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欧李仁综合利用关键技术研究



全 文 :收稿日期:2011 - 05 - 31;修回日期:2011 - 11 - 10
基金项目:北京市农林科学院科技创新能力建设专项(KJCX
201101011)
作者简介:田金强(1971) ,男,副教授,博士,主要从事食品生
物技术方面的研究工作(E-mail)tianjinqiang1971@163. com。
通信作者:马士荃,工程师,硕士(E-mail)m_shquan@163. com。
综合利用
欧李仁综合利用关键技术研究
田金强1,兰彦平1,朱克瑞2,宋惠月3,马士荃4
(1. 北京市农林科学院 农业综合发展研究所,北京 100097;2. 中粮集团 科学研究院,北京 100020;
3. 河北工程大学 农学院,河北 邯郸 056021;4.北京市怀柔区科学技术委员会,北京 101400)
摘要:研究了欧李仁综合利用的技术路线,通过非热方法控制欧李仁油、苦杏仁苷和欧李仁蛋白 3
种成分分离提取过程中苦杏仁苷酶的催化活性来实现三者的全利用。结果表明:在欧李仁破碎和
欧李仁油提取时,通过控制水分活度抑制其催化活性,适宜的水分活度为 0. 67;继而在苦杏仁苷和
欧李仁浓缩蛋白分离提取时,通过控制乙醇体积分数和温度抑制其催化活性并防止欧李仁蛋白过
度变性,乙醇体积分数和温度以 75%、45℃为最佳;采用以上条件对欧李仁油、苦杏仁苷和欧李仁
浓缩蛋白进行分离提取,提取率分别达到 96. 98%、73. 04%和 90. 29%,其中浓缩蛋白的氮溶解指
数为 69. 86%;供制备苦杏仁苷的欧李仁原料储藏时水分活度应控制在 0. 67,以防止苦杏仁苷在内
源酶催化下发生水解。
关键词:欧李;欧李仁;苦杏仁苷;欧李仁油;欧李仁蛋白
中图分类号:TS222;TQ936. 2 文献标志码:A 文章编号:1003 - 7969(2012)02 - 0065 - 05
Key technology of multipurpose use of Cerasus humilis kernel
TIAN Jinqiang1,LAN Yanping1,ZHU Kerui2,SONG Huiyue3,MA Shiquan4
(1. Institute of Agricultural Integrated Development,Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences,
Beijing 100097,China;2. COFCO Corporation Science and Reasearch Institute,Beijing 100020,
China;3. College of Agriculture,Hebei Engineering University,Handan 056021,Hebei,China;
4. Science & Technology Commission of Huairou District,Beijing 101400,China)
Abstract:The multipurpose use of Cerasus humilis kernel was studied to obtain the oil,amygdalin and
protein. In order to obtain the three products,it was essential to inhibit the catalytic activity of amygdalase
using non - thermal processing technology. In the process of crashing the kernel and extracting the oil,the
catalytic activity was inhibited by controlling the water activity at 0. 67. In the process of extracting the
amygdalin and protein,the catalytic activity was inhibited and the protein denaturation was prevented by
controlling the volume fraction and temperature of ethanol at 75% and 45℃,respectively. Under the op-
timal conditions the extraction rate of the oil,amygdalin and protein concentrate was 96. 98%,73. 04%
and 90. 29%,respectively,and the NSI of the protein was 69. 86% . The amygdalin of the kernel could be
hydrolyzed by the endogenous amygdalase,so the Cerasus humilis kernel,used as raw materials to produce
amygdalin,should be stored at 0. 67 of the water activity to prevent the hydrolysis.
