水酶法提取油茶籽油的工藝研究

劉倩茹 趙光遠(yuǎn) 王瑛瑤 欒 霞

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品工程系1，鄭州 450002)

(國家糧食局科學(xué)研究院2，北京 100037)

水酶法提取油茶籽油的工藝研究

劉倩茹1，2趙光遠(yuǎn)1王瑛瑤2欒 霞2

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品工程系1，鄭州 450002)

(國家糧食局科學(xué)研究院2，北京 100037)

試驗探索了油茶籽的水酶法提油工藝，研究了原料預(yù)處理方式、不同酶系、酶解條件對清油得率的影響。結(jié)果表明，原料經(jīng)過二次粉碎后，果膠酶的作用效果好;酶解溫度對工藝結(jié)果影響不明顯;在固液比1∶4，酶解pH4.5，酶解溫度40℃、加酶量1%，酶解時間3 h條件下，清油得率可達(dá)到88.63%。

水酶法 油茶籽 清油得率 果膠酶

油茶(Camellia oleifera)為山茶科山茶屬植物，是我國優(yōu)勢木本油料作物，年產(chǎn)量約97.55萬噸，位居世界第一。脫殼油茶籽中含油40%～60%，油茶籽油中油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到86%～93%，其脂肪酸組成類似于被稱為“植物皇后”的橄欖油［1－2］，對患有高血壓、心臟病、動脈粥樣硬化、高血脂等疾病的人有良好的醫(yī)療保健效果，有“東方橄欖油”之美譽(yù)。目前生產(chǎn)油茶籽油多采用作坊式的熱榨法，油脂品質(zhì)差，經(jīng)濟(jì)效益低，資源浪費大［3］，迫切需要一種新的工藝來改善現(xiàn)狀。

水酶法作為一種新型的油脂加工技術(shù)，在得到高品質(zhì)毛油的同時，能同步得到非脂類物質(zhì)，具有安全、環(huán)保、高效的顯著優(yōu)勢，已有大豆、花生、油菜籽、玉米胚芽等作物水酶法提油的研究報道［4－6］。油茶籽除了富含優(yōu)質(zhì)植物油以外，還是皂素的良好來源，周建平等［7］報道了采用酶法從油茶籽中提取油脂的工藝，但沒有明確的清油得率數(shù)據(jù)，且液相作為工藝水排放，造成水處理負(fù)擔(dān)。本試驗研究水酶法從油茶籽提油的工藝，以期為后續(xù)高的游離油得率及多產(chǎn)物利用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及主要儀器

油茶籽:市售;堿性蛋白酶、纖維素酶a、果膠酶a:諾維信公司;纖維素酶b、果膠酶b:德國AB公司;果膠酶c、復(fù)合植物水解酶:夏盛公司;纖維素酶c:杰能科公司。

S－3000N電子掃描顯微鏡:日本日立公司;脂肪抽提儀、全自動定氮儀、粗纖維測定儀:丹麥FOSS公司;低速離心機(jī):江蘇天由有限公司;7200型分光光度計:上海天美科學(xué)儀器有限公司;S3500激光粒度分析儀:美國麥奇克有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 主要成分的測定

水分測定:GB/T 5497—1985 105℃恒重法;粗脂肪測定:GB/T 14772—2008索氏抽提法;粗蛋白測定:GB/T 15589.2—2008全自動定氮儀測定;粗纖維測定:GB/T 5009.10—2003;淀粉的測定:酸水解法［8］;總糖的測定:滴定法［8］(不包括淀粉);皂素的測定:香草醛－高氯酸比色法［9］。

1.2.2 油茶籽的微觀結(jié)構(gòu)觀察

油茶籽仁去皮及切片后經(jīng)離子濺射噴金后，置于掃描電鏡下觀察。

1.2.3 水酶法提油基本工藝路線

1.2.4 酶制劑與酶解工藝參數(shù)的研究

取150 g粉碎后的油茶籽，依照1.2.3工藝，加入原料4倍質(zhì)量的水，攪拌均勻后，加入1%的酶，在酶的最適溫度和pH下，低速攪拌，酶解3 h后，80℃滅酶，4 000 r/min離心15 min，取出游離油，計算游離油得率，篩選出最佳的酶制劑。在確定的酶制劑下，研究固液比、酶解pH、加酶量、酶解溫度和時間對游離油Ⅰ得率和總游離油得率的影響，分析不同酶解條件對油茶籽水酶法提油的影響。試驗重復(fù)1次。

2 結(jié)果與分析

2.1 油茶籽仁成分分析

油茶籽仁是一種高含油量軟質(zhì)油料，主要成分見表1。

表1 油茶籽仁的主要成分(干物質(zhì)質(zhì)量)

