水酶法提取油茶籽油的工艺研究

刘倩茹 赵光远 王瑛瑶 栾 霞

(郑州轻工业学院食品工程系1，郑州 450002)

(国家粮食局科学研究院2，北京 100037)

水酶法提取油茶籽油的工艺研究

刘倩茹1，2赵光远1王瑛瑶2栾 霞2

(郑州轻工业学院食品工程系1，郑州 450002)

(国家粮食局科学研究院2，北京 100037)

试验探索了油茶籽的水酶法提油工艺，研究了原料预处理方式、不同酶系、酶解条件对清油得率的影响。结果表明，原料经过二次粉碎后，果胶酶的作用效果好;酶解温度对工艺结果影响不明显;在固液比1∶4，酶解pH4.5，酶解温度40℃、加酶量1%，酶解时间3 h条件下，清油得率可达到88.63%。

水酶法 油茶籽 清油得率 果胶酶

油茶(Camellia oleifera)为山茶科山茶属植物，是我国优势木本油料作物，年产量约97.55万吨，位居世界第一。脱壳油茶籽中含油40%～60%，油茶籽油中油酸、亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸的质量分数达到86%～93%，其脂肪酸组成类似于被称为“植物皇后”的橄榄油［1－2］，对患有高血压、心脏病、动脉粥样硬化、高血脂等疾病的人有良好的医疗保健效果，有“东方橄榄油”之美誉。目前生产油茶籽油多采用作坊式的热榨法，油脂品质差，经济效益低，资源浪费大［3］，迫切需要一种新的工艺来改善现状。

水酶法作为一种新型的油脂加工技术，在得到高品质毛油的同时，能同步得到非脂类物质，具有安全、环保、高效的显著优势，已有大豆、花生、油菜籽、玉米胚芽等作物水酶法提油的研究报道［4－6］。油茶籽除了富含优质植物油以外，还是皂素的良好来源，周建平等［7］报道了采用酶法从油茶籽中提取油脂的工艺，但没有明确的清油得率数据，且液相作为工艺水排放，造成水处理负担。本试验研究水酶法从油茶籽提油的工艺，以期为后续高的游离油得率及多产物利用奠定技术基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料及主要仪器

油茶籽:市售;碱性蛋白酶、纤维素酶a、果胶酶a:诺维信公司;纤维素酶b、果胶酶b:德国AB公司;果胶酶c、复合植物水解酶:夏盛公司;纤维素酶c:杰能科公司。

S－3000N电子扫描显微镜:日本日立公司;脂肪抽提仪、全自动定氮仪、粗纤维测定仪:丹麦FOSS公司;低速离心机:江苏天由有限公司;7200型分光光度计:上海天美科学仪器有限公司;S3500激光粒度分析仪:美国麦奇克有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 主要成分的测定

水分测定:GB/T 5497—1985 105℃恒重法;粗脂肪测定:GB/T 14772—2008索氏抽提法;粗蛋白测定:GB/T 15589.2—2008全自动定氮仪测定;粗纤维测定:GB/T 5009.10—2003;淀粉的测定:酸水解法［8］;总糖的测定:滴定法［8］(不包括淀粉);皂素的测定:香草醛－高氯酸比色法［9］。

1.2.2 油茶籽的微观结构观察

油茶籽仁去皮及切片后经离子溅射喷金后，置于扫描电镜下观察。

1.2.3 水酶法提油基本工艺路线

1.2.4 酶制剂与酶解工艺参数的研究

取150 g粉碎后的油茶籽，依照1.2.3工艺，加入原料4倍质量的水，搅拌均匀后，加入1%的酶，在酶的最适温度和pH下，低速搅拌，酶解3 h后，80℃灭酶，4 000 r/min离心15 min，取出游离油，计算游离油得率，筛选出最佳的酶制剂。在确定的酶制剂下，研究固液比、酶解pH、加酶量、酶解温度和时间对游离油Ⅰ得率和总游离油得率的影响，分析不同酶解条件对油茶籽水酶法提油的影响。试验重复1次。

2 结果与分析

2.1 油茶籽仁成分分析

油茶籽仁是一种高含油量软质油料，主要成分见表1。

表1 油茶籽仁的主要成分(干物质质量)

