1、植物油脂的酶法提取及蛋白质的回收研究俞凌云,等植物油脂的酶法提取及蛋白质的回收研究辩文章编号:10068481(2007)05 000705植物油脂的酶法提取及蛋白质的回收研究俞凌云,刘忠华,张文学(四川大学轻纺与食品学院,四川成都 610065)摘要:为了发展油脂生物技术,提高油脂工业的科技性 ,介绍了国内外植物油脂提取的方法,特别介绍了水相酶解水提油工艺,水相酶解有机溶剂萃取提油工艺,油料低水分酶解压榨提油工艺和油料低水分酶解溶剂浸出提油工艺等 4 类酶法提油工艺及蛋白质的回收方法,同时介绍了工艺种类和特点,并展望了其应用前景.关键词:酶法;植物油脂;蛋白质;回收中图分类号:TS225.1
2、 文献标识码:AEnzymaticextractionofplantfatandstudyonproteinrecycleYU,一 yun,Zhonghua,ZHANGXll,e(CollegeofLightTextileandFoodScience,SichuanUniversity,Chengdu,Sichuan,610065)Abstract:Inordertoexplorethebiotechnologyandimprovethescientificandtechnologicalcontentforoilproductionindustry,boththedomesticandint
3、ernationalmethodsofvegetablefatextractionareintroduced.Fourmethodsofoilextractionareespeciallyputforwardasthefollowings:aqueousenzymaticextractionprocessesforoilextraction,organicsolventextraction,enzymeconvertedramminginlowwatercontentoil,andenzymaticsolventextractioninlowwatercontentoiletc.Themeth
4、odofrecyclingproteinisalsomentioned.Thetechnicaltypes,properties,anditsapplicationprospectsarediscussedaswellKeyWords:enzymaticprocessing,vegetablefat,protein,recycleU 日 IJ 舌生物技术作为 2l 世纪高新技术的核心受到各国的高度重视.发展油脂生物技术,提高油脂工业的科技性,是油脂工业的主要任务之一.在油脂提取工业中应用酶,主要作用是提高油脂的提取率或提高油脂和副产物的质量 J.油脂的主要来源是植物的含油种籽.油脂主要存在于油
5、料细胞的液泡中,还有部分油与蛋白质,多糖等大分子化合物相结合,存在于细胞质中 J.要把油脂提取出来,首先要把油料细胞壁破坏.细胞壁由两层组成,一层由果胶,半纤维素,蛋白质和纤维素构成的复合层,另一层是由纤维素和半纤维素组成,在整个细胞壁中,纤维素和半纤维素的量占了 52%左右 J.油料种籽在富含油脂的同时,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.收稿日期:20070719作者简介:俞凌云(1982 一),女,山东青岛市人,研究生.研究方向:食品生物技术与发酵工程通讯作者:张文学(1963 一),男,四川南充市人,教授.研
6、究方向:食品生物技术与发酵工程?一 7?溺赫江苏调味副食2007 年第 24 卷第 5 期(总第 107 期)1 国内外植物油脂提取的方法1.1 提取植物油脂的传统方法世界油脂总产量的 67%是由油料种籽提供,油料种籽的特点是富含油脂,蛋白质含量丰富且常为全价蛋白质,而糖类含量少.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,这种工艺方法不仅耗能大,且取油后饼粕由于各种成分的变性程度较大而不能利用或利用程度有限.低热处理相对而言有利于油料取油后的综合利用,但提油率往往不高,且不利于饼
7、粕的综合利用,造成蛋白质资源的浪费.这两种方法中溶剂浸出法的出油率比压榨法高,但其需要脱溶剂过程,设备多,投资大.还有一种提取植物油脂的方法是水代法,主要用于椰果和芝麻等油料的提油.这种方法在预处理阶段也要进行机械和热力处理,同样会使蛋白质发生严重变性,并且这种方法的提油效率不及压榨法和溶剂浸出法.据 Sugarman(1956)报道,水代法的油脂提取率不到 70%.为此,Sugarman,Rhee等人经过不断的研究,逐步完善了水代法提取油脂及同时回收蛋白质的工艺方法,使提油率进一步提高至 86%,蛋白质中的油脂含量下降到 3%以下 Iol.1.2 酶法提取植物油脂的方法酶法提取植物油脂是一种
