油菜籽制油技术的研究进展

1、 文章编号:1003-7969(2006)02-0009-04 中图分类号:TS22414 文献标识码:A油菜籽制油技术的研究进展吕燕红(河南工业大学生物工程学院,450052郑州市嵩山南路140号)摘要:油菜籽制油的历史已非常悠久,对油菜籽制油工艺的发展历程作了简要的论述。结合传统的加工工艺,介绍了一些最近开发的新技术及其应用前景,如油菜籽脱皮冷榨、挤压膨化浸出等工艺,并对国内外应用水剂法和水酶法提取菜籽油的工艺做了重点介绍,并比较了这些工艺的优缺点。关键词:油菜籽;制油新技术;脱毒;水酶法油菜籽因含有丰富的油脂和氨基酸组成优良的蛋白质而成为世界及我国重要的油料作物之一。据FAO(2002)

2、统计,全世界油料作物中,油菜籽产量仅次于大豆、棕榈和棉籽,位居第四。我国的油菜种植面积和产量目前均居世界之首。早期的油菜籽因芥酸和硫代葡萄糖苷(简称硫苷)含量高使其利用受到了一定的限制,因此油菜籽品种的改良受到了科学家的关注。加拿大科学家首先培育出/双低0、/双零0品种的油菜籽,又称为卡诺拉。而在育种学家的不断努力下,我国的双低油菜播种面积也在逐年增加,特别是在长江流域。油菜品种的改良使得菜籽油和菜籽蛋白更加受到消费者的欢迎,与此同时,制油技术的改进及菜籽蛋白的进一步利用也正被越来越多的学者所关注和研究。1 预榨-浸出法制油当前应用最为成熟、工业化生产最为广泛的制油工艺仍是/预榨-浸出法0。油

3、菜籽经预处理、轧坯、蒸炒后压榨出大部分油脂,然后再用溶剂浸出剩余的油脂。近年来有学者为了进一步提高出油率,将油菜籽调整到适当的水分含量后,采用酶法预处理,效果明显1。/预榨-浸出0工艺可得到毛油和含较多抗营养因子成分(硫苷、植酸、酚类物质)的饼粕两种产品。由于经过高温蒸炒和压榨,油菜籽中的几种重要氨基酸也受到了较严重的破坏,如作为菜籽粕第一限制性氨基酸的赖氨酸含量下降60%左右,而其他氨基酸含量也有较大幅度下降2。该工艺的最大优点是出油率高,浸出后蒸汽脱溶粕的残油较低,一般为1%左右。针对上述工艺得到的饼粕硫苷及其降解产物含量高,仍需后处理脱毒的缺点,有学者对此进行了改进,在实验室水平上提出了

4、过程脱毒的工艺路线。钱和等3对硫苷非酶降解的机理进行了研究,利用加压热处理并添加非酶降解促进剂,在蒸炒过程中硫苷非酶降解率达到90%,并避免了腈类的大量生成。周瑞宝等4利用天然的油菜籽内源硫苷酶分解硫苷的专一性,在油菜籽清选后,将油菜籽调到适宜的温度和水分,进行适度破碎,在专用水解设备中进行酶水解,使硫苷分解成挥发性的ITC、RCN,这些产物在蒸炒压榨过程中容易随水蒸汽一起被蒸发出去。然后进行适度的挤压(115e),脱去部分油脂,再进行有机溶剂浸出,得到的粕生物学效价高。由于经过高温长时处理且所用原料未脱皮,现行的油菜籽制油工艺使得粕和油的质量都较差。为了克服这一缺点,国外已提出了一项油菜籽加

5、工新技术,即/脱皮-冷榨-浸出0工艺,并建立了油菜籽脱皮冷榨中试厂。油菜籽脱皮后去除了部分抗营养因子。由该工艺得到的冷榨菜籽油因避免了热处理,保留了菜籽油的纯天然特性和营养价值,同时压榨饼的质量也得到大幅度的提高,为进一步利用创造了条件5。国内武汉工业学院胡健华等6也对此进行了研究,并建成我国首条油菜籽脱皮冷榨生产线。中国农科院油料所也开展了这方面的研究。2 直接浸出法制油油菜籽经预处理轧坯后直接用溶剂浸出油脂。此法的出油率略低于上法,为了进一步提高出油率,可以采用酶(主要是纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶)预处理油菜籽,破坏细胞壁,使油脂更容易浸出7,8。由于生产过程在较低温度下进行,可以得到蛋

6、白质变性程度很小的低温粕,以用于油料蛋白的提取和利用。但得到的粕仍需进行脱毒方可作为饲用。作为对传统浸出法制油的改进,脱皮和挤压膨化技术正成为双低油菜籽高效加工的新技术。国内武汉工业学院、中国农科院油料所和无锡粮科院都对此进行了研究911。油菜籽脱皮后,经挤压膨化机处理,预先挤出部分油脂并形成一定的结构料粒,再进行浸出,可提高油得率。油料在浸出前进行挤压膨化预处理是一种适宜于多种油料的生产工艺。近几年,该技术在国外已得到迅猛发展。目前,美国、印度、瑞士等国均有膨化机生产厂家。3 其他制油工艺上述传统油菜籽制油工艺都是以取油为主要目的,油脂得率高,但它们也存在饼粕利用率低的明显缺点。传统工艺得到

