水酶法提取油茶籽油的工艺研究_刘倩茹

2． 3 不同酶制剂对游离油得率的影响
水酶法工艺通过酶的使用分解油料细胞壁或脂 蛋白、脂多糖等，使油脂释放［16］。油茶籽仁细胞壁分 为胞间层、初生壁和次生壁，主要成分是纤维素、半 纤维素和果胶质。果胶质是胞间层的主要成分。以 游离油Ⅰ和总游离油得率为指标对不同商业酶制剂 的作用效果进行比较，结果见图 5。
关键词 水酶法 油茶籽 清油得率 果胶酶 中图分类号：TS224 文献标识码：A 文章编号：1003 － 0174（2011）08 － 0036 － 05
油茶（ Camellia oleifera） 为山茶科山茶属植物，是 我国优势木本油料作物，年产量约 97． 55 万吨，位居 世界第一。脱壳油茶籽中含油 40% ～ 60% ，油茶籽 油中油酸、亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸的质量分 数达到 86% ～ 93% ，其脂肪酸组成类似于被称为“植 物皇后”的橄榄油［1 － 2］，对患有高血压、心脏病、动脉 粥样硬化、高 血 脂 等 疾 病 的 人 有 良 好 的 医 疗 保 健 效 果，有“东方橄榄油”之美誉。目前生产油茶籽油多 采用作坊式的热榨法，油脂品质差，经济效益低，资 源浪费大［3］，迫切需要一种新的工艺来改善现状。
2． 2 油茶籽粉碎粒度对游离油得率影响
图 1 表明油料破碎程度越高越有利于下一步的 酶解，使 油 脂 从 细 胞 中 释 放 出 来，从 而 提 高 油 得 率。 由图 2a 可以看出，未经任何处理的油茶籽细胞排列 致密。图 2b 显示： 油茶籽细胞中充满直径大小不一 的油体，油 体 间 包 围 了 大 量 胶 状 物 质 及 片 状 物 质。 在水酶法工艺中，需先采用机械方式将油料破碎，再 结合酶的作用使油脂游离出来。油料粉碎是影响酶 作用和提 油 效 果 的 重 要 因 素 之 一。 一 般 情 况 下，破 碎程度越大，提油效果越好。
和加酶量 1． 0% 的条件下，研究酶解 pH 对游离油得 率的影响。结果如图 7 所示，在 pH3． 50 ～ 4． 50 范围 内，总游离油和游离油Ⅰ得率随 pH 的增大而提高，之 后降低，游离油Ⅰ得率比总游离油得率下降更快。在 料液的自然 pH 时，总油游离油得率比 pH4． 5 时降低 9% 左右，而游离油Ⅰ得率为零，说明酶解离心后油脂以
摘 要 试验探索了油茶籽的水酶法提油工艺，研究了原料预处理方式、不同酶系、酶解条件对清油得率 的影响。结果表明，原料经过二次粉碎后，果胶酶的作用效果好； 酶解温度对工艺结果影响不明显； 在固液比 1 ∶ 4，酶解 pH4． 5，酶解温度 40 ℃ 、加酶量 1% ，酶解时间 3 h 条件下，清油得率可达到 88． 63% 。
2 结果与分析
2． 1 油茶籽仁成分分析
油茶籽仁 是 一 种 高 含 油 量 软 质 油 料，主 要 成 分 见表 1。
表 1 油茶籽仁的主要成分（ 干物质质量）
成分
水分
粗脂肪
粗蛋白
粗纤维
质量分数 / % 3． 78 ± 0． 02 50． 22 ± 0． 44 10． 04 ± 0． 04 4． 60 ± 0． 02
由图 5 可以看出，在无酶条件下，其游离油Ⅰ得 率仅为 20． 90% ，大部分油脂以乳状油存在，需要进 行破乳。与 不 用 任 何 酶 的 体 系 相 比，纤 维 素 类 酶 和 果胶酶的油 茶 籽 粉 碎 后 体 系 的 作 用 效 果 较 好，总 游 离油得率提高 10% 以上，蛋白酶作用效果甚微，油茶 籽油提取率基本没有变化； 在后 5 种酶作用下，油茶 籽油酶法提 油 体 系 中 基 本 未 形 成 乳 状 液，无 需 破 乳 工序。尤 其 是 果 胶 酶 b 作 用 下，游 离 油 得 率 达 到 86% ，这是水酶法提油工艺的一大突破，在后续的工 艺中，能否提 高 游 离 油 得 率 是 该 酶 制 剂 能 否 真 正 应 用于工业化生产的关键。