8、新型的油脂加工方法,它既可提高油脂的提取效率,又可获得品质较优的植物油脂和蛋白质.目前研究的最广泛的水酶法提油.水酶法提油工艺是用水和酶混合溶液从植物中浸提油脂的工艺过程,它是上世纪末才出现的一种新型制油技术.油脂存在细胞器官中,细胞壁由纤维素,半纤维素,木质素和果胶组成,而油脂通常与其它大分子(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,采用对油料组织以及对脂多糖,脂蛋白等复合体有降解作用的酶(如纤维素酶,半纤维素酶,果胶酶,淀?8?粉酶,葡聚糖酶和蛋白酶等)处理油料,这些水解酶能破坏细胞壁,而蛋白
9、酶渗透到脂质体膜内,以及酶对脂多糖,脂蛋白的分解作用,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,提高清油提取率,.2 酶法提取及回收蛋白质的工艺到目前为止,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 4 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,油料低水分酶解压榨提油工艺和油料低水分酶解溶剂浸出提油工艺.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.水酶法工艺是在水代法提油工艺基础上发展起来的,也是
10、至今研究得最多的酶法工艺.油料经研磨后调适当的固液比,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,其中包含少量水溶性蛋白质,蛋白质可通过等电点沉淀方法除去,液相进一步浓缩,破乳化,分离得油脂.工艺路线副如下:区圃圃油料一清理一破碎一蒸汽热处理一混合酶解一离心分离一毛油一精炼一成品油L 一蛋白浆一精制一蛋白粉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 30%40%,因为在高水分环境中长时间处理,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,这不但能源消耗高,且对油脂及副产物的品质也
11、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,同时也打破了油料中原有的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俞凌云,等植物油脂的酶法提取及蛋白质的回收研究0 与研箩毫 0j 誊#|誊|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.另外,由于酶的作用条件较温和,油和脱脂后的粕(渣)的品质也大大提高,.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,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油脂
12、.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:油料一水磨处理一加溶剂一酶解一加溶剂一过滤一离心分离一有机相回收溶剂一油脂L 一蛋白浆一精制一蛋白粉有机溶剂的加入,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(固相) 和水(液相) 更易于分离.有机溶剂在酶解前或酶解后加入,提油效果相差不大,Fullbrook 的研究显示,在酶解前加入会使油的得率高些.该方法适用于油料果实和种籽的提油,在菜籽提油中更具重要意义,一方面可保证油脂有
13、较高的提出率,另一方面可使油料中的有害成分进入废水中,分离出来的蛋白质更有饲用或食用价值“.2.3 油料低水分酶解压榨提油工艺油料经破碎,加热杀灭自身酶系后,调整水分至 20%30%之间,外加酶处理,处理完后对油料进行干燥,调节人榨水分,再进行压榨取油.工艺路线如下:油料一破碎或轧胚一热处理一调整水分一加酶一干燥一压榨一油脂L 一蛋白质该工艺的特点是,酶解作用不是在水相进行的,而是在一定湿度的油料固体表面进行的,酶处理结束后经干燥去除了大部分水分,可减少油水分离的工序,并且没有废水产生.压榨可采用冷榨法也可用热榨法,热榨法比冷榨法提油效果好些,但冷榨法对蛋白质的影响小,有利于油料的综合利用.油
