水酶法提取油茶籽油工藝條件優(yōu)化研究

向 嬌，郭 華，肖麗飛

（湖南農(nóng)業(yè)大學食品科技學院，湖南 長沙410128）

油茶作為我國特有的油料作物之一，主要生長于湖南、江西等南方地區(qū)，其種子可制作油脂，長期食用后有明顯的預(yù)防心腦血管疾病、延緩動脈粥樣硬化、降血壓、降血脂等功效，因而有東方橄欖油之稱[1-3]。

水酶法是一種新興的植物油脂提取技術(shù)，在水劑法加工工藝的基礎(chǔ)上，將蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、淀粉酶等酶制劑引入到提取工藝中[4-6]，利用酶的專一性作用于底物，使細胞壁進一步破碎，將包裹在淀粉顆粒、蛋白質(zhì)中的油脂釋放出來。與傳統(tǒng)壓榨法及有機溶劑浸提法[7]相比，水酶法提取工藝條件溫和，無化學試劑殘留，可以最大限度地保留油脂中的有利成分；同時，有助于提高后期副產(chǎn)物的加工利用率，做到真正的綠色環(huán)保。

在水酶法提取油茶籽油的過程中，通常會進行粉碎研磨，以破壞油茶籽的細胞結(jié)構(gòu)，使油脂從細胞結(jié)構(gòu)中游離出來；再通過定量的酶制劑反應(yīng)，來提高出油率。為了進一步提高油茶籽油的提油率，加大其副產(chǎn)物的利用，筆者對水酶法提取油茶籽油的最佳工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，為其工業(yè)化生產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和主要儀器

1.1.1 試驗材料 油茶籽仁漿液：將油茶籽脫殼后，采用風選法將皮與仁分開，先采用粉碎機粉碎，再用液壓輥式研磨機研磨兩次后，備用。酶制劑：高溫淀粉酶（20 000 U/g，蘇柯漢生物工程有限公司）。

1.1.2 主要儀器與設(shè)備 LXJ-YIIB 低速大容量離心機（上海安亭科學儀器廠）、HCY-10 型核磁共振含油量測量儀（武漢中航儀器有限責任公司）、SY260 液壓輥式研磨機（中國常州自力化工機械有限公司）、pHS-3E 型數(shù)字酸度計（上海精密科學儀器公司）、ALC-2100.2 電子天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）、HH-8 數(shù)顯恒溫水浴鍋（上海浦東物理光學儀器廠）、101A-3ET 電熱鼓風干燥箱（上海實驗儀器廠有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 水酶法提油工藝流程 油茶籽仁漿液→加水、酶制劑→提取→分離→含水油茶籽油→干燥→計算提油率與殘油率。

1.2.2 影響淀粉酶反應(yīng)速度的單因素試驗 （1）攪拌速度對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，加入400 m L 熱水，待溫度降到80℃時，調(diào)節(jié)pH 值至6.0，加入0.10%淀粉酶，慢速攪拌使料水混合。分別采用0、5、10、15、20 r/m in 的攪拌速度，在80℃下提取3 h，取出滅酶，離心脫水后稱取油脂重量，以油脂提取率和殘油率為指標，考查攪拌速度對提油率的影響。（2）料水比對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，分別按照料水比1︰2、1︰3、1︰4、1︰5、1︰6 加入熱水，待溫度降到80℃時，調(diào)節(jié)pH 值至6.0，加入0.10%淀粉酶，在10 r/m in 的攪拌速度下提取3 h，以油脂提取率和殘油率為指標，考查不同料水比對提油率的影響。（3）酶作用時間對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，加入400 m L 熱水，待溫度降到80℃時，調(diào)節(jié)pH 值至6.0，加入0.10%淀粉酶，在10 r/m in 的攪拌速度下分別提取1、2、3、4、5 h，以油脂提取率和殘油率為指標，考查酶作用時間對提油率的影響。（4）酶解pH 值對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，加入400 m L 熱水，待溫度降到80℃時，分別調(diào)節(jié)pH 值至4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，加入0.10%淀粉酶，在80℃下以10 r/min 的攪拌速度提取3 h，以油脂提取率和殘油率為指標，考查酶解pH 值對提油率的影響。（5）酶用量對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，加入400 m L 熱水，待溫度降到80℃時，調(diào)節(jié)pH 值至6.0，分別加入0、0.05%、0.10%、0.20%、0.40%的酶量，在80℃下以10 r/m in 的攪拌速度提取3 h，以油脂提取率和殘油率為指標，考查酶用量對提油率的影響。（6）酶解溫度對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，加入400 m L 熱水后調(diào)節(jié)pH 值至6.0,分別調(diào)節(jié)溫度至70、75、80、85、90℃，加入0.10%淀粉酶，在10 r/min 的攪拌速度下提取3 h，以油脂提取率和殘油率為指標，考查酶解溫度對提油率的影響。