Key words:Cerasus humilis;Cerasus humilis kernel;amygdalin;Cerasus humilis kernel oil;Cerasus humi-
lis kernel protein
欧李仁为蔷薇科植物樱桃属欧李(Cerasus humilis)的种子,其主要成分包括苦杏仁苷、欧李仁
油和欧李仁蛋白。欧李仁含有 2% ~ 5%的苦杏仁
苷,苦杏仁苷具有镇咳平喘、抗肿瘤、降血糖、抗凝血
等作用,是常用的祛痰止咳剂、辅助性抗癌药物,临
床上对治疗气滞、肠燥便秘、水肿胀满、支气管哮喘、
水肿、脚气、小便不利等也具有很好的效果[1]。欧
李仁含有 46% ~74%的油脂,油脂中的不饱和脂肪
562012 年第 37 卷第 2 期 中 国 油 脂
酸含量达 90%以上,组成与橄榄油十分相近,同时
含有 VE、VA、角鲨烯、甾醇等生物活性物质,是一种
品质很高的天然油脂[2]。欧李仁含有 30%左右的
蛋白质,蛋白质的氨基酸组成与大豆蛋白和花生蛋
白相近,但其谷氨酸含量很高,占近 1 /3,远高于花
生蛋白和大豆蛋白[2],谷氨酸可作为脑组织的“能
源”,有改善神经系统的功能。
人们已经对上述 3 种成分的分离提取技术进行
了一些研究[3],但均未实现 3 种成分的全利用,仅能
利用其中的两种成分:苦杏仁苷和欧李仁油(欧李
仁经高温处理) ,或欧李仁油和欧李仁蛋白(不经高
温处理)。这是因为欧李仁中含有苦杏仁苷酶,一
旦欧李仁破碎,苦杏仁苷酶即可与底物苦杏仁苷相
接触,将其水解为葡萄糖、苯甲醛和氢氰酸[4]。为
了提取苦杏仁苷,欧李仁在破碎前需要高温处理,以
达到“灭酶保苷”的目的。但高温处理又导致欧李
仁蛋白的严重变性,限制了其深度开发与利用。因
此,如何实现苦杏仁苷、欧李仁油和欧李仁蛋白的全
利用,已成为欧李仁精深加工与综合利用中亟需解
决的难题。
本文对欧李仁中主要成分的分离提取技术进行
研究,旨在实现欧李仁中苦杏仁苷、欧李仁油和欧李
仁蛋白的全利用,解决欧李仁精深加工与综合利用
的关键技术。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
1. 1. 1 主要材料、试剂
欧李仁,北京本草方源药业有限公司提供。
苦杏仁苷,纯度≥98%,天津马克生物技术有限
公司;甲醇,色谱纯,Fisher Scientific;牛血清蛋白、福
林酚试剂,Sigma 公司;甲醇、无水乙醇、氯化锂、醋
酸钾、氯化镁、碳酸钾、溴化钠、氯化钠、氯化钾、氢氧
化钠、无水碳酸钠、五水硫酸铜和酒石酸钾钠等,均
为国产分析纯试剂。
1. 1. 2 主要仪器、设备
高效液相色谱仪、Waters2695 色谱工作站、2998
二极管阵列检测器,Waters 公司;Speed 超临界流体
萃取仪,美国 ASI公司;Kieletec Analysiser 2300 全自
动凯氏定氮仪、Soxtec Avanti 2050 自动索氏总脂肪
分析系统,Foss公司;TU - 1901 双光束紫外可见分
光光度计;KQ2200DE 型数控超声波清洗器;
YXQ - LS - 30SII立式压力蒸汽灭菌器。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 3 种成分全利用的技术路线及其原理
通过非热方法控制 3 种成分分离提取过程中苦
杏仁苷酶的催化活性是实现三者全利用的关键。在
欧李仁破碎、欧李仁油提取时,通过控制物料水分活
度(AW)以降低苦杏仁苷酶的催化活性;继而在苦杏
仁苷提取时,通过控制乙醇体积分数和温度来降低
苦杏仁苷酶的催化活性并防止欧李仁蛋白过度变
性。3 种成分全利用的技术路线如下:
欧李仁→干燥(至一定 AW)→破碎(控制一定
AW)→欧李仁油提取(控制一定 AW)→苦杏仁苷提
取(控制乙醇体积分数和温度)→欧李仁浓缩蛋白
1. 2. 2 欧李仁水分活度控制[5]
将欧李仁置于盛有饱和盐溶液的密闭容器内,
在 25℃下至少平衡 1 个月。LiCl,AW = 0. 11;KAc,
AW = 0. 22;MgCl2,AW = 0. 33;K2CO3,AW = 0. 43;
NaBr,AW = 0. 57;CuCl2,AW = 0. 67;NaCl,AW = 0. 75;
KCl,AW = 0. 86。
1. 2. 3 欧李仁破碎工艺中水分活度的确定
