水酶法提取油茶籽油的研究进展综述

陈泽君，胡 伟

(湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

水酶法提取油茶籽油的研究进展综述

陈泽君，胡 伟

(湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

本文介绍了水酶法提取油茶籽油的原理、基本工艺过程及特点，对该工艺的主要影响因素以及提取的油茶籽油品质作了重点阐述，并对该技术的应用前景进行了展望。

油茶籽油；水酶法；提取

油茶(Camelliaoleifera)是世界四大木本油料之一，主要分布在我国湖南、江西、广西等省。油茶籽油色清味浓，其脂肪酸组成以油酸和亚油酸等不饱和脂肪酸为主，油酸含量高达70%～80%，是优质保健食用油以及高级天然化妆品用原材料[1]。传统的油茶籽油提取方法主要有压榨法和浸出法，受工艺及设备的制约，一定程度上影响了油茶籽油作为高端木本食用油的生产和消费。水酶法提油技术是一种新型的油脂提取工艺，符合清洁生产和综合利用的发展理念。近年来，随着国内外研究水酶法提取大豆油、花生油、菜籽油的深入，水酶法提取油茶籽油的研究报道也逐渐增多。本文就水酶法提取油茶籽油研究现状及前景作简单综述，为该技术的进一步研究及应用提供参考。

1 油茶籽的主要化学成分及油脂的存在

1.1 油茶籽的组成及主要化学成分

油茶籽是成熟的油茶树果籽去除油茶蒲(或称茶包)得到的，占油茶果重38.7%～40.0%[2]。油茶籽由种皮(茶籽壳)和种仁(茶籽仁)两部分组成，其外形呈椭圆形或圆球形，背圆腹扁，长约2.5cm。油茶是一种高含油量植物，整籽含油30%～40%，整籽的含仁率为66%～72%。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，而果胶质是胞间层的主要成分，油茶籽仁中主要化学成分见表1。

表1 油茶籽仁中主要化学成分[3]Tab.1 ThemainchemicalcomponentsinCamelliaseedkernel油茶籽仁中化学成分含量(%)油茶籽仁中化学成分含量(%)粗脂肪39.63～49.95淀粉17.56～20.52粗蛋白 8.93～10.12粗纤维3.82～4.15总糖 7.04～10.65灰分2.37～2.58

1.2 油脂在油茶籽细胞中的存在

根据高尔道夫斯基假说，油脂呈微均匀分散状态充填在由胶束网组成的许多大小不等、相互隔离的孔道中，还有一部分油脂以球状“脂类体”存在于细胞中，该脂类体是油脂与其他大分子结合成“脂蛋白、脂多糖”等的复合体，每个脂体外面都有一层蛋白质为主要成分的边界膜包围着[4]。郭华等[5]在高倍镜(10×40)下观察到油茶籽中脂体存在于细胞内和细胞间隙中，脂体粒径为0.8～1.1μm，其颗粒呈橙红色半透明状、圆形。李猷[6]研究发现，茶籽仁细胞的排列较疏松，大小饱满，易于被外力破坏。每个油茶籽仁细胞内堆积着15～25个淀粉颗粒，平均粒径较脂体直径大。

2 水酶法提取油茶籽油原理、工艺过程及特点

2.1 水酶法提油基本原理

水酶法提油是在机械破碎的基础上，采用能降解植物油料细胞的酶或对脂蛋白、脂多糖等复合体有降解作用的酶作用于油料，使油脂易于从油料固体中释放出来，并利用非油成分(蛋白和碳水化合物)对油和水的亲和力差异，同时利用油水比重不同而将油和非油成分分离[7]。

