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N o . 2 . 2 0 0 8 收稿日期:2 0 0 7 - 0 7 - 0 8 作者简介:贾利蓉( 1 9 7 2 ) ,女,四川人,讲师,研究方向为农产品贮藏与加工。 油料种籽不仅富含油脂,一般还含有丰富的蛋 白质,因此在提取油脂的同时必需考虑操作条件对 蛋白质性能的影响及提油后如何充分利用蛋白质的 问题。目前从油料种籽制取植物油的主要方法是压 榨法和溶剂浸出法,这两种方法虽然出油率较高, 但几乎都要对油料进行高温热处理,以使油料细胞 中的蛋白质变性而利于油脂的释放。高温热处理不 仅能耗大,同时取油后饼粕因蛋白质等成分的变性 程度较大而不能利用或利用程度有限。如果采用低 热处理,则提油率大为下降。采用酶法提取植物油 脂,可以降低油料处理温度,提高油脂的提取率或 提高油脂和蛋白质等副产物的质量 1 - 2 。在能源危机 日益严重,环境保护日趋重要的今天,无害节能、先 进的生物技术作为 2 1 世纪高技术的核心,受到各国 的高度重视。酶作为生物催化剂具有高效性、高选 择性、反应条件温和等优点,被公认为是对环境无 害的绿色催化剂。将酶技术应用到油脂工业中,在 很大程度上解决了环境污染问题并降低了能耗。 1 酶法提取植物油脂原理及回收蛋白质的方法 1 . 1 酶法提取油脂的原理 植物细胞壁由纤维素、半纤维素、木质素和果 胶组成,油脂存在于细胞器官中,通常与其他大分 子( 蛋白质和碳水化合物) 结合构成脂多糖、脂蛋白等 复合体,只有将油料组织的细胞结构及油脂复合体 破坏,才能取出其中的油脂。在机械破碎的基础上, 采用纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶、葡聚 糖酶、蛋白酶等处理油料,可使油料细胞壁破坏,脂 多糖、脂蛋白分解,有利于油脂从油脂脂体中释放, 从而提高出油率。另外,在油料磨浆过程中,部分磷 R e s e a r c hp r o g r e s so f p l a n t o i l e x t r a c t i o na n dp r o t e i nr e c o v e r yb y e n z y ma t i cp r o c e s s i n g J I AL i - r o n g , Y UL i n g - y u n , Z H A N GWe n - x u e ( C o l l e g eo f L i g h t I n d u s t r ya n dF o o dS c i e n c e , S i c h u a nU n i v e r s i t y , C h e n g d u6 1 0 0 6 5 ) A b s t r a c t :T h i sp a p e rma i n l yi n t r o d u c e dt h er e s e a r c hp r o g r e s so fo i le x t r a c t i o na n dp r o t e i nr e c o v e r yb y e n z y ma t i cp r o c e s s i n g , c r a f t st y p ea n dc h a r a c t e r i s t i c s . I t sa p p l i c a t i o np r o s p e c t sw e r ea l s od i s c u s s e d . K e yw o r d s :o i l e x t r a c t i o nb ye n z y ma t i cp r o c e s s i n g ; c r a f t s ; p r o t e i n 酶法提取植物油脂及 回收蛋白质研究进展 贾利蓉,俞凌云,张文学 ( 四川大学轻纺与食品学院,成都 6 1 0 0 6 5 ) 摘要:介绍了酶法提取植物油脂及回收蛋白质技术工艺种类、特点及研究进展,并展望了其应用 前景。 关键词:酶法提油;工艺;蛋白质 中图分类号:T S2 2 4文献标志码:B文章编号:1 0 0 5 - 9 9 8 9 ( 2 0 0 8 ) 0 2 - 0 1 1 4 - 0 4 食品添加剂食品添加剂粮油深加工 1 1 4 N o . 