專利名稱：一種水酶法-凍融耦合技術(shù)提取油莎豆油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物油品提取技術(shù)領(lǐng)域，具體的，本發(fā)明涉及一種油莎豆油提取技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，人類食物諸成分中，油脂作為生命能源的價值最高，其熱量為37. 7kJ/ g，高出蛋白質(zhì)和碳水化合物一倍左右。油脂工業(yè)可以說是人類需求永恒的一項事業(yè)，我國發(fā)展中的油脂工業(yè)前景十分廣闊，據(jù)預測2020年達15億人口的中國，若按FAO推薦的人均消費14kg/a估算。油脂總消費量為21Mt，即除需要進口 7Mt外。國內(nèi)仍靂生產(chǎn)14Mt食用油，由此全國油料加工量在2000年的基礎上還要增長72%。油莎豆又名油莎草(Cyperus esculentus L Var. Sativus BaecL )原產(chǎn)于非洲地中海沿岸，莎草科莎草屬多年生植物。新疆很多地方光熱條件與油莎豆的原產(chǎn)地(北非尼羅河流域)相似，沙性土壤能滿足油莎豆的生長發(fā)育。是一種重要的油料作物，制取油莎豆油是利用油莎豆的主要途徑之一，經(jīng)過浸提或壓榨后的油莎豆餅粕中含有大量的油莎豆蛋白，但由于變性或有機溶劑污染，難以食用，一般僅被當作飼料，使油莎豆中的蛋白資源未能得到充分的利用。因此，探索新的油莎豆油的提取工藝，以達到蛋白質(zhì)和油脂雙重利用的效果是非常有意義的。油莎豆油的傳統(tǒng)提取工藝主要是指壓榨法和浸出法。壓榨法利用機械外力的擠壓作用將榨料中的油脂提取出來的方法稱為壓榨法，壓榨法的一般工藝流程采用油料一清理一烘干一榨胚一烘炒一蒸胚一壓榨一毛油；浸出法利用有機溶劑能夠“溶解”油脂的特性將油料中的油脂提取出來的方法稱為浸出法或萃取法，浸出法典型工藝流程采用油料一清理一烘干一料胚制備一溶劑浸出一毛油。目前，傳統(tǒng)油料制取工藝存在諸多技術(shù)問題。壓榨法中，配套的設備少，工藝簡單， 能使產(chǎn)品保持原有的特殊風味，但此法殘油率高(可達7 10% )，成本高、動力消耗大、 勞動強度大，且壓榨后餅粕中的蛋白質(zhì)變性程度高，蛋白利用率低，一般只能用作肥料，因而浪費了大量的優(yōu)質(zhì)植物蛋白；浸出法中，殘油率低、生產(chǎn)效率高，但此法設備多、投資大； 且毛油的成分較復雜，需要經(jīng)過進一步的精煉處理，對油品的風味損失大，且浸出油色澤較深；使用有機溶劑降低了生產(chǎn)的安全性，增加了工藝的繁瑣性，造成了環(huán)境的污染；同時成品油中會殘留微量有機溶劑，這對人類的健康不利。隨著生物技術(shù)的深入發(fā)展，早在上個世紀50年代就有人提出，應用酶制劑預處理油科，可以提高制油工藝效率，但經(jīng)濟因素阻止了它的工業(yè)化應用。至上世紀70年代后期， 許多新酶種投入了工業(yè)化生產(chǎn)，酶的生產(chǎn)成本不斷下降。因此，開發(fā)此項技術(shù)再一次引起了國外許多學者的興趣。1979年，Olsen等將微生物蛋自酶Alcalase運用到大豆油和大豆蛋白質(zhì)的水法分離中，使油的得率接近60%，蛋白質(zhì)得率接近40%。1993年，F(xiàn)ulIBook從廢棄的西瓜籽中制取可溶性水解蛋白時發(fā)現(xiàn)，在蛋白質(zhì)水解過程中，部分油被釋放出來。于是他嘗試將由黑曲霉產(chǎn)生的復合酶水解整粒西瓜籽以制得油和水解蛋白，并取得成功。隨后，他用同樣的方法從油菜籽和大豆中提取油與蛋白質(zhì)，均取得了預期的效果。90年代以后， 酶法分離油料中的油和蛋白質(zhì)的研究倍受國內(nèi)外學者的關(guān)注。1994年，Tano-Debrah以蛋白酶為主體，輔以纖維素酶和半纖維素酶對牛油樹籽進行處理，提取率提高20%，他認為采用對細胞有降解作用的酶處理牛油樹籽可以提高提取率。