水酶法作 为 一 种 新 型 的 油 脂 加 工 技 术，在 得 到 高品质毛油的同时，能同步得到非脂类物质，具有安 全、环保、高效的显著优势，已有大豆、花生、油菜籽、 玉米胚芽等作物水酶法提油的研究报道［4 － 6］。油茶 籽除了富含优质植物油以外，还是皂素的良好来源， 周建平等［7］报道了采用酶法从油茶籽中提取油脂的 工艺，但没有明确的清油得率数据，且液相作为工艺 水排放，造 成 水 处 理 负 担。 本 试 验 研 究 水 酶 法 从 油 茶籽提油的 工 艺，以 期 为 后 续 高 的 游 离 油 得 率 及 多 产物利用奠定技术基础。
油茶籽仁 去 皮 及 切 片 后 经 离 子 溅 射 喷 金 后，置 于扫描电镜下观察。 1． 2． 3 水酶法提油基本工艺路线
1 材料与方法
1． 1 试验材料及主要仪器
油茶籽： 市售； 碱性蛋白酶、纤维素酶 a、果胶酶
基金项目： “十一五”国家科技支撑计划（ 2009BABD1B0305） 收稿日期： 2010 － 10 － 04 作者简介： 刘倩茹，女，1985 年出生，硕士，食品科学 通讯作者： 王瑛瑶，女，1978 年出生，副研究员，博士，粮油食品加
注： 1 无酶，2 蛋白酶，3 果胶酶 a，4 纤维素酶 a，5 纤维素酶 b， 6 果胶酶 b，7 果胶酶 c，8 纤维素酶 c，9 复合植物水解酶
图 5 不同的酶制剂对油茶籽游离油得率的影响
图 6 固液比对游离油得率的影响
2． 4． 2 酶解 pH 对游离油得率的影响 在固液比 1 ∶ 4，在酶解温度 35 ℃ 、酶解时间 3 h
成分
茶皂素
淀粉
总糖
灰分
质量分数 / % 5． 43 ± 0． 04 7． 22 ± 1． 8 10． 25 ± 0． 44 2． 45 ± 0． 05
由表 1 可见油茶籽仁中粗脂肪高达 50． 22% ， 此外含有约 5． 43% 左右的茶皂素和 10． 35% 的可 溶性 糖。与 茶 叶 籽 中 的 茶 皂 素 质 量 分 数 10% ～ 14% 相比，油茶籽中皂素含量相对较低。有关油茶 籽中 茶 皂 素 质 量 分 数 报 道 不 一，范 围 在 3% ～ 12． 2% ［11 － 12］之间。原 因 之 一 是 油 茶 籽 的 品 种、产 地等差异，其二是对于茶皂素 的 测 定 和 提 取 而 言， 目前还缺乏统一可靠的方法和适用性强的茶皂素 标准品。
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中国粮油学报
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物料游离油得率提高 21． 4% 。因此，后续试验中对
物料进行 2 次粉碎。
表 2 不同粉碎次数下的粒径和油得率
1 次粉碎 2 次粉碎
平均粒径 / μm 468． 7 40． 92
中位径 / μm 134． 9 35． 63
游离油得率 /% 63． 32 84． 71
1． 2． 1 主要成分的测定 水分测定： GB / T 5497—1985 105 ℃ 恒重法； 粗
脂肪测定： GB / T 14772—2008 索氏抽提法； 粗蛋白 测定： GB / T 15589． 2—2008 全自动定氮仪测定； 粗 纤维测定： GB / T 5009． 10—2003； 淀粉的测定： 酸水 解法［8］； 总糖的测定： 滴定法［8］（ 不包括淀粉） ； 皂素 的测定： 香草醛 － 高氯酸比色法［9］。 1． 2． 2 油茶籽的微观结构观察
本文选用果胶酶 b 作为油茶籽酶法提油工艺所 用的酶，对其酶解参数进一步进行研究。 2． 4 酶解条件对游离油得率的影响 2． 4． 1 固液比对游离油得率的影响
在 pH4． 5、35 ℃ 、3 h 和加酶量 1． 0% 的条件下， 研究不同固液比对游离油得率的影响，结果见图 6。 从图 6 可以看出： 游离油Ⅰ得率和总游离油得率得 变化趋势 相 同，并 且 得 率 相 近。 说 明 在 不 同 的 固 液 比条件下，提 油 过 程 中 不 发 生 明 显 的 乳 化 现 象。 随 着固液比的增大，游离油得率快速增加，在 1 ∶ 4 时达 到最大； 固液比继续增大，游离油得率则随之缓慢减 小。这是由 于 随 着 酶 浓 度 和 底 物 浓 度 的 增 大，反 应 速度加快，但 增 加 到 一 定 程 度 时，反 应 体 系 浓 度 过 高，流动性变差反而不利于底物和酶的接触，导致反 应速度下降，油得率降低。
