（食品科学专业论文）水酶法制备菜籽油的研究.pdf

西华大学硕士论文 水酶法制备菜籽油的研究 食品科学专业 研究生李桂英指导教师袁永俊 摘要 本文对水相酶法制备菜籽油的工艺进行了研究，研究内容包括三个方面： 菜籽原料预处理对水酶法制备菜籽油的影响；酶解方法与酶解影响因素的研 究：破乳对得油率影响的研究。 预处理对水相酶法提油的研究结果表明：加热时间为2 d , 时时，加热温度 为9 0 时，捣碎时间为1 5 分钟，出油最高。 几种不同酶解方法的研究表明：酶解一提油一再酶解一再提油的方法效果最 佳。水相酶解提油的效果受几个因素的影响。油的产量与体系的p h 、加水比、 温度、粉碎度、以及酶的添加量等因素有关。 当酶解温度为5 0 时，蛋白质的水解度最高，出油率也达到最高：当p h 为6 0 时，水解度为1 3 7 9 ，此时出油率最高，为8 4 3 。随着p h 值的升高， 水解度逐渐升高，当p h 值为7 0 时，水解度达到最高，之后水解度逐渐降低： 出油率则随p h 值的升高而逐渐降低。 随着底物浓度的降低或随着料水比的增大，水解度逐渐增大，当料水比为 l ：5 时，水解度达到最大，此时出油率也达到最大随着酶用量的增加，水解度 和出油率均逐渐增加，当酶用量为l o m l 时，水解度和出油率均达到最大。随 着破碎度的增大，水辑度和出油率均逐渐增大，当破碎度为2 0 0 目时，水解度 刷出油率达到最大。但1 6 0 目到2 0 0 目之间出油率没有太大的差异，为此，实 际生产可以考虑粉碎度为1 6 0 2 0 0 目。 用水酶法处理机械破碎后的菜籽，酶解一段时问后，油脂、蛋白质等大分 第1 页共4 页 西华大学硕士论文 子物质从菜籽细胞内分散到水相中。由于菜籽油自身的极性与粘性，以及亲水 亲脂蛋白( 表面活性物质) 的存在，使得本来不相溶的油脂、水连在一起，不易 彻底分离，形成乳化油。为了保证菜籽油的使用、保存及质量，必须除去乳化 油中的水、蛋白质等物质。通过对破乳的研究，试验证明，离心，加热，调p h ， 萃取均有助于破乳。萃取破乳效果最佳。 关键词： 水相酶法，菜籽油，菜籽蛋白，出油率，水解率 第2 页共4 页 西华大学硕士学位沦文 t h es t u d yo na q u e o u se n z y m a t i cp r e p a r a t i o no fr a p e s e e do i l s p e c i a l t yo ff o o ds c i e n c e p o s t g r a d u a t e ：l ig u i y i n g a d v i s o r ：y u a ny o n g j u n a b s t r a c t t h i s p a p e r s t u d i e dt h e p r o c e s s o f a q u e o u se n z y m a t i cp r e p a r a t i o n o f r a p e s e e d o i l t h ep a p e ri n c l u d e dt h r e ep a r t sa sf o l l o w s ： t h er e s e a r c ho ft h ep r e t r e a t m e n ta q u e o u se n z y m a t i cp r e p a r a t i o no fo i l ，t h e r e s e a r c ho fe n z y m a t i cm e t h o da n de n z y m a t i cf a c t o ra n dt h ed e m u l s i f i c a t i o n r e s e a r c h t h er e s e a r c ho ft h ep r e t r e a t m e n ta q u e o u se n z y m a t i cp r e p a t a t i o no fo i ls h o w e d t h a tt h eh i g h e s tq u a n t i t yc o u l db eo b t a i n e di nt h ec o n d i t i o no ft h eh e a t i n gt i m eo f t w oh o u r s ，t h eh e a t i n gt e m p e r a t u r eo f9 0 。