2009年，A. Moreau等研究了水酶法提取玉米油的工藝，他得出水酶法提取玉米油的提油率達57%，Kar Lin Nyam等則利用響應面法研究了水酶法提取卡拉哈里瓜子油的工藝，采用中性蛋白酶在最優(yōu)條件下提油率達71. 55%。2010年，Shao Bing Zhang等研究表明花生種子在(130 220°C )不同溫度下烘烤20分鐘前，與堿性蛋白酶和水的作用并沒有顯著影響毛油的產(chǎn)量，毛油提取率范圍在86 90%。水酶法工藝是在機械破碎的基礎上，采用酶(果膠酶、纖維素酶、淀粉酶和蛋白酶等)降解植物油料的細胞壁，或降解脂多糖、脂蛋白等復合體，釋放其中的油脂，使油從固體粒子中分離出來，利用非油成分(蛋白質(zhì)和碳水化合物)對油和水的親和差異，以及油水比重不同而將油和非油成分分離。工藝路線如下油料一清理破碎一過篩一滅酶一冷卻一酶解一離心分離一毛油一蛋白質(zhì)此工藝是在以水為溶劑，在同時提取油脂及油料蛋白工藝的基礎上發(fā)展起來的， 是至今研究最多的酶法提油工藝。酶處理后，經(jīng)離心或壓濾固液分離，固相為油料蛋白和殘渣，經(jīng)干燥后可用于蛋白和飼料生產(chǎn)，液相破乳后采用離心等方法取得油和蛋白質(zhì)等。水酶法提油工藝與傳統(tǒng)工藝相比優(yōu)勢主要體現(xiàn)在經(jīng)濟、環(huán)境和安全衛(wèi)生等方面。 就油脂的品質(zhì)而言，在水酶法制油工藝中，磷脂首先從油中游離出來無需脫膠精煉。大多數(shù)實驗研究表明，用水酶法和浸出法制得的油品質(zhì)并無太大差別。綜上所述，水酶法提油工藝有以下優(yōu)點(1)操作條件溫和，能夠?qū)I養(yǎng)物質(zhì)盡可能保存。水酶法提油工藝與傳統(tǒng)的壓榨法相比，整個工藝都在較為溫和的條件下進行，即使在酶解之前為破壞油料中的抗營養(yǎng)物質(zhì)或滅酶對原料進行的熱處理，一般采用蒸煮，而不是采用傳統(tǒng)制油工藝中的蒸炒，對營養(yǎng)物質(zhì)破壞少。( 在提取油的同時，能將非油組分如可溶性蛋白質(zhì)和碳水化合物一同得到。采用水酶法提油工藝從油料中提油，油料經(jīng)酶解離心后得到的酶解液營養(yǎng)豐富，含有大量的蛋白質(zhì)及可溶性多糖，酶解液經(jīng)超濾濃縮后噴霧干燥得到低脂的蛋白質(zhì)和碳水化合物粉，可作為食品和飲料或動物飼料的配料。(3)與浸出法相比，水酶法采用酶處理油料，破壞細胞壁，使油脂從細胞中釋放出來，減少了設備投資和對環(huán)境的污染，提高了工藝的安全性和經(jīng)濟性。(4)水酶法工藝能脫除油料原料本身含有的某些有害物質(zhì)。研究表明，葵花籽采用水酶法工藝提油能除去其中易使油籽餅發(fā)生色變的綠原酸和咖啡酸，水酶法工藝可以成功地去除菜籽中致甲狀腺腫的含硫化合物，除此以外，羽扁豆中苦味生物堿、大豆中的腥味物質(zhì)以及棉籽中的色素都能在水酶法工藝中不同程度地被除去。(5)水酶法提取油，所得油脂產(chǎn)量較壓榨法高，油質(zhì)清澈透明，油脂質(zhì)量好。(6)水酶法提油可達到縮短制油時間，提高設備的處理能力，降低能耗。(7)水酶法工藝相對能耗低，所產(chǎn)生的廢水其BOD、COD值較非酶法的下降約 35% 75%，易于進行厭氧法廢水處理。
但水酶法提油技術(shù)有一個不可避免的缺點提油率較低，這會在一定程度上造成原料的浪費。至今，酶法提油已在除上所述的多種油籽或油果(甜杏仁、菜籽、核桃等)中都得到了應用。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)報道中，有關(guān)申報專利有水酶法制備貝類臟器油脂的方法，專利申請?zhí)枮?01010284737. 2，專利公開號為CN101935584A，該發(fā)明涉及一種綠色環(huán)保的水酶法制備鮑魚、扇貝等貝類臟器油脂的方法。主要是以新鮮貝類臟器為原料，首先利用凍融技術(shù)破碎貝類臟器中的營養(yǎng)細胞，利用細胞破碎后釋放的蛋白酶等胞內(nèi)酶進行自溶，將外源酶加入到自溶液中進一步降解，采用等電點法結(jié)合鹽析法破乳后，高速離心取上層油層制備貝類臟器油脂，最后再采用超臨界C02萃取法對貝類臟器油脂進行精制。