| 水酶法是一种新型的提油方法。它以机械和酶解为手段破坏植物细胞壁,在提取过程中不需要有机溶剂,且提取的油脂不需要脱胶工序,这样就降低了投资成本和能量的消耗。在提取油脂的同时,能有效回收原料中的蛋白质(或其水解产物)及碳水化合物,且在提油过程中一些油料中的有毒或抗营养因子能很好地除去。与传统工艺相比,水酶法提油技术设备简单、操作安全、效率高;所得的毛油质量高、色泽浅、易于精炼;处理条件温和,能生产出脱毒的蛋白产品;生产过程相对能耗低;废水中BOD与COD值大为下降,污染少,易处理。1水酶法提取油脂的原理水酶法提取工艺是用水和酶混合溶液从植物组织中提取油脂的工艺过程,它是20世纪末才出现的一种新型提油技术。电镜扫描(SEM)显示,脂质体分布在一种主要由蛋白质组成的细胞质网络中,子叶细胞中的蛋白体空间充满了脂质体和细胞质网络。细胞质外面的细胞壁由纤维素、半纤维素、木质素和果胶组成,而油脂通常与其他大分子(蛋白质和碳水化合物)结合,构成脂多糖、脂蛋白等复合体。因此,只有将油料组织的细胞壁及脂质复合体破坏,才能取出其中的油脂。在机械破碎的基础上,对油料组织以及脂质复合体进行酶解处理(如纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶、葡聚糖酶、蛋白酶等)。水解酶能破坏细胞壁,而蛋白酶渗透到脂质体膜内,对脂多糖,脂蛋白进行降解,这有利于油脂从脂质体中释放,提高出油率。由于酶处理温度不高,因而不仅能耗低,而且可以完好地保存油脂所含蛋白质的有用价值,因此在提取油脂的同时也可以得到优质的植物蛋白。2水酶法工艺的影响因素影响水酶法提取植物油工艺的因素较多,但油脂的提取率和蛋白质的回收率取决于油脂分离的传质过程和酶解作用的效果,因此在此主要讨论影响这两个过程的一些重要参数。2.1油料的破碎程度油料的破碎程度对水酶法提油效果影响显著。有效地破碎能破坏油料的细胞组织,破坏细胞的细胞壁。颗粒小不仅有利于水溶性成分的扩散,而且能提高酶的扩散速率。在水酶法工艺中,油料的破碎度直接影响酶解效果。在一定的尺寸范围内,颗粒小酶解效果好,反之,酶解效果差。但是如果颗粒太小,则会增加后续工艺中破乳的困难度,导致残渣中的含油率升高。因此,在水酶法提油的工艺中,寻找最佳颗粒度很重要。2.2酶的种类和用量不同种类的酶能降解油料中不同的成分,从而影响油脂的提取率。目前试验较多的有纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶、淀粉酶、葡聚糖酶、聚半乳糖醛酸酶等。不同的油料所需酶的种类也不一样,如提取椰子油常用多聚半乳糖醛酸酶、!-淀粉酶和蛋白酶;果胶酶和纤维素酶常用于橄榄油的提取;蛋白、纤维素酶和!-1,4-半乳糖麦芽糊精水解酶的混合酶适用于花生油的提取;纤维素酶和蛋白酶常用于玉米胚芽油的提取;提取菜籽油则常用纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶复合酶。总的来说,对油料细胞壁及油复合体有降解作用的酶均有利于提油。一般几种酶混合使用的效果要比单一酶好。由于各种酶价格差别很大,因此合理选用酶类有利于降低生产的成本。提高酶的用量(以活力单位计)一般有利于油脂的提取,但考虑到生产成本,一般活力在10万单位/g以上的商品酶,用量为1.0%以内。2.3酶解pH值酶解pH值随所用酶的种类而异。pH值既影响酶的活性,又影响油与植物蛋白的分离提取,是一个重要的工艺参数。研究发现,在一些油料中,油和蛋白质的提取机理间存在着紧密的联系。通常在蛋白质得率较高的提取条件下,油的提取率也较高。在蛋白质提取率最高的pH值条件下,油的提取率最高。而在等电点附近时,蛋白质的溶解度最低,这时油的提取率也最低。因此,在提取工艺中,既要考虑酶的最适pH值,也要考虑油和植物蛋白提取的最适pH值,在两者间找到一个平衡点。2.4酶处理温度温度在加工过程也是一个不可忽视的重要参数。酶解温度随油料和酶的种类不同而异。