由表1可見油茶籽仁中粗脂肪高達(dá)50.22%，此外含有約5.43%左右的茶皂素和10.35%的可溶性糖。與茶葉籽中的茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%～14%相比，油茶籽中皂素含量相對較低。有關(guān)油茶籽中茶皂素質(zhì)量分?jǐn)?shù)報道不一，范圍在3%～12.2%［11－12］之間。原因之一是油茶籽的品種、產(chǎn)地等差異，其二是對于茶皂素的測定和提取而言，目前還缺乏統(tǒng)一可靠的方法和適用性強(qiáng)的茶皂素標(biāo)準(zhǔn)品。

2.2 油茶籽粉碎粒度對游離油得率影響

圖1表明油料破碎程度越高越有利于下一步的酶解，使油脂從細(xì)胞中釋放出來，從而提高油得率。由圖2a可以看出，未經(jīng)任何處理的油茶籽細(xì)胞排列致密。圖2b顯示:油茶籽細(xì)胞中充滿直徑大小不一的油體，油體間包圍了大量膠狀物質(zhì)及片狀物質(zhì)。在水酶法工藝中，需先采用機(jī)械方式將油料破碎，再結(jié)合酶的作用使油脂游離出來。油料粉碎是影響酶作用和提油效果的重要因素之一。一般情況下，破碎程度越大，提油效果越好。

研究報道［14］，對于含水量較低的油料，干法破碎可以在一定程度上避免形成穩(wěn)定的乳狀液，利于油脂提取。一般油料種子中的細(xì)胞直徑約為幾十微米［15］，油茶籽的子葉細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則，平均大小為66.0 μm ×59.4 μm，最小細(xì)胞 34.2 μm ×39.5 μm，而最大細(xì)胞為 94.7 μm × 94.7 μm［11］。本文用干法對油茶籽仁進(jìn)行粉碎處理，粉碎次數(shù)對油得率的影響結(jié)果見表2，不同粉碎次數(shù)下油料粒徑分布曲線見圖3和圖4。由圖3和圖4可以看出:粉碎1次，油料粒徑分布范圍寬，平均粒徑468.7μm，顆粒度遠(yuǎn)大于粉碎2次的物料粒度;粉碎2次油料粒徑分布較均勻，80%的顆粒粒徑在61.28 μm以下，大部分細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，理論上滿足了工藝的要求。結(jié)合表2結(jié)果可知，不同粉碎次數(shù)(物料粒徑不同)對游離油得率具有相顯著影響，粉碎2次的物料比僅粉碎1次的物料游離油得率提高21.4%。因此，后續(xù)試驗中對物料進(jìn)行2次粉碎。

表2 不同粉碎次數(shù)下的粒徑和油得率

2.3 不同酶制劑對游離油得率的影響

水酶法工藝通過酶的使用分解油料細(xì)胞壁或脂蛋白、脂多糖等，使油脂釋放［16］。油茶籽仁細(xì)胞壁分為胞間層、初生壁和次生壁，主要成分是纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)。果膠質(zhì)是胞間層的主要成分。以游離油Ⅰ和總游離油得率為指標(biāo)對不同商業(yè)酶制劑的作用效果進(jìn)行比較，結(jié)果見圖5。

圖5 不同的酶制劑對油茶籽游離油得率的影響

圖6 固液比對游離油得率的影響

由圖5可以看出，在無酶條件下，其游離油Ⅰ得率僅為20.90%，大部分油脂以乳狀油存在，需要進(jìn)行破乳。與不用任何酶的體系相比，纖維素類酶和果膠酶的油茶籽粉碎后體系的作用效果較好，總游離油得率提高10%以上，蛋白酶作用效果甚微，油茶籽油提取率基本沒有變化;在后5種酶作用下，油茶籽油酶法提油體系中基本未形成乳狀液，無需破乳工序。尤其是果膠酶b作用下，游離油得率達(dá)到86%，這是水酶法提油工藝的一大突破，在后續(xù)的工藝中，能否提高游離油得率是該酶制劑能否真正應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。

本文選用果膠酶b作為油茶籽酶法提油工藝所用的酶，對其酶解參數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行研究。

2.4 酶解條件對游離油得率的影響

2.4.1 固液比對游離油得率的影響

在 pH4.5、35 ℃、3 h 和加酶量 1.0% 的條件下，研究不同固液比對游離油得率的影響，結(jié)果見圖6。從圖6可以看出:游離油Ⅰ得率和總游離油得率得變化趨勢相同，并且得率相近。說明在不同的固液比條件下，提油過程中不發(fā)生明顯的乳化現(xiàn)象。隨著固液比的增大，游離油得率快速增加，在1∶4時達(dá)到最大;固液比繼續(xù)增大，游離油得率則隨之緩慢減小。這是由于隨著酶濃度和底物濃度的增大，反應(yīng)速度加快，但增加到一定程度時，反應(yīng)體系濃度過高，流動性變差反而不利于底物和酶的接觸，導(dǎo)致反應(yīng)速度下降，油得率降低。

