油脂堿煉水洗廢水酶法脫膠研究

魏貞偉，李紅玲，王 玉，王俊國，于殿宇,*

(1.吉林工商學(xué)院生物工程分院，吉林 長春 130062；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

油脂堿煉水洗廢水酶法脫膠研究

魏貞偉1，李紅玲2，王 玉2，王俊國1，于殿宇2,*

(1.吉林工商學(xué)院生物工程分院，吉林 長春 130062；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030)

對油脂堿煉過程中的水洗廢水進(jìn)行循環(huán)利用。將油脂堿煉廢水進(jìn)行離心分離，加入毛油中進(jìn)行水化脫膠，脫出水化磷脂后，進(jìn)一步進(jìn)行酶法脫膠，脫出非水化磷脂。通過單因素試驗與正交試驗，確定廢水酶法脫膠的最優(yōu)工藝條件：水洗廢水量2.5%，磷脂酶量30mg/kg，溫度55℃，pH4.9，時間3h，攪拌速度90r/min。在最優(yōu)條件下進(jìn)行脫膠實驗，測定脫膠油中的磷含量為4.9mg/kg，說明水洗廢水可以替代軟化水用于脫膠工序，每千克成品油可節(jié)省熱量34～36kJ，提高得率0.2%以上。

毛油；水洗廢水；磷脂酶；脫膠；節(jié)省熱量

植物油脂脫膠是油脂精煉中主要工藝之一，隨著脫膠技術(shù)的不斷進(jìn)步，油脂脫膠在理論研究和工業(yè)實踐上已有許多新的進(jìn)展。黑龍江省由于受氣候及土壤等條件的影響，大豆受早霜之害，非水化磷脂含量偏高，其脫除難的問題一直困擾著眾多油脂加工業(yè)者。Novozymes公司推出了一種適合油脂脫膠的微生物來源的磷脂酶A1Lecitase Novo[1-4]，近年來又推出了一種微生物來源的磷脂酶A1Lecitase Ultra。

用游離酶法水解脫除非水化磷脂，效果很好[5]。磷脂酶在一定的反應(yīng)條件下，把油脂中的非水化磷脂轉(zhuǎn)化成為水化磷脂，再經(jīng)水化脫膠除去，酶法脫膠技術(shù)可以很好地解決非水化磷脂脫除難的問題[6]。非水化磷脂，即磷脂酸和腦磷脂的鈣鎂復(fù)鹽，這些非水化磷脂在堿性條件下可以解離，解離的磷脂能形成不溶于油的水合液態(tài)晶體[7]。油脂堿煉水洗廢水(此處應(yīng)指出該廢水是什么廢水)中含有一定量的氫氧化鈉溶液，在毛油中加入離心后的水洗廢水，進(jìn)行水化脫膠和部分非水化脫膠，然后用酶法脫除剩余非水化磷脂，可脫除脫膠工序中的水化磷脂和非水化磷脂。

水洗廢水中溶有脂肪酸鈉皂和超量的堿，如直接排入河流，不僅會影響水的感官狀態(tài)、降低水中的溶解氧、造成水質(zhì)劣化、影響水中生物的生存，而且還影響農(nóng)業(yè)灌溉和居民用水，造成環(huán)境污染[8-9]。本實驗采用油脂堿煉過程中的水洗廢水用于大豆油酶法脫膠工藝中，并對其反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，以期為實際生產(chǎn)應(yīng)用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆毛油(酸值2.6mg KOH/g，過氧化值3.7mmol/kg，磷含量1126mg/kg)、堿煉水洗廢水(pH9.12，含皂量0.82%，含油量0.32%) 黑龍江龍江福糧油有限公司。

磷脂酶A1(Lecitace Ultral) 諾維信公司；氫氧化鈉、鹽酸、硫酸、氧化鋅、硫酸聯(lián)氨、鉬酸鈉、磷酸二氫鉀、檸檬酸等(均為分析純)。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-260型紫外分光光度計；LG10-2.4A型高速離心機(jī)；752型分光光度計；79-2雙向磁力加熱攪拌器；恒溫水浴鍋；PHS-3C型pH計；干燥箱；電子分析天平；馬弗爐等。

1.3 理化指標(biāo)的測定

參考GB 5537—85《磷脂含量測定》、GB 5530—1998《油脂酸價和酸度測定》、GB/T 5538—1995《油脂過氧化值的測定》分別進(jìn)行磷脂、酸值和過氧化值測定；水洗廢水中殘油含量的測定：紫外法[10]；油相中pH值的測定：參考文獻(xiàn)[11]進(jìn)行。