ca n dt h eg r i n d i n gt i m eo f1 5m i n u t e s t h es t u d yo nt h ed i f f e r e n te n z y m a t i cm e t h o ds h o w e dt h a tt h eb e s tm e t h o d s h o u l di n c l u d et h ef o l l o w i n gs t e p ：e n z y m a t i cd e g r a d a t i o n ，e x t r a c t i n g ，r e e n z y m a t i c d e g r a d a t i o na n dr e e x t r a c t i n g t h ee f f e c to fa q u e o u se n z y m a t i cp r e p a r a t i o no fo i lw a si n f l u e n c e db ys o m e f a c t o r s t h eo u t p u to ft h eo i lw e r ed e t e r m i n e db yt h ef o l l o w i n gf a c t o r s ：t h ep ho f t h es y s t e m ，t h er a t i oo fw a t e rt or a p e s e e d ，t h et e m p e r a t u r e ，t h ed e g r e eo f g r i n d i n ga n dt h ec o n t e n to fe n z y m e t h ed e g r e eo fa q u e o u sd e g r a d a t i o no fp r o t e i nr e a c h e dt h ep e a kw h e nt h e t e m p e r a t u r eo fa q u e o u sd e g r a d a t i o nw a s5 0 。c ， m e a n w h i l e ，t h ed e g r e eo fo i l p r o d u c t i o nr e a c h e dt h ep e a k t h ed e g r e eo fo i lp r o d u c t i o na l s or e a c h e dt h ep e a ko f 8 4 3 w h e np hw a s6 0 ，a tw h i c ht h ed e g r e eo fh y d r o l y s i sw a s1 3 7 9 t h e nt h e d e g r e eo fh y d r o l y s i si n c r e a s e dg r a d u a l l yw i t ht h ei n c r e a s eo fp ha n dr e a c h e dt h e p e a kw h e nt h ep hw a s7 0 a f t e rt h e n ，t h ed e g r e eo fh y d r o l y s i sd e c r e a s e d 1 1 1 两华人学硕士学位论文 g r a d u a l l y h o w e v e r ，t h ep r o d u c t i o no fo i ld e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fp h t h ed e g r e eo fh y d r o l y s i si n c r e a s e dw i t ht h ed e c r e a s eo ft h ec o n c e n t r a t i o no f r a p e s e e do rt h ei n c r e a s eo ft h er a t i oo fw a t e r w h e nt h er a t i oo fr a p e s e e dt ow a t e r w a s1 ：5tt h ed e g r e eo fh y d r o l y s i sa n dt h ep r o d u c t i o no fo i lr e a c h e dt h em a xv a l u e b o t ht h ed e g r e eo fh y d r o l y s i sa n dt h ed e g r e eo fo i lp r o d u c t i o ni n c r e a s e dg r a d u a l l y w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ed o s a g eo ft h ee n z y m e w h e nt h ed o s a g eo fe n z y m ew a s 1 0 m l ，b o t ht h ed e g r e eo fh y d r o l y s i sa n dt h ed e g r e eo fo i lp r o d u c t i o nr e a c h e dt h e m a xv a l u e b o t ht h ed e g r e eo fh y d r o l y s i sa n dt h ed e g r e eo fo i lp r o d u c t i o na l s o i n c r e a s e dg r a d u a l l yw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ed e