水酶法提取油茶籽油的研究進(jìn)展綜述

陳澤君，胡 偉

(湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

水酶法提取油茶籽油的研究進(jìn)展綜述

陳澤君，胡 偉

(湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

本文介紹了水酶法提取油茶籽油的原理、基本工藝過(guò)程及特點(diǎn)，對(duì)該工藝的主要影響因素以及提取的油茶籽油品質(zhì)作了重點(diǎn)闡述，并對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

油茶籽油；水酶法；提取

油茶(Camelliaoleifera)是世界四大木本油料之一，主要分布在我國(guó)湖南、江西、廣西等省。油茶籽油色清味濃，其脂肪酸組成以油酸和亞油酸等不飽和脂肪酸為主，油酸含量高達(dá)70%～80%，是優(yōu)質(zhì)保健食用油以及高級(jí)天然化妝品用原材料[1]。傳統(tǒng)的油茶籽油提取方法主要有壓榨法和浸出法，受工藝及設(shè)備的制約，一定程度上影響了油茶籽油作為高端木本食用油的生產(chǎn)和消費(fèi)。水酶法提油技術(shù)是一種新型的油脂提取工藝，符合清潔生產(chǎn)和綜合利用的發(fā)展理念。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外研究水酶法提取大豆油、花生油、菜籽油的深入，水酶法提取油茶籽油的研究報(bào)道也逐漸增多。本文就水酶法提取油茶籽油研究現(xiàn)狀及前景作簡(jiǎn)單綜述，為該技術(shù)的進(jìn)一步研究及應(yīng)用提供參考。

1 油茶籽的主要化學(xué)成分及油脂的存在

1.1 油茶籽的組成及主要化學(xué)成分

油茶籽是成熟的油茶樹(shù)果籽去除油茶蒲(或稱茶包)得到的，占油茶果重38.7%～40.0%[2]。油茶籽由種皮(茶籽殼)和種仁(茶籽仁)兩部分組成，其外形呈橢圓形或圓球形，背圓腹扁，長(zhǎng)約2.5cm。油茶是一種高含油量植物，整籽含油30%～40%，整籽的含仁率為66%～72%。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)，而果膠質(zhì)是胞間層的主要成分，油茶籽仁中主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 油茶籽仁中主要化學(xué)成分[3]Tab.1 ThemainchemicalcomponentsinCamelliaseedkernel油茶籽仁中化學(xué)成分含量(%)油茶籽仁中化學(xué)成分含量(%)粗脂肪39.63～49.95淀粉17.56～20.52粗蛋白 8.93～10.12粗纖維3.82～4.15總糖 7.04～10.65灰分2.37～2.58

1.2 油脂在油茶籽細(xì)胞中的存在

根據(jù)高爾道夫斯基假說(shuō)，油脂呈微均勻分散狀態(tài)充填在由膠束網(wǎng)組成的許多大小不等、相互隔離的孔道中，還有一部分油脂以球狀“脂類體”存在于細(xì)胞中，該脂類體是油脂與其他大分子結(jié)合成“脂蛋白、脂多糖”等的復(fù)合體，每個(gè)脂體外面都有一層蛋白質(zhì)為主要成分的邊界膜包圍著[4]。郭華等[5]在高倍鏡(10×40)下觀察到油茶籽中脂體存在于細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間隙中，脂體粒徑為0.8～1.1μm，其顆粒呈橙紅色半透明狀、圓形。李猷[6]研究發(fā)現(xiàn)，茶籽仁細(xì)胞的排列較疏松，大小飽滿，易于被外力破壞。每個(gè)油茶籽仁細(xì)胞內(nèi)堆積著15～25個(gè)淀粉顆粒，平均粒徑較脂體直徑大。

2 水酶法提取油茶籽油原理、工藝過(guò)程及特點(diǎn)

2.1 水酶法提油基本原理

水酶法提油是在機(jī)械破碎的基礎(chǔ)上，采用能降解植物油料細(xì)胞的酶或?qū)χ鞍?、脂多糖等?fù)合體有降解作用的酶作用于油料，使油脂易于從油料固體中釋放出來(lái)，并利用非油成分(蛋白和碳水化合物)對(duì)油和水的親和力差異，同時(shí)利用油水比重不同而將油和非油成分分離[7]。