14、料经酶处理后,提油率的提高还是很明显的,Sosulski 对 canola 菜籽的试验表明,酶处理后提油率为 90%93%,而对照组(不加酶) 只有 72%.但此工艺只适于油料种籽的取油,而且为了减轻干燥脱水的负担,酶解作用通常在低水分含量下进行的,酶解效率较低.2.4 油料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,油料经清理后破碎或轧胚,经热处理灭酶,调整水分至25% 40%,加酶处理 ,酶解结束后干燥油料,至水分 15%左右,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:油料一破碎或轧胚一热处理一调整水分一加酶一干燥一有机溶剂浸出一回收溶剂
15、一油脂L 一蛋白浆一精制一蛋白粉与酶解后压榨工艺相比,溶剂的使用会使得油率更高.经酶解后,油料中的油更易浸出,提油时间也可缩短.但同样的问题是,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,这在实际应用中还值得商榷.3 酶法提油工艺的主要特点3.1 酶法提油工艺的主要特点酶法提油工艺是利用各种酶类对油料细胞的降解作用使细胞结构破坏而有利于油的提取,由于酶解条件温和,即使酶解后己烷浸出回收溶剂,因温度不高于 80C,所以不仅能耗明显低于传统方法,更主要的是能很好地保持油料蛋白质的性能,达到同时利用油脂和蛋白质的目的.油料不经高温处理,所提油脂的品质明显提
16、高.酶法提油的另一个重要特点,就是同一提油工艺应用了酶处理,油得率明显提高,几乎从所有的研究文献都可清楚地发现这一特点.另外,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.应用酶法可解决油脂提取过程中乳化的难题,这不仅在?9?江苏调味副食)2oo7 年第 24 卷第 5 期( 总第 107 期)水提油工艺中,而且在 95%乙醇浸出,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,果胶和磷脂等,就可大大减轻乳化,提高得油率.酶法提油根据不
17、同类型的工艺还具有缩短提油时间,提高设备利用率;提高油脂质量及粕的利用价值;减少浸出溶剂用量,降低溶剂消耗等特点.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,不但可以提高油脂的提取率,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.酶解对功能特性的优化有显着改善大豆分离蛋白的乳化性能;蛋白质水溶性对溶液 pH 值的依赖性降低,其溶解度则有了显着提高,主要引起蛋白质 3 方面的变化:极性基团(一NH,一 COO 一)数目增加,从而使蛋白质与水的作用得以加强;多肽链平均分子量降低;蛋白质分子构象发生变化.这 3 方面作用均有利于蛋白质在水中的熔解;提高蛋
18、白质溶液的起泡能力,这是因为随着酶解的进行,许多疏水基被暴露出来,导致了酶解液疏水性增强,表面张力减弱,发泡力增强;酶解大豆蛋白产生的多肽,其粘度随浓度增高时变化不大,不因 pH 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 30%以上也不腻口.4 应用前景酶法制油工艺现已成功应用于花生油和玉米胚芽油工业生产中,对于油菜籽和大豆等油料,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饼粕市价大幅提高,
19、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.传统油脂精炼工艺,存在反应条件剧烈,所用化学品对环境污染大等缺点.油脂企业为使排出废料符合环保要求,不得不花大量资金投入废料?10.处理,使油脂产品成本大幅增加.酶作为生物催化剂具有高效性,高选择性,及反应条件温和等优点,被公认为对环境无害绿色催化剂.将酶技术应用到油脂精炼工业中,将很大程度上解决环境污染问题.随着生物工程,基因工程和固定化酶技术的不断进步,现已很好地解决了酶源不足,酶使用成本高,稳定性差和易失活等问题,为酶在油脂工业中应用铺平了道路.因此,酶技术在油脂工业生产中将有广阔应用前景,代表
20、了未来油脂工业发展方向.参考文献1杨天奎 2l 世纪中国油脂科技发展趋势 J.中国油脂,1999(5):68.2Posorske,L.H.,Box,P.0.,Wilton,D.IndustrialscaleapplicationofenzymestothefatsJ.J.Am.OilChem.Soc.,1984(11):17581760.3刘大川.对油脂与植物蛋白工业中新技术的评述J.中国油脂,1999(5):9 一 l4.4Ranalli,A.,Mattia,G.D.CharacterizationofoliveoilproducedwithanewenzymeprocessingaidJ.J.Am.OilChem.Soc.,1997,(9):11051113.
