油料作物制油工藝現(xiàn)狀與冷榨制油的研究進展

藺建學(xué)，徐 速，江連洲

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030）

油料作物是以制取油脂為主要用途的一類作物，這類作物主要有大豆、花生、芝麻、油用亞麻、棉籽、蓖麻等，本文主要圍繞利用大豆制油的一些工藝與研究情況展開論述。我國種植大豆已有5 000年的歷史，目前是世界大豆第三大生產(chǎn)國。大豆，古稱菽，呈橢圓形、球形，顏色有黃色、淡綠色、黑色等，故又有黃豆、青豆、黑豆之稱。在我國油料作物中，大豆種植面積占全國油料作物總面積的60%，是我國最為重要的油料作物之一，其中哈爾濱、遼源、長春被稱作我國大豆的“三大倉庫”。大豆中脂肪含量約為15%～20%，其中不飽和脂肪酸占85%，亞油酸高達50%，且消化率高，還含有較多磷脂，在提取油脂的同時，還可以獲得高價值的副產(chǎn)物，是油脂制取的理想原料。

目前，我國油脂提取主要采用溶劑浸提與壓榨的工藝。壓榨法即不借助化學(xué)試劑，采用物理機械擠壓的方式將油脂從原料中提取出來，又分為冷榨與熱榨兩種工藝方式，兩者的差別在于熱榨是將物料在榨油前進行烘炒、蒸煮等熱處理，而冷榨沒有這些前處理過程，是將溫度控制在一定范圍內(nèi)進行的物理壓榨。溶劑浸提則是利用油脂可溶于有機溶劑的性質(zhì)，將油脂從原料中萃取出來。近年來，為提高油脂品質(zhì)和產(chǎn)率并獲得高質(zhì)量蛋白副產(chǎn)物，酶法提油成為了新的研究熱點，其原理是利用酶破壞大豆內(nèi)纖維素、脂蛋白復(fù)合體等，崩潰大豆組織結(jié)構(gòu)，從而使油脂以自由態(tài)的形式存在，可以被更加容易的提取出來。其他處理工藝如膨化、超聲波處理、反膠束提油工藝也在油脂提取領(lǐng)域有所突破，為提油工藝的創(chuàng)新提供了許多支持?，F(xiàn)行常規(guī)制油熱榨工藝和有機溶劑萃取工藝雖然提取油的效率相對較高，但是都有各自的弊病[1]，本文介紹了幾種當(dāng)前主要提油工藝的流程與原理，著重介紹了冷榨提油工藝的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并初步探討了提油工藝的發(fā)展趨勢，指出了當(dāng)前幾種主要提油工藝的優(yōu)勢與缺陷，以期通過這種對比，進一步體現(xiàn)冷榨工藝的應(yīng)用潛力與研究價值。

1 現(xiàn)行提油工藝簡介

1.1 溶劑浸出提油

凡是利用某些有機溶劑“溶解”油脂的特性，將料胚或者預(yù)榨油餅中的油脂提取出來的方法，都稱之為浸出法。浸出制油的方法比較先進，應(yīng)用較為廣泛，并且效率也比較高，其原理是：應(yīng)用固液萃取，選用能夠溶解油脂的有機溶劑，通過對油料的接觸(浸泡或噴淋)，萃取出其中的油脂成分，多采用預(yù)榨餅后再浸提的流程[2]。浸出提油的一般工藝流程如下：

油料→清理→烘干→料胚制備→溶劑浸出→毛油

浸出法提油是現(xiàn)行的工業(yè)化產(chǎn)油的方法之一，能較為完全的將油從油料作物中提取出來。但缺點是會損失一定油的風(fēng)味物質(zhì)，且浸出的油色澤較深，需要進一步精煉，使用有機溶劑增加了工藝的繁瑣性，并且其三廢排放會對環(huán)境造成污染，溶劑殘留亦是最大的阻礙，不能滿足當(dāng)前消費者對健康的需求，這些都限制了其進一步發(fā)展[3]。

1.2 壓榨提油

壓榨法提油即不借助化學(xué)物質(zhì)，利用機械力和物力方法將油料中的油擠壓出來的制油方法。按照提油設(shè)備來分，壓榨法提油有液壓機榨油和螺旋機榨油兩種。液壓榨油機又可以分為立式和臥式兩類，目前廣泛使用的是立式液壓榨油機。壓榨法存在出油率低、勞動強度大、生產(chǎn)效率低的缺點，并且由于榨油過程中有生坯蒸炒的工序，豆粕中蛋白質(zhì)變性嚴(yán)重，油料資源綜合利用率低。