2011 年 8 月 第 26 卷第 8 期
中国粮油学报
Journal of the Chinese Cereals and Oils Association
Vol． 26，No． 8 Aug. 2011
水酶法提取油茶籽油的工艺研究
刘倩茹1，2 赵光远1 王瑛瑶2 栾 霞2
（ 郑州轻工业学院食品工程系1 ，郑州 450002） （ 国家粮食局科学研究院2 ，北京 100037）
a： 诺维信公司； 纤维素酶 b、果胶酶 b： 德国 AB 公司； 果胶酶 c、复合植物水解酶： 夏盛公司； 纤维素酶 c： 杰 能科公司。
S － 3000N 电子扫描显微镜： 日本日立公司； 脂肪 抽提仪、全自动定氮仪、粗纤维测定仪： 丹麦 FOSS 公 司； 低速离心机： 江苏天由有限公司； 7200 型分光光 度计： 上海天美科学仪器有限公司； S3500 激光粒度 分析仪： 美国麦奇克有限公司。 1． 2 试验方法
ຫໍສະໝຸດ Baidu
研究报道［14］，对于含水量较低的油料，干法破碎 可以在一定 程 度 上 避 免 形 成 稳 定 的 乳 状 液，利 于 油 脂提取。一般 油 料 种 子 中 的 细 胞 直 径 约 为 几 十 微 米［15］，油茶籽的子叶细胞形态不规 则，平 均 大 小 为 66． 0 μm × 59． 4 μm，最小细胞 34． 2 μm × 39． 5 μm， 而最大细胞为 94． 7 μm × 94． 7 μm［11］。本文用干法 对油茶籽仁 进 行 粉 碎 处 理，粉 碎 次 数 对 油 得 率 的 影 响结果见表 2，不同粉碎次数下油料粒径分布曲线见 图 3 和图 4。由图 3 和图 4 可以看出： 粉碎 1 次，油 料粒径分布范围宽，平均粒径 468． 7μm，颗粒度远大 于粉碎 2 次的物料粒度； 粉碎 2 次油料粒径分布较均 匀，80% 的颗粒粒径在 61． 28 μm 以下，大部分细胞 结构破坏，理论上满足了工艺的要求。结合表 2 结 果可知，不同粉碎次数（ 物料粒径不同） 对游离油得 率具有相显著影响，粉碎 2 次的物料比仅粉碎 1 次的
工
游离油
Ι
得率
=
游离油 I 质量 原料中含油量
×
100%
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刘倩茹等 水酶法提取油茶籽油的工艺研究
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总游离油得率 = 总游离油质量 × 100% 原料中含油量
1． 2． 4 酶制剂与酶解工艺参数的研究 取 150 g 粉碎后的油茶籽，依照 1． 2． 3 工艺，加
入原料 4 倍质量的水，搅拌均匀后，加入 1% 的酶，在 酶的最适温度和 pH 下，低速搅拌，酶解3 h 后，80 ℃ 灭酶，4 000 r / min 离心 15 min，取出游离油，计算游 离油得率，筛 选 出 最 佳 的 酶 制 剂。 在 确 定 的 酶 制 剂 下，研究固液比、酶解 pH、加酶量、酶解温度和时间 对游离油Ⅰ 得 率 和 总 游 离 油 得 率 的 影 响，分 析 不 同 酶解条件对油茶籽水酶法提油的影响。试验重复 1 次。
第 26 卷第 8 期
刘倩茹等 水酶法提取油茶籽油的工艺研究
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乳状油的形式存在。可见果胶酶 b 在此反应体系中的 最适 pH 为 4． 5，但是体系 pH 接近 6． 0 时酶活下降严 重，细胞壁的破坏效果减弱，使清油得率降低。此外， 可能与蛋白质和茶皂素的表面活性有关。
状液，清油得率反而降低。
图 7 酶解 pH 对油得率的影响
2． 4． 3 酶解温度对游离油得率的影响 在固液比 1 ∶ 4、酶解 pH4． 5，加酶量 1． 0% 的条件
下酶解 3 h，研究酶解温度对游离油得率的影响，结 果见图 8。在所选范围内，温度对总游离油和游离油 Ⅰ 得 率 的 影 响 很 小，且 对 乳 化 现 象 影 响 较 小。 说 明 果胶酶对反应温度的限制小，在 30 ～ 50 ℃ 之间酶解 效果无明显改变。这有利于工业酶技术的应用不需 要在生产过程中严格的控制温度。