由表1可见油茶籽仁中粗脂肪高达50.22%，此外含有约5.43%左右的茶皂素和10.35%的可溶性糖。与茶叶籽中的茶皂素质量分数10%～14%相比，油茶籽中皂素含量相对较低。有关油茶籽中茶皂素质量分数报道不一，范围在3%～12.2%［11－12］之间。原因之一是油茶籽的品种、产地等差异，其二是对于茶皂素的测定和提取而言，目前还缺乏统一可靠的方法和适用性强的茶皂素标准品。

2.2 油茶籽粉碎粒度对游离油得率影响

图1表明油料破碎程度越高越有利于下一步的酶解，使油脂从细胞中释放出来，从而提高油得率。由图2a可以看出，未经任何处理的油茶籽细胞排列致密。图2b显示:油茶籽细胞中充满直径大小不一的油体，油体间包围了大量胶状物质及片状物质。在水酶法工艺中，需先采用机械方式将油料破碎，再结合酶的作用使油脂游离出来。油料粉碎是影响酶作用和提油效果的重要因素之一。一般情况下，破碎程度越大，提油效果越好。

研究报道［14］，对于含水量较低的油料，干法破碎可以在一定程度上避免形成稳定的乳状液，利于油脂提取。一般油料种子中的细胞直径约为几十微米［15］，油茶籽的子叶细胞形态不规则，平均大小为66.0 μm ×59.4 μm，最小细胞 34.2 μm ×39.5 μm，而最大细胞为 94.7 μm × 94.7 μm［11］。本文用干法对油茶籽仁进行粉碎处理，粉碎次数对油得率的影响结果见表2，不同粉碎次数下油料粒径分布曲线见图3和图4。由图3和图4可以看出:粉碎1次，油料粒径分布范围宽，平均粒径468.7μm，颗粒度远大于粉碎2次的物料粒度;粉碎2次油料粒径分布较均匀，80%的颗粒粒径在61.28 μm以下，大部分细胞结构破坏，理论上满足了工艺的要求。结合表2结果可知，不同粉碎次数(物料粒径不同)对游离油得率具有相显著影响，粉碎2次的物料比仅粉碎1次的物料游离油得率提高21.4%。因此，后续试验中对物料进行2次粉碎。

表2 不同粉碎次数下的粒径和油得率

2.3 不同酶制剂对游离油得率的影响

水酶法工艺通过酶的使用分解油料细胞壁或脂蛋白、脂多糖等，使油脂释放［16］。油茶籽仁细胞壁分为胞间层、初生壁和次生壁，主要成分是纤维素、半纤维素和果胶质。果胶质是胞间层的主要成分。以游离油Ⅰ和总游离油得率为指标对不同商业酶制剂的作用效果进行比较，结果见图5。

图5 不同的酶制剂对油茶籽游离油得率的影响

图6 固液比对游离油得率的影响

由图5可以看出，在无酶条件下，其游离油Ⅰ得率仅为20.90%，大部分油脂以乳状油存在，需要进行破乳。与不用任何酶的体系相比，纤维素类酶和果胶酶的油茶籽粉碎后体系的作用效果较好，总游离油得率提高10%以上，蛋白酶作用效果甚微，油茶籽油提取率基本没有变化;在后5种酶作用下，油茶籽油酶法提油体系中基本未形成乳状液，无需破乳工序。尤其是果胶酶b作用下，游离油得率达到86%，这是水酶法提油工艺的一大突破，在后续的工艺中，能否提高游离油得率是该酶制剂能否真正应用于工业化生产的关键。

本文选用果胶酶b作为油茶籽酶法提油工艺所用的酶，对其酶解参数进一步进行研究。

2.4 酶解条件对游离油得率的影响

2.4.1 固液比对游离油得率的影响

在 pH4.5、35 ℃、3 h 和加酶量 1.0% 的条件下，研究不同固液比对游离油得率的影响，结果见图6。从图6可以看出:游离油Ⅰ得率和总游离油得率得变化趋势相同，并且得率相近。说明在不同的固液比条件下，提油过程中不发生明显的乳化现象。随着固液比的增大，游离油得率快速增加，在1∶4时达到最大;固液比继续增大，游离油得率则随之缓慢减小。这是由于随着酶浓度和底物浓度的增大，反应速度加快，但增加到一定程度时，反应体系浓度过高，流动性变差反而不利于底物和酶的接触，导致反应速度下降，油得率降低。