温度的控制以既要适合于酶解,又不影响最终产品油和蛋白的质量为宜。温度过高,不仅酶的活性逐渐丧失,而且油的颜色变暗,蛋白也会因温度过高而变性;而温度太低,则酶的反应速率过慢,同样影响到出油率与蛋白质的回收率。2.5料液比在提取过程中应尽可能提高料液比,这样有利于油和水的分离,同时减少了废水的排放量。当液体比例较高时,有利于加快提取速率和提高产品的最终产率。但是这样会增加废水的排放量及后续工艺中破乳的困难度,使废水处理和破乳的经济成本成倍增加。因此,在提取过程中料液比的确定,既要考虑出油率,也要考虑这两个因素。2.6酶处理时间酶解时间随油料和酶的种类而异。最佳酶解时间的确定应考虑油的提取率、蛋白质质量和回收率、经济成本等方面来考虑。酶解时间过长将增加水相破乳的困难度,对提油不利;时间过短,油料不能得到有效的酶解,从而影响油的得率。2.7其他因素在提取油的过程中,还有一些其他因素影响提油效果。如在整个工艺过程中是否有搅拌,搅拌的速度大小能影响油的提取:在进行离心的时候,离心机的离心力大小也影响最终油的得率;此外,在提取过程中是否使用添加剂也将影响提油的效果。3水酶法和传统工艺的比较3.1环境方面传统溶剂浸出法提取油脂时,所用有机溶剂(如正己烷)易挥发,从而引起大气污染。与其他易挥发性有机化合物(VOCs)一样,在光照下正己烷可与污染物(主要是氮的氧化物)反应产生臭氧(O3)和其他被称为光化学氧化物的产物。虽然在平流层中,臭氧可以阻挡紫外线辐射,但在对流层中,当臭氧达到一定浓度之后,会对人体造成严重的伤害。如当人们吸入臭氧之后,臭氧就会因为其强氧化作用而对呼吸道形成烧灼感,造成呼吸系统充血或发炎。虽然正己烷的光学臭氧产生潜能(POCP)处于中低水平,而且近年来在减少VOC挥发的工艺上取得了一些进展,但是食品工业带来的VOC仍占VOC挥发总量的7.5%。在食品工业中,VOC主要来自植物油生产企业。目前从浸出法制油生产的情况来看,各厂的溶剂损耗相差比较悬殊,有些厂家浸出1t毛料或预榨饼的溶耗已经降到5kg以下,甚至达到了3kg左右,但也有些厂家溶剂消耗比较高,达到7～8kg,甚至高出10kg以上。除了环境问题,正己烷的使用也带来一些安全隐患。正己烷是易燃品,即使工厂里的防燃、防爆措施十分完备,还是存在发生事故的危险。水酶法提油工艺不用易燃易爆溶剂,提高了生产的安全性,克服了有机溶剂法提取带来的大气污染问题。3.2产品质量3.2.1蛋白产品目前,大多数植物油加工企业的生产工艺主要考虑出油率和油脂的品质,很少关心豆粕的质量。浸出后的湿粕需要加热脱溶,以降低生产中的溶剂损耗,保证粕的使用安全性。在传统工艺过程中,由于过度的加热导致蛋白质中一些必需氨基酸(特别是赖氨酸)的营养效力降低,从而导致蛋白质的生物价(BV)降低。水酶法工艺避免了对蛋白质严重破坏,可从豆粕中回收蛋白质,生产食用级蛋白产品。此外,水酶法在提取油和回收原料中蛋白质的同时,也有效地除去了一些油料中的有毒或抗营养因子。如葵花籽中的咖啡酸和绿原酸、油菜籽中的含硫化合物(致甲状腺肿素)、花生中的黄曲霉毒素;棉籽中的一些非棉酚类色素。3.2.2油脂产品据报道在水酶法生产过程中,由于磷脂从油中分离出来,因此在后续的油脂精炼中不需要再进行脱胶。Robert比较了水酶法和正己烷浸出得到的玉米油,发现两种方法得到的油脂化学组成一样。Abdulkarim等人比较了水酶法和溶剂浸出法提取辣木籽油的物理化学特性。研究发现两种方法提取的油脂的脂肪酸组成没有差别,但是水酶法提取的油脂的不饱和酸含量、酸值、碘值、过氧化值及不可皂化物的含量以及色泽都优于溶剂浸出法。Santamaría等人用酶处理智利榛果来提取榛果油,研究发现无论采用了直接水酶法还是压榨后水酶法提取,油的提取率都比传统压榨法的提取率高,且水酶法得到的油的品质好于直接的压榨法。Kim和Yoon比较了水酶法和溶剂浸出法提取的大豆油,发现两种方法提取的毛油在碘值、酸值、不可皂化物、杂质含量等方面都没有显著的差别。