2.2 水酶法提取油茶籽油基本工藝過(guò)程

基本工藝過(guò)程包括清選脫殼、粉碎研磨、調(diào)質(zhì)提取、分離及后處理等。剝殼機(jī)去除茶籽殼得茶籽仁，將茶籽仁研磨成一定粒度的料漿，混合一定比例的水調(diào)整固液比，再添加一定種類、濃度的酶制劑，在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行酶解。酶解結(jié)束后將提取漿料在離心機(jī)上固液分離，得到液相的油、工藝水混合物以及固相的濕渣。液相經(jīng)破乳、分離得到油脂，經(jīng)真空脫水等處理成為優(yōu)質(zhì)茶籽油產(chǎn)品。分離出的工藝水(茶皂素、茶多糖等)可加工成茶皂素洗液、提取茶籽多糖等副產(chǎn)品，分離出的固態(tài)濕渣可加工成生物飼料[8]，其基本工藝流程如圖1所示。

圖1 水酶法提取油茶籽油的基本工藝流程 Fig.1 The basic process of Camellia seed oil by aque-ous enzymatic extraction

2.3 水酶法提取油茶籽油工藝特點(diǎn)

水酶法提油條件溫和，無(wú)傳統(tǒng)壓榨法的蒸炒等高溫過(guò)程，油料中營(yíng)養(yǎng)有效成分可得以保留。提取的油品色澤淺，磷脂含量、酸值及過(guò)氧化值較低，一般可不需精煉即可食用。經(jīng)離心分離后所得水層及渣中含有的茶皂素、可溶性多糖及蛋白質(zhì)，可從中提取出茶籽多糖、茶籽皂素等產(chǎn)品。可做到低污水甚至無(wú)污水排放、無(wú)廢物丟棄，符合安全、高效、綠色要求[9]。

3 水酶法提取油茶籽油主要影響因素

3.1 原料粉碎度

在水酶法制油工藝中，油料的粉碎程度對(duì)油脂的得率有重要影響。在酶解前，油料須達(dá)到足夠的粉碎度以確保油料細(xì)胞的細(xì)胞壁被充分破壞，使細(xì)胞內(nèi)水溶性成分易于溶出釋放油脂，也擴(kuò)大酶的相對(duì)作用面積和擴(kuò)散速率[10]。細(xì)胞壁的厚度和細(xì)胞大小的比值與出油量和出油率密切相關(guān)。郭華等[3,5]研究發(fā)現(xiàn)，油茶籽子葉細(xì)胞的平均大小為66.0μm×59.4μm，油茶籽子葉細(xì)胞壁的平均厚度為3.12μm。根據(jù)油料細(xì)胞的細(xì)胞壁厚度與細(xì)胞大小的比值，推測(cè)出破壞油茶籽細(xì)胞所需機(jī)械力大于花生而小于油茶籽和大豆。

破碎方法分為干碾壓法和濕研磨法，為避免濕法破碎產(chǎn)生穩(wěn)定的乳狀液，影響游離油得率，在控制好油茶籽初始含水率情況下，多采用干法破碎。一般情況下，原料破碎程度越大，效果越好，但粉碎度過(guò)大顆料太小，又會(huì)容易導(dǎo)致油水乳化，增加破乳難度，降低出油率?？紤]到能耗及后續(xù)加工，油茶籽的粉碎度一般在50μm左右。

3.2 酶的種類與濃度

水酶法可供選擇的酶有纖維素酶(CE)、半纖維素酶(HC)和果膠酶(PE)以及蛋白酶(PR)、α — 淀粉酶(α-AM)、α — 聚半乳糖醛酶(α — PG)、β— 葡聚糖酶(β— GL)等[11]。王超等[12]研究發(fā)現(xiàn)，Alcalase 2.0L蛋白酶對(duì)提取油茶籽油的作用效果最顯著，Viscozyme L戊聚糖復(fù)合酶的作用效果次之，Celluclast 1.5L復(fù)合纖維素酶作用不明顯。孫紅等[13]研究發(fā)現(xiàn)，Alcalase堿性蛋白酶可有效降解茶籽仁細(xì)胞的細(xì)胞壁、釋放包括油脂在內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)容物，并呈現(xiàn)一種動(dòng)態(tài)的降解過(guò)程。李猷[6]的研究也發(fā)現(xiàn)堿性蛋白酶的效果較好，雖然油茶籽子葉細(xì)胞內(nèi)部淀粉在脂蛋白顆粒附近堆積，但兩者之間并沒(méi)形成太緊密的化學(xué)鍵連接，再經(jīng)過(guò)粉碎、水溶之后，直鏈淀粉溶入水相，淀粉對(duì)脂蛋白酶解并無(wú)太大阻礙，建議如采用干法粉碎徹底，無(wú)需再使用纖維素酶及α-淀粉酶。而劉倩茹等[14]則認(rèn)為，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。在果膠酶b的作用下，游離油得率達(dá)到86%，體系中基本未形成乳狀液，無(wú)需破乳工序。