2.2 水酶法提取油茶籽油基本工艺过程

基本工艺过程包括清选脱壳、粉碎研磨、调质提取、分离及后处理等。剥壳机去除茶籽壳得茶籽仁，将茶籽仁研磨成一定粒度的料浆，混合一定比例的水调整固液比，再添加一定种类、浓度的酶制剂，在适当的条件下进行酶解。酶解结束后将提取浆料在离心机上固液分离，得到液相的油、工艺水混合物以及固相的湿渣。液相经破乳、分离得到油脂，经真空脱水等处理成为优质茶籽油产品。分离出的工艺水(茶皂素、茶多糖等)可加工成茶皂素洗液、提取茶籽多糖等副产品，分离出的固态湿渣可加工成生物饲料[8]，其基本工艺流程如图1所示。

图1 水酶法提取油茶籽油的基本工艺流程 Fig.1 The basic process of Camellia seed oil by aque-ous enzymatic extraction

2.3 水酶法提取油茶籽油工艺特点

水酶法提油条件温和，无传统压榨法的蒸炒等高温过程，油料中营养有效成分可得以保留。提取的油品色泽浅，磷脂含量、酸值及过氧化值较低，一般可不需精炼即可食用。经离心分离后所得水层及渣中含有的茶皂素、可溶性多糖及蛋白质，可从中提取出茶籽多糖、茶籽皂素等产品。可做到低污水甚至无污水排放、无废物丢弃，符合安全、高效、绿色要求[9]。

3 水酶法提取油茶籽油主要影响因素

3.1 原料粉碎度

在水酶法制油工艺中，油料的粉碎程度对油脂的得率有重要影响。在酶解前，油料须达到足够的粉碎度以确保油料细胞的细胞壁被充分破坏，使细胞内水溶性成分易于溶出释放油脂，也扩大酶的相对作用面积和扩散速率[10]。细胞壁的厚度和细胞大小的比值与出油量和出油率密切相关。郭华等[3,5]研究发现，油茶籽子叶细胞的平均大小为66.0μm×59.4μm，油茶籽子叶细胞壁的平均厚度为3.12μm。根据油料细胞的细胞壁厚度与细胞大小的比值，推测出破坏油茶籽细胞所需机械力大于花生而小于油茶籽和大豆。

破碎方法分为干碾压法和湿研磨法，为避免湿法破碎产生稳定的乳状液，影响游离油得率，在控制好油茶籽初始含水率情况下，多采用干法破碎。一般情况下，原料破碎程度越大，效果越好，但粉碎度过大颗料太小，又会容易导致油水乳化，增加破乳难度，降低出油率。考虑到能耗及后续加工，油茶籽的粉碎度一般在50μm左右。

3.2 酶的种类与浓度

水酶法可供选择的酶有纤维素酶(CE)、半纤维素酶(HC)和果胶酶(PE)以及蛋白酶(PR)、α — 淀粉酶(α-AM)、α — 聚半乳糖醛酶(α — PG)、β— 葡聚糖酶(β— GL)等[11]。王超等[12]研究发现，Alcalase 2.0L蛋白酶对提取油茶籽油的作用效果最显著，Viscozyme L戊聚糖复合酶的作用效果次之，Celluclast 1.5L复合纤维素酶作用不明显。孙红等[13]研究发现，Alcalase碱性蛋白酶可有效降解茶籽仁细胞的细胞壁、释放包括油脂在内的细胞内容物，并呈现一种动态的降解过程。李猷[6]的研究也发现碱性蛋白酶的效果较好，虽然油茶籽子叶细胞内部淀粉在脂蛋白颗粒附近堆积，但两者之间并没形成太紧密的化学键连接，再经过粉碎、水溶之后，直链淀粉溶入水相，淀粉对脂蛋白酶解并无太大阻碍，建议如采用干法粉碎彻底，无需再使用纤维素酶及α-淀粉酶。而刘倩茹等[14]则认为，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。在果胶酶b的作用下，游离油得率达到86%，体系中基本未形成乳状液，无需破乳工序。

