水酶法提取油茶籽油工艺条件优化研究

向 娇，郭 华，肖丽飞

（湖南农业大学食品科技学院，湖南 长沙410128）

油茶作为我国特有的油料作物之一，主要生长于湖南、江西等南方地区，其种子可制作油脂，长期食用后有明显的预防心脑血管疾病、延缓动脉粥样硬化、降血压、降血脂等功效，因而有东方橄榄油之称[1-3]。

水酶法是一种新兴的植物油脂提取技术，在水剂法加工工艺的基础上，将蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、淀粉酶等酶制剂引入到提取工艺中[4-6]，利用酶的专一性作用于底物，使细胞壁进一步破碎，将包裹在淀粉颗粒、蛋白质中的油脂释放出来。与传统压榨法及有机溶剂浸提法[7]相比，水酶法提取工艺条件温和，无化学试剂残留，可以最大限度地保留油脂中的有利成分；同时，有助于提高后期副产物的加工利用率，做到真正的绿色环保。

在水酶法提取油茶籽油的过程中，通常会进行粉碎研磨，以破坏油茶籽的细胞结构，使油脂从细胞结构中游离出来；再通过定量的酶制剂反应，来提高出油率。为了进一步提高油茶籽油的提油率，加大其副产物的利用，笔者对水酶法提取油茶籽油的最佳工艺参数进行了优化，为其工业化生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料和主要仪器

1.1.1 试验材料 油茶籽仁浆液：将油茶籽脱壳后，采用风选法将皮与仁分开，先采用粉碎机粉碎，再用液压辊式研磨机研磨两次后，备用。酶制剂：高温淀粉酶（20 000 U/g，苏柯汉生物工程有限公司）。

1.1.2 主要仪器与设备 LXJ-YIIB 低速大容量离心机（上海安亭科学仪器厂）、HCY-10 型核磁共振含油量测量仪（武汉中航仪器有限责任公司）、SY260 液压辊式研磨机（中国常州自力化工机械有限公司）、pHS-3E 型数字酸度计（上海精密科学仪器公司）、ALC-2100.2 电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）、HH-8 数显恒温水浴锅（上海浦东物理光学仪器厂）、101A-3ET 电热鼓风干燥箱（上海实验仪器厂有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 水酶法提油工艺流程 油茶籽仁浆液→加水、酶制剂→提取→分离→含水油茶籽油→干燥→计算提油率与残油率。

1.2.2 影响淀粉酶反应速度的单因素试验 （1）搅拌速度对油茶籽油提油率的影响。称取100 g 油茶籽仁浆液，加入400 m L 热水，待温度降到80℃时，调节pH 值至6.0，加入0.10%淀粉酶，慢速搅拌使料水混合。分别采用0、5、10、15、20 r/m in 的搅拌速度，在80℃下提取3 h，取出灭酶，离心脱水后称取油脂重量，以油脂提取率和残油率为指标，考查搅拌速度对提油率的影响。（2）料水比对油茶籽油提油率的影响。称取100 g 油茶籽仁浆液，分别按照料水比1︰2、1︰3、1︰4、1︰5、1︰6 加入热水，待温度降到80℃时，调节pH 值至6.0，加入0.10%淀粉酶，在10 r/m in 的搅拌速度下提取3 h，以油脂提取率和残油率为指标，考查不同料水比对提油率的影响。（3）酶作用时间对油茶籽油提油率的影响。称取100 g 油茶籽仁浆液，加入400 m L 热水，待温度降到80℃时，调节pH 值至6.0，加入0.10%淀粉酶，在10 r/m in 的搅拌速度下分别提取1、2、3、4、5 h，以油脂提取率和残油率为指标，考查酶作用时间对提油率的影响。（4）酶解pH 值对油茶籽油提油率的影响。称取100 g 油茶籽仁浆液，加入400 m L 热水，待温度降到80℃时，分别调节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 的搅拌速度提取3 h，以油脂提取率和残油率为指标，考查酶解pH 值对提油率的影响。（5）酶用量对油茶籽油提油率的影响。称取100 g 油茶籽仁浆液，加入400 m L 热水，待温度降到80℃时，调节pH 值至6.0，分别加入0、0.05%、0.10%、0.20%、0.40%的酶量，在80℃下以10 r/m in 的搅拌速度提取3 h，以油脂提取率和残油率为指标，考查酶用量对提油率的影响。（6）酶解温度对油茶籽油提油率的影响。称取100 g 油茶籽仁浆液，加入400 m L 热水后调节pH 值至6.0,分别调节温度至70、75、80、85、90℃，加入0.10%淀粉酶，在10 r/min 的搅拌速度下提取3 h，以油脂提取率和残油率为指标，考查酶解温度对提油率的影响。