但水酶法的提油率較低，據(jù)報道，水酶法的提油率比傳統(tǒng)的植物油制取方法降低近22 %，而水酶法-凍融耦合技術(shù)則能克服這一缺點，提高油的提取率，因此對于水酶法-凍融耦合技術(shù)的研究意義非常深遠，就油莎豆而言，嚴寒、秦燁等曾發(fā)過水酶法提取油莎豆油的研究，但關(guān)于水酶法-凍融耦合技術(shù)提取油莎豆油未見有相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)未見關(guān)于采用水酶法-凍融耦合技術(shù)提取油莎豆油的技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種采用水酶法-凍融耦合技術(shù)提取油莎豆油的方法。具體地，本發(fā)明提供了一種采用水酶法-凍融耦合技術(shù)提取油莎豆油的方法，具體提取步驟如下(1)清理選取飽滿、無病蟲害的油莎豆用水洗去表面的雜質(zhì)并曬干表面水分；(2)粉碎用微型萬能粉碎機粉碎均勻；(3)滅酶稱取500kg油莎豆粉，碳酸鈉和碳酸氫鈉按1 7(m/v)料液比的混合液緩沖液(mol/L)，調(diào)pH值為7，50°C浸泡lh，90°C滅酶IOmin ；(4)酶解采用堿性蛋白酶和纖維素酶按照2 l(m/m)混合的復合酶，料液比為 1 6 (m/v)，酶解時間為他，酶添加量為2. 5%，酶解溫度為70°C條件下進行酶解；(5)冷凍及融解酶解完成后，將酶解液置于超低溫冰箱中于-30°C下放置30min， 之后在室溫下融解；(6)離心在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心20min，并進行二次離心，分離毛油。本發(fā)明中，油脂的理化指標測定采用本領(lǐng)域常用方法，平均含油量采用索氏抽提法；過氧化值按GB/T5538-2005植物油脂檢驗過氧化值測定法測定；酸價按GB/T5530-2005 動植物油脂酸價和酸度測定；碘價按GB/T5532-1995植物油碘價測定；皂化價按GB/ T5534-1985油脂皂化價測定法。通過實施本發(fā)明具體的發(fā)明內(nèi)容，可以達到以下效果現(xiàn)有技術(shù)熟知，水酶法提油工藝是加水將原料先磨成漿料，而后加酶，水作為分散相，酶在此水相中進行水解，使油從固體粒子中分離出來。利用非油成分(蛋白質(zhì)和碳水化合物)對油和水的親和差異，以及油水比重不同而將油和非油成分分離，與傳統(tǒng)的提油工藝相比，水酶法操作簡單、安全，無溶劑污染，既縮短了工藝路線，又保證了油脂產(chǎn)品的質(zhì)量。本發(fā)明采用水酶法-凍融耦合技術(shù)提取油莎豆油不僅提高了提油率，而且保持較好的油脂品質(zhì)。


圖1顯示為采用水酶法-凍融耦合技術(shù)提取油莎豆油的工藝流程圖。圖2顯示為料液比對油莎豆油提取率的影響圖。圖3顯示為溫度對油莎豆油提取率的影響圖。圖4顯示為酶解時間對油莎豆油提取率的影響圖。圖5顯示為酶添加量對油莎豆油提取率的影響圖。圖6顯示為三種提取方法的油的過氧化值比較圖。圖7顯示為三種提取方法的油的碘值比較圖。圖8顯示為三種提取方法的油的酸值比較圖。
具體實施例方式下面，舉實施例說明本發(fā)明，但是，本發(fā)明并不限于下述的實施例。另外，在下述的說明中，如無特別說明，％皆指m/m質(zhì)量百分比。本發(fā)明中設備和材料有油莎豆由新疆富匯農(nóng)林產(chǎn)業(yè)化開發(fā)股份有限公司提供(新疆克拉瑪依市)；酸性纖維素酶，堿性蛋白酶，中性蛋白酶杰諾生物酶有限公司；氯仿-冰乙酸混合液(取氯仿 40mL加冰乙酸60mL)；飽和碘化鉀溶液分析純；硫代硫酸鈉分析純；中性乙醚分析純； 1 %酚酞乙醇溶液；0. 01mol/L硫代硫酸鈉溶液分析純；0. lmol/L氫氧化納標準溶液分析純；去離子水(實驗室自制)；實驗中所用到的其他試劑均為分析純。