酶用量(浓度)与酶的种类、活力有关。一般酶浓度增加，会增大分离速率、提高油得率。但当酶用量达到某一浓度后，继续增加酶量提油效果并不理想，甚至会变差。一般而言，乳状液的稳定性随酶浓度和作用时间的增加而降低，且在作用的初始阶段效果较为明显。因此，选择适宜酶种及较经济的用量是水酶法能否真正应用于工业化生产关键。水酶法提取油茶籽油工艺中一般酶的用量多在0.05%～5%左右。

3.3 酶解温度、时间和pH值

酶解温度应当使酶保持在最大活性范围内且不影响油或其他产品的质量，温度过低或过高都不利于油脂提取。酶解时间以保证油料细胞有较大程度的降解，油的得率明显提高的最短时间为宜。反应时间过长除延长生产周期之外，还可能使乳状液趋于稳定，造成破乳困难。酶解pH既影响酶活性，又影响油提取及植物蛋白等产品的分离。有研究表明，最佳pH值往往与推荐的最佳pH值存在一定偏差，进而证明有些酶的使用环境并不是单纯的水相环境。也有研究认为pH值对油茶籽油的游离油收率的影响非常明显，其原因可能与体系中茶皂素和蛋白质的表面活性有关。茶皂素具备双亲基团，能起到表面活性作用，碱性条件下其苷键会水解，从而丧失表面活性，使清油收率提高；但碱性条件有利于油籽中蛋白质的溶出，蛋白质可形成水化层使乳液稳定[15]。

最佳酶解温度、时间和pH值应综合考虑油的得率、副产品的收率、生产周期及能耗等因素。水酶法提取油茶籽油的温度一般在40～60℃之间，酶解时间2～8h，pH值 4～9。

3.4 固液比的选择

水在整个过程中起润湿的作用，固液比的选择不仅对提油过程的影响有所差别，对后续分离也有影响。水酶法提油处理过程中，固液比对提油率有双重影响，一方面，固液比的降低使底物浓度减小，不利于酶的作用；另一方面固液比越低，越有利于油脂的释出。但固液比过大，难以使物料浸没，且料液黏稠粘附严重，油料损失较大，离心分离困难。考虑到工艺水的消耗及工艺水回收副产品，水酶法提取油茶籽油的固液比以1∶3～7为宜。

3.5 破乳

油茶籽油水酶法制取过程中形成的乳化液中含油脂浓度为82.76%，乳化液中茶皂素含量为2.6%，乳化液干粉中茶皂素含量达到11.25%，这是油茶籽油与其他油脂在水酶法制取过程中的重要区别，而将茶皂素从乳化液中分离出来可能极大降低乳化程度[10]。

破乳的方法有化学破乳和物理破乳，离心、升温、施加静电场等物理方法采用较多。李猷[6]通过提高温度促使乳化液由水包油型向油包水型转化，实现破乳。在乳化层中添加Na2SO4，伴随强烈的搅拌作用快速升温至 80℃达到良好的效果。周建平[8]采用沉降离心机将物料分离，得到液体(油和水)和湿渣，液体加热到80℃左右再用蝶式离心机分离出油茶籽油和工艺水。

表2 水酶法提取油茶籽油优化工艺条件的比较Tab.2 Thecomparisonofaqueousenzymaticextractionunderdifferentoptimumprocessconditions作者预处理方法酶种类陈兴誉[16]烘烤、加沸水纤维素酶∶中性蛋白酶∶α—淀粉酶=1∶2∶6(w/w)王超等[12]蒸汽Alcalase2.0L蛋白酶刘倩茹等[14]二次粉碎果胶酶b孙红等[13]粉碎度80目Alcalase2.4L蛋白酶方学智等[17]—酸性蛋白酶周建平[8]60～95℃热水调质,粉碎粒度小于50μmα-淀粉酶、纤维素酶张卫国[18]有机溶剂/水浸提除茶皂素,残渣用减压蒸馏回收溶剂,或高压水蒸气、碱提处理复合纤维素酶、蛋白酶酶用量(%)时间(h)温度(℃)pH值固液比(W/W)总得油率(%)4 1.5457 —84.410.02(mL/g)4558 1∶6(W/V)78.2513404.51∶4 88.6324 61.59.41∶7 91.240.10355—1∶6 82.170.05～1.0340～954.5～7.01∶3～6 82.0～93.2复合纤维素酶1.0～5.0、蛋白酶1.02～5505.0～7.01∶4～7 85