1.2.3 提取工艺条件的优化 在单因素试验的基础上采用正交试验对水酶法提取油茶籽油的工艺作进一步的优化。选取对油茶籽油提取率影响较大的4个因素（酶解温度、酶解时间、加酶量、料水比）进行L9（34）正交试验。正交试验因素与水平见表1。

表1 正交试验因素和水平设计

2 结果与分析

2.1 影响淀粉酶反应速度的单因素试验结果

2.1.1 搅拌速度对提油率的影响 由图1 可知，在搅拌速度为0 r/min 的条件下，水溶液与油料颗粒不能充分接触，导致细胞不能吸水胀破，使油水分子不能从油料颗粒中逸出。而且此时淀粉酶不能与浆液充分接触，所以油茶籽油的提油率是最低的；随着搅拌速度的加快，油茶籽油的提油率有所升高。因为油料颗粒与水溶液的有效接触面积扩大，有利于淀粉酶分解包裹在油滴表面的淀粉颗粒，加速油脂析出；随着搅拌速度的不断加快，残油率会降低。这是因为当搅拌速度过快时，不仅有助于脂体的释放游离，而且还会导致整个体系产生湍流，发生乳化，使少部分油脂分散在水中，形成乳化层，导致提油率的下降。并且，搅拌速度过快，容易导致机械磨损，不利于工业化生产，因此最佳搅拌速度为10 r/m in。

图1 搅拌速度对提油率的影响

2.1.2 料水比对提油率的影响 在水酶法提取油茶籽油的过程中，水作为媒介可将浆液均匀的分布在水相中，适当的料水比有利于淀粉酶与包裹在脂体表面的淀粉颗粒反应，提高提油率。从图2 中可以看出，当料水比逐渐增大时，油茶籽油的提油率逐渐增加。但当料水比超过1︰4 以后，出油率开始下降，残油率却没有增加，这是因为溶剂增大有利于油茶皂素的析出，而油茶皂素可与脂肪形成w/o 乳化体系[8]，使油茶籽油的提油率下降。同时，离心分离后，过多的工业废水不利于处理，所以建议料水比以1︰4 更为合适。

图2 料水比对提油率的影响

2.1.3 酶作用时间对提油率的影响 从图3 中可以看出，随着酶作用时间的延长，提油率越高。当作用时间为3 h 时，提油率有显著提高，随着时间的延长，提油率增速变缓。酶解3 h 后，油茶籽油已充分提取，过度的延长酶解时间提油率虽有提高但是耗时长，成本高，不利于工业化生产。同时，残油率也随着时间延长而增加，这可能是因为时间越长，浆液中的非脂物质也容易溶出。综合考虑，认为最适酶作用时间为3 h。

图3 酶作用时间对提油率的影响

2.1.4 酶解pH 值对油茶籽油提油率的影响 过高或过低的pH 值都会破坏酶蛋白的空间结构，导致酶失活。因而选择合适的酶解pH 值至关重要[9]。从图4 中可以看出，高温淀粉酶的反应最适pH 值为6～8，高于或低于最适pH 值都会影响酶的稳定性，使酶分子的必须基团处于解离状态，从而使底物不能与酶结合，导致反应速度下降。当pH 值为8 时，提取的油脂略带有刺鼻气味，不利于身体健康。另一方面，油茶籽仁浆本身pH 值在5.7 左右，当浆液分散在纯水中后，整个体系的pH 值在6 左右，故不需要添加酸或碱性物质，就可以达到较好的提取效果。