2 . 2 0 0 8N o . 2 . 2 0 0 8 脂转移到油中,与蛋白质结合并吸附在油滴表面形 成稳定的乳状液,酶作用可破坏脂蛋白膜,降低乳 状液的稳定性,从而提高油脂提取率 3 - 4 。 1 . 2 回收蛋白质的方法 蛋白质与油脂初步分离后,对蛋白质的提取常 采用酸提法、碱提法、水代法、膜分离技术、超滤 法、离子交换法等,这些方法常常结合起来以达到 目的。 目前,国内外绝大多数厂家所采用的是碱溶酸 沉工艺。先用稀碱溶液使低温脱脂油料中蛋白质溶 解出来,离心除去不溶性纤维及固体残渣、澄清蛋 白液,再用酸将浸出液 p H值调至蛋白质等电点使其 凝集沉淀,离心分离沉析的蛋白质凝胶,最后经洗 涤、中和、灭菌和喷雾干燥得到粉状分离蛋白。 超滤技术的使用也较为广泛。在常温下以膜两 侧的压力差为推动力,利用膜的选择透过性,使小 分子物质和溶剂透过超滤膜成为透过液,大分子物 质则被截留在膜的料液侧,从而起到分离、浓缩及 纯化的作用。超滤法具有传统分离操作( 如蒸发、萃 取、蒸馏等) 无可比拟的优点,例如,无相变,能耗 低,工艺设备简单,分离效果好,不造成环境污染 等 5 - 6 。利用超滤技术分离蛋白质,可除去蛋白质中 的脂肪氧化酶或降低其在蛋白质中的含量,还可分 离出植酸等微量成分,因而产品具有植酸含量低、 消化率高、色泽浅、无异味等优点 7 。 离子交换法是在两种以上离子之间相互交换的 过程,一般指溶液中的溶质解离为离子,其中带一 种电荷的离子与固相交换剂所携带的带同种电荷的 离子进行交换,从而达到物质分离的过程 8 。离子交 换法用于蛋白质分离,具有成本低、设备简单等优 势,但目前工业化大生产中应用较少,有待于进一 步推广开发和应用。 2 酶法提取植物油脂及回收蛋白质的工艺 综合国内外的文献报道,至今已研究的酶法提 油工艺可分为四类,即水相酶解水提油工艺、水相 酶解有机溶剂萃取提油工艺、低水分酶解压榨提油 工艺和低水分酶解溶剂浸出提油工艺。根据不同的 酶法提油工艺,选用适当的回收蛋白质的方法,以 节约能源,高效回收高品质、高纯度的蛋白质。 2 . 1 水相酶解水提油工艺 油料在水相中进行酶解,以水为溶剂来提取油 脂,又称水酶法工艺。该工艺是在水代法提油工艺 基础上发展起来的,也是至今研究最多的酶法提油 工艺。油料经研磨后调节至适当的固液比,加入酶 进行酶解,酶解结束后固液分离,液相为油和水的 混合物,其中包含水溶性蛋白质,水溶性蛋白质可 通过调 p H值至蛋白质等电点,形成凝胶沉淀,液相 进一步浓缩,经破乳化后离心分离得到油脂,水相 和凝胶沉淀经超滤进一步处理纯化回收蛋白质。工 艺路线如下: 水、混合酶制剂 油料清理破碎蒸气热处理混合酶解 过滤除固形物 浓缩 液相 破乳化,调 p H值 成品油精炼毛油油相离心分离 油料蛋白干燥超滤水相和沉淀 水相酶解水提油工艺与水代法提油相比,其优 势是很明显的。水代法工艺得油率低,通常只有 3 0 % 4 0 %,由于在高水分环境中受到长时间处理, 油的品质也不好;此外,为了提高油的分离效果,往 往要采用高温焙烤原料、加沸水入磨以及采用高速 离心分离等办法,不仅能源消耗高,且对油脂及副 产物的品质也有极大的影响。如果在水代法中加入 酶,可利用酶解作用进一步打破水磨时未能破坏的 油料细胞,同时也破坏了油料中脂蛋白和脂多糖等 复杂大分子结构,使更多的油释放出来,酶解还有 破除油和蛋白质等物质在水相中产生的乳化作用, 使油脂的分离更容易,因而油得率的提高是很明显 的。水酶法生产过程中,磷脂从油中分离出来,因此 在后续的精炼中不需要再进行脱胶,简化了工序 9 。 由于酶的作用条件较温和,油和脱脂后的饼粕的品 质也大大提高 1 0 。经等电点沉淀法分离出油脂中的水 溶性蛋白质,再经超滤进一步提纯蛋白质,得到达 到可食用标准的蛋白质。 水酶法在提取油脂和回收蛋白质的同时,也有 效地除去了一些油料中的有毒成分或抗营养因子, 例如花生中的黄曲霉毒素、油菜籽中的含硫化合物 ( 致甲状腺肿素) 、葵花籽中的咖啡酸和绿原酸、棉籽 中的非棉酚类色素等等。 多年来,水酶法提油研究领域十分活跃。钱志 娟 1 1 等采用水酶法从玉米胚芽中提取玉米胚油的同时 回收蛋白质,提油率可达到 9 1 . 