KQ-C玻璃儀器氣流烘干器(鞏儀市英欲予華儀器廠)；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市醫(yī)療儀器廠)；XMT-DA數(shù)顯調(diào)節(jié)儀(金姚市亞星儀器儀表有限公司)；PHS-3C實驗室PH 計(上海虹益儀器儀表有限公司)；TDL-5-A系列離心機(上海安亭科學儀器廠)；FW-100 高速萬能粉碎機(北京市永光明醫(yī)療儀器廠)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE-52AA(上海亞榮生化儀器廠)；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(VARIAN CP-3800/Saturn2000)(美國瓦里安公司)。本發(fā)明中選用的所有試劑和儀器都為本領(lǐng)域熟知選用的，但不限制本發(fā)明的實施，其他本領(lǐng)域熟知的一些試劑和設備都可適用于本發(fā)明以下實施方式的實施。實施例一提取油莎豆油的方法參見附圖1，采用水酶法-凍融耦合技術(shù)提取油莎豆油的方法，具體提取步驟如下(1)清理選取飽滿、無病蟲害的油莎豆用水洗去表面的雜質(zhì)并曬干表面水分。(2)粉碎用微型萬能粉碎機粉碎均勻。(3)滅酶稱取500kg油莎豆粉，碳酸鈉和碳酸氫鈉按1 7(m/v)料液比的混合液緩沖液(mol/L)，調(diào)pH值為7，50°C浸泡lh，90°C滅酶IOmin ；(4)酶解采用堿性蛋白酶和纖維素酶復合酶，蛋白酶與纖維素酶按2 1 (m/m) 0 料液比為1 6(m/v)，酶解時間為他，酶添加量為2.5%，酶解溫度為70°C條件下進行酶解；(5)冷凍及融解酶解完成后，將酶解液置于超低溫冰箱中于-30°C下放置30min，之后在室溫下融解。(6)離心在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心20min，并進行二次離心，分離毛油。實施例二 平均含油量的測定將已稱重的濾紙包中裝入3g左右研細的樣品，封好包口，放入105士2°C的烘箱中干燥3h，移至干燥器中冷卻至室溫后用長鑷子放入抽提筒中，注入一次虹吸量的1. 67倍的無水乙醚，使樣品包完全浸沒在乙醚中。連接好抽提器各部分，接通冷凝水水流，在恒溫水浴中進行抽提，調(diào)節(jié)水溫在70 80°C之間，使冷凝下滴的乙醚成連珠狀(回流7次/h以上)，抽提至抽取筒內(nèi)的乙醚用濾紙點滴檢查無油跡為止(約需6 12h)。抽提完畢后，用長鑷子取出濾紙包，在通風處使乙醚揮發(fā)(抽提室溫以12 25°C為宜)。提取瓶中的乙醚另行回收。待乙醚揮發(fā)之后，將濾紙包置于105士2°C烘箱中干燥池，放入干燥器冷卻至恒重為止。粗脂肪含量ff(% ) = (b-c) / (b-a) X 100%式中a 稱量瓶加濾紙包重(g)b 稱量瓶加濾紙包和烘干樣重(g)c 稱量瓶加濾紙包和抽提后烘干殘渣重(g)由傳統(tǒng)的索氏抽提法測得油莎豆的含油量為30. 85%。實施例三酶種的選擇及酶活力的測定1.酶活力的測定(1)蛋白酶活力的測定①試劑0. lmol/L碳酸鈉——碳酸氫鈉緩沖液(pHIO)；5%三氯醋酸；酪蛋白溶液稱取5克酪蛋白置于500ml 0. lmol/L碳酸鈉——碳酸氫鈉緩沖液(pHIO)中，加
熱使其溶解。0. 4mol/L碳酸鈉溶液；100 μ g/ml酪氨酸溶液；福林試劑于2000ml磨口回流裝置內(nèi)加入鎢酸鈉(Na2W04. 2H20) 100克，鉬酸鈉 (Na2M02. 2H20) 25克，加水700毫升，85%磷酸50毫升，濃鹽酸100毫升，文火回流10小時。 取下回流冷凝器，加入硫酸鋰50克，水50毫升和濃溴水(99% )數(shù)滴，再煮沸15分鐘，以除去多余的溴(冷后仍有綠色需再加溴水)，冷卻，加水定容至1000毫升，混勻，過濾，制得的試劑應顯金黃色，貯于棕色瓶內(nèi)。②步驟a、酶液的萃取稱取1克粗酶制劑置于研缽中，加少量水一起研磨，然后定容至100ml，從容量瓶中取出Iml酶液再定容至100ml，稀釋后的酶液經(jīng)濾紙過濾后得到澄清的酶液。