＞ 先加纤维素酶。
先加入蛋白酶，会对料液的黏稠性的降低起到一定
的积极作用，有利于后续加入的纤维素酶的反应［8］，
故先加酸性蛋白酶时提油率较高。两酶同时添加时
提油率略有降低，可能由于二者最佳 pH 及最适温度
不同，同时加酶时酸性蛋白酶可能会分解掉部分纤
维素酶［9］，不能发挥两酶最佳效果。因此选择先加酸
性蛋白酶作为后续实验用酶的添加顺序。
2.4 复合酶添加量对提油率的影响
由图 4 可知，随着复合酶添加量的提高，提油率
不断上升，酶的添加量达到 1%时，提油率达到最高，
197
图 3 酶的添加次序对提油率的影响
Fig.3 Effect of adding order of
compound enzyme on the oil yield
这是由于酶可以破坏细胞壁及细胞中的脂蛋白等结
构，使油脂溶出，有利于火麻籽油的释放;继续提高
酶的添加量，提油率反而有所降低。因此，复合酶的
添加量以 1%为宜。
图 4 复合酶添加量对提油率的影响
Fig.4 Effect of enzyme additive amount on the oil yield
2.5 酶解时间对提油率的影响
从图 5中可以看出，在 4h 之前，随着酶解时间的
延长提油率逐渐增加，在 4h 时达到最大，延长酶解时
间提油率下降。酶解前期随着酶解时间的延长，细胞
壁结构逐步被破坏，细胞充分裸露在酶的环境中，与酶
接触增多，有利于酶的作用。过长时间会导致酶解液
乳化作用的产生，油与料浆的分离难度加大，引起提油
率下降。因此，酶解时间选择 4h较合适。
图 5 酶解时间对提油率的影响
Fig.5 Effect of hydrolysis time on the oil yield
2.6 料液比对提油率的影响
由图 6 可知，在一定范围内，随着料液比的增
大，提油率也随之提高，当料液比为 1∶4 时提油率最
高为 69.14%;继续增大料液比，提油率呈现降低趋
势。体系料液比较低时，粘稠度较大，流动性差，导
致酶和底物不能充分接触，反应不完全，提油率不是
很高;体系料液比较高时，降低了底物的浓度，减少
酶分子与底物分子相互作用几率，使酶作用效果下
降［10］。所以水酶法提油过程中料液比为 1∶4 较适宜。
图 6 料液比对提油率影响
Fig.6 Effect of liquid /solid ratio on the oil yield
2.7 响应面优化实验
响应面设计方案和实验结果见表 2，方差分析见
表 3，利用 Design－Expert 7.0.1 软件对实验结果进行
二次回归分析，得到数学模型:Y = 76.96 －1.88X1 －
2.10X2 + 1.63X3 + 1.42X1X2 － 0.90X1X3 + 2.41X2X3 －
2.70X1
2－8.49X2
2－4.31X3
2。
回归方程的相关系数 Ｒ2 为 0.9683，p值为 0.0031
(p ＜ 0.01) ，回归方程模型达到显著水平，且失拟项不
显著，说明该模型与实际情况拟合度良好，模型选择
合理。同时，由 F值大小可以判断，在所选择的因素
范围内，3 个因素对提油率影响的排序为:酶解时间
(X2)＞料液比(X1)＞加酶量(X3)。
表 2 实验方案设计及结果
Table 2 Design and result of response surface analysis
实验号 X1 X2 X3 提油率 Y(%)
1 － 1 － 1 0 72.88
2 1 － 1 0 63.86
3 － 1 1 0 64.83
4 1 1 0 61.50
5 － 1 0 － 1 68.17
6 1 0 － 1 68.63
7 － 1 0 1 73.07
8 1 0 1 69.93
9 0 － 1 － 1 66.45
10 0 1 － 1 58.42
11 0 － 1 1 65.06
12 0 1 1 66.69
13 0 0 0 76.33
14 0 0 0 77.65
15 0 0 0 76.90
从表 3 可知，料液比 X1，酶解时间 X2 和加酶量
X3 的一次项均达到显著水平，表明对火麻籽提油率
的线性效应显著;二次项 X1
2 对曲面效应显著，二次
项 X2
2、X3
2 对曲面效应极显著，交互项 X2X3 对曲面
效应显著，表明酶解时间和加酶量之间存在交互作
用。由图 7 可知，随着酶解时间(X2)和复合酶添加
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量(X3)的增加，提油率逐渐上升;但继续延长酶解时
间和复合酶添加量时提油率开始下降。3 个因素在
所选范围内均能产生最佳的响应值，说明此 3 因素
的选择及其实验范围合理有效。
表 3 回归与方差分析结果
Table 3 Ｒesults of regression and variance analysis
来源 平方和 自由度 均方 F值 p 显著性
模型 447.57 9 49.73 16.99 0.0031 ＊＊
X1 28.24 1 28.24 9.65 0.0267 *
X2 35.32 1 35.32 12.07 0.0178 *
X3 21.39 1 21.39 7.31 0.0426 *
X1X2 8.09 1 8.09 2.77 0.1572
X1X3 3.24 1 3.24 1.11 0.3409
X2X3 23.33 1 23.33 7.97 0.0370 *
X1
2 26.89 1 26.89 9.19 0.0290 *
X2
2 266.38 1 266.38 91.02 0.0002 ＊＊
X3
2 68.63 1 68.63 23.45 0.0047 ＊＊
残差 14.63 5 2.93
失拟 13.76 3 4.59 10.46 0.0885
纯误差 0.88 2 0.44
总误差 462.20 14
注:* 表示在 0.05 水平显著，＊＊表示在 0.01 水平显
著;Ｒ2 = 0.9683。
图 7 酶解时间和复合酶添加量交互作用
对提油率的影响的响应面分析
Fig.7 Ｒesponse surface analysis of significant
effective interaction items of enzymatic time and
enzyme additive amount on the oil yield
由 Design－Expert7.1 软件分析，得出水酶法提取
火麻籽油的最佳工艺条件为料液比 1∶3.59，酶解时间
3.74h，复合酶添加量 1.10%，在此条件下模型预测的
最大提油率为 77.60%。考虑到实际操作的情况，将
此最佳提取条件修正为料液比 1∶3.6(g /mL) ，酶解时
间 3.8h，复合酶添加量 1.1%，在此条件下，进行验证
实验，两次平行实验的结果平均值为 75.64%，与预测
值误差为 1.2%，吻合良好，说明该模型能够较好地
预测火麻籽油水酶法提取工艺的提油率情况。
3 结论
3.1 酸性蛋白酶和纤维素酶复配时的提油率明显高
于其他酶的复配组合;加酶次序对提油率有显著影
响，先加酸性蛋白酶能显著提高出油率，其次为同时
加酶，先加纤维素酶时提油率最低。
3.2 通过响应曲面分析得到火麻籽油水酶法提取的
最佳工艺条件为:料液比 1 ∶ 3.6(g /mL)、酶解时间
3.8h、加酶量为 1.10%。在该条件下，火麻籽油的提
油率为 75.64%。
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