1.4 堿煉水洗廢水用于磷脂酶脫膠中的工藝流程

1.5 堿煉水洗廢水酶法脫膠實驗

取一定量的毛油，升溫到70～75℃，加入經(jīng)離心后的廢水，進(jìn)行水化脫膠，分離水化油腳后，進(jìn)行酶法脫膠，首先添加檸檬酸為油質(zhì)量的0.7%，其檸檬酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%，快速攪拌1～2min，使其充分接觸，然后加入經(jīng)離心的堿煉水洗廢水為油質(zhì)量的2%～3%，測反應(yīng)體系中pH值，用堿液調(diào)反應(yīng)體系的pH值到5～6，降溫并加入磷脂酶A1，其添加量為30～40mg/kg，80～100r/min攪拌進(jìn)行脫膠反應(yīng)，反應(yīng)時間3～4h，反應(yīng)溫度50～60℃，然后離心分離，取上層脫膠油測其磷含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷脂酶添加量對脫膠油中磷含量的影響

由圖1可見，酶量低于30mg/kg時，酶的加入量對脫磷效果影響較大，這是由于在底物濃度一定的情況下，與底物作用的酶用量越大，反應(yīng)速度越快，酶解越徹底。在添加量大于30mg/kg后，雖然繼續(xù)增加酶量，油中磷含量有所降低，但效果并不顯著，說明底物已經(jīng)被酶全部包圍，再增加酶量已經(jīng)不能大幅度降低油中磷含量。因此，從生產(chǎn)成本考慮，30mg/kg的酶量較為合適。

圖1 磷脂酶添加量對脫膠油中磷含量的影響Fig.1 Effect of phospholipase A1 loading on phosphorus content in degummed oil

2.2 水洗廢水添加量對脫膠油中磷含量的影響

圖2 水洗廢水添加量對脫膠油中磷含量的影響Fig.2 Effect of wastewater loading on phosphorus content in degummed oil

水洗廢水主要成分是水、油脂和部分堿，水的作用是脫除水化磷脂，堿的作用是調(diào)節(jié)pH值。但廢水中的含堿量不能滿足反應(yīng)體系的最佳pH值，需額外加入堿液進(jìn)行調(diào)解。由圖2可見，隨著水洗廢水添加量的增加，脫膠油中的磷含量逐漸下降，當(dāng)添加量大于3%后，磷含量略有上升，主要是當(dāng)水量不足時，磷脂水化不完全，膠粒絮凝不好；水量過多，則有可能形成局部的水/油或油/水乳化現(xiàn)象，難以分離[12]。因此，3%水洗廢水添加量較為合適。

2.3 pH值對磷含量的影響

圖3 體系pH值對脫膠油中磷含量的影響Fig.3 Effect of reaction pH on phosphorus content in degummed oil

由圖3可知，隨著pH值的增加，磷含量呈先下降后升高的趨勢。pH值約為4.9時磷含量較低，說明磷脂酶Lecitase Ultra在pH4.9時能夠充分發(fā)揮酶的活性，脫磷效果較好。

2.4 溫度對磷含量的影響

圖4 溫度對脫膠油中磷含量的影響Fig.4 Effect of reaction temperature on phosphorus content in degummed oil

由圖4可知，隨著溫度的升高，油脂中磷含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。由于溫度影響酶的催化活力、催化反應(yīng)速率、穩(wěn)定性，從而影響底物的狀態(tài)以及反應(yīng)體系的傳遞速度[13]。當(dāng)體系的反應(yīng)溫度低時，酶活力小，導(dǎo)致油脂中含磷量較高；當(dāng)體系的反應(yīng)溫度高時，酶穩(wěn)定性差或失活，使其磷含量有升高現(xiàn)象?？紤]到在實際生產(chǎn)中，加酶前先要經(jīng)歷一個降溫過程，為避免能量的浪費，希望酶所能承受的反應(yīng)溫度盡可能高，所以油脂脫膠的反應(yīng)溫度應(yīng)控制在55℃為宜。

2.5 反應(yīng)時間對磷含量的影響

圖5 反應(yīng)時間對脫膠油中磷含量的影響Fig.5 Effect of reaction time on phosphorus content in degummed oil