7、的饼粕含有较多的抗营养因子,不能直接应用,必须经过脱毒处理,这无疑会增加生产成本;溶剂法引起的环境问题也不容忽视。为了克服传统制油工艺的缺点,有不少学者或在实验室水平或在中试规模上研究了下面几种制油工艺。3.1 双液相萃取法制油此法是加拿大Rubin12首次提出。为了得到无毒饼粕,把破碎了的油菜籽用互不相溶的两种溶剂,一个极性相(氨-甲醇),一个非极性相(己烷)同时或顺序处理,以非极性相溶剂萃取油,极性相溶剂脱除油菜籽中有毒物质。此法在取油的同时能够得到无毒或低毒且蛋白变性程度小的饼粕。后有学者对此工艺作了改进,用少量的助剂代替氨与甲醇、水组成极性相13,14。但由于环境及能耗问题,此工艺要实

8、现工业化还必须进一步研究。3.2 水剂法制油水剂法(又称水提法)制油即借助水的作用,利用油料中非油成分对水和油亲和力的不同以及油水之间的密度差,将油分离出来。1956年,Sugarman15首先使用水剂法从花生中同时分离出油和蛋白质。其特点是:和浸出法相比,以水为溶剂,食品安全性好,无有机溶剂浸提所引起的环境问题;和压榨法相比,条件温和,能够在制取高品质油脂的同时,获得变性程度小、生物学效价高的蛋白或饼粕。水剂法制油有两种基本工艺路线:一是沿用分离蛋白的生产路线;二是采用浓缩蛋白生产的工艺路线。对于油菜籽而言,通常采用后者。水剂法制取菜籽油的最大优点是提油和脱毒同步进行。通过调节pH或热变性作

9、用使蛋白质固相沉淀,大部分油菜籽中的抗营养因子溶于水被除去,得到的浓缩蛋白产品含毒素少,生物效价高。Henryk16将油菜籽干法磨碎后,沸水处理灭酶(5 min),再将pH调至7.3,二次磨浆,调节pH,加水搅拌1 h后高速离心得到油、乳化层、水相和固相沉淀。总油得率为90%。此法和传统工艺相比,制取的油中游离脂肪酸、磷脂及硫含量降低,过氧化值低,同时粕的质量好。国内李瑚传、周瑞宝等17,18分别在实验室和中试规模上对此法进行了研究。他们先将完整油菜籽热钝化灭酶(90110e),以免硫苷水解,同时使蛋白质充分变性(而不是品质劣变),然后将油菜籽充分研磨,加水浸取,再进行离心分离得到油、废水和固

10、相沉淀。在这一工艺过程中,油菜籽中大部分抗营养成分均溶于水而被除去,变性菜籽蛋白和其他不溶物形成沉淀,经脱水干燥后得到饲用菜籽浓缩蛋白。因为先进行钝化硫苷酶,硫苷是完整地进入浸取废水中,避免了硫苷降解物对菜籽油的污染,得到的菜籽油色泽浅、含硫量低。出油率为88%90%,饲用菜籽浓缩蛋白得率为40%。此法的不足之处是,要想得到较高的出油率,必须将油菜籽研磨得很细(20Lm),这对于工业化生产来说较为困难。此法蛋白的得率低,废水的处理也会增加相应的能耗。3.3 水酶法制油上述水剂法是借助超微磨机的机械作用,彻底破坏油菜籽细胞壁,以及撕裂脂小体蛋白膜,使油脂聚集并释放出来。为了彻底破坏细胞结构,油菜

11、籽必须研磨得很细。和水剂法不同,水酶法是在一定机械破碎的程度上(并不要求磨得很细),借助酶和水的作用,即利用纤维素酶、果胶酶和蛋白酶等作用于油料的细胞壁和脂小体蛋白膜,使油脂能够最大程度地释放和聚集并同时回收低变性蛋白质。这种方法20世纪70年代便已诞生,但限于酶的昂贵成本,发展并不快。近年来,随着酶制剂工业的发展,以及对环境问题的日益重视,国内外学者纷纷开展了对水酶法制油的研究,对象涉及到大豆、花生、油菜籽、葵花籽、玉米胚芽、椰子、橄榄和米糠等各种油料作物、水果和农副产品19。和水剂法一样,油菜籽水酶法制油也有两条工艺路线。国外报道的研究大都采用的是浓缩蛋白的生产路线,油水分离后,蛋白质固相