2.4.2 酶解pH对游离油得率的影响

在固液比1∶4，在酶解温度35℃、酶解时间3 h和加酶量1.0%的条件下，研究酶解pH对游离油得率的影响。结果如图7所示，在pH3.50～4.50范围内，总游离油和游离油Ⅰ得率随pH的增大而提高，之后降低，游离油Ⅰ得率比总游离油得率下降更快。在料液的自然pH时，总油游离油得率比pH4.5时降低9%左右，而游离油Ⅰ得率为零，说明酶解离心后油脂以乳状油的形式存在。可见果胶酶b在此反应体系中的最适pH为4.5，但是体系pH接近6.0时酶活下降严重，细胞壁的破坏效果减弱，使清油得率降低。此外，可能与蛋白质和茶皂素的表面活性有关。

图7 酶解pH对油得率的影响

2.4.3 酶解温度对游离油得率的影响

在固液比1∶4、酶解 pH4.5，加酶量1.0%的条件下酶解3 h，研究酶解温度对游离油得率的影响，结果见图8。在所选范围内，温度对总游离油和游离油Ⅰ得率的影响很小，且对乳化现象影响较小。说明果胶酶对反应温度的限制小，在30～50℃之间酶解效果无明显改变。这有利于工业酶技术的应用不需要在生产过程中严格的控制温度。

图8 酶解温度对游离油得率的影响

2.4.4 加酶量对游离油得率的影响

在固液比 1∶4、酶解 pH4.5、40 ℃，酶解 3 h，研究加酶量对游离油得率的影响，结果见图9。总游离油和游离油Ⅰ得率随加酶量的增加而增大，当加酶量超过1.0%，油得率反而随酶量的增加而降低;在加酶量0% ～1.0%时，游离油Ⅰ得率增加趋势比总游离油得率显著。说明加酶量与乳状液的形成关系密切，随着酶量增大，清油得率迅速提高，继续加大酶量，油得率反而降低，这是由于随着酶浓度的增大，反应速率加快，有利于油脂的释放;而另一方面，茶皂素和蛋白质也更多的溶出，导致形成稳定的乳状液，清油得率反而降低。

图9 加酶量对游离油得率的影响

2.4.5 酶解时间对游离油得率的影响

在固液比1∶4、酶解 pH4.5、40 ℃、加酶量1%，研究酶解时间对游离油得率的影响，结果见图10。总游离油得率和游离油Ⅰ得率随酶解时间的延长而增大，反应3 h时，总游离油得率和游离油Ⅰ得率分别达到88.63%和88.34%。之后，油得率反而减小。这可能与油茶籽本身的成分有关，随着时间的增加，溶出的茶皂素和蛋白质不仅不利于油脂的释放，还会和油脂作用，包裹在固形物中。

图10 酶解时间对游离油得率的影响

在后续工作中，将继续优化酶解条件以提高游离油得率，并同时对液相中的产物进行回收利用，从而推动酶法提油在油茶籽中的工业化应用。

3 结论

3.1 油茶籽水酶法提油时，原料采用干法粉碎2次，平均粒径40.92μm，有利于酶法提油工艺中油脂释放与游离油得率的提高。

3.2 所选的酶制剂中，果胶酶b的作用较好;酶解条件中，料液比、酶解pH、加酶量和酶解时间都对游离油得率有显著影响;在固液比1∶4、酶解pH4.5、40℃、加酶量1%，酶解时间3 h条件下，游离油得率接近89%。

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Study on Aqueous Enzymatic Extraction of Oil from Camellia Oleifera Seeds

Liu Qianru1，2Zhao Guangyuan1Wang Yingyao2Luan Xia2
(Food Engineering Department of Zhengzhou Institute of Light Industry1，Zhengzhou 450002)
(Academy of State Administration of Grain2，Beijing 100037)

In the present study，the effects of pretreatment methods，enzyme type and process conditions on the yield of Camellia oleifera oil extracted by enzyme－assisted aqueous technology were investigated.The results showed that the use of pectinase after two－time grinding of the raw materials could effectively destroy the cell wall of Camellia oleifera seeds.The effect of incubation temperature on the oil extracted was not significant for this mixture;the optimum conditions of single－factor experiments were the ratio of solid to liquid 1∶4，initial pH 4.5，temperature 40 ℃，1%enzyme concentration and incubation time 3 h.Under the optimum conditions，the yield of free oil was up to 88.63%.

aqueous enzymatic extraction，camellia oleifera seeds，the yield of free oil，pectinase

TS224

A

1003－0174(2011)08－0036－05

“十一五”国家科技支撑计划(2009BABD1B0305)

2010－10－04

刘倩茹，女，1985年出生，硕士，食品科学

王瑛瑶，女，1978年出生，副研究员，博士，粮油食品加工