0 %,经纳滤、浓缩、 喷雾干燥得到了低脂蛋白质和碳水化合物。华娣 1 2 等 采用水酶法从花生中提取油和水解蛋白,总游离油 得率可达 9 1 . 9 8 %,总水解蛋白得率可达 8 8 . 2 1 %。 D o m i n g u e z 1 3 等人采用水酶法从葵花籽中同时制备葵 花籽油和蛋白质,油的提取率达到 3 0 %,同时得到 颜色浅无抗营养成分的蛋白粉;在水浸提过程中, 有 8 7 %的酚类化合物成功被除去,蛋白质在人体消 粮油深加工 1 1 5 N o . 2 . 2 0 0 8 化能力增加到 7 5 %,超过了一般加工过程得到的蛋 白质消化率能力。S i n e i r o 1 4 等人研究了用纤维素酶浸 提葵花籽油和蛋白质的工艺,油得率和多酚类物质 的去除率分别提高到 3 0 %和 8 0 %以上,同时分离出 油料中的蛋白质。 2 . 2 水相酶解有机溶剂萃取提油工艺 油料在水相与酶作用,加入有机溶剂来萃取油 脂,然后分离水相与有机相,有机相真空回收溶剂 得到油脂,水相中的蛋白质通过超滤方法进行回收。 该工艺方法又分两种,一种是有机溶剂在酶解时加 入,酶解和萃取是同时进行的;另一种是有机溶剂 在酶解结束后加入,与水酶法相似,只是在分离油 脂时采用了有机溶剂萃取分离法。工艺路线如下: 油料水磨( 热处理) ( 加溶剂 1 ) 酶解( 加溶剂 2 ) 过滤除固形物离心分离两相有机相回收溶剂 水相油脂 超滤干燥油料蛋白 有机溶剂的加入,主要使酶解释放出来的油分 散于与水不溶的有机相中,以增加取油的效果,同 时也使油、蛋白和水( 液相) 更易于分离。所得油脂质 量高,无需精炼或较低成本的精炼就可达到食用油 的等级要求,回收的蛋白质纯度较高。该方法非常 适合大豆等低油分油料,可避免水酶法对低油分油 料提油中存在的油分离困难与提油率偏低的问题。 谢祥茂 1 5 等采用水相酶解有机溶剂萃取提油工艺从大 豆中提取大豆油,总提取率达到 7 0 %以上,刘志强 1 6 等采用此工艺提取菜籽油与菜籽蛋白,并以超滤法 分离菜籽蛋白,油与蛋白质得率分别为 9 2 . 6 %、 8 2 . 3 %。 2 . 3 低水分酶解压榨提油工艺 油料经破碎、加热杀灭自身酶系,对破碎灭酶 不彻底的油料进一步热处理后,调整水分至 2 0 % 3 0 %之间,外加酶处理,酶解结束后对油料进行干 燥,调节入榨水分,进行压榨取油,油料饼粕粉碎 后常采用碱溶液萃取蛋白质,再经超滤纯化蛋白质。 工艺路线如下: 油料破碎或轧胚( 热处理) 调整水分,加酶处 理干燥压榨液相油脂 固相碱萃取分离去除残渣超滤干 燥油料蛋白 该工艺的特点是,酶解作用不是在水相进行的, 而是在具有一定湿度的油料固体表面进行,酶处理 结束后经干燥去除了大部分水分,可减少油水分离 工序,并且没有废水产生,油脂纯度更高,蛋白质 也更易提取。S o s u l s k i 对 c a n o l a 菜籽的实验表明,酶 处理后提油率为 9 0 % 9 3 %,而对照组( 不加酶) 只 有7 2 %。但此工艺中,为了减轻干燥脱水的负担,酶 解作用通常是在低水分含量下进行的,因此酶解效 率较低 1 7 - 1 8 。该工艺只适合油料种籽的提油,特别是 含油量高的种籽。 2 . 4 低水分酶解溶剂浸出提油工艺 该工艺与低水分酶解压榨工艺相似,油料经破 碎、加热杀灭自身酶系后,调整水分至 2 5 % 4 0 %加 酶处理,酶解结束后干燥油料,至水分含量 1 5 %, 用有机溶剂浸出油脂,真空汽提回收溶剂。此法适 用于果实和种籽的提油。工艺路线如下: 油料破碎或轧胚( 热处理) 调整水分,加酶处理 干燥有机溶剂浸出有机相真空汽提回收溶剂油脂 饼粕碱萃取分离去除残渣超滤干燥油料 蛋白 与酶解后压榨工艺相比,溶剂的使用会使油料 中的油更易浸出,得油率增高,提油时间也可缩短。 但与之相同的问题是,酶在低水分下的作用效果较 差,且不均匀,酶解后需要干燥到更低的水分含量, 以便于溶剂的浸提 1 9 。 3 酶法提取植物油脂及回收蛋白质的优势及问题 3 . 1 酶法提油工艺的主要优点 酶法提油工艺能耗明显低于传统方法,更主要 的是油料蛋白质的性能得到很好地保持,达到同时 利用油脂和蛋白质的目的。