称取 2. 5 g 不同水分活度的欧李仁,研磨后
50℃保温 60 min,之后测定其苦杏仁苷含量。以
105℃保温 30 min灭酶的同水分活度的欧李仁作为
对照,计算处理后苦杏仁苷含量较对照含量的
百分比。
1. 2. 4 欧李仁油提取工艺中水分活度的确定
称取 5. 0 g 不同水分活度的欧李仁,研磨后转
移到干燥的萃取釜中,在压力 30 MPa、温度 40℃、
CO2 流量 24 L /h的条件下萃取 1 h,测定欧李仁粕
中的苦杏仁苷含量。以灭酶的同水分活度的欧李仁
作为对照,计算处理后苦杏仁苷含量较对照含量的
百分比。
1. 2. 5 苦杏仁苷提取工艺中乙醇体积分数和提取
温度的确定
1. 2. 5. 1 苦杏仁苷提取工艺中提取体积分数的
确定
称取 2. 5 g水分活度为 0. 67 的欧李仁 9 份,研
磨后倒入 50 mL容量瓶,分别添加 5 mL 55%、60%、
65%、70%、75%、80%、85%、90%、100%的乙醇溶
液,50℃保温 2 h 之后测定其中苦杏仁苷含量。以
灭酶的同水分活度的欧李仁作为对照,计算处理后
苦杏仁苷含量较对照含量的百分比。
1. 2. 5. 2 苦杏仁苷提取工艺中提取温度的确定
欧李仁研磨后过 60 目筛。称取 8 份 1. 0 g 欧李
仁粉末,置于离心管,各加入 10 mL 75%的乙醇溶液,
放入 35、40、45、50、55、60、65、70℃的水浴锅中保温
2 h。之后测定欧李仁蛋白的氮溶解指数。
1. 2. 6 3 种成分提取率的测定
66 CHINA OILS AND FATS 2012 Vol. 37 No. 2
按照 1. 2. 1 的步骤依次对欧李仁油、苦杏仁苷
和欧李仁浓缩蛋白进行分离提取。破碎、超临界萃
取过程中水分活度均控制在 0. 67,超临界萃取的条
件为 30 MPa、40℃、24 L /h 的 CO2 流量、萃取 1 h。
苦杏仁苷和欧李仁浓缩蛋白提取的乙醇体积分数为
75%、温度为 45℃、料液比为 1∶ 15、回流提取 2 次、
每次提取 1 h,参照吴迪[6]的方法对苦杏仁苷进行
纯化。测定欧李仁油、苦杏仁苷、欧李仁浓缩蛋白的
提取率及欧李仁浓缩蛋白的氮溶解指数。
1. 2. 7 分析方法
1. 2. 7. 1 苦杏仁苷的测定
1. 2. 7. 1. 1 样品处理
欧李仁(粕)倒入 50 mL 容量瓶中,添加 35 mL
甲醇(对于 1. 2. 5. 1 的样品,可直接向容量瓶中添加
30 mL甲醇) ,超声提取 30 min,定容,摇匀,静置 60
min,取上清液 2 mL用甲醇定容至 25 mL容量瓶,摇
匀,0. 45 μm滤膜过滤。
1. 2. 7. 1. 2 色谱条件
色谱柱:SunfireTM C18 (250 mm × 4. 6 mm,
5 μm) ;流动相:甲醇 - 水(体积比 20 ∶ 80) ;流速:
1 mL /min;检测波长:210 nm;柱温:30℃;进样量:
10 μL;分离度:1. 2 nm。
1. 2. 7. 2 氮溶解指数的测定
采用 Lowery 法[7]和 GB /T 5009. 5—2010 对可
溶性蛋白和蛋白质总量进行测定。
氮溶解指数 =水溶性蛋白质含量 /蛋白质总量 ×
100%
1. 2. 7. 3 脂肪含量测定
参照 GB /T 5009. 6—2003 测定脂肪含量。
2 结果与讨论
2. 1 欧李仁破碎工艺中水分活度的确定
水分活度影响苦杏仁苷水解反应中的酶活性、
底物和产物的扩散速率[8]、底物浓度,从而影响苦
杏仁苷的分解速度。水分活度对欧李仁破碎后苦杏
仁苷含量的影响如图 1 所示。
图 1 水分活度对欧李仁破碎后苦杏仁苷含量的影响
处理后苦杏仁苷含量较对照含量的百分比,反
映了未经高温灭酶的欧李仁在破碎过程中由于酶解
作用导致的苦杏仁苷的损失量,其百分比越大意味
着损失量越小。由图 1 可知,水分活度在 0. 43 ~
0. 75 范围内,百分比均在 98%以上,其中水分活度
在 0. 67 时百分比最高,为 99. 38%,苦杏仁苷几乎
没有损失;当水分活度高于 0. 75 时,百分比随着水
分活度的升高而急剧降低;当水分活度低于 0. 43
时,百分比随着水分活度下降亦呈降低趋势,直至
0. 22 时达到最小值,但当水分活度进一步降至 0. 11
时,百分比急剧增加至 98%以上。
水分活度高于 0. 75 时,百分比随之降低,主要
