水酶法提油过程中产生乳状液的破乳方法研究进展

水酶法提油过程中产生乳状液的破乳方法研究进展
刘向军;陆启玉;章绍兵
【摘要】阐述了水酶法提油过程中产生的乳状液的主要破乳方法,重点对国内外在物理破乳、化学破乳和酶法破乳方面的研究成果进行了总结,并论述和比较了各类破乳方法的原理和特点,展望了其工业化应用前景.%The main demulsification methods applied to enzyme -assisted aqueous extraction of oil were reviewed. Mechanical, chemical and enzymatic demulsification methods were introduced. Furthermore, the principle and characteristics of various demulsification methods were discussed and compared, and the outlook of their industrialization applications were prospected.
【期刊名称】《中国油脂》
【年(卷),期】2013(038)004
【总页数】4页(P5-8)
【关键词】水酶法;乳状液;破乳;研究进展
【作者】刘向军;陆启玉;章绍兵
【作者单位】河南工业大学粮油食品学院,郑州450001
【正文语种】中文
【中图分类】TS224;TQ644
传统的制油工艺有压榨法和溶剂提取法［1］。

压榨法采用机械方法破坏细胞壁，
利用湿热方法破坏细胞膜使蛋白质变性，从而使油脂顺利地被压榨出来。

但压榨法存在饼残油率较高、蛋白质变性严重、饼较难综合利用等问题。

溶剂提取法存在设备投资大、生产控制要求高等问题［2］。

水酶法提油工艺是20世纪末才出现的
一种新型提油技术［3］。

水酶法提油原理是在油料破碎后加水、酶，进行酶解，使油脂易于从油料中释放出，利用非油成分(蛋白质和碳水化合物)对油和水亲和力的差异及油水密度的不同将油与非油成分分离［4］。

水酶法在提取植物油的同时可以得到优质低变性植物蛋白［5］，具有能耗低、设备简单、油脂品质好等优点，是一种很有应用前景的提油新技术。

但由于在制油过程中会形成大量的乳状液
(O/W)，严重影响到游离油的分离，这是制约该工艺推广应用的“瓶颈”［6］。

为提高水酶法提油工艺的油脂得率，对乳状液进行破乳成为其工业化应用前必须解决的技术难题。

本文就水酶法提油过程中产生乳状液的各种破乳方法的原理、特点、研究现状及工业化应用前景作一论述。

1 物理破乳
1.1 微波破乳
微波破乳是利用微波的作用产生电磁场，乳状液内部水滴不断地沿电场方向发生聚集、破裂，使水油两相间的薄膜变薄。

由于微波电磁场的高频振荡，乳状液内部的电极性分子自由振荡，实现破乳。

王文睿等［7］对水酶法制得的大豆乳状液的微波破乳工艺进行了研究，考察微波作用时间、微波强度、pH及乳状液体积分数对破乳效果的影响，得出微波破乳最佳条件为微波作用时间49 s、微波强度700 W、pH 4.66、乳状液体积分数82%，并经验证实验得出在最优微波破乳条件下破乳率可达到75.88%。

王瑛瑶等［8］
对水酶法提取花生油和蛋白过程中产生的乳状液进行了微波破乳研究，其研究结果为:在微波辐射(功率850 W，频率915 MHz)2 min，3 000 r/min离心20 min
的条件下，破乳率为44.5%左右。

1.2 加热破乳
乳状液经加热处理后，外相黏度降低，同时分子热运动的增加加剧了液滴的聚结，一定程度上降低了乳状液的稳定性，从而实现破乳［9］。

王文睿等［10］利用水浴和油浴加热对水酶法制得的大豆乳状液进行破乳，研究
了乳状液体积分数、加热温度、加热时间对破乳效果的影响，得出加热破乳最佳条件为乳状液体积分数85%，pH 4.5，加热温度120℃，加热时间15 min，并经验证实验得出在最优加热破乳工艺条件下，破乳率可达到90.76%左右。

Chabrand
等［11］对水酶法制取大豆油和蛋白过程中产生的乳状液进行了破乳研究，将乳
状液在95℃条件下加热30 min，采用－18℃冷冻和30℃解冻的方法进行破乳处理，游离油得率从3%增加到22%。

李桂英等［12］对常压加热、低温真空蒸馏和高温蒸馏对菜籽油乳状液稳定性的
影响进行了研究。

从破乳效果来看，高温蒸馏的油水分离程度最高，其次是低温真空蒸馏，常压加热破乳效果较差;从外观上看，60℃下真空蒸馏效果最好，游离油
的色泽浅，清澈透明;常压蒸馏，游离油的色泽尚可，但比真空蒸馏的颜色深;高温105℃下蒸馏游离油色泽深。

一方面是因为在高温作用下，少量可溶性蛋白质变性，产生有色物质;另一方面是因为高温作用下油脂发生氧化所致。

从能耗上看，3种
加热方式均耗能，高温蒸馏与低温真空蒸馏耗能较大，二者均通过加热除去大量水分，温度越高，耗能越大;从游离油的质量上看，高温蒸馏与低温真空蒸馏除去的
是大部分水分，少量蛋白质及其他可溶性杂质仍残留在菜籽油中，需进一步清除。