g r e eo ft h eg r i n d i n g w h e nt h ed e g r e e o ft h eg r i n d i n gw a s2 0 0 m e s h ，b o t ht h ed e g r e eo fh y d r o l y s i sa n dt h ed e g r e eo fo i l p r o d u c t i o nr e a c h e dt h em a xv a l u e h o w e v e r ，t h ep r o d u c t i o no fo i l h a v en o o b v i o u s l yd i f f e r e n c ew h e nt h ed e g r e eo ft h eg r i n d i n gw a si nt h er a n g eo f1 6 0 m e s h s t o2 0 0 m e s h s s ot h ed e g r e eo ft h eg r i n d i n gi nt h er a n g eo f1 6 0 m e s ht o2 0 0 m e s h c o u l db ec o n s i d e r e di nt h ep r o d u c t i o n w h e nt h e r a p e s e e d i s p r o c e e d e db yc o m b i n i n gp h y s i c a lg r i n d i n g w i t h e n z y m a t i cd e g r a d a t i o n ，t h em o l e c u l eo fo i la n dp r o t e i nw i l ld i s p e r s ei n t oa q u e o u s p h a s ea n df o r mt h ee m u l s i f i e do i l b e c a u s eo ft h ep o l a r i t ya n dt h es t i c k i n e s so f r a p e s e e d o i la n dt h ee x i s to fh y d r o p h i l i ca n dl i p o p h i l i cp r o t e i n ，t h eo i la n dt h e w a t e rw i l lm i x e da n di tw a sd i f f i c u l tt o s e p a r a t et h e mt h o r o u g h l ya n df o r m e m u l s i f i e do i l f o rt h ea i mo fu s a g e ，p r e s e r v a t i o na n dt h e q u a l i t yo ft h e r a p e s e e d o i l ， i tw a sn e c e s s a r yt og e tr i do ft h ew a t e ra n dt h ep r o t e i ni nt h e e m u l s i f i e do i l t h es t u d yo nd e m u l s i f i c a t i o ns h o w e dt h ec e n t r i f u g e ，t h eh e a t i n g ， t h ea d j u s t m e n to f p ha n dt h e e x t r a c t i o nw e r eh e l p f u lf o r t h ee m u l s i f i c a t i o n m e a n w h i l e ，t h eb e s te f f e c tc o u l db er e a c h e dw h e nt h ee x t r a c t i o nw a su s e d k e y w o r d s ：a q u e o u se n z y m a t i cm e t h o d ，r a p e s e e do i l ，r a p e s e e dp r o t e i n ， e x t r a c t i o nr a t eo fr a p e s e e do i l ，h y d r o l y s i sd e g r e e 1 v 西华大学硕士论文 第一章文献综述 菜籽是世界重要的粮食油料作物之一，占世晃粮食油料总产量的2 5 左右。 二十世纪五十年代以来，随着世界油脂工业的发展，菜籽的生产与产量大幅度 提高。菜籽油是一种营养丰富的油脂，不饱和脂肪酸含量占8 0 以上，其中油 酸在4 0 以上，易为人体吸收，有良好的煎炸性和抗氧化性，长期食用，可降 低人体内血清胆固醇的含量，防治动脉硬化，促进微血管循环，防结肠癌，降 压减肥，尤其对肥胖病、高血压、心脏病、动脉硬化和糖尿病更为有益。用于 饲料配方中，能使鱼类和动物抗病，增加食欲，提高肉蛋的品质。