2.4.2 酶解pH對游離油得率的影響

在固液比1∶4，在酶解溫度35℃、酶解時間3 h和加酶量1.0%的條件下，研究酶解pH對游離油得率的影響。結(jié)果如圖7所示，在pH3.50～4.50范圍內(nèi)，總游離油和游離油Ⅰ得率隨pH的增大而提高，之后降低，游離油Ⅰ得率比總游離油得率下降更快。在料液的自然pH時，總油游離油得率比pH4.5時降低9%左右，而游離油Ⅰ得率為零，說明酶解離心后油脂以乳狀油的形式存在?？梢姽z酶b在此反應(yīng)體系中的最適pH為4.5，但是體系pH接近6.0時酶活下降嚴(yán)重，細(xì)胞壁的破壞效果減弱，使清油得率降低。此外，可能與蛋白質(zhì)和茶皂素的表面活性有關(guān)。

圖7 酶解pH對油得率的影響

2.4.3 酶解溫度對游離油得率的影響

在固液比1∶4、酶解 pH4.5，加酶量1.0%的條件下酶解3 h，研究酶解溫度對游離油得率的影響，結(jié)果見圖8。在所選范圍內(nèi)，溫度對總游離油和游離油Ⅰ得率的影響很小，且對乳化現(xiàn)象影響較小。說明果膠酶對反應(yīng)溫度的限制小，在30～50℃之間酶解效果無明顯改變。這有利于工業(yè)酶技術(shù)的應(yīng)用不需要在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格的控制溫度。

圖8 酶解溫度對游離油得率的影響

2.4.4 加酶量對游離油得率的影響

在固液比 1∶4、酶解 pH4.5、40 ℃，酶解 3 h，研究加酶量對游離油得率的影響，結(jié)果見圖9?？傆坞x油和游離油Ⅰ得率隨加酶量的增加而增大，當(dāng)加酶量超過1.0%，油得率反而隨酶量的增加而降低;在加酶量0% ～1.0%時，游離油Ⅰ得率增加趨勢比總游離油得率顯著。說明加酶量與乳狀液的形成關(guān)系密切，隨著酶量增大，清油得率迅速提高，繼續(xù)加大酶量，油得率反而降低，這是由于隨著酶濃度的增大，反應(yīng)速率加快，有利于油脂的釋放;而另一方面，茶皂素和蛋白質(zhì)也更多的溶出，導(dǎo)致形成穩(wěn)定的乳狀液，清油得率反而降低。

圖9 加酶量對游離油得率的影響

2.4.5 酶解時間對游離油得率的影響

在固液比1∶4、酶解 pH4.5、40 ℃、加酶量1%，研究酶解時間對游離油得率的影響，結(jié)果見圖10?？傆坞x油得率和游離油Ⅰ得率隨酶解時間的延長而增大，反應(yīng)3 h時，總游離油得率和游離油Ⅰ得率分別達(dá)到88.63%和88.34%。之后，油得率反而減小。這可能與油茶籽本身的成分有關(guān)，隨著時間的增加，溶出的茶皂素和蛋白質(zhì)不僅不利于油脂的釋放，還會和油脂作用，包裹在固形物中。

圖10 酶解時間對游離油得率的影響

在后續(xù)工作中，將繼續(xù)優(yōu)化酶解條件以提高游離油得率，并同時對液相中的產(chǎn)物進(jìn)行回收利用，從而推動酶法提油在油茶籽中的工業(yè)化應(yīng)用。

3 結(jié)論

3.1 油茶籽水酶法提油時，原料采用干法粉碎2次，平均粒徑40.92μm，有利于酶法提油工藝中油脂釋放與游離油得率的提高。

3.2 所選的酶制劑中，果膠酶b的作用較好;酶解條件中，料液比、酶解pH、加酶量和酶解時間都對游離油得率有顯著影響;在固液比1∶4、酶解pH4.5、40℃、加酶量1%，酶解時間3 h條件下，游離油得率接近89%。

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Study on Aqueous Enzymatic Extraction of Oil from Camellia Oleifera Seeds

Liu Qianru1，2Zhao Guangyuan1Wang Yingyao2Luan Xia2
(Food Engineering Department of Zhengzhou Institute of Light Industry1，Zhengzhou 450002)
(Academy of State Administration of Grain2，Beijing 100037)

In the present study，the effects of pretreatment methods，enzyme type and process conditions on the yield of Camellia oleifera oil extracted by enzyme－assisted aqueous technology were investigated.The results showed that the use of pectinase after two－time grinding of the raw materials could effectively destroy the cell wall of Camellia oleifera seeds.The effect of incubation temperature on the oil extracted was not significant for this mixture;the optimum conditions of single－factor experiments were the ratio of solid to liquid 1∶4，initial pH 4.5，temperature 40 ℃，1%enzyme concentration and incubation time 3 h.Under the optimum conditions，the yield of free oil was up to 88.63%.

aqueous enzymatic extraction，camellia oleifera seeds，the yield of free oil，pectinase

TS224

A

1003－0174(2011)08－0036－05

“十一五”國家科技支撐計劃(2009BABD1B0305)

2010－10－04

劉倩茹，女，1985年出生，碩士，食品科學(xué)

王瑛瑤，女，1978年出生，副研究員，博士，糧油食品加工