总之,水酶法提取工艺提取油脂的品质和传统工艺没有太大差别,有些指标甚至好于传统工艺提取的油脂。4需进一步解决的问题目前,我国水酶法提取油脂还处于实验室研究阶段,如要应用于工业化生产,还需解决以下问题:①寻求产量大、效率高、价格低的酶种,以降低生产成本;②提高酶作用效果,解决水酶法处理后乳液与油脂能有效分离的问题;③选用高效离心分离机,确保出油效率的提高;④进一步提高蛋白产品的得率,降低蛋白中油脂的含量。5结束语随着生物工程技术的发展,酶制剂逐渐在食品工业上得到了应用。水酶法提取油脂是近年来开始研究和应用的一种新工艺。水酶法提取油的同时可以使蛋白质得到有效的回收,对于促进植物油料加工业的发展具有深远意义。回收的蛋白粉营养成分全部保留,是对全球植物蛋白资源进一步开发利用的一项重大贡献。随着该项研究成果工业化转化工作的深入,油脂工业将有望开创新的发展局面。水酶法提油技术概述@郭兴凤$河南工业大学粮油食品学院 @陈定刚$河南工业大学粮油食品学院 @孙金全$河南工业大学粮油食品学院 @闫秋丽$河南工业大学粮油食品学院本文介绍了水酶法提油技术的原理,讨论了工艺的主要影响因素,并分析了水酶法提油技术的优点,指出了水酶法工业应用需进一步研究和解决的问题。水酶法;;蛋白质;;工艺1Barrios,V.A.,Olmos,D.A.,Noyola,R.A.et al.Optimization of an en-zymatic process for coconut oil extraction[J].Oleagineux,1990,45:35～42. 2Young,C.Tand Schadel,W.E.Microstructure of peanut seed:A review[J].Food Struct,1990,9:317～328. 3Ranalli,A.and Martinelli,N.Extraction of the oil from olive pastes by biological and not conventional industrial techniques[J].Industrie Ali-mentari,1994,33:1073～1083. 4刘志强,何昭青.水酶法花生蛋白质提取及制油研究[J].中国粮油学报,1999,14(1):36～39. 5李新,王璋.水酶法提取玉米胚芽油和纳滤技术回收蛋白质[J].食品工业科技,2005,26(12):60～62,66. 6李桂英,袁永俊.菜籽油与菜籽蛋白联产的新工艺[J].食品科技,2006,31(1):99～101. 7Rosental,A.,Pyle,D.L.,and Niranjan,K.Aqueous and enzymatic pro-cesses for edible oil extraction[J].Enzyme microb.Technol,1996,19(1):402～420. 8董国光.降低棉籽预榨浸出溶剂的损耗及对策[J].西部粮油科技,2003,28(4):29～30. 9Dominguez,H.,Nunez,M.J.,and Lema,L.M.Aqueous processing of sunflower kernels with enzymatic technology[J].Food Chem,1995,53:427～434. 10Robert A.Moreau,David B.Johnston,Michael J.Powell et al.A com-parison of commercial enzymes for the aqueous enzymatic extraction of corn oil from corn germ[J].Am.Oil Chem.Sec,2004,81(11):1071～1075. 11Abdulkarim,S |
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