同时,油料不经高温处 理,所提油脂的品质也明显提高。 同一提油工艺应用了酶处理,油得率明显提高。 油料中存在的脂蛋白和脂多糖,不仅阻碍油脂的提 取,而且这些复合物本身就会对油分子起包埋作用, 传统的机械处理和热处理难以打破这种包埋,而通 过酶法就能降解复合物,释放油脂。此外,应用酶法 可解决油脂提取过程中的乳化难题。这不仅在水提 油工艺中,而且在 9 5 %乙醇浸出,以及油果的压榨 提油中均有严重影响提油率的乳化现象,利用酶解 破坏其中起两性作用的物质,如蛋白、果胶、磷脂 等,就可大大减少乳化现象,提高得油率。 酶法提油根据不同类型的工艺还具有缩短提 油时间、提高设备利用率,提高油脂质量及饼粕 的利用价值,减少浸出溶剂用量、降低溶剂消耗等 特点 2 0 。 3 . 2 酶法提油工艺对蛋白质性能的优化 酶法提油工艺处理植物性油料,不但可提高油 脂的提取率,也可提高植物蛋白的提取率,同时对蛋 白质的营养效价和功能特性也产生影响。酶解对蛋 白质功能特性的优化主要表现在以下 4 个方面: 食品添加剂食品添加剂粮油深加工 1 1 6 N o . 2 . 2 0 0 8N o . 2 . 2 0 0 8 ( 1 ) 显著改善大豆分离蛋白的乳化性能; ( 2 ) 导致蛋白质中极性基团( - N H +,- C O O-) 数目 增加、多肽链平均分子量降低、分子构象变化,使蛋 白质水溶性对溶液 p H值的依赖性降低,溶解度显著 提高; ( 3 ) 随着酶解的进行,蛋白质的许多疏水基被 暴露出来,使酶解液疏水性增强,表面张力减弱, 发泡力增强; ( 4 ) 酶解大豆蛋白产生的多肽,其黏度随浓度增 高时变化不大,也不因 p H值变化而急剧变化,这一 特性适合于高蛋白液体食品的使用,即使添加量达 到 3 0 %以上也不腻口。 3 . 3 有待解决的问题 酶法提取植物油脂及回收蛋白质工艺主要存在 酶效率低、用量难以降低的问题。当前研究的水酶 法是将油料蛋白充分降解为水溶性蛋白后再提油, 酶用量可以减少,但酶用量减少,则乳化问题就比 较严重。水酶法固液分离后,液相中油、水、蛋白质 三者的乳化体系破坏困难,需要较为复杂的设备, 工艺过程也不稳定。因而需进一步研究避免水相乳 化的工艺方法,使工业化应用易于实现。酶解浸出 和酶解压榨法是在固体油料中进行酶促反应,虽然 没有乳化问题,但效率不高,酶的用量大,需进一步 研究提高提油效率,降低酶用量。 各种酶法提油工艺几乎都是在酶解结束后通过 钝化酶达到使酶失活的目的,造成酶资源的浪费, 因此如何回收酶以降低生产成本也成为酶法提油技 术发展的关键问题。 采用超滤膜法回收油料蛋白时,由于超滤膜污 染会导致膜通量下降,造成分离性能发生变化从而 使生产能力下降,因此在研究过程中需要解决膜污 染问题,同时研制高效、价格低廉的超滤膜,从而提 高蛋白质回收率,降低其回收成本。 4 酶法提取油脂及回收蛋白质的研究及应用前景 近年来,酶法提取油脂及回收蛋白质已成功应 用于花生油和玉米胚芽油工业生产中,对于油菜籽、 大豆等油料,也相继展开中试研究,相信不久也会 在工业生产中大规模应用。与传统制油方法相比, 酶技术应用简化了浸出、去杂及精炼设备与工序, 使设备投资大幅降低,且出油率较高、油质好,制油 效益明显提高。回收( 水解) 蛋白粉市价比传统制油工 艺产生的饼粕市价大幅提高,回收( 水解) 蛋白粉中除 含油量低外,其余营养成分几乎全部保留,对进一 步开发植物蛋白资源非常有利。 随着生物工程、基因工程和固定化酶技术不断 进步,酶源不足、使用成本高、稳定性差和易失活 等问题已得到很好的解决,这为酶在油脂工业中的 利用铺平了道路。因此,酶技术在油脂工业生产中 有着广阔的应用前景,代表了未来油脂工业的发展 方向。 参考文献: 1 赵红梅, 于志玲. 中国植物油加工业的现状及发展前景 J . 