酶用量(濃度)與酶的種類、活力有關(guān)。一般酶濃度增加，會(huì)增大分離速率、提高油得率。但當(dāng)酶用量達(dá)到某一濃度后，繼續(xù)增加酶量提油效果并不理想，甚至?xí)儾?。一般而言，乳狀液的穩(wěn)定性隨酶濃度和作用時(shí)間的增加而降低，且在作用的初始階段效果較為明顯。因此，選擇適宜酶種及較經(jīng)濟(jì)的用量是水酶法能否真正應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)關(guān)鍵。水酶法提取油茶籽油工藝中一般酶的用量多在0.05%～5%左右。

3.3 酶解溫度、時(shí)間和pH值

酶解溫度應(yīng)當(dāng)使酶保持在最大活性范圍內(nèi)且不影響油或其他產(chǎn)品的質(zhì)量，溫度過(guò)低或過(guò)高都不利于油脂提取。酶解時(shí)間以保證油料細(xì)胞有較大程度的降解，油的得率明顯提高的最短時(shí)間為宜。反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)除延長(zhǎng)生產(chǎn)周期之外，還可能使乳狀液趨于穩(wěn)定，造成破乳困難。酶解pH既影響酶活性，又影響油提取及植物蛋白等產(chǎn)品的分離。有研究表明，最佳pH值往往與推薦的最佳pH值存在一定偏差，進(jìn)而證明有些酶的使用環(huán)境并不是單純的水相環(huán)境。也有研究認(rèn)為pH值對(duì)油茶籽油的游離油收率的影響非常明顯，其原因可能與體系中茶皂素和蛋白質(zhì)的表面活性有關(guān)。茶皂素具備雙親基團(tuán)，能起到表面活性作用，堿性條件下其苷鍵會(huì)水解，從而喪失表面活性，使清油收率提高；但堿性條件有利于油籽中蛋白質(zhì)的溶出，蛋白質(zhì)可形成水化層使乳液穩(wěn)定[15]。

最佳酶解溫度、時(shí)間和pH值應(yīng)綜合考慮油的得率、副產(chǎn)品的收率、生產(chǎn)周期及能耗等因素。水酶法提取油茶籽油的溫度一般在40～60℃之間，酶解時(shí)間2～8h，pH值 4～9。

3.4 固液比的選擇

水在整個(gè)過(guò)程中起潤(rùn)濕的作用，固液比的選擇不僅對(duì)提油過(guò)程的影響有所差別，對(duì)后續(xù)分離也有影響。水酶法提油處理過(guò)程中，固液比對(duì)提油率有雙重影響，一方面，固液比的降低使底物濃度減小，不利于酶的作用；另一方面固液比越低，越有利于油脂的釋出。但固液比過(guò)大，難以使物料浸沒(méi)，且料液黏稠粘附嚴(yán)重，油料損失較大，離心分離困難?？紤]到工藝水的消耗及工藝水回收副產(chǎn)品，水酶法提取油茶籽油的固液比以1∶3～7為宜。

3.5 破乳

油茶籽油水酶法制取過(guò)程中形成的乳化液中含油脂濃度為82.76%，乳化液中茶皂素含量為2.6%，乳化液干粉中茶皂素含量達(dá)到11.25%，這是油茶籽油與其他油脂在水酶法制取過(guò)程中的重要區(qū)別，而將茶皂素從乳化液中分離出來(lái)可能極大降低乳化程度[10]。

破乳的方法有化學(xué)破乳和物理破乳，離心、升溫、施加靜電場(chǎng)等物理方法采用較多。李猷[6]通過(guò)提高溫度促使乳化液由水包油型向油包水型轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)破乳。在乳化層中添加Na2SO4，伴隨強(qiáng)烈的攪拌作用快速升溫至 80℃達(dá)到良好的效果。周建平[8]采用沉降離心機(jī)將物料分離，得到液體(油和水)和濕渣，液體加熱到80℃左右再用蝶式離心機(jī)分離出油茶籽油和工藝水。

表2 水酶法提取油茶籽油優(yōu)化工藝條件的比較Tab.2 Thecomparisonofaqueousenzymaticextractionunderdifferentoptimumprocessconditions作者預(yù)處理方法酶種類陳興譽(yù)[16]烘烤、加沸水纖維素酶∶中性蛋白酶∶α—淀粉酶=1∶2∶6(w/w)王超等[12]蒸汽Alcalase2.0L蛋白酶劉倩茹等[14]二次粉碎果膠酶b孫紅等[13]粉碎度80目Alcalase2.4L蛋白酶方學(xué)智等[17]—酸性蛋白酶周建平[8]60～95℃熱水調(diào)質(zhì),粉碎粒度小于50μmα-淀粉酶、纖維素酶張衛(wèi)國(guó)[18]有機(jī)溶劑/水浸提除茶皂素,殘?jiān)脺p壓蒸餾回收溶劑,或高壓水蒸氣、堿提處理復(fù)合纖維素酶、蛋白酶酶用量(%)時(shí)間(h)溫度(℃)pH值固液比(W/W)總得油率(%)4 1.5457 —84.410.02(mL/g)4558 1∶6(W/V)78.2513404.51∶4 88.6324 61.59.41∶7 91.240.10355—1∶6 82.170.05～1.0340～954.5～7.01∶3～6 82.0～93.2復(fù)合纖維素酶1.0～5.0、蛋白酶1.02～5505.0～7.01∶4～7 85

