提取茶碱后水酶法提取茶油工艺研究

摘要 [目的]研究除去茶碱后使用水酶法进行提油的工艺条件。[方法]采用单因素试验，研究酶的种类、酶解温度、酶浓度、酶解时间、料液比对出油率的影响。[结果]最佳工艺条件是：采用蛋白酶，酶解温度50 ℃，酶浓度在2%～3%，酶解时间4 h，料液比1.0∶5.5，出油率可达51.9%。[结论]该研究为茶油的综合开发利用提供新途径。

关键词 茶碱;水酶法;蛋白酶;出油率

中图分类号 TS225.1+6文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）11-0166-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.047

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract [Objective] The research aimed to study the process conditions for extracting oil by aqueous enzymatic method after removing theophylline.[Method]The single factor test was used to study the effects of enzyme type， enzymolysis temperature， enzyme concentration， enzymolysis time and solidliquid ratio on oil yield.[Result]The optimum conditions were as follows： protease， enzymolysis temperature 50 ℃，enzyme concentration 2% - 3%， enzymolysis time 4 h， solidliquid ratio 1.0∶5.5， oil yield up to 51.9%.[Conclusion]This research provides a new way for the comprehensive development and utilization of tea oil.

Key words Theophylline;Aqueous enzymatic;Protease;Oil yield

基金项目 广东省自然科学基金项目（2016A030307018）。

作者简介 张卫国（1976—），男，河南周口人，教授，博士，从事食品科学与工程/酶工程研究。

收稿日期 2018-11-12

茶油树是我国特有的一种油料作物，其果实是有坚硬外壳的油茶籽，果仁含有丰富的油脂，经过一定加工工艺提取出来的油脂叫茶油。茶油透明、色浅、味香，其脂肪酸主要由油酸、亚油酸和少量的脂肪酸组成，其中油酸含量达74%～89%，不饱和脂肪酸含量达90%以上，脂肪酸含量与橄榄油相近，有“东方橄榄油”之称。茶油含有丰富的角鲨烯、维生素和茶多酚等功能性物质，因此茶油也有降血压、降血脂、预防心血管硬化以及预防癌症的保健功效[1]。

目前，我国茶油的生产主要应用于食用油，部分用于化妆品用油和医药用油。随着科研人员对茶油产品的不断深入研究，公众对茶油营养保健价值和经济价值有了更深的了解，开发具有高附加值的化妆品和医药产品成为未来的重要发展方向。现在企业普遍采用的是压榨法，或者是“预榨浸出法”就是先对茶籽进行压榨再用有机溶剂提取。使用压榨法处理后茶油的营养物质会严重变性，营养价值也会降低，副产品利用水平也会大大降低，浸出法是使用有机溶剂，提取过程会有残留，降低了生产安全性，也对环境造成了污染。除了这2种方法可以用于大规模工业生产外，其他方法还处在实验室阶段，有待进一步的探索，不同的提取方法各有优缺点，其出油率和油脂的质量有一定的差异[2-4]。

近年来国内外对不同油料作物的水酶法提油进行了大量研究[5-7]，水酶法提油条件温和，不会破坏蛋白质，提取的油品酸值、磷脂含量、过氧化值较低，离心分离后得到的水层和渣中含有可溶性多糖、蛋白质和茶皂素等可回收利用物质，相对于传统工艺减少污水和废弃物产生，生产工艺符合绿色生产和综合利用的发展理念[8]。水酶法原理是将油茶籽机械破碎后，使用具有不同分解功能的酶破坏细胞结构或细胞酶的生物大分子，使油脂更易于从油料细胞中释放出来，利用非油组分与水和油的亲和力的差异，以及水油的比重差异达到分离的目的[9]。水酶法提取茶油，作用条件温和，不使用有机溶剂，不需要升温加压，减少对营养物质的破坏，對生产设备的要求较低，副产品的回收利用率高，油脂品质好[10]。笔者在提取茶碱之后，探索影响出油率的主要因素，对油茶籽水酶法生产工艺进行优化，为茶油的综合开发利用提供新途径。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