菜籽中的 蛋白质是全价蛋白，其中大部分是球蛋白，赖氨酸高达5 8 左右，且富含其他 人体必需氨基酸，其生物学价值高。传统的菜籽制油工艺是采用机械处理( 轧 胚) 和热处理( 蒸炒) ，使细胞结构受到充分破坏、蛋白质凝固变性而创造出有 利的出油条件，但结果出油率不高，油的色泽较深，油质欠佳。虽然通过浸提 法提取粕( 渣) 中的油脂，使出油率提高，但油脂质量仍未能得到改善；且通过 高温热处理( 蒸炒) ，蛋白质已严重变性：又由于菜籽饼粕( 渣) 含有大量毒性物 质及抗营养因子，如菜籽饼粕里的异硫氰酸酯、芥子碱、恶唑烷硫酮、植酸、 单宁等丽使菜籽蛋白利用困难，绝大部分饼粕( 渣) 用作肥料。我国饲料原料， 特别是蛋白质饲料比较缺乏，每年进口的鱼鼢、豆粕量较大。而我国丰富的菜 籽饼粕中粗蛋白含量高达2 8 一4 0 ，是一种优质蛋白，有较高的生物效价，营 养价值优于其他植物饲料蛋白，但由于技术和经济等原因却未能被充分利用， 因此在菜籽制油过程中寻找一种制取菜籽油与蛋白质二者兼顾的新工艺至关 重要。 1 1 菜籽的组成成分 1 1 1 菜籽中的油脂 油脂是自然界存在的一种主要物质，是食品的三大主要成分之一，其主要 功能是提供热量，其热量为3 9 焦尔克。提供人体必需的脂肪酸和脂溶性维生 两华大学硕士论文 素等，以及赋予食品良好的风味和口感。精制菜油的组成如表卜1 。1 所示，从 表1 1 可以看出，菜油中多不饱和脂肪酸酯在6 0 以上，且不含胆固醇。长期食 用，不仅可以提高血液中不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比例，且可减少胆固醇 的摄入量，从而改善血脂代谢。菜油中v 。含量相对较多，v 。是肌肉进行正常代 谢、维持中枢神经系统、血管系统完整等许多功能所必需的营养素，缺乏时便 出现生殖障碍等多种疾病，同时v 。又是一种抗氧化剂，能控制体内对细胞膜有 害的过氧化物游离基保持在最低水平。 表卜l 菜油的组成 t a b l e l 一1t h ec o n s t i t u t eo fr a p e s e e d o i l 蛋白餍( g ) 总腊葫( g ) 三彗湖酪( g ) 多不饱羊玎酯( g ) 照下饱和酝( g ) 0 1 0 0 9 8 ，8 6 1 1 2 4 8 不岛化物( g ) 膳圃薛( m g ) 植物馏醇( g ) 生育酚( m g ) 糖、纤维素、灰分( g ) 1 2 o 1 o 7 0 0 1 1 2 菜籽中的蛋白质 油菜籽是我国一种主要的油料作物，也是我省的主要油料作物。近年来， 随着农业产业结构的调整，油菜种植面积逐年扩大。菜籽含有3 5 - 4 2 的脂肪 和2 5 左右的蛋白质。目前我国年产菜籽1 0 0 0 万吨以上，其中菜籽蛋白含量达 2 0 0 万吨以上。因此是重要的油脂及植物蛋白资源。 菜籽蛋白具有很好氨基酸平衡，和大多数植物性蛋白不同，菜籽蛋白富含 赖氨酸和蛋氨酸，品质比大豆蛋白质好。在绿色营养学理论指导下研究表明， 无论是与酪蛋白比，还是与油料蛋白、谷类蛋白比，菜籽蛋白质均显示了营养 功效大的实用价值优势“”。 两华大学硕士论文 表1 2 菜籽浓缩蛋门氨基酸组成及比较( g 1 6 9 氮) 1 t a b e l 一2t h ec o n s t i t u t eo fr a p e s e e dp r o t e i na n dc o m p a r et os o y b e a np r o t e i n 氯耩肢 芸墓善嘉差善f 推a o 荐w 值i ， 舁亮氢般 亮氟醴 赖氮酸 辈芮氨醚 笨丙摄酸+ 端氯敬 酪氯醣 半胱氧酿 牛脱氧酸+ 鬣氨酸 鬣氮酸 _ ；i j = 董( 酸 色氧a 蝴氮酸 4 8 7 b 3 5 2 q 1 3 9 1 r 3 2 i4 4 2 i ，5 4 ，9 4 。0 7 0 55 6 一( 】 3 ，5 4n lo s d a m p r ， 而s o s c u l s k i “等采用低水分酶法工艺提取菜子油时，酶作用效果为复合酶 o p g p e h e c e ，一般情况下，复合酶作用优于单一酶，它能更彻底地降解细胞 组织结构。某些微生物所产生的酶系降解植物组织的效果好于单一纯酶。 b h a t n a g a r 。”利用嗜热菌所产生的酶，酶解效果好，且热稳定性强。 酶浓度对提油效率的影响也很显著。一般酶浓度增加，会使油的得率和油 西华大学硕士论文 的分离速率增大，但往往存在一个较为适宜的酶浓度值。如在使用酶处理橄榄 果肉时，纤维素酶适宜浓度为2 5 3 o g l ，酸性蛋白酶的适宜浓度为2 5 3 0 “l ，果胶酶的适宜浓度为2 5 3 o g l ”】【3 8 】。但单一使用以上三种酶对油的 提取率影响不大，而使用纤维素酶与果胶酶或使用纤维素酶与酸性蛋白酶都比 单一使用两倍浓度的纤维素酶效果要好。当酶的添加量达到一定的浓度后，继 续提高浓度对油的提取率影响不大。商品酶的使用浓度一般为0 5 1 0 【1 。 采用酶法提油工艺从油料果实中提油，在油料磨浆过程中，部分磷脂转移到油 中，与蛋白质结合并吸附在油滴表面形成稳定的乳状液。利用蛋白酶水解蛋白 质，破坏脂蛋白膜，降低乳状液的稳定性，可提高提油效率。 