超声波辅助酶法提取油茶籽油的影响因素研究

冯红霞，江连洲，李 杨，张 妍，刘 琪，隋晓楠，曹 亮

（东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030）

油茶系山茶科山茶属植物，是我国独有的一种木本油料资源[1]，遍布江南各省和秦晋高原部分地区[2]，具有栽培历史悠久、分布区域广、栽培面积大、用途多等特点，与油橄榄、椰子以及油棕并称为世界四大木本油料植物[3]。茶籽油主要由油酸、亚油酸、亚麻酸和部分饱和脂肪酸组成[4]，其中油酸、亚油酸含量高达90%，对防止血管硬化、高血压有一定作用，极有利于患有心脏病、血管硬化、高血压等病症的人食用，是一种理想的疗效保健营养油脂[5]。我国茶油制取工艺主要有压榨法和浸提法[6]。压榨法是传统的榨油方法，存在提油率低、产量低、副产品难于利用等问题[7-8]。浸提法具有得油率高、成本低等优点，但存在由于有机溶剂的使用而产生安全隐患、环境污染等问题。作为一种“安全、高效、绿色”的制油技术，水酶法在油脂提取方面的研究逐渐增多。目前国内水酶法提取油茶籽油方面的技术还处于起步阶段[8-10]，存在提油率低、乳化率高等问题。根据已有的研究结果，物料粉碎度和酶法提油工艺中酶的种类对提油率有至关重要的影响，本文旨在研究超声波技术在水酶法提取工艺中的应用，通过考察油脂四相分布，寻求超声预处理与酶法提取技术结合的最佳工艺参数，并探讨酶种类（包括碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶）对油脂四相分布的影响，为进一步解决油茶籽水酶法提取中的问题奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

油茶籽（经脱壳后得到油茶籽仁） 产于福建省福安市；酶制剂（碱性蛋白酶Alcalase2.4 L、中性蛋白酶Protex7 L、植物水解酶Viscozyme L） 诺维信公司；纤维素酶Cellulase 上海蓝季科技发展公司；氢氧化钠、浓盐酸、无水乙醇等 分析纯。

XMTD-4000型电热恒温水浴锅 北京市永光明医疗仪器厂；JJ-1型增力电动搅拌机 金坛市医疗器械厂；高速冷冻离心机 北京京立离心机有限公司；BE601AB粉碎机 美的电器有限公司；JY92-11N超声波细胞粉碎仪 宁波新芝生物科技股份有限公司；PHS-25C型数字酸度计 上海大普仪器有限公司；WGL-45B型电热恒温鼓风干燥箱 天津泰斯特仪器有限公司；FA2004型电子分析天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；KDN-04III型蛋白质测定仪、HYP-1020二十孔消化炉 上海纤检仪器有限公司。

表1 酶的最适酶解条件Table 1 The optimal hydrolysis conditions of enzyme

1.2 实验方法

1.2.1 分析检测方法 水分测定：依据GB 5009.3-2010；粗脂肪测定：依据AOAC Official Method 922.06；粗蛋白测定：依据GB 5009.5-2010；灰分测定：依据GB/T 5505-2008；乳状液含油率测定：AOAC Official Method 995.19；水解液含油率测定：AOAC Official Method 989.05。

1.2.2 油茶籽油提取工艺流程 油茶籽→脱壳→粉碎→调质→超声→调pH和温度→酶解→升温灭酶→离心分

1.2.3 操作要点 粉碎：取一定量的油茶籽仁，置于粉碎机干磨杯中进行粉碎，每30s为一次；调质：按料液比1∶6添加蒸馏水分次冲洗干磨杯，并将混合物倒入酶解瓶中；超声：将调好料液比的原料置于超声波细胞粉碎仪中按照相应的条件进行处理；酶解：在酶的最适温度和pH下进行酶解，酶解时间均为3.5h；离心：离心转速10000r/min，离心时间30min，离心温度20℃。

1.2.4 所选酶的最适反应条件 本实验所用酶的最适酶解条件如表1所示。

2 结果与讨论

2.1 油茶籽仁的主要成分

本实验用油茶籽仁的主要成分见表2。

表2 油茶籽仁的主要成分Table 2 The main component of oil-tea camellia seed

2.2 单因素实验

2.2.1 粉碎粒度对油脂分布的影响 取等量的油茶籽仁，粉碎粒度依次为：2.0（10目）、0.850（20目）、0.600（30目）、0.425（40目）、0.300（50目）mm。添加碱性蛋白酶Alcalase2.4 L，在其最适条件下进行酶解，考察粉碎粒度对油脂四相分布的影响，结果见图1。

水酶法提油的最理想状态就是得到最大的游离油提取率和最少的乳状液含油率[11]，这也是降低其后精炼难度的重要指标。由图1可知，随着粉碎粒度的增加，游离油提取率呈现逐渐上升的趋势，水解液、残渣含油率逐渐降低；当粉碎粒度为0.600mm时，游离油提取率达到最大值，之后随着粉碎粒度的增加游离油提取率反而呈现降低趋势。这有可能是粉碎30目后已对油茶籽细胞起到了很好的破碎作用，再进一步增加粉碎等于变相增加了搅拌时间和残渣碎度，这样会使游离油融入物料残渣或形成乳状液。因此，选定的粉碎粒度为0.600mm（30目）。