4 水酶法制油品质比较

4.1 理化性质的比较

由表3可看出: 不同研究者采用水酶法提取的油茶籽毛油除酸值介于一级和二级之间，气味滋味、色泽、透明度、过氧化值均可达到压榨成品一级标准。也有研究表明，与压榨油和浸提油相比水酶法制取的油茶籽油过氧化值最低，VE和β— 胡萝卜素含量显著高于压榨油和浸出油，而多酚和磷脂含量显著低于压榨油和浸出油[10]。其原因可能是由于多酚作为极性相对较大的天然抗氧化剂，在水酶法提取过程中，更多的溶解在工艺水中。由于提取过程温和，VE和β— 胡萝卜素等脂溶性抗氧化剂较少被破坏，保证了水酶法提取的油茶籽油具有较强的抗氧化性能。

表3 水酶法提取油茶籽油主要理化性质Tab.3 ThephysicochemicalpropertiesofCamelliaseedoilbyaqueousenzymaticextraction气味滋味色泽(罗维朋比色槽25.4mm)≤透明度酸值(KOH)(mg/g)≤过氧化值(mmol/kg)≤油茶籽油压榨成品一级具有油茶籽油固有的气味和滋味,无异味Y35,R2.0澄清、透明1.06.0国家标准[19]压榨成品二级Y35,R3.02.57.5水酶法1[16]—1.3±0.23.7±0.3水酶法2[13]——澄清、透明1.383±0.0322.282±0.132水酶法3[20]Y20,R2.00.643.72

4.2 脂肪酸组成的比较

从表4 可以看出: 水酶法提取的油茶籽油其脂肪酸组成及相对含量完全符合国标中油茶籽油脂肪酸组成特征指标。Soto C.等[21]研究也表明酶的加入不会影响油脂的特性。

表4 水酶法提取油茶籽油脂肪酸组成比较Tab.4 ThefattyacidcompositionofCamelliaseedoilbyaqueousenzymaticextraction脂肪酸(%)国标特征值水酶法1[16]水酶法2[13]饱和酸棕榈酸(C16∶0) 7～1110.3110.732硬脂酸(C18∶0)1.59单不饱和酸油酸(C18∶1)74～8777.8182.136亚油酸(C18∶2)7～148.86多不饱和酸亚麻酸(C18∶3)—0.387.506二十碳烯酸(C20∶1)—0.76

5 展望

总之，尽管目前水酶法提取油茶籽油还存在一些问题，但随着对以茶皂素为主的复杂乳状液体系研究的进一步深入，设计出较少形成稳定乳状液的提油工艺，同时借助高效提取、分离技术回收茶皂素、茶籽多糖等有效成分，可实现更科学、全面、客观的评价水酶法的优势，加速推进该技术的工业化进程。

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(文字编校：龚玉子 张 珉)

ResearchadvanceonCamelliaseedoilbyaqueousenzymaticextraction

CHEN Zejun，HU Wei

(Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China)

The technological principle,basic process and characteristics of aqueous enzymatic extraction(AEE)were introduced.The main influence factors of AEE fromCamelliaseed and the oil quality were also summarized and its application prospect were predicted.

Camelliaseed oil；aqueous enzymatic；extraction

2012 — 08 — 16

2012 — 09 — 12

中央财政林业科技推广示范项目([2011]TK 076)。

陈泽君(1962 — )，男，湖南省汨罗市人，研究员，主要从事木材改性和林木机械研究工作。

TS 225.1+6

A

1003 — 5710(2012)05 — 0101 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2012. 05. 027