1.2.1 熱榨 熱榨是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中除溶劑浸出油以外的主要制油方法，它所利用的原理是使用烘炒、蒸煮等辦法，最大限度的促使了蛋白的變性，然后對料胚進行物理擠壓提取其中的油，在現(xiàn)今資源問題日趨惡化的情況下，不利于資源的綜合利用，浪費了大量的優(yōu)質(zhì)蛋白，并且出油率不及浸出法高，所以其市場份額大概只有20%，但是其沒有溶劑殘留的優(yōu)點是得到廣泛認(rèn)可的。壓榨花生油越來越得到注重飲食健康的消費者青睞，其一般工藝流程如下：

油料→清理→烘干→榨胚→烘炒→蒸胚→壓榨→粗制油

1.2.2 冷榨 冷榨的概念是在低于60℃的溫度下，借助機械力擠壓制油，與浸出法和熱榨的提油方法進行橫向比較，它不僅可以避免浸出法與溶劑、堿液、脫色白土等有害物質(zhì)的接觸，并且也在一定程度上克服了熱榨中油脂的有效成分遭到破壞的缺點，最大限度的保持了產(chǎn)品中的脂溶性營養(yǎng)成分。近年來，外國的眾多提油研究熱點也聚焦到了冷榨工藝上，并且結(jié)合酶法進行了技術(shù)創(chuàng)新，這是提油工業(yè)的最新探索[4]，并且已經(jīng)在某些油料品種上得到了小規(guī)模的中試成功。冷榨提油一般工藝流程如下：

油料→清理（風(fēng)選、篩選、磁選）→調(diào)質(zhì)→脫皮→扎坯→坯片→冷榨→冷榨油

由于冷榨所得餅粕殘油量較高，所以產(chǎn)出餅粕一般還結(jié)合膨化浸出工藝，對餅粕進行二次提油。

1.3 酶法提油工藝

酶法提油工藝是最近油脂工業(yè)的研究熱點，因為酶反應(yīng)專一、高效、反應(yīng)條件溫和，對榨油后的油料餅粕蛋白理化性質(zhì)影響較小，保證了在提油的過程中，同時獲取高質(zhì)量的蛋白產(chǎn)品，有利于油料資源的綜合利用。酶法是在機械擠壓和溶劑浸出方法的基礎(chǔ)上，用酶制劑處理油料，破壞組織結(jié)構(gòu)和大分子物質(zhì)，從而提高出油率的工藝。因各種油料的組織成分不同，所選取的酶制劑也有所區(qū)別，主要應(yīng)用纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶、果膠酶等對油料作物進行前處理，達到浸提或者壓榨的工藝需求。

1.3.1 酶法提油的原理 在油料作物中，油脂的存在狀態(tài)主要是在油料細(xì)胞的內(nèi)部，或者與其他大分子物質(zhì)如多糖、蛋白形成復(fù)合物，構(gòu)成脂多糖與脂蛋白等復(fù)合體，所以必須將細(xì)胞的組織結(jié)構(gòu)加以破壞，并降解大分子物質(zhì)，才能有效的將油從油料作物中提取出來，酶法提油就是利用生物酶制劑，例如纖維素酶、果膠酶、蛋白酶、半纖維素酶等，破壞物料細(xì)胞壁與其中的脂蛋白等復(fù)合體，使得油脂得以充分釋放于細(xì)胞外，使油脂更易于提取的工藝方法[5]。已有資料報道，對大豆結(jié)構(gòu)以及其中復(fù)合物進行處理，所用的酶有纖維素酶與半纖維素酶（破壞細(xì)胞壁）、果膠酶（破壞細(xì)胞膜）、阿爾法蛋白酶等[6]。

1.3.2 酶法提油工藝的分類 在酶法提油領(lǐng)域，至今已經(jīng)研究的工藝可分為四類：

（1）水相酶解提油工藝，即水酶法 水酶法是指采用能降解油料植物細(xì)胞壁的酶，或者對脂蛋白、脂多糖等大分子復(fù)合物具有降解作用的酶來處理油料，破壞組織結(jié)構(gòu)，使得復(fù)合體酶解，創(chuàng)造有利的出油條件，同時借助水的作用，利用油料中非油成分對水和油親和力不同以及水油的密度差，將油提取出來。其一般工藝流程如下[7]：