图1 粉碎粒度对油脂分布的影响Fig.1 Effect of the crushing particle size on the oil distribution

2.2.2 酶种类对油脂四相分布的影响 取粉碎粒度为0.6mm的油茶籽仁，按照1∶6的料液比添加蒸馏水进行酶解，分别比较了纤维素酶（Cellulase）、酸性蛋白酶（Viscozyme L）、中性蛋白酶（Protex 7L）、碱性蛋白酶（Alcalase 2.4L）对油脂四相分布的影响，结果如图2所示。

图2 酶对油脂分布的影响Fig.2 Effect of enzyme on the oil distribution

由图2可知，加酶进行酶解得到的游离油提取率均高于空白对照样，加酶进行酶解得到的残渣含油率均低于空白对照样，这是由于酶有助于子叶细胞壁结构和油体膜的破坏[12]。所选酶中Alcalase2.4L酶解效果优于其他酶，这可能是因为碱性蛋白酶对水解包裹在油体表面的油体膜蛋白及亲脂性蛋白具有更有效的作用[13]。

2.2.3 超声条件对油脂分布的影响

2.2.3.1 超声温度对油脂分布的影响 取粉碎粒度为0.6mm的油茶籽仁，在超声功率为100W，超声时间为10min的条件下，添加碱性蛋白酶Alcalase 2.4L，在其最适条件下进行酶解，考察超声温度对油脂四相分布的影响，结果见图3。

图3 超声温度对油脂分布的影响Fig.3 Effect of ultrasound temperature on the oil distribution

由图3可知，随着温度的上升，游离油提取率呈现逐渐增长趋势，乳状液、水解液中含油率呈现降低趋势，当温度上升到40℃时，游离油提取率随着温度的上升呈现降低趋势，这说明超声温度对游离油提取率有一定的影响作用。但如果超声温度过高，提高了蛋白质的吸油性作用，不利于油脂的释放，所以选择超声温度为40℃。

2.2.3.2 超声功率对油脂分布的影响 在超声温度40℃，超声时间10min的条件下，考察超声功率对油脂四相分布的影响，结果见图4。

图4 超声功率对油脂分布的影响Fig.4 Effect of ultrasound power on the oil distribution

由图4可知，在超声功率为400W的条件下，游离油提取率增加最多，乳状液、水解液中含油率降低最多。这是由于当超声波功率增大时，提高了超声波在液体中的分散效应，使液体产生空化的作用，从而使液体中的固体颗粒或细胞组织破碎[14]，进而提高了游离油提取率。

2.2.3.3 超声时间对油脂分布的影响 在超声温度为40℃，超声功率为400W的条件下，考察不同超声时间对油脂四相分布的影响，结果如图5所示。

图5 超声时间对油脂分布的影响Fig.5 Effect of ultrasound time on the oil distribution

在图5中，随着超声时间的延长，游离油提取率随之升高，而乳状液、水解液中含油率呈下降趋势。但当超声时间大于40min时，乳状液含油率增加，这是由于随着超声时间的增加，超声波声强增大，溶液受到的负压随之增大，水分子间平均距离就会增大，超过极限距离后就会破坏蛋白质结构的完整性，造成空穴，蛋白质分子结构变得疏松，乳化能力提高[15]，不利于油脂的释放，从而减少了游离油提取率，所以超声时间选择40min。

2.2.3.4 溶剂选择 水酶法提取油茶籽油过程中会有乳状液形成，降低了游离油提取率。乙醇有很强的破乳能力，在其他提取条件相同的情况下，能大大减少乳状液的生成量[16]。因此，本研究分别以水、15%乙醇作为溶剂，并进行超声处理，对比了不同溶剂对油脂四相分布的影响，结果如图6所示。

图6 溶剂对油脂分布的影响Fig.6 Effect of the solvent on oil distribution

在图6中，以乙醇为溶剂的游离油提取率高于水溶剂，而且乳状液含油率低于水溶剂，因为具有亲油性能的乙醇分子可能会在水中伸展开来，在微小油滴之间产生架桥作用；另外，乙醇分子还可以进入乳化油滴内部，破坏其油水界面膜[17]，因此能有效地降低乳状液的生成量，提高游离油提取率。

2.3 验证实验

以各个单因素得到的最佳工艺，即：物料粉碎粒度0.600mm、Alcalase 2.4L酶解、超声功率400W、超声温度40℃、超声时间40min、溶剂为乙醇，进行验证实验，得到游离油提取率为59.23%，总油提取率为94.56%。

3 结论

通过研究超声条件和酶的综合作用，说明超声与酶结合使用能够很好的破碎细胞，提高油脂提取率，减少乳状液的生成。实验得出最佳工艺：物料粉碎粒度0.600mm；多种酶中游离油提取率最高的酶是Alcalase 2.4L，其酶解条件为：酶解温度60℃，pH=9.0，酶解时间为3h，添加量为2%；最佳超声条件为：超声功率400W，超声温度40℃，超声时间40min。在此最佳工艺条件下，游离油提取率达到59.23%，总油提取率达到94.56%。

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