1 _ 3 - 3 3 酶解温度、d h 值、时间 酶解温度、p h 值与酶的种类及来源有关，采用不同的酶从植物油料中提取 油脂，作用温度、p h 值和时间有所不同。 酶解温度一般在5 0 。c 左右，但也有在酶解过程中采用变温程序。f u l l b o o k “ 采用程序升温工艺( 5 0 ，6 0 m i n ：6 3 1 2 0 m i n ：8 0 1 3 m i n ( 灭酶) ) 处理油菜 籽和大豆。 细胞壁降解酶如纤维素酶、果胶酶等作用p h 值范围一般在3 0 8 0 ，最适 p h 值为4 5 5 5 ，通常可采用油料自然p h 值。酶解时间应尽可能的使油料细胞 最大程度的破坏，一般时间控制在0 3 h 3 h ，通常酶作用初始阶段油提取率提 高较快，酶作用一段时问( 7 0 m i n 9 0 m i n ) 后速度下降。酶解时间应综合考虑提 取率和提取效率【4 j 1 3 3 4 水和溶剂添加量 不同的酶法提油工艺，水的添加量变化很大。b u e n r o s t r o - 等1 2 5 i m c g l o n e 2 0 l 等采用水酶法提油工艺提取油梨和椰子油时发现，固液比( 原料：水) 分别为1 ：4 ， 1 ：5 时，提油率最高，i 而t a n o d e b r a h l 3 3 1 等采用该工艺提取可可豆和牛油树籽油 时，固液比则分别控制在1 ：1 ，1 ：2 。在溶剂相酶法提油工艺中，溶剂添加量 较水少，通常溶剂：水为1 ：2 。在低水分酶法提油工艺中，油料含水份较低，通 常控制在1 5 4 0 ，水分过低，会影响酶的作用。女1 d o m i n g u e z 3 4 】等采用低水分 两华大学硕士论文 酶法工艺从橄榄中提油，果实先干燥到水分含量至1 0 ，破碎后，加入缓冲介 质以稀释酶液，水分控制在3 5 时酶活力最高。d o m i n g u e z 3 卅采用此工艺从大 豆中提油，水分含量控制在1 5 2 0 左右。采用低水分酶法工艺，提油前油料应 适度干燥，水分含量控制在1 0 左右。 1 3 3 5 其他因素 酶法提油工艺中，一些非直接因素也会影响油的提取率。t a n o d e b r a h 。“ 等人采用水酶法提油工艺提取牛油树籽时，比较离心法和震荡浮选法对提油率 的影响，发现离心法比震荡浮选法提油率高得多。m c g l o n e 。“测定离心机的转 速与提油率的关系，结果发现当离心机的转速达到1 0 0 0 0 r p m 时，提油率最高。 在酶处理过程中，单价或二价阳离子可以活化果胶酶，且在一定浓度下对纤维 素酶和蛋白酶没有影响，因此在处理橄榄浆时，常加入2 4 的氯化钠和 0 5 - 1 5 的氯化钙。 1 4 水酶法提油效果与优点 就油脂的品质而言，在水酶法制油工艺中，磷脂首先从油中游离出来。无 需脱胶精炼。表卜3 列出了不同工艺制得的油的品质比较。经大多数研究表明， 用水酶法和浸出法制得的油品质并无太大差别。 表1 - 3 不同t 艺制得的油脂的品质比较p i t a b l e1 - 3t h eq u a l i t yc o m p a r eo ft h ed i f f e r e n to i lt e c h n o l o g y 人鲢抽五苯油菜籽湖 艏旗参数 一一 i ：蔓m 注水酶j 杰浸出法水酶谈裎 穗水酶法 敖价0 5o0 。4 01 i t 1 , 5o 1 9 22 0 6 矬飘 l 值( m e q k g _ ) 1 1 01 3 0 2 j 3 4 t 8 轻忆德 1 9 51 9 5 一一 1 7 61 7 3 碘潦 ：1 3 61 3 3 10 i 砷7 综上所述，水酶法提油工艺有以下优点： ( 1 ) 、操作条件温和，能够将营养物质尽可能保存。水酶法提油工艺与 两华大学硕士论文 传统的压榨法相比，整个工艺都在较为温和的条件下进行，即使在酶解之前为 破坏油料中的抗营养物质或灭酶对原利进行的热处理，一般采用蒸煮，而不是 采用传统制油工艺中的蒸炒。 ( 2 ) 、在提取油的同时，能将非油组分如可溶性蛋白质和碳水化合物一 同得到。采用水酶法提油工艺从油料中提油，油料经酶解离心后得到的酶解液 营养丰富，含有大量的蛋白质及可溶性多糖，酶解液经超滤浓缩后喷雾干燥得 到低脂的蛋白质和碳水化合物粉，可作动物饲料的配料。 ( 3 ) 、水酶法取油，所得油脂产量较压榨法高；油质清澈透明，油脂质 量好。 ( 4 ) 、在水酶法的处理过程中，水作溶剂，可以脱除一部分毒素。 ( 5 ) 、酶法制油可达到缩短制油时间，提高设备的处理能力，降低能耗。 ( 6 ) 、酶法工艺所产生的废水其b o d 、c o d 值较非酶法的下降7 5 和3 5 4 5 ，易于进行厌氧法废水处理”。 1 5 立题背景及意义 菜籽不仅是重要的油料资源，也是很好的蛋白质资源。据统计，1 9 9 7 年， 全世界油产量为5 7 8 5 0 万吨，我国菜油产量达1 0 5 0 0 万吨，约占1 5 ，但我国的 菜籽加工水平并不高，目前我国对菜籽的加工主要是采用压榨或压榨一浸出法 提取其中的菜籽油，菜籽中丰富的蛋白质白白浪费，除部分用作饲料外，其余 则只能做肥料。