是因为作为反应底物的水分含量增加的缘故。当水
分活度低于 0. 43 时,百分比之所以呈下降趋势,可
能是因为欧李仁过度失水,造成组织原生质膜透性
增加,酶与苦杏仁苷接触量增大。亦或由于脱水作
用刺激了苦杏仁苷酶活性的增加,类似于板栗淀粉
水解中的风干效应[9]。但当水分活度由 0. 22 降至
0. 11 时,此时苦杏仁苷酶由于缺少维持其活力必需
的水分而钝化,同时作为水解反应底物的水分含量
也非常低,因此百分比反而呈上升趋势。
研究表明,欧李仁原料在储藏过程中,苦杏仁苷
在其内源苦杏仁苷酶的作用下可发生水解。对照是
欧李仁经灭酶处理后测定的苦杏仁苷含量,大体反
映出欧李仁在不同水分活度下较长时间储藏其苦杏
仁苷含量的变化趋势。由图 1 可知,在 0. 11 ~ 0. 86
的水分活度范围内,选择 0. 67 或 0. 11 的水分活度
条件下储藏,苦杏仁苷的分解损失最小,偏离以上水
分活度分解损失将急剧增加。这主要与酶活性、组
织原生质膜透性和水分含量的变化有关。如上所
述,在这两个水分活度下,欧李仁破碎时苦杏仁苷的
损失量也最小。因此,为了防止欧李仁在储藏和破
碎过程中苦杏仁苷的分解,欧李仁的水分活度应控
制在 0. 67 或 0. 11。鉴于 0. 67 的水分活度较易实
现,因此宜控制在 0. 67 左右。
从以上分析得出一重要结论:供制备苦杏仁苷
的欧李仁需要在适宜的水分活度下储藏,储藏时适
宜的水分活度为 0. 67。
2. 2 欧李仁油提取工艺中水分活度的确定
不同水分活度的欧李仁在提取欧李仁油后,对
粕中苦杏仁苷含量的影响如图 2 所示。
由图 2 可知,在对不同水分活度的欧李仁进行
提油后,欧李仁粕中的苦杏仁苷含量较对照含量的
百分比随水分活度的变化趋势与破碎过程相似。欧
李仁在 0. 67 或 0. 11 的水分活度下提油,苦杏仁苷
762012 年第 37 卷第 2 期 中 国 油 脂
分解损失最小,百分比均达到 98%以上,同时用正
己烷作为萃取剂也得到类似结果。这说明非极性的
超临界 CO2 介质和正己烷等有机溶剂对极性苦杏
仁苷的酶催化水解影响较小。
图 2 水分活度对欧李仁油提取后粕中苦杏仁苷含量的影响
2. 3 苦杏仁苷提取工艺中乙醇体积分数和温度的
确定
2. 3. 1 苦杏仁苷提取工艺中乙醇体积分数的确定
生产中通常采用乙醇水溶液分离提取苦杏仁
苷[6]。由于适宜体积分数的乙醇溶液对酶有抑制
作用,因此可通过控制乙醇体积分数来钝化苦杏仁
苷酶的活性。采用不同体积分数的乙醇溶液处理欧
李仁,对苦杏仁苷含量的影响如图 3 所示。
图 3 乙醇体积分数对苦杏仁苷含量的影响
由图 3 可知,在 60% ~ 85%的体积分数范围内
百分比较高,其中以 75%的体积分数为最高,是由
于此乙醇体积分数为苦杏仁苷酶变性的最佳乙醇体
积分数。
醇法是制备浓缩蛋白最常用的方法之一[10]。
因此,采用一定体积分数的乙醇溶液提取苦杏仁苷
的同时,也得到了欧李仁浓缩蛋白。
众多研究表明,苦杏仁苷提取时通常选用
60% ~95%的乙醇体积分数[6],浓缩蛋白制备通常
采用 60% ~80%的乙醇体积分数[11]。综上所述,从
防止苦杏仁苷分解、提高苦杏仁苷和欧李仁浓缩蛋
白的得率 3 个方面考虑,确定采用体积分数为 75%
的乙醇溶液作为苦杏仁苷分离提取和欧李仁浓缩蛋
白制备的溶剂。
2. 3. 2 苦杏仁苷提取工艺中提取温度的确定
氮溶解指数是衡量蛋白质变性程度的一个重要
指标。不同乙醇提取温度下欧李仁蛋白的氮溶解指
数如图 4 所示。
采用较高的温度有利于苦杏仁苷的分离提
取[9],但当温度高于 45℃时,欧李仁蛋白的氮溶解
指数随温度升高而大幅度降低(见图 4)。因此,苦
杏仁苷提取工艺中提取温度宜控制在 45℃。
图 4 提取温度对欧李仁蛋白氮溶解指数的影响
2. 4 3 种成分提取率的测定
按照 1. 2. 1 的步骤和优化的参数对欧李仁油、
苦杏仁苷进行提取并制备欧李仁浓缩蛋白,欧李仁
油提取率为 96. 98%,苦杏仁苷提取率为 73. 04%,
欧李仁浓缩蛋白提取率为 90. 29%、氮溶解指
数为 69. 86%。
3 结 论
欧李仁原料在储藏、破碎和欧李仁油提取时,通
过控制水分活度抑制苦杏仁苷酶的催化活性,其适
宜的水分活度均为 0. 67。在苦杏仁苷提取和欧李
仁浓缩蛋白制备时,通过控制乙醇体积分数和温度
抑制苦杏仁苷酶催化活性并防止欧李仁蛋白过度变
