茶油水酶法制取工藝的初步研究

孫 紅，費(fèi)學(xué)謙，方學(xué)智

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)院 亞熱帶林業(yè)科學(xué)研究所，浙江 富陽 311400)

茶油水酶法制取工藝的初步研究

孫 紅，費(fèi)學(xué)謙，方學(xué)智

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)院 亞熱帶林業(yè)科學(xué)研究所，浙江 富陽 311400)

研究酶的種類及不同的多酶組合對(duì)油茶籽提油率的影響，并篩選茶油水酶法制取的最佳水解酶和酶組合。結(jié)果顯示，單一酶中Alcalase 2.4 L蛋白酶具有較好的提油效果，提油率達(dá)到90.48%，通過多級(jí)篩選試驗(yàn)獲得的最佳多酶組合方案為依序使用果膠酶、纖維素酶和Alcalase 2.4 L蛋白酶對(duì)料液進(jìn)行酶解，提油率可達(dá)91.40%;綜合分析，在茶油的水酶法制取中選用Alcalase 2.4 L蛋白酶作為水解酶是適宜的選擇。

茶油;水酶法;酶篩選;提油率

近年來，國(guó)內(nèi)外在大豆油、花生油、菜籽油等油脂的水酶法制取方面作了大量的研究［1－4］，在油茶籽油水酶法制取方面的研究報(bào)道也逐漸增多［5－7］。水酶法制油是在機(jī)械破碎的基礎(chǔ)上，采用能降解植物油料細(xì)胞壁的酶，或?qū)χ鞍住⒅嗵菑?fù)合體有降解作用的酶作用于油料，使油脂易于從油料細(xì)胞中釋出，利用非油組分對(duì)油和水的親合力差異，及油水比重不同而分離［8］。與傳統(tǒng)提油方法相比，水酶法制油技術(shù)對(duì)設(shè)備要求不高，作用條件溫和，油料不經(jīng)高壓高熱處理，不涉及有機(jī)溶劑，所提油脂品質(zhì)較高，在提油的同時(shí)，能有效回收植物原料中的茶皂素、蛋白質(zhì)及碳水化合物等，有利于副產(chǎn)品的綜合利用［8－10］，可以真正滿足食用油生產(chǎn)“安全、高效、綠色”的要求。根據(jù)已有的研究結(jié)果，水酶法制油工藝中酶的種類和組合方案對(duì)提油率有至關(guān)重要的影響，試驗(yàn)旨在摸索以上因素對(duì)茶油的水酶法制取工藝的影響，篩選出效果最佳的酶或酶組合，以期為茶油的綜合開發(fā)和精深加工提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

試驗(yàn)用油茶籽產(chǎn)于浙江省建德市，含水率5.81%，干仁含油率 48.12%，粉碎 (約 60目)備用。

根據(jù)油茶籽的化學(xué)組成和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)選用5種酶。纖維素酶，購(gòu)自 sigma公司，商品名 C2730，產(chǎn)自 Trichoderma reesei ATCC 26921，建議反應(yīng)溫度為50～60℃、反應(yīng)pH為4.5～6.0;半纖維素酶，購(gòu) 自 sigma公 司，商 品 名 H2125，產(chǎn) 自Aspergillus niger，建議反應(yīng)溫度為40℃、反應(yīng)pH值4.5;果膠酶，購(gòu)自sigma公司，商品名P2736，產(chǎn)自Aspergillus niger，建議反應(yīng)溫度為50℃、反應(yīng)pH值為8.0;淀粉酶，購(gòu)自sigma公司，商品名10069，產(chǎn)自 Bacillus subtilis，建議反應(yīng)溫度為25℃、反應(yīng) pH為6.9;水解蛋白酶:購(gòu)自Novozymes，商品名 Alcalase 2.4 L，產(chǎn)自 Bacillus licheniformis，建議反應(yīng)溫度為50～60℃，反應(yīng)pH值為8～9。

使用