图4 酶解pH 值对油茶籽油提油率的影响

2.1.5 淀粉酶用量对提油率的影响 从图5 中可以看出，在添加0.05%淀粉酶的情况下，油茶籽仁的提油率达91.2%，这说明反应过程中只需要添加少量的酶制剂就能达到较好的提取效果。当酶添加量超过0.20%时，提油率和残油率均开始呈现下降趋势，这可能是因为随着酶添加量的增大，反应速度加快，有利于油脂解离的同时，浆液中的油茶皂素与蛋白质也大量溶解于溶剂中，形成稳定的乳化层，离心后油滴不易分离，从而导致提油率下降。因此，最适淀粉酶添加量应为0.10%。

图5 酶添加量对提油率的影响

2.1.6 酶解温度对提油率的影响 由图6 可知，随着温度的升高，提油率逐渐上升。酶解温度的升高可以有效地增大分子扩散系数，降低溶剂及油脂粘度，从而加快油脂分子的扩散速度，从而提高油茶籽油的提油率。当温度升高到80℃时，提油率明显增高。这是因为淀粉酶的最适温度在80～85℃，当淀粉酶在最适温度时，酶的活性上升，酶解活力最大，有利于糊化的淀粉分子降解，料浆粘度下降，使脂体易于聚集，并与水相分离。当溶液温度达到90℃以后，提油率增速变缓，在此温度下水容易蒸发，耗能大，且油茶籽油的色泽加深。因此，最适酶解温度为85℃。

图6 酶解温度对提油率的影响

2.2 优化试验

对表2 中数据进行分析统计[10]，得出因素A 的K值分别为k190.40，k291.15，k391.19，极值RA为0.79；因素B 的K 值为k190.54，k290.99，k391.22，极值RB为0.68；因素C 为k190.59，k291.40，k390.76，极值RC为0.81；因素D 为k189.77，k291.74，k391.24，极值RD为1.97。

由分析结果可知，RD＞RC＞RA＞RB，4个因素对油茶籽油提取率的显著影响顺序为料水比（D）>加酶量（C）>酶解温度（A）>酶解时间（B）。通过k 值可以得出水酶法提取油茶籽油的最优工艺条件组合为A3B3C2D2。由于酶解时间对油茶籽油的提油率影响较小，酶解时间长，能耗加大，考虑到温度对油脂品质的影响，故选择较优工艺条件组合A2B2C2D2，即：酶解温度为85℃，料水比为1︰4，加酶量为0.10%，酶解时间为3 h。由于此条件不在正交表内，故在此条件下进行验证试验，得到的油茶籽油提油率为92.23%，比正交试验所得最高值91.95%提高了0.28个百分点，说明所选条件可行。

表2 酶解条件正交试验结果

3 结论

油茶籽仁中的茶皂素对油茶籽油的提油率有较大的影响，为了有效降低乳化效应，提高提油率，应当选择合适的搅拌速度和料液比。利用酶制剂提取油茶籽油工艺中，通过单因素试验和正交试验得出水酶法的较佳工艺条件为：酶解温度为85℃，料水比为1︰4，加酶量为0.10%，酶解时间为3 h，酶解pH 值为6.0。在此条件下得到的油茶籽提油率高达92.23%。

[1]柏云爱，宋大海，张富强，等.油茶籽油与橄榄油营养价值的比较[J].中国油脂，2008，33（3）：39-41.

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

[3]吴雪辉，陆顺忠.茶油的保健功能作用及开发前景[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，黄耀武.酶对油菜籽油水酶法提取率的影响研究[J].现代食品科技，2011，（27）：328-331.

[7]马 力，陈永忠，陈隆升.茶油不同提取方法的比较分析[J].农产品加工，2010，（11）：11-13.

[8]王晓琴.水酶法提取茶叶籽油及副产物茶皂素工艺研究[J].中国粮油学报，2011，（26）：76-78.

[9]马兰戈尼AG.酶催化动力学测定参数[M].北京：化学工业出版社，2010.

[10]田钦德，杨 坚.食品试验设计与统计分析[M].北京：中国农业大学出版社，2002.