4 水酶法制油品質(zhì)比較

4.1 理化性質(zhì)的比較

由表3可看出: 不同研究者采用水酶法提取的油茶籽毛油除酸值介于一級(jí)和二級(jí)之間，氣味滋味、色澤、透明度、過(guò)氧化值均可達(dá)到壓榨成品一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。也有研究表明，與壓榨油和浸提油相比水酶法制取的油茶籽油過(guò)氧化值最低，VE和β— 胡蘿卜素含量顯著高于壓榨油和浸出油，而多酚和磷脂含量顯著低于壓榨油和浸出油[10]。其原因可能是由于多酚作為極性相對(duì)較大的天然抗氧化劑，在水酶法提取過(guò)程中，更多的溶解在工藝水中。由于提取過(guò)程溫和，VE和β— 胡蘿卜素等脂溶性抗氧化劑較少被破壞，保證了水酶法提取的油茶籽油具有較強(qiáng)的抗氧化性能。

表3 水酶法提取油茶籽油主要理化性質(zhì)Tab.3 ThephysicochemicalpropertiesofCamelliaseedoilbyaqueousenzymaticextraction氣味滋味色澤(羅維朋比色槽25.4mm)≤透明度酸值(KOH)(mg/g)≤過(guò)氧化值(mmol/kg)≤油茶籽油壓榨成品一級(jí)具有油茶籽油固有的氣味和滋味,無(wú)異味Y35,R2.0澄清、透明1.06.0國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[19]壓榨成品二級(jí)Y35,R3.02.57.5水酶法1[16]—1.3±0.23.7±0.3水酶法2[13]——澄清、透明1.383±0.0322.282±0.132水酶法3[20]Y20,R2.00.643.72

4.2 脂肪酸組成的比較

從表4 可以看出: 水酶法提取的油茶籽油其脂肪酸組成及相對(duì)含量完全符合國(guó)標(biāo)中油茶籽油脂肪酸組成特征指標(biāo)。Soto C.等[21]研究也表明酶的加入不會(huì)影響油脂的特性。

表4 水酶法提取油茶籽油脂肪酸組成比較Tab.4 ThefattyacidcompositionofCamelliaseedoilbyaqueousenzymaticextraction脂肪酸(%)國(guó)標(biāo)特征值水酶法1[16]水酶法2[13]飽和酸棕櫚酸(C16∶0) 7～1110.3110.732硬脂酸(C18∶0)1.59單不飽和酸油酸(C18∶1)74～8777.8182.136亞油酸(C18∶2)7～148.86多不飽和酸亞麻酸(C18∶3)—0.387.506二十碳烯酸(C20∶1)—0.76

5 展望

總之，盡管目前水酶法提取油茶籽油還存在一些問(wèn)題，但隨著對(duì)以茶皂素為主的復(fù)雜乳狀液體系研究的進(jìn)一步深入，設(shè)計(jì)出較少形成穩(wěn)定乳狀液的提油工藝，同時(shí)借助高效提取、分離技術(shù)回收茶皂素、茶籽多糖等有效成分，可實(shí)現(xiàn)更科學(xué)、全面、客觀的評(píng)價(jià)水酶法的優(yōu)勢(shì)，加速推進(jìn)該技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程。

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(文字編校：龔玉子 張 珉)

ResearchadvanceonCamelliaseedoilbyaqueousenzymaticextraction

CHEN Zejun，HU Wei

(Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China)

The technological principle,basic process and characteristics of aqueous enzymatic extraction(AEE)were introduced.The main influence factors of AEE fromCamelliaseed and the oil quality were also summarized and its application prospect were predicted.

Camelliaseed oil；aqueous enzymatic；extraction

2012 — 08 — 16

2012 — 09 — 12

中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范項(xiàng)目([2011]TK 076)。

陳澤君(1962 — )，男，湖南省汨羅市人，研究員，主要從事木材改性和林木機(jī)械研究工作。

TS 225.1+6

A

1003 — 5710(2012)05 — 0101 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2012. 05. 027