食用乙醇、油茶籽、蛋白酶、纤维素酶。

1.2 主要仪器、设备

植物粉碎机、恒温水浴锅、电热恒温鼓风干燥箱、电子分析天平。

1.3 试验方法

1.3.1 提取茶碱。

称取油茶籽仁50 g置于烧杯中，用量筒量取100 mL 80%食用乙醇，以料液比（1∶2）将油茶籽和水混合，然后放进打浆机中连续打浆20 min，取出浆液，补加80%食用乙醇200 mL，混合后的浆液置于恒温水浴锅中50 ℃水浴2 h，收集茶渣，放在100 ℃烘箱中烘干，得到干茶渣。

1.3.2 水酶法制取油茶籽油过程。

于恒温水浴锅中90 ℃水浴10 min，使茶渣中的酶失活，取出置于室内，茶渣温度降至室温后，调节pH，将其置于冷冻恒温振荡器中，在设定的酶解时间和酶解温度下进行酶解，反应完成后将其置于恒温水浴锅在90 ℃条件下水浴10 min灭酶，10 000 r/min离心30 min，收集残渣测定残渣的含油量，计算出油率。出油率=出油量/[膨化后渣×（1-水分含量）]×100%、水分含量=渣中水的质量/渣的质量×100%。

2 结果与分析

2.1 酶的种类

固定酶浓度为2%，料液比为1∶5，酶解温度50 ℃，酶解2 h，粉碎度为80目，酶解pH 8.5，分别使用纤维素酶和蛋白酶在相同的试验条件下进行反应。

结果发现，蛋白酶和纤维素酶的出油率分别为51.8%和45.3%，蛋白酶的出油率高，说明蛋白酶的作用效果比较明显。这是因为在油茶籽细胞中大部分油脂通常是与蛋白质和碳水化合物等大分子结合，构成脂多糖、脂蛋白等复合体，蛋白膜将油脂包络，把油脂束缚在其凝胶网络中。部分油脂分布在主要由蛋白质构成的细胞质膜包围之中，油脂体分布于蛋白质体之间，蛋白质也是构成细胞膜的重要成分。在蛋白酶的作用下，细胞结构和脂蛋白、脂多糖等脂类复合体破坏分解，被蛋白膜包络的油脂被释放出来。加入纤维素酶主要作用是破坏了细胞壁，因为细胞壁是以纤维素为骨架，D-葡萄糖残基以β-1，4-糖苷键连接形成了纤维素，酶解纤维素不能让被多糖大分子物质包裹的油脂充分释放出来。提取过程中蛋白质的起泡性和乳化性也会阻碍油脂的提取，所以使用蛋白酶的出油率比使用纤维素酶的出油率高。

2.2 酶浓度对出油率的影响

固定料液比为1∶5，酶解温度50 ℃，酶解2 h，酶解pH 8.5，粉碎度为80目。蛋白酶用量对出油率的影响如图1所示。由图1可知，随着酶用量的增加，出油率呈现不断上升的趋势，达到最大值后，开始下降，达到一定浓度后开始缓慢上升。酶浓度低于2%，出油率显著上升，在2%～3%达到出油率最大值，那是因为随着酶浓度上升，更多的酶与底物充分接触，加快了反应速度。当酶浓度大于3%时，呈现缓慢上升趋势，但是最佳浓度不会出现在大于3%的区间段，因为随着酶浓度的提高，茶皂素和蛋白质不断溶解出来，形成稳定的乳状液，使油更难提取，也会增加生产成本。考虑到生产工艺对水的消耗以及工艺水回收副产品，从环保和生产成本方面考虑，酶的最佳浓度为2%～3%。