粮食流通技术, 2 0 0 0 , ( 6 ) : 3 9 - 4 0 2 Hd o m i n g u e s , e t a l . A q u e o u s p r o c e s s i n g o f s u n f l o w e r k e r n e l s w i t he n z y m a t i c t e c h n o l o g y J . F o o dC h e m i s t r y , 1 9 9 5 , 5 3 : 4 2 7 3 J S i n e r i r o ,e t a l .O p t i m i z a t i o no f t h e e n z y m a t i c t r e a t m e n t d u r i n g a q u e o u s f r o ms u n f l o w e r e e d J . 1 9 9 8 , 6 1 ( 4 ) : 4 6 7 - 4 7 4 4 左进华, 黄海洲, 侯汉学. 大豆蛋白生产与应用现状 J . 粮 食与油脂, 2 0 0 7 , ( 5 ) : 1 2 - 1 5 5 雷椒芳, 晃芳芳, 张雪苍. 大豆分离蛋白的生产工艺及其 在食品工业中的应用 J . 粮食加工, 2 0 0 4 , ( 4 ) : 5 3 - 5 6 6 S h a l l oH E , e t a l . P r e p a r a t i o no f o f s o yp r o t e i nc o n c e n t r a t e b y u l t r a f i l t r a t i o n J . F o o dS c i , 2 0 0 1 , 6 6 ( 2 ) : 2 4 2 - 2 4 6 7 刘大川, 杨国燕, 翁利荣, 等. 超滤膜法制备大豆分离蛋白 工艺的研究 J . 中国油脂, 2 0 0 3 , ( 1 1 ) : 3 0 - 3 4 8 孙彦. 生物分离工程 M . 北京: 化学业出版社, 2 0 0 1 9 R o b e r t AM o r e a u , D a v i dBJ o h n s t o n , M i c h a e l J P o w e l l , e t a l .Ac o m p a r i s o no f c o m m e r c i a l e n z y m e s f o r t h ea q u e o u s e n z y m a t i c e x t r a c t i o no f c o r no i l f r o mc o r ng e r m J . A mO i l C h e m , 2 0 0 4 , 8 1 ( 1 1 ) : 1 0 7 1 - 1 0 7 5 1 0 M c G l o n e O C . C o c o n u t o i l e x t r a c t i o nb yan e wJ . F v v dS c i , 1 9 8 6 , 5 1 : 6 9 5 - 6 9 7 1 1 钱志娟, 王璋, 许时婴, 等. 玉米胚芽水酶法提油及蛋白质 的回收 J . 无锡轻工大学学报, 2 0 0 4 , 2 3 ( 5 ) : 5 8 - 6 2 1 2 华娣, 许时婴, 王璋, 等. 酶法提取花生油与花生水解蛋白 的研究 J . 食品与机械, 2 0 0 6 , 2 2 ( 6 ) : 1 6 - 1 9 1 3 H . d o m i n g u e s , e t a l . A q u e o u s p r o c e s s i n g o f s u n f l o w e r k e r n e l s w i t h e n z y m a t i c t e c h n o l o g y J . F o o dC h e m i s t r y , 1 9 9 5 , 5 3 : 4 2 7 1 4 C h eM a n ,Y BS u h a r d i y o n o ,A s b i AB ,e t a l .A q u e o u s e n z y m a t i c e x t r a c t i o no f c o c o n u t o i l J . J A mO i l C h e mS o c , 1 9 9 6 , 7 3 : 6 8 3 - 6 8 6 1 5 谢祥茂, 钱俊青. 水相酶法处理萃取大豆油工艺的研究 J . 浙江工业大学学报, 2 0 0 1 ,

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