12、沉淀,而抗营养因子溶于水中得到去除。据Rosenthal等19的综述中报道:Lanzani最先将水酶法应用到油菜籽制油中。Lanzani使用了蛋白酶和果胶酶,油得率为78%。Fullbrook20尝试用黑曲霉产生的复合酶水解油菜籽,油和蛋白得率增加,加入有机溶剂提油效果更好。1990年,Fere-idoon21在中试工厂应用水酶法提取双低菜籽油和蛋白质。他们采用的也是一种来源自黑曲霉的复合酶,该酶能有效地降解油菜籽细胞壁。由他们的工艺可得到4种产品,油、水溶液(含糖和硫苷等低分子量物质)、粕和皮壳。他们还对芥子酶和硫苷的热稳定性、芥子碱在加工过程中的变化进行了研究。RosenthalA等19使

13、用复合水解多糖商品酶从菜籽中提取出80%的油,并称使用单一纤维素酶对油脂得率没有帮助。据他们报道,除了酶的种类和使用浓度,原料研磨程度、体系pH、温度、提取时间及离心机的分离因子都是影响油得率的主要因素。国内方面对油菜籽水酶法制油的研究起步较晚,2004年,刘志强等22分别采用复合酶(蛋白酶+纤维素酶+果胶酶)、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶和半纤维素酶对脱皮油菜籽进行水酶法取油。研究结果表明,不同酶对油和蛋白得率影响不同,复合酶最高,蛋白酶作用较明显,纤维素酶次之,三者皆高于无酶水浸取。国外学者报道的水酶法提油得率不够高,缺少完善的脱毒方法,菜籽蛋白质利用率低。如Jensen和Olsen等的工艺中

14、只是采用热处理使菜籽内源硫苷酶失活,并没有脱除硫苷,除了油之外,得到的是含有较多抗营养因子的饲用饼粕(浓缩蛋白和糖蜜干燥后合并而成)。国内刘志强等23采用干法研磨菜籽,将纤维素酶和果胶酶复合使用,油脂得率超过了90%。在脱毒方面,其采用超滤法脱除硫苷,效果较好,但未考虑植酸、酚类物质的脱除效果。综上所述,水酶法作为一种新兴的制油工艺正日益受到重视。虽然目前油菜籽水酶法制油工艺的油脂得率和传统工艺还有一定差距,但不可否认的是水酶法制油的另一产品)无毒低变性菜籽蛋白具有更高的生物学效价,可以作为良好的食用蛋白源,弥补了油脂得率不高的缺陷。最近,有学者将超声波辅助提取应用到水酶法提油工艺中,取得了良

15、好的效果,这也预示了采用一些辅助提取手段可以进一步提高水酶法的油脂得率。我们相信,随着人们对环境问题的日益重视和酶制剂工业的迅猛发展,在广大科技工作者的不懈努力下,水酶法制油的工业化生产已为期不远。参考文献:1 SosulsklK,Sosulskl FW. Enzyme-aidedvs.two-stage processingof canola:technology,product quality and cost evaluationJ.J.Am.Oil Chem. Soc.,1993,70(9):825-829.2 钱 和,雕鸿荪,沈培英.现行油菜籽加工过程中各种成分的变化J.无锡轻工大学

16、学报,1995,14(2):129-135.3 钱 和.硫代葡萄糖苷降解化学与油菜籽脱毒工艺的研究D.江苏无锡:无锡轻工业学院,1994.4 周瑞宝,王广润,郭兴凤,等.提高菜籽粕生物学效价制油新工艺J.粮油加工与食品机械,2003,6:37-39.5 H.J.拉泽洪,H.D.戴克,忻耀年.菜籽脱皮冷榨的理论和实践J.中国油脂,2000,25(6):50-54.6 胡健华,韦一良,周锦兰.双低油菜籽加工工艺的研究J.中国油脂,2003,28(1):21-23.7 Sosulskl K,Sosulskl FW,Coxworth E. Carbohydrase hydroly-sis of can

17、ola to enhance oil extraction with hexaneJ. J.Am. Oil Chem. Soc.,1988,65(3):357-361.8 胡小泓,狄 强,张新才,等.菜籽酶法直接浸出工艺的研究J.中国油脂,2004,29(8):13-15.9 郑竟成.对优质油菜籽制油工艺技术的探讨J.中国油脂,2001,26(5):38-39.10 黄凤洪.双低油菜籽高效加工与多层次增值技术J.中国油脂,2002,27(6):9-11.11 秦卫国,徐健中,周人楷.双低油菜籽加工工艺设计初探J.粮食与食品工业,2003,4:18-19.12 Rubin L J,Diosady

18、 LL,Phillips C R.Extraction of oi-l bear-ing seedsP.U S Patent:4460504,1984.13 史美仁.菜籽无氨甲醇/己烷双液相萃取技术J.中国油脂,1996,21(6):25-27.14 Thobani M,Diosady L L.Pilo-t scale two-phase extraction ofcanolaJ.J.Am.Oil Chem.Soc.,1997,74:201-207.15 Sugarman N.Process for extraction of oil and protein simu-ltaneously from oi-l bearing material P. U S Patent:2762820, 1956.16 HenrykNiewiadomski. RapeseedM. Amsterdam : Elsev-ier, 1990.17 李瑚传,周瑞宝,钱向明,等.水剂法制取菜籽油和饲用