王瑛瑶等［8］对水酶法提取花生蛋白和油脂过程中产生的乳状液在90℃条件下
加热10 min后，3 000 r/min离心20 min，破乳率仅为32.7%。

1.3 冷冻解冻破乳
Van Boekel等［13］对水包油型乳状液的稳定性进行了研究，并用冷冻解冻法进行了破乳。

他们认为冷冻解冻能较好地破坏乳状液稳定性是因为冷冻过程中乳状液
中出现油相结晶，这些脂肪晶体可以刺入水相，假如脂肪晶体恰好出现在相邻油滴之间，则将刺穿界面膜引起油滴的聚集，从而大幅度降低乳状液稳定性达到破乳的目的。

Fennema等［14］做了类似的研究，他们提出，在冷冻过程中，乳状液中冰晶体的形成会迫使乳状液液滴靠拢在一起，这种情况在解冻时常引起严重的聚结。

Lamsal等［15］对水酶法提取大豆油过程中形成的乳状液进行了冷冻解冻破乳研究，破乳率很高。

王瑛瑶等［8］对水酶法提取花生蛋白和油脂过程中产生的乳状液进行了冷冻解冻破乳研究，乳状液在－20℃冷冻15 h，然后在35℃解冻2 h，3 000 r/min离心20 min，破乳率达到91.6%。

章绍兵等［16］对水酶法从菜籽中提取油脂和蛋白质过程中产生的乳状液的破乳
问题进行了研究。

破乳分为两步进行:将乳状液在4℃下放置1 d后，在不同转速
下离心20 min，吸取上层清油，弃去水相;离心后得到的残余乳状液在－18℃下冷冻20 h后，40℃ 水浴中解冻 2 h，离心(10 000 r/min，20 min)后吸取清油，总破乳率约为75%。

尽管冷冻解冻方法可以破乳，但耗能比较大，需要专门的设备，这无疑会显著增加生产成本。

2 化学破乳
2.1 调节pH破乳
Wu等［17］对水酶法提取大豆油过程中产生的乳状液用调节pH的方法进行了破乳研究，结果表明，降低pH有利于破坏乳状液稳定性，在pH达到4.5时，基本能够完全破坏乳状液的稳定性。

De Moura等［18］用水酶法提取大豆中的油脂
和蛋白质，当pH调至4.5时同样有不错的破乳效果。

Chabrand等［19］采用调节pH的方法对水酶法提取大豆油过程中产生的乳状液进行了破乳研究，破乳率可达到83%。

李桂英等［12］用调节pH的破乳方法对水酶法提取菜籽油过程中产生的乳状液
进行了研究，结果表明，乳状液在碱性条件下，不但不利于破乳，反而使乳化现象加重，在pH 11时破乳效果更差，pH 5时破乳效果最好。

吴桐等［20］以水酶法提取沙棘果油中形成的乳状液为研究对象，利用调节pH
并加热的方法对其破乳，采用响应面法对破乳工艺条件进行了优化，结果表明，在pH 4.97，料液比1∶1.8，振荡温度54.2℃，振荡时间4.4 h，离心转速3 500
r/min，离心时间15 min的条件下，乳状液中游离油回收率为65.52%。

2.2 有机溶剂破乳
李桂英等［12］用有机溶剂对水酶法提取菜籽油中形成的乳状液进行了破乳研究，结果表明，随着破乳剂正己烷用量的改变，游离油得率随之改变。

在正己烷用量较少时，游离油得率较低，破乳效果较差。

随着正己烷用量的增大，游离油得率增大，破乳效果相应增加。

当正己烷用量为料液总体积的40%～50%时，游离油得率明
显提高。

当正己烷用量为料液总体积的50%时，游离油得率最高。

2.3 无机盐破乳
乳状液的稳定性和界面电势也有关系。

一般油水界面上有电荷存在时，界面两边皆有双电层和电位降。

对于由蛋白质稳定的水包油型乳状液，当油滴接近表面上的双电层发生相互重叠时，静电排斥作用将使油滴分开，乳状液保持稳定［21］。

而
在乳状液中加入某些无机盐后，将可能会破坏稳定的蛋白质双电层结构，促使油滴之间发生聚集导致破乳。

Zhu等［22］发现氯化钠能在一定程度上破坏水酶法提取海胆性腺油时形成的乳
状液。

章绍兵等［6］对水酶法提取花生油过程中形成的乳状液进行破乳，添加氯化钠的最佳破乳条件是:温度55℃，添加量5%(以原料质量计)，时间1 h，破乳率可达95%。

采用化学方法破乳的游离油回收率有高有低，而且引入了盐类和有机溶剂，需要专门的设备和工艺去除这些物质，这样会增加提油的成本，降低油脂的品质。

3 酶法破乳
蛋白质和磷脂是影响水酶法提油过程中产生的乳状液稳定性的关键因素［23］，
油料细胞中的油小体在天然状态下表面被油小体蛋白膜和磷脂覆盖，阻止了相互聚集，如果采用酶制剂降解这些两亲分子，将会降低乳状液的稳定性。