油料→清理破碎→浸泡磨漿→熱處理→酶解→固液分離→液相沉淀→濃縮破乳→分離→油脂→蛋白

（2）水相酶解有機溶劑萃取提油工藝 水相酶解有機溶劑萃取提油工藝是在油料處理上與水酶法一致的，都是利用酶法崩潰細(xì)胞壁，并破壞大分子復(fù)合物，但是其提油工藝與水酶法不同，而類似于傳統(tǒng)的浸出法提油工藝，都是利用油溶于有機溶劑的特性，將其從油料作物中提取出來，其一般工藝流程如下：

油料→水磨→熱處理→酶解→己烷萃取→過濾（除固形物）→離心分離→有機相→回收溶劑→油脂

（3）油料低水分酶解溶劑冷浸出提油工藝 油料經(jīng)清理后破碎或軋坯，再經(jīng)熱處理滅酶。調(diào)整水分至25%～40%，加酶處理，酶解結(jié)束后干燥油料至水分15%左右，用己烷在室溫下浸出油脂，真空汽提回收溶劑。此法適用于油料果實和種籽的提油[8]。工藝路線如下：

油料→清理破碎或軋坯→熱處理→調(diào)整水分→加酶處理→干燥→己烷浸出→回收溶劑→油脂

（4）油料低水分酶解壓榨提油工藝 該方法與酶解冷浸出法工藝相似，不同處是油料酶解后干燥至更低的水分，然后進行冷榨得到油脂。該方法只適于油料種籽提油。工藝路線如下：

油料→清理破碎或軋坯→熱處理→調(diào)整水分→加酶處理→干燥→冷榨→油脂

2 國內(nèi)外冷榨提油工藝的研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代開始，隨著生活水平與對自身健康的重視，歐洲掀起了一波綠色食品的革命，在油脂工業(yè)領(lǐng)域也發(fā)生了一場綠色工藝的革命，其中，冷榨工藝的發(fā)展最為令人矚目。

德國在冷榨制油工藝上具有領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢，20世紀(jì)80年代末，德國CIMBRIA SKET公司就同其他研究機構(gòu)一同致力于油菜籽脫皮冷榨工藝和相應(yīng)冷榨機的研究。提出冷榨工藝首先需要解決的有兩個問題：一是在無需進一步應(yīng)用化學(xué)試劑精煉僅僅通過過濾的條件下達到食用油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這要求整個工藝在低溫下進行。二是冷榨工藝的配套設(shè)備，需要具有良好的可控性能與較高的生產(chǎn)效率，連續(xù)生產(chǎn)一年以上的時間而無需更換冷榨機榨螺和榨排。1991年，該公司成功研制出了具有較好性能的KP系列冷榨機，其冷榨設(shè)備可達到連續(xù)生產(chǎn)1.5～2年而無需更換榨螺和榨排[9]。

隨著生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，酶法制油技術(shù)展現(xiàn)出了巨大的研究潛力。早在上世紀(jì)50年代就有人提出，應(yīng)用酶處理油料作物，特別是油脂含量低的如大豆這類油料作物，可以大大提升其提油工藝效率，但因為經(jīng)濟因素阻礙了其進一步的探索研究，直至70年代后期，許多新酶種相繼投入到工業(yè)化生產(chǎn)中，成本不斷降低，這一技術(shù)才再一次被關(guān)注。Sugarman率先提出了水提取植物油的方法，以水作溶劑沿用濃縮蛋白的生產(chǎn)工藝從花生中同時分離出油和蛋白質(zhì)，此法是將研磨后的油料經(jīng)纖維素酶包含果膠酶系處理，提高花生油提油率與蛋白得率，經(jīng)過實驗得出，酶處理的最佳參數(shù)為：加酶量0.3%，酶解時間4 h，pH 6.4，反應(yīng)溫度49℃；1972年，Rhee又進一步完善了此方法。近30年來，水提油工藝在國外先后應(yīng)用于芝麻、棉籽、菜籽等油料，由于油料不經(jīng)熱處理，所提油脂質(zhì)量明顯提高，但此方法得油率較低，特別是含油量低的油料，如大豆胚芽等幾乎得不到油[10]。1978年，Adler-Nissen提出了大豆蛋白酶改性制備等電可溶水解蛋白工藝，為酶法分離大豆油與蛋白奠定了理論基礎(chǔ)。1979年，Olsen等將微生物蛋白酶Alcalase運用到大豆油和大豆蛋白質(zhì)的水法分離中，使油的得率接近60%，蛋白質(zhì)的得率接近40%[11]。1983年FullBook在蛋白水解過程中釋放出游離態(tài)的油。1986年，Mcglon等采用聚半乳糖醛酸酶、阿爾法淀粉酶、蛋白酶處理椰子漿，使蛋白提取率達到80%。2006年，Munishwar Nath Gupta等在酶法處理的基礎(chǔ)上[12]，結(jié)合了三相提油工藝，即同時添加丁醇與硫酸銨至預(yù)先制備的油料作物制成的漿體，將油脂從油料作物中萃取出來，其原理與溶劑浸提基本相同，采用該種工藝對芒果核、大豆、米糠油的提取進行了研究與對比，在對糊化了的油料進行酶解后，應(yīng)用三相分離體系，得到大豆的提油率高達98%，其基本原理類似于現(xiàn)行的浸提工藝，但是其浸提溶劑應(yīng)用的是丁醇而不是己烷，盡管該工藝的提油率較高，相對于其他浸提工藝有一定優(yōu)勢，但溶劑殘留問題仍然沒有得到解決。酶法技術(shù)的不斷完善不僅是自身的技術(shù)趨于成熟，同時也為冷榨工藝提供了先進的技術(shù)支持。