由圖5可見，在酶解的初始階段，磷含量在3h內(nèi)由較高值下降到5.2mg/kg，這是由于檸檬酸、堿性水洗廢水和磷脂酶共同作用于非水化磷脂，使其大部分都轉(zhuǎn)化為水化磷脂[14]。但隨著反應(yīng)時間的延長，磷含量下降緩慢，這表明反應(yīng)時間取決于酶的催化活力，時間過短，底物未充分反應(yīng)；時間過長，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。因此，實際生產(chǎn)中，3h的脫膠反應(yīng)時間較為合適。

2.6 攪拌速度對磷含量的影響

圖6 攪拌速度對脫膠油中磷含量的影響Fig.6 Effect of stirring speed on phosphorus content in degummed oil

由圖6可知，攪拌速度約在90r/min時，磷脂含量最低。當(dāng)攪拌速度過慢時，水相不能很好地分布于油相中，使酶與油的接觸面積減小，導(dǎo)致脫膠效果不好；而攪拌速度過快時，破壞了油水體系，使酶難以接近磷脂，反應(yīng)難以進(jìn)行[15]。

2.7 正交試驗

采用L9(34)正交表對影響體系的主要因素——加酶量、水洗廢水量、pH值、溫度進(jìn)行正交試驗(表1)，以得到磷含量較低的脫膠油。

表1 正交試驗因素水平表Table1 Factors and levels in orthogonal array design

表2 正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table2 Orthogonal array design layout and experimental results

由表2可知，水洗廢水量＞酶量＞溫度＞pH值，

由此可知，水洗廢水加入量對脫膠油的磷含量影響最大，其次是磷脂酶，由正交表可以看出k3＜k2，但差值很小，從生產(chǎn)成本考慮，選擇k2較為合適。因此，最佳試驗條件為A2B1C2D2。

3 結(jié) 論

3.1 本實驗是對油脂堿煉過程中的水洗廢水用于磷脂酶在大豆脫膠中的研究，將油脂堿煉廢水進(jìn)行離心分離，加入毛油中進(jìn)行水化脫膠，脫出水化磷脂后，進(jìn)一步進(jìn)行酶法脫膠，脫出非水化磷脂。通過單因素與正交試驗，確定了酶法脫膠的最優(yōu)工藝條件為：水洗廢水添加量2.5%，加酶量30mg/kg，溫度55℃，pH4.9，時間3h，攪拌速度90r/min。在此條件下，得到脫膠油的磷含量為4.9mg/kg，說明水洗廢水可以替代軟化水用于脫膠工序。

3.2 本實驗采用水洗廢水脫膠，與軟化水脫膠相比，生產(chǎn)每千克成品油可節(jié)省熱量34～36kJ，提高成品油得率0.2%以上，不但回收了水洗水中的油脂，使精煉車間達(dá)到零排放，而且節(jié)省了污水處理費用。

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Application of Wastewater from the Alkaline Refining of Oil to the Enzymatic Degumming of Oil

WEI Zhen-wei1，LI Hong-ling2，WANG Yu2，WANG Jun-guo1，YU Dian-yu2,*
(1. Branch of Biological Engineering, Jilin Business and Technology College, Changchun 130062, China；2. School of Food Science and Technology, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

In this study, the wastewater from the alkaline refining of oil was centrifugated, followed by the supernatant was then added to gross soybean oil for the removal of hydrated phosphatides, followed by further enzymatic degumming for the removal of non-hydrated phosphatides in order to achieve the recycle utilization of the wastewater. Based on single-factor and orthogonal array experiments, the optimal conditions for the enzymatic degumming with the wastewater were determined to be: wastewater loading, 2.5%; phospholipase A1loading, 30 mg/kg; reaction temperature, 55 ℃; reaction pH, 4.9; and stirring speed, 90 r/min. The soybean oil degummed under the optimal conditions showed a phosphorus content of 4.9 mg/kg. This demonstrates that the wastewater from the alkaline refining of oil can be used as an alternative to softened water for the degumming of gross oil, and 34－36 kJ calorie will be saved during the production of 1 kg of finished oil but the yield will be increased by above 0.2%.

gross soybean oil；wastewater；phospholipase A1；degumming；energy saving

Q946.5

A

1002-6630(2010)22-0016-04

2010-05-18

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2009BADB9B08)

魏貞偉(1968—)，女，碩士研究生，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail：weizhenwei20368@163.com

*通信作者：于殿宇(1964—)，男，教授，碩士，研究方向為大豆精深加工技術(shù)。E-mail：dyyu2000@yahoo.com.cn