造成这一局面的主要原因包括：第一、菜籽本身含有一些抗营 养因子或潜在的有毒物质，使得除菜籽油外，其余组分利用困难；第二、采用 压榨或压榨一浸出法制油使得蛋白严重变性，导致开发利用其中的成分的经济 价值低廉，甚至毫无经济价值可言。随着菜籽育种技术的不断发展，高产双低 油荣在我国的种植面积越来越大，产量也越来越高，菜籽中的抗营养因子或潜 在的有毒物质含量也越来越低，在这样的背景条件下，继续采用传统的压榨或 压榨一浸出法制油技术显然已经不合适。能够使菜籽原料得到最大化开发和利 用的工艺技术的研究显然是十分必要的，水酶法菜籽油制备技术正好具有这方 面的潜能。 正如前面所述，水酶法制油技术还面临许多具体问题，例如，酶的价格较 西华大学硕士论文 高，特别是复合酶，尽管能够提高出油率，但其高昂的价格对菜籽加工业而言， 根本就无法接受；水酶法制油过程中不可避免会形成油水混合物即乳浊液，有 效破坏乳浊液的稳定性是提高得油率和保证油腊品质的重要技术难题。 从技术开发的经济角度考虑，本课题选择价格低廉的细菌中性蛋白酶作为 研究用酶，优化酶水解条件，同时结合对原料预处理技术和乳液破乳技术的研 究，尽可能从菜籽中提取最多的菜籽油。 1 6 本论文研究的主要内容 本文将对水相酶法制备菜籽油的工艺进行研究，研究内容包括三个部分： 菜籽预处理对水酶法制备菜籽油的影响；酶解方法与酶解影响因素的研究：破 乳对得油率影响的研究。 菜籽在酶解前的预处理对菜籽油的收率有很大的影响。采用干碾磨，油籽 破碎粒度控制在6 0 一8 0 目后采用组织匀浆机匀浆，达到适宜酶促反应所需的破 碎度。由于蛋白和油的乳化程度与组织匀浆机的旋转速度、匀浆时间均有关， 因此，先千研磨再用组织匀浆机匀浆将有可能降低乳化程度。酶解前热处理是 为了使菜籽细胞内的脂肪酶、过氧化物酶失活，同时使细胞壁疏松，增加渗透 性和便于酶的作用，使油更容易释放出来。 根据米氏方程和酶解的内部因素，酶浓度，底物浓度，空间位阻，扩散效 应等因素，研究酶解方法。减少相互制约，相互抑制作用，提高油脂得率。 影响酶解的因素很多，如温度、p h 、酶浓度、底物浓度、颗粒度大小、酶 解作用时间等。一般而言，酶解反应温度升高，酶反应速度增大，但酶本身很 易因过热而失去活性。温度除影响反应速率外，还可改变酶解液的物理性质。 如降低反应液的粘性，加速底物和产物的传质速率，间接影响产物得率。p l _ i 的变化影响酶活，从而影n 向产物的生成。酶浓度对提油效率的影响也很显著。 一般酶浓度增加，会使油的得率和油的分离速率增大，但往往存在一个较为适 宜的酶浓度值。当酶的添加量达到一定的浓度后，继续提高浓度对油的提取率 影响不大。油料粉碎度是影响酶解效率和提油效果的重要因素之一。颗粒大小 直接影响底物与酶的接触面积，进而影响产物的生成。适宜的酶解时间应从油 料细胞有较大程度的降解及提取油、蛋白质的效果，经济成本等诸多因素而定。 两华大学硕士论文 用水酶法处理机械破碎后的菜籽，酶解一段时间后，油脂、蛋白质等大分 子物质从菜籽细胞内分散到水相中。由于菜籽油自身的极性与粘性，以及亲水 亲脂蛋白( 表面活性物质1 的存在，使得本来不相溶的油脂、水连在一起，不易 彻底分离，形成乳化油【。为了保证菜籽油的使用、保存及质量，必须除去乳 化油中的水、蛋白质等物质。通过对不同破乳方法及因素的试验研究，论证其 破乳的效果及其对菜油质量的影响，为水酶法制油工艺的优化提供基础。 两华大学硕士论文 第二章菜籽预处理对水酶法制备菜籽油的影响 菜籽原料在酶解前的预处理对菜籽油的收率有很大的影响。在这一部分研 究中，主要探讨粉碎度、原料热处理对出油效果的影响。 根据质量传递的基本原理，适宜的粉碎度可大大增大原料的比表面积，强 化油脂、蛋白质等从固相转移到液相( 水) 的传递过程，从而保证油脂和蛋白 质的提取率，因而原料需要进行适度的粉碎。原料的粉碎方法可以包括机械干 磨和湿磨，它们各有优缺点。机械干磨由于原料水份含量低，在研磨过程中可 防止油脂乳化，但由于菜籽是高油分油料，在干碾磨过程中易结成油块、油饼， 阻碍进一步碾磨，同时研磨过程中会产生大量的热，使设备生产的连续性受限。 湿磨由于在研磨过程中加入了大量的水，因而可吸收碾磨过程中产生的大量热 量，保证设备的连续生产，但设备处理量大，同时在碾磨过程中，会增大油水 的乳化现象，给后工序的破乳、提取油脂带来一定的困难。在生产与科研试验 中，可以考虑利用机械干磨和湿磨各自的优点，将它们结合起来。首先采用机 械干磨，使菜籽原料达到一定的粉碎度，然后再采用湿磨，这样组合既能达 到粉碎要求，又能在很大程度上控制乳化。在这种组合条件下，湿磨可以使用 组织匀浆机或胶体磨，此时，蛋白和油的乳化程度与组织匀浆机旋转速度、物 料的温度及研磨的次数有关，如果增加机械干磨的粉碎次数，提高粉碎度，将 可能使提油率和蛋白的水解率均明显上升。 而采用热处理手段，可以使菜籽细胞内的脂肪酶、过氧化物酶失活，同时 使细胞壁疏松，增加细胞的渗透性和便于酶进入细胞内部发生作用，使油更容 易释放出来。延长热处理时间，提油率将有可能明显提高。但热处理时问也不 宜太长，否则有可能使料液的粘度增加，使传质阻力增加，反而有可能导致提 油率下降。 本章主要讨论热处理对菜籽油得率的影响。 