基于油料作物綜合利用的考慮，國外的研究方向主要集中于采用酶法與冷榨工藝相結(jié)合。比較有代表性的是Soto等人進行的一組對琉璃苣酶解冷榨的工藝研究。Soto等對酶法輔助冷榨提油進行了較為全面的工藝研究[13]，分別從選酶、水分、酶解時間、酶解溫度、壓榨時間等工藝方面進行了研究。他們采用Olivex（主要含果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶）和Celluclast（主要含纖維素酶、半纖維素酶）各50%的酶系進行處理，提高了琉璃苣油的出油率。其工藝方法是先將琉璃苣種子用手動螺旋研磨機使顆粒度在2mm左右，粉碎后的物料在100℃下熱處理20min，然后進行酶解，將酶解產(chǎn)物在40℃下真空干燥，再使用雙重壓榨設(shè)備，在榨膛壓力控制在49MPa、物料濕度保持在20%的條件下，每次壓榨20min，最終得到產(chǎn)品。

Soto等對水分含量的影響作出研究后指出，低水分可以增加酶的耐熱性，但高水分物料可以獲得更好的酶活性，從經(jīng)濟因素考慮，高水分總體來講是不利的，因為在壓榨前需要對物料進行干燥，而干燥會對種子結(jié)構(gòu)造成破壞，較難控制，從而確定琉璃苣油的最佳提取水分含量為20%。通過對溫度的研究發(fā)現(xiàn)，55℃下酶解后油產(chǎn)量相對45℃酶解較低，這是由于55℃下可溶性糖的含量較高，這些糖類可能會在壓榨前的干燥階段產(chǎn)生焦糖化作用，阻礙細(xì)胞中油的釋放而降低出油率。對于壓榨時間的研究顯示，20min以上的壓榨效果并沒有明顯的增加出油率，這是由于較長時間的壓榨使得細(xì)胞內(nèi)的空隙阻塞，封閉了出油通路；另一種提油障礙是由于油滴可能吸附于植物的纖維質(zhì)上，不易提取造成的。所以研究者采用雙重壓榨與熱預(yù)處理的方式，在一定程度上減輕了這些問題。最終該種工藝在45℃、20%濕度、9 h酶解后，雙重壓榨的提油率高達95%。并且，由于纖維素的降解，形成了更有利于人體吸收的餅粕成分，提高了營養(yǎng)價值，是一種較為成熟的酶法輔助冷榨提油的工藝。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)在冷榨提油工藝上也取得了一定的進展，在設(shè)備方面，李文林等對于冷榨制油設(shè)備中存在的技術(shù)難題進行了研究，主要針對傳統(tǒng)的冷榨設(shè)備ZX10型、ZX18型、ZY24型單螺桿榨油機中存在的榨膛難以推進、餅粕不成形、出油率較低的問題，設(shè)計出了新型的SSYZ50型雙螺桿榨油機，提高了出油率與油脂質(zhì)量，并且擁有較穩(wěn)定的機械性能。冷榨菜籽油餅粕的殘油率僅為15%[14]。

王瑛瑤等對酶法提取花生中的油與蛋白質(zhì)進行了探索[15]，他們對酶法提油工藝進行了改進，加入了堿抽提處理工藝，并對提油后的乳化液與固體殘渣進行了二次提取，得出了較好的工藝方法，最終確定出水解溫度60℃、水解pH 9.5、料液比1