2.3 酶解时间对出油率的影响

固定酶浓度为2%，料液比为1∶5，酶解温度50 ℃，粉碎度为80目，酶解pH 8.5，探讨酶解时间对出油率的影响。从图2可看出，当酶解时间在1～2 h时，出油率随着酶解时间的增加呈现快速增长的趋势，出油率由47.3%增加至51.4%，4 h出油率达52.1%，酶解时间延长至4 h以后出油率增长不明显，推测出现这种情况的原因与油茶籽的成分有关系，蛋白酶在破坏细胞结构和脂类复合体释放油脂的同时，油茶籽中含有的少量茶皂素也会溶解出来，蛋白质和茶皂素会与油脂作用，将油脂包裹在固形物中，出油率出现缓慢的增长，可见在此条件下最佳的酶解时间为4 h。

2.4 酶解温度对出油率的影响

固定酶浓度为2%，料液比为1∶5，酶解2 h，粉碎度为80目，酶解pH 8.5，探讨酶解温度对出油率的影响，其结果如图3所示。酶的本质是蛋白质，蛋白质的结构决定蛋白质的性质，蛋白质性质极易受到温度的影响，会影响酶的作用效率，因此出油率受到温度的影响很大。在50 ℃以下，出油率随着酶解温度的增加呈现快速增长的趋势，温度达到50 ℃时出油率达51.6%，这是因为温度增加到接近酶的最佳作用温度，而且随着温度的增加，分子的动能也增加了，分子热运动程度加剧，酶与底物接触几率增加，使反应朝着有利于酶解方向进行。当温度高于50 ℃时，出油率随着温度的增加而呈现下降的趋势，温度达60 ℃时出油率达49.8%，因为温度增加到一定程度后，蛋白质结构会遭到破坏，可知酶的中心结构会被破坏，酶的催化活性会丧失，出油率受到影响，呈现下降的趋势。

2.5 料液比对出油率的影响

固定酶浓度为2%，酶解2 h，酶解pH 8.5，粉碎度为80目，酶解温度50 ℃，探讨料液比对出油率的影响，其结果如图4所示。在一定区间范围内出油率随着料液比的增大而呈现快速增长的趋势，在1∶5～1∶6达到最大值，在此阶段底物浓度随着料液比的增大而降低，酶与底物接触几率增大，反应速度加快，使出油率快速提高;料液比达到1∶6之后出油率呈现下降趋势，这时反应体系底物浓度降低，不利于酶与底物接触，减弱了酶的作用效果。考虑在生产加工过程中对水的消耗、废水的处理与排放以及后续的生产工艺，可以推算出最佳料液比为1.0∶5.5。

3 总结与讨论

一般水酶法提取茶油是先把茶油提取出来，然后再提取茶皂素洗液、茶籽多糖等副产品，该研究的方法是先提取茶堿再进行提油，优化提油的加工工序，提高了茶碱的提取效率，减少了茶碱在茶油中的残留量，使原水酶法工艺生产过程中出现的发泡和乳化现象大大减少，一定程度上提高了出油率。

单因素试验表明，酶的种类、酶浓度、酶解时间、酶解温度、料液比对水酶法提取茶油的出油率有显著影响。蛋白酶

试验效果较好，纤维素作用效果较差，因为在油茶籽研磨过程中蛋白质与磷脂结合形成了一层蛋白膜包络与油滴外，部分蛋白质与脂质结合成脂蛋白，蛋白酶对蛋白膜和脂蛋白进行破坏使油脂被释放出来;纤维素酶是分解植物细胞壁纤维素骨架，破坏细胞壁，所以蛋白酶使用效果好;蛋白酶的最佳使用浓度在2%～3%;最佳酶解时间为4 h;酶的最适作用温度为50 ℃，温度高于或低于酶的最佳作用温度会影响酶作用效率甚至会使酶丧失活性;最佳料液比为1.0∶5.5，在此状态下，底物与酶的作用效率最高。

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