1.2.3 提取工藝條件的優(yōu)化 在單因素試驗的基礎(chǔ)上采用正交試驗對水酶法提取油茶籽油的工藝作進一步的優(yōu)化。選取對油茶籽油提取率影響較大的4個因素（酶解溫度、酶解時間、加酶量、料水比）進行L9（34）正交試驗。正交試驗因素與水平見表1。

表1 正交試驗因素和水平設(shè)計

2 結(jié)果與分析

2.1 影響淀粉酶反應(yīng)速度的單因素試驗結(jié)果

2.1.1 攪拌速度對提油率的影響 由圖1 可知，在攪拌速度為0 r/min 的條件下，水溶液與油料顆粒不能充分接觸，導致細胞不能吸水脹破，使油水分子不能從油料顆粒中逸出。而且此時淀粉酶不能與漿液充分接觸，所以油茶籽油的提油率是最低的；隨著攪拌速度的加快，油茶籽油的提油率有所升高。因為油料顆粒與水溶液的有效接觸面積擴大，有利于淀粉酶分解包裹在油滴表面的淀粉顆粒，加速油脂析出；隨著攪拌速度的不斷加快，殘油率會降低。這是因為當攪拌速度過快時，不僅有助于脂體的釋放游離，而且還會導致整個體系產(chǎn)生湍流，發(fā)生乳化，使少部分油脂分散在水中，形成乳化層，導致提油率的下降。并且，攪拌速度過快，容易導致機械磨損，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，因此最佳攪拌速度為10 r/m in。

圖1 攪拌速度對提油率的影響

2.1.2 料水比對提油率的影響 在水酶法提取油茶籽油的過程中，水作為媒介可將漿液均勻的分布在水相中，適當?shù)牧纤扔欣诘矸勖概c包裹在脂體表面的淀粉顆粒反應(yīng)，提高提油率。從圖2 中可以看出，當料水比逐漸增大時，油茶籽油的提油率逐漸增加。但當料水比超過1︰4 以后，出油率開始下降，殘油率卻沒有增加，這是因為溶劑增大有利于油茶皂素的析出，而油茶皂素可與脂肪形成w/o 乳化體系[8]，使油茶籽油的提油率下降。同時，離心分離后，過多的工業(yè)廢水不利于處理，所以建議料水比以1︰4 更為合適。

圖2 料水比對提油率的影響

2.1.3 酶作用時間對提油率的影響 從圖3 中可以看出，隨著酶作用時間的延長，提油率越高。當作用時間為3 h 時，提油率有顯著提高，隨著時間的延長，提油率增速變緩。酶解3 h 后，油茶籽油已充分提取，過度的延長酶解時間提油率雖有提高但是耗時長，成本高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。同時，殘油率也隨著時間延長而增加，這可能是因為時間越長，漿液中的非脂物質(zhì)也容易溶出。綜合考慮，認為最適酶作用時間為3 h。

圖3 酶作用時間對提油率的影響

2.1.4 酶解pH 值對油茶籽油提油率的影響 過高或過低的pH 值都會破壞酶蛋白的空間結(jié)構(gòu)，導致酶失活。因而選擇合適的酶解pH 值至關(guān)重要[9]。從圖4 中可以看出，高溫淀粉酶的反應(yīng)最適pH 值為6～8，高于或低于最適pH 值都會影響酶的穩(wěn)定性，使酶分子的必須基團處于解離狀態(tài)，從而使底物不能與酶結(jié)合，導致反應(yīng)速度下降。當pH 值為8 時，提取的油脂略帶有刺鼻氣味，不利于身體健康。另一方面，油茶籽仁漿本身pH 值在5.7 左右，當漿液分散在純水中后，整個體系的pH 值在6 左右，故不需要添加酸或堿性物質(zhì)，就可以達到較好的提取效果。

圖4 酶解pH 值對油茶籽油提油率的影響

2.1.5 淀粉酶用量對提油率的影響 從圖5 中可以看出，在添加0.05%淀粉酶的情況下，油茶籽仁的提油率達91.2%，這說明反應(yīng)過程中只需要添加少量的酶制劑就能達到較好的提取效果。當酶添加量超過0.20%時，提油率和殘油率均開始呈現(xiàn)下降趨勢，這可能是因為隨著酶添加量的增大，反應(yīng)速度加快，有利于油脂解離的同時，漿液中的油茶皂素與蛋白質(zhì)也大量溶解于溶劑中，形成穩(wěn)定的乳化層，離心后油滴不易分離，從而導致提油率下降。因此，最適淀粉酶添加量應(yīng)為0.10%。