Lamsal等［15］对大豆油提取过程中形成的乳状液进行了磷脂酶破乳及其机理的研究。

实验首先采用Lysomax(磷脂酶 A2)和 G－zyme 999(磷脂酶A1)混合(体积比1∶1)破乳，结果表明，首先Lysomax切断了磷酸甘油酯sn－2位上的酯键，
然后G－zyme 999切断sn－1位上的酯键，这极大地破坏了乳状液的稳定性。

另一组实验采用磷脂酶C破乳，它能切断磷酸甘油酯sn－3位上的酯键，并释放磷
酸根，这被认为可能是乳状液稳定的主要原因。

Chabrand等［11］用多种方法对水酶法提取大豆油过程中产生的乳状液进行破乳:第一种方法用磷脂酶G－zyme对乳状液进行破乳(G－zyme用量200 mg/10 g，pH 4.5，700 r/min，50℃，3 h)，酶解离心后，破乳率几乎达到100%，效
果很好;第二种方法用Protex 6L蛋白酶对乳状液进行破乳(Protex 6L用量 300
mg/10 g，pH 9，500 r/min，50℃，3 h)，酶解离心后，破乳率为72%;第三种方法采用两步酶解的方法，先用 Protex 6L(Protex 6L用量 100 mg/10 g，pH 9，500 r/min，50℃，3 h)酶解，离心后测定破乳率，再对残余乳状液用Protex 6L
在相同条件下再次酶解，离心后测定破乳率，经过两次酶解，总破乳率达到95%。

Jung等［24］用Protex 6L蛋白酶提取大豆油。

在对乳状液的破乳中，仍采用Protex 6L(用量1.25%，50℃，90 min)，破乳率达到100%，采用调节pH方法破乳(pH 4.5，50℃，15 min)，破乳率达到 102%。

研究发现由于大豆蛋白的等
电点在4～5之间，因此乳状液稳定性的下降很可能是因为乳状液中界面吸附蛋白
电荷的损失，继而发生沉淀析出，从而使油滴聚集，达到破乳效果。

Wu等［17］采用酶法对水酶法提取大豆油过程中产生的乳状液进行了破乳研究。

首先从许多有潜力的蛋白酶和磷脂酶中选取合适的酶进行破乳，其中Protex 51FP 蛋白酶和LysomaxTM磷脂酶被用来研究酶的添加量对破乳效果的影响，并进行
对比，结果表明，这两种酶对乳状液稳定性的破坏在加酶量为2%(以乳状液的质
量计)时都有很好的效果，提油率均达到95%以上。

但是在加酶量小于2%时，Protex 51FP比LysomaxTM能够从乳状液中提取更多的游离油。

当加酶量为0.2%时，Protex 51FP和LysomaxTM从乳状液中提取的游离油得率分别为88%和48%。

De Moura等［18］用 Protex 6L和 Protex 7L对水酶法提取大豆中的油
脂和蛋白质过程中形成的乳状液进行破乳，当添加2.5%的Protex 6L破乳时，乳
状液几乎全部得到破坏。

章绍兵等［6］对水酶法提取花生油过程中形成的乳状液采取酶法破乳，结果发现，碱性蛋白酶2709的最佳破乳条件是:温度55℃，pH 8.5，加酶量1 120 U/g，时间 1 h，破乳率达到 95.2%。

华娣等［25］采用水酶法从花生中提取油脂和水解
蛋白，对工艺所得的渣和乳状液采用As1398中性蛋白酶、Alcalase蛋白酶、木
瓜蛋白酶、复合纤维素酶等进行二次酶解，其中用As1398中性蛋白酶酶解时，
总游离油得率达到91.98%，总水解蛋白得率可达88.21%。

Raghavendra等［26］对水酶法提取椰子油过程中形成的乳状液，先在不同的温度下对乳状液进行冷冻，然后在(29±2)℃下解冻，离心后得到游离油。

对椰子汁
用0.02 mg/g的天冬氨酸蛋白酶进行处理，椰子油得率为(90.4±1.2)%。

在5℃下冷冻后再解冻，然后加入0.02 mg/g的天冬氨酸蛋白酶后得到最高的椰子油得率(95.3±1.0)%。

对所得椰子油的理化性质和脂肪酸组成进行评估，结果发现，与商业化的椰子油相比，游离脂肪酸降低0.31%，过氧化值较低。

4 展望
比较几种物理破乳方法可知，微波、加热乳状液的破乳率不高，虽然冷冻解冻破乳效果好，但耗能较大，需要专门的设备;采用化学破乳的游离油回收率有高有低，但其引入了盐类和有机溶剂，需要专门的设备和工艺去除这些物质，这无疑会增加提油的成本，降低油脂的品质;采用酶法对乳状液进行破乳，破乳率较高，而且酶法破乳不会引入有害物质，油脂品质高，耗能低。

所以酶法破乳技术将具有更好地发展和应用前景，值得进一步地研究。

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