两华大学硕士论文 2 1 材料与方法 2 1 1 材料 菜籽：市售 2 1 2 试剂与仪器 2 1 2 1 试剂 a s 1 3 9 8 中性蛋白酶( 生化试剂)北京酶制剂厂生产 氢氧化钠成都科龙化工试剂厂 盐酸 成都科龙化工试剂厂 磷酸氢二钠重庆北培化学试剂厂 磷酸二氢钠重庆北培化学试剂厂 甲醛成都科龙化工试剂厂 磷酸重庆北培化学试剂厂 硫酸成都科龙化工试剂厂 硫睃钾成都科龙化工试剂厂 硫酸铜 成都科龙化工试剂厂 石油醚( 3 0 6 0 ) 成都科龙化工试剂厂 无水乙醚成都科龙化工试剂厂 酪蛋白成都光华化学试剂厂 酪氨酸成都科龙化工试剂厂 以上试剂均为分析纯 2 1 2 2 仪器 p h s 一2 型酸度计上海第二分析仪器厂 7 2 2 型光栅分光光度计江苏扬中电子仪器厂 5 8 0 4 r 冷冻离心机 e p p e n d o r f m 叵温水浴锅郑州杜甫仪器厂 d h g 一9 0 7 5 a 型电热恒温鼓风干燥箱上海一恒科技有限公司 b s 一2 0 0 s 电子天枰北京赛多利斯天平有限公司 两华大学硕士论文 j j 一2 组织匀浆机 万能粉粹机 江苏常熟 江苏姜堰市分析仪器厂 2 1 3 分析方法 2 1 3 1 水分测定( g b 5 4 9 5 8 5 ) ：常压烘干法【4 1 1 2 1 3 2 蛋白质测定：凯氏定氮法1 4 2 1 3 3 脂肪测定：索氏抽提法【4 1 1 2 1 3 4 蛋白酶活力测定( g b 5 4 7 8 0 2 1 4 ) ：f o l i n 酚法【4 1 2 1 4 实验方法 2 1 4 1 不同加热时间对出油的影响 分别称取2 5 克经粉碎的菜籽粉，加入1 2 5 m l 蒸馏水( 1 ：5 料水比) ，于7 0 恒 温水浴中分别加热0 5 h r 、1 o h r 、1 5 h r 、2 o h r 后，用组织捣碎机捣碎l o m in ， 加入2 m l 中性蛋白酶液( 浓度2 ) ，于4 5 。c 恒温水浴中酶解4 h r ，煮沸灭酶l o m i n ， 用离心机在3 5 0 0 r m i n 下离一b l o m i n ，取油水层，萃取，烘干水份至恒重，称取 油净重量。 2 1 4 2 不同加热温度对出油的影响 分别称取2 5 克经粉碎的菜籽粉，加入1 2 5 m l 蒸馏水( 1 ：5 料水比) ，于7 0 c 、 8 04 c 、9 0 、9 5 下分别加热2 h r 后， 用组织捣碎机捣碎l o m i n ，加入2 m l 中性 蛋白酶液( 浓度2 ) ，于4 5 。c 恒温水浴中酶解4 h r ，煮沸灭酶1 0 m i n ，用离心机在 3 5 0 0 r m i n 下离, b l o m i n ，取油水层，萃取，烘干水份至恒重，称取油净重量。 2 1 4 3 捣碎时间对出油的影响 分别取2 5 克经粉碎的菜籽粉，加入1 2 5 m l 蒸馏水( 1 ：5 料水比) 于9 0 下加热 2 h r 后，取出分别捣碎5 m i n 、1 0 r a i n 、1 5 m i n 、2 0 m i n ，d h x 2 m l 酶液( 浓度2 ) ， 西华大学硕士论文 于4 5 。c 恒温水浴中酶解4 h r ，煮沸灭酶1 0 m i n ，用离心机在3 5 0 0 r m i n 下离心 1 0 m i n ，取油水层，萃取，烘干水份至恒重，称取油净重量。 2 2 结果与讨论 2 2 1 菜籽主要成分分析结果 表2 1 菜籽主要成分分析结果 t a b l e 2 1a n a l y s i sr e s u l to ft h em a i nc o n s t i t u t eo fr a p e s e e d 2 2 2 中性蛋白酶的酶活测定结果 表2 2 中性蛋白酶活力测定结果 t a b l e2 - 2d e t e r m i n e dr e s u l to fn e u t r a la l b u m e ne n z y m ea c t i v i t y 2 2 3 不同加热时间对出油率的影响 实验结果如下表2 3 所示。 表2 3 不同加热时间剥出油率的影响 t a b l e 2 3e f f e c to fd i f f e r e n th e a tt i r a eo nt h eq u a n t i t yo fr a p e s e e d o i 由表2 - 3 可得到图2 - 1 。 两华大学硕士论文 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 】0 0 0 51 0l52 0 加热时间( h r ) f i 9 2 - 1e f f e c to fd i f f e r e n th e a tt i m eo nt h ee x t r a c t i o nr a t i oo fr a p e s e e do i l 图2 - 1 不同加热l l 寸问对出油率的影响 由表2 3 和图2 1 可知：随着热处理时间的延长，出油率逐渐增加，加热 时间从0 5 h r 到1 5 h r ，出油率呈线性增加，从1 5 h r 到2 0 h r ，出油率虽然 增加，但增加缓慢，这说明7 0 。