性,其适宜的乙醇体积分数为 75%,温度为 45℃。
本研究实现了欧李仁中苦杏仁苷、欧李仁油和欧李
仁蛋白的全利用,欧李仁油提取率为 96. 98%,苦杏
仁苷提取率为 73. 04%,欧李仁浓缩蛋白提取率为
90. 29%、氮溶解指数为 69. 86%。
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收稿日期:2011 - 07 - 21
基金项目:国家科技部国家科技支撑计划(2006BAJ02A10)
作者简介:唐红枫(1980) ,男,讲师,硕士,研究方向为分子
毒理学(E-mail)bucketsq@ yahoo. com. cn。
综合利用
油茶皂甙的提取及抑菌活性研究
唐红枫1,孙 茜2,张雨婷1,戴立华1,王鸿焦1,程时劲1
(1. 武汉东湖学院 生命科学与化学学院,武汉 430212;2. 湖北省疾病预防控制中心,武汉 430079)
摘要:用溶剂法提取油茶饼中的油茶皂甙,经重结晶法制备的标准品标定有效成分含量为81. 8%。
以制备的油茶皂甙为材料对枯草杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌进行抑菌实验。结果表明:油茶
皂甙对这 3 种细菌均有抑制作用,且对枯草杆菌和金黄色葡萄球菌抑制作用较强,0. 10 g /mL质量
浓度油茶皂甙对 3 种细菌均具有致死作用;不同质量浓度油茶皂甙均能产生抑菌圈,抑菌圈直径大
小与油茶皂甙浓度呈正相关。
关键词:油茶皂甙;提取;抑菌圈;抑菌活性
中图分类号:TS229;R964 文献标志码:A 文章编号:1003 - 7969(2012)02 - 0069 - 03
Extraction and antibacterial activities of tea saponin
TANG Hongfeng1,SUN Qian2,ZHANG Yuting1,DAI Lihua1,
WANG Hongjiao1,CHENG Shijin1
(1. College of Life Science and Chemistry,Wuhan Donghu University,Wuhan 430212,China;
2. Hubei Provincial Center for Disease Control and Prevention,Wuhan 430079,China)
Abstract:Tea saponin was extracted from oil - tea camellia seed cake with ethanol,and its antibacterial
activities were studied. The results indicated that the tea saponin had restraining effects on Escherichia co-
li,Staphylococcus aureus and Bacillus subtilis,and its effects on Staphylococcus aureus and Bacillus subtilis
were strong. The tea saponin with concentration of 0. 10 g /mL had lethal effect on the three kinds of bac-
teria. The antibacterial circle diameter and the concentration of tea saponin were positively correlated.
Key words:tea saponin;extraction;antibacterial circle;antibacterial activities
我国是油茶籽产量最大的国家,年产油茶籽
64. 5 万 t[1],油茶籽仁含油率 40% ~45%,目前多采
用压榨法提油,出油率为 93% ~ 95%。榨油后,油
茶饼中除残油外,还含有蛋白质、糖分等功能性成
分,榨油后的油茶饼中含皂甙 10% ~ 15%[2],是油
茶皂甙的一个重要来源。由于油茶饼味苦、有毒,目
前大部分被当作燃料烧掉或者廉价出口,造成了大
量的资源浪费。
962012 年第 37 卷第 2 期 中 国 油 脂