圖5 酶添加量對提油率的影響

2.1.6 酶解溫度對提油率的影響 由圖6 可知，隨著溫度的升高，提油率逐漸上升。酶解溫度的升高可以有效地增大分子擴散系數(shù)，降低溶劑及油脂粘度，從而加快油脂分子的擴散速度，從而提高油茶籽油的提油率。當溫度升高到80℃時，提油率明顯增高。這是因為淀粉酶的最適溫度在80～85℃，當?shù)矸勖冈谧钸m溫度時，酶的活性上升，酶解活力最大，有利于糊化的淀粉分子降解，料漿粘度下降，使脂體易于聚集，并與水相分離。當溶液溫度達到90℃以后，提油率增速變緩，在此溫度下水容易蒸發(fā)，耗能大，且油茶籽油的色澤加深。因此，最適酶解溫度為85℃。

圖6 酶解溫度對提油率的影響

2.2 優(yōu)化試驗

對表2 中數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計[10]，得出因素A 的K值分別為k190.40，k291.15，k391.19，極值RA為0.79；因素B 的K 值為k190.54，k290.99，k391.22，極值RB為0.68；因素C 為k190.59，k291.40，k390.76，極值RC為0.81；因素D 為k189.77，k291.74，k391.24，極值RD為1.97。

由分析結(jié)果可知，RD＞RC＞RA＞RB，4個因素對油茶籽油提取率的顯著影響順序為料水比（D）>加酶量（C）>酶解溫度（A）>酶解時間（B）。通過k 值可以得出水酶法提取油茶籽油的最優(yōu)工藝條件組合為A3B3C2D2。由于酶解時間對油茶籽油的提油率影響較小，酶解時間長，能耗加大，考慮到溫度對油脂品質(zhì)的影響，故選擇較優(yōu)工藝條件組合A2B2C2D2，即：酶解溫度為85℃，料水比為1︰4，加酶量為0.10%，酶解時間為3 h。由于此條件不在正交表內(nèi)，故在此條件下進行驗證試驗，得到的油茶籽油提油率為92.23%，比正交試驗所得最高值91.95%提高了0.28個百分點，說明所選條件可行。

表2 酶解條件正交試驗結(jié)果

3 結(jié)論

油茶籽仁中的茶皂素對油茶籽油的提油率有較大的影響，為了有效降低乳化效應(yīng)，提高提油率，應(yīng)當選擇合適的攪拌速度和料液比。利用酶制劑提取油茶籽油工藝中，通過單因素試驗和正交試驗得出水酶法的較佳工藝條件為：酶解溫度為85℃，料水比為1︰4，加酶量為0.10%，酶解時間為3 h，酶解pH 值為6.0。在此條件下得到的油茶籽提油率高達92.23%。

[1]柏云愛，宋大海，張富強，等.油茶籽油與橄欖油營養(yǎng)價值的比較[J].中國油脂，2008，33（3）：39-41.

[2]彭陽生，奚如春.油茶栽培及茶籽油制取[M].北京：金盾出版社，2006.

[3]吳雪輝，陸順忠.茶油的保健功能作用及開發(fā)前景[J].食品科技，2005，（8）：94-96.

[4]Zhang SB，Wang Z，Xu SY.Optimization of the aqueous enzymatic extraction of rapeseed oil and protein hydrolysates[J].Journal of the American OilChemists Society，2007，84（1）：97-105.

[5]Chi X X，Zhao D X.Aqueous Extraction of Oil and Protein from Soybeans with Subcritical Water[J].Journal of the American Oil Chemists Society，2012，（89）：1145-1153.

[6]于慧君，周建平，黃耀武.酶對油菜籽油水酶法提取率的影響研究[J].現(xiàn)代食品科技，2011，（27）：328-331.

[7]馬 力，陳永忠，陳隆升.茶油不同提取方法的比較分析[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2010，（11）：11-13.

[8]王曉琴.水酶法提取茶葉籽油及副產(chǎn)物茶皂素工藝研究[J].中國糧油學報，2011，（26）：76-78.

[9]馬蘭戈尼AG.酶催化動力學測定參數(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

[10]田欽德，楊 堅.食品試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2002.