c 处理1 5 h r 后。原料已经充分吸水，组织已经 膨松。尽管在实验范围内，加热时间为2 h r 时，出浊率在达到最高，但实际选 择时，可以确定加热时间为1 5 h r 2 o h r 。 2 2 4 不同加热温度对出油率的影响 实验结果如下表2 - 4 所示。 表2 4 不同加热湖度对出油率的影响 t a b l e 2 4e f f e c to fd i f f e r e n th e a tt e m p e r a t u r eo nt h eq u a n t i t yo fr a p e s e e do i 由表2 4 可得到图2 - 2 一 一 ， 【 西华大学硕士论文 7 2 7 0 6 日 6 6 u 婷孙 跫 嗣8 2 6 口 5 日 b 08 5 温应( ) f i 9 2 2e f f e c to fd i f i e r e n th e a lt e m p e r a t u r eo i lt h ee x t r a c t i o nr a t eo fr a p e s e e do i l 图2 2 不| 司加热温度对出油率的影响 由表2 4 和图2 2 可知：随着加热温度的提高，出油率逐渐增加，当加热 温度为9 0 时，出油率达到最高，加热为9 5 时，出油率略有降低。出现这 一现象的原因可能是因为半纤维素等成分的大量溶解而导致粘度增加，从而增 加了物质传递的阻力，因而，合适的加热温度可确定为9 0 。 2 3 4 捣碎时间对出油的影响 实验结果如下表2 5 所示。 表2 ，5 捣碎时间对出油率的影响 t a b l e2 - 5e f f e c to ft h eg r i n d i n gt i m eo nt h eq u a n t i t yo fr a p e s e e do i l 由表2 - 5 可得到图2 - 3 。 p 目华大学硕j ：论文 8 0 7 0 一 美 v 瓣5 0 景 田 4 0 捣碎时旧( m i n ) f i 9 2 - 3e f f e c to ft h eg r i n d i n gt i m eo nt h ee x t r a c t i o nr a t eo fr a p e s e e do 图2 3 捣碎时问对出油率的影响 由表2 5 和图2 - 3 可知：随着捣碎时间的增加，出油率快速增加，捣碎时 间为l o m i n 时，出油率接近最高值，捣碎时间在1 0 m i n 到2 0 m i n 时，出油率虽 然增加，且捣碎时间1 5 m i n 时出油率达到最高值，但出油率增加的幅度很小， 同时，当捣碎时间超过1 5 分钟后，出油率不但没有增加，反而略有下降。因 而合适的捣碎时间可确定为l o 1 5 m i n 。 2 3 本章小结 在水酶法制油工艺中，原料预处理对菜籽油的收率有很大的影响。 ( j ) 热处理的目的是为了使莱籽细胞内的脂肪酶、过氧化物酶失活，同 时使细胞壁疏松，增加渗透性和便于酶的作用，使油更容易释放出来。随着热 处理时间的延长，出油率逐渐增加，合适的加热时间为1 5 h r 2 o h r 。 ( 2 ) 在热处理过程中，随着加热温度的提高，出油率逐渐增加，当加热 温度为9 0 。c 时，出油率达到最高，加热为9 5 时，出油率略有降低。合适的加 热温度为9 0 。 ( 3 ) 、随着捣碎时间的增加，出油率快速增加，捣碎时间为l o m i n 时，出 油率接近最高值，捣碎时间1 5 m i n 时出油率达到最高值，合适的捣碎时间为1 0 15 j n 。 两华大学硕士论文 第三章酶解方法与酶解影响因素的研究 从酶、底物、产物( 油脂) 的相互关系来对酶解方法进行探讨，以期能减 少相互制约和相互抑制作用，提高油脂的得率。 由于细菌中性蛋白酶具有酶活性高、价格便宜等优点，对蛋白质肽键的专 一性较差，因此，该部分的研究工作选择细菌中性蛋白酶作为实验用酶。利用 细菌中性蛋白酶降解大分子蛋白质的肽键，使包裹在蛋白质内部的油脂释出， 减少或消除因脂蛋白膜形成乳化状态以及亲脂性固体吸附所造成部分油脂难 以取出的现象。 提高酶反应速度的最主要方法是使底物分子进入酶的活性中心区域，即大 大提高酶的活性中心区域底物的有效浓度。菜籽蛋白表面的油脂或其它成分较 厚，如果底物浓度高，则空间位阻过大，将阻止酶与底物的充分接触，从而使 酶活性中心区域的底物有效浓度很低，从而导致反应速度低，提油效率低。当 底物浓度降低时，空间位阻同时降低，蛋白表面的油脂或其它成分降低，从而 使水溶液中的酶与底物接触机会增大，酶活性中心区域的底物有效浓度大大提 高，使反应速度大大提高，提油率也会相应增大。 影响酶解的因素很多，温度、p h 、酶浓度、底物浓度、颗粒度大小、酶解 作用时间等因素都会明显影响酶反应速度。 温度对酶反应的影响是多方面的。概括地说。主要有两方丽：一是温度对 酶蛋白稳定性的影响，即对酶热变性失活作用；二是温度对酶促反应本身的影 响，其中可能包括影响酶与底物的结合，影响最大反应速度，影响酶和底物 分子解离基团的解离常数( p k ) ，影响酶与抑制剂、激活剂或辅酶的结合等。 p h 值对酶促反应的影响一般来说主要是以酶促