b、酶活力的測定樣品管取不同量的酶液(0. 1 1. Oml)并用0. lmol/L碳酸鈉——碳酸氫鈉緩沖液(PHIO)補足體積到1. 0ml，然后在每個樣品管中再加入Iml預先在40°C保溫的酪蛋白溶液，混勻，在40°C保溫10分鐘，立即各加入%三氯醋酸，迅速搖勻，于室溫放置半小時?？瞻坠芟仍诿恐г嚬苤懈骷尤?.0ml 酪蛋白溶液和2.0ml5%三氯醋酸，搖勻后，再加入1. Oml的酶液(酶液濃度分別與樣品管相同)，在40°C保溫10分鐘，以下操作同樣品管。將酶反應混合物過濾后收集濾液，在Iml濾液中加5ml0. 4mol/L碳酸鈉溶液和 Iml福林試劑，搖勻后在40°C恒溫水浴中顯色20分鐘，以空白管反應液為對照，在680nm下測定樣品管中反應液的吸光度。③酶活力的計算酶活力(克酶制劑單位數(shù))=4/10XKX0DXn式中4——反應混合物總體積為10——酶反應時間為10分鐘K——標準曲線中OD值為1時相當?shù)睦野彼嵛⒖藬?shù)η——酶液的稀釋倍數(shù)(2)纖維素酶活力的測定按GB/T23881-2009飼用纖維素酶活力的測定方法測定。(3)不同酶的酶活由酶活力測定實驗結(jié)果，繪制標準曲線，纖維素酶活力的回歸方程為，Y = 0. 0088Χ-0. 0109 (R2 = 0. 9962)，在10 50mg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。在波長MOnm 處，由實驗所得吸光度值，代入公式測得纖維素的酶活力。蛋白酶的回歸方程Y = 0. 0086X-0. 0073 (R2 = 0.9975)，在10 60ug/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。在波長660nm處， 由實驗所得吸光度值，代入公式測得兩種蛋白酶的酶活力。經(jīng)酶活力測定，三種不同酶的酶活力如下表表1不同酶的酶活
權(quán)利要求
1. 一種采用水酶法-凍融耦合提取油莎豆油的方法，其特征在于，所述的具體提取步驟如下(1)清理選取飽滿、無病蟲害的油莎豆用水洗去表面的雜質(zhì)并曬干表面水分；(2)粉碎用微型萬能粉碎機粉碎均勻；(3)滅酶稱取500kg油莎豆粉，碳酸鈉和碳酸氫鈉按1 7 (m/v)料液比的混合液緩沖液(mol/L)，調(diào) pH 值為 7，50°C浸泡 lh，90°C滅酶 IOmin ；(4)酶解采用堿性蛋白酶和纖維素酶復合酶，蛋白酶與纖維素酶按2 l(m/m)，料液比為1 6(m/v)，酶解時間為他，酶添加量為2.5%，酶解溫度為70°C條件下進行酶解；(5)冷凍及融解酶解完成后，將酶解液置于超低溫冰箱中于-30°C下放置30min，之后在室溫下融解；(6)離心在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心20min，并進行二次離心，分離毛油。
全文摘要
本發(fā)明公開一種采用水酶法-凍融相結(jié)合提取油莎豆油的方法。通過選取飽滿、無病蟲害的油莎豆用水洗去表面的雜質(zhì)并曬干表面水分；通過碎，稱取500kg油莎豆粉，加入1∶7料液比(m/v)碳酸鈉和碳酸氫鈉混合液的緩沖液，調(diào)pH值為7，50℃浸泡1h，90℃滅酶10min；采用堿性蛋白酶和纖維素酶復合酶按2∶1(m/m)，料液比為1∶6，酶解時間為6h，酶添加量為2.5％，酶解溫度為70℃；酶解完成后將酶解液置于超低溫冰箱中于-30℃下放置30min，之后在室溫下融解；在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心20min，并進行二次離心，分離毛油制備獲得。本發(fā)明不僅提高了提油率，而且保持較好的油脂品質(zhì)。
文檔編號C11B1/04GK102311867SQ201110236919
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者敬思群, 王耀祥 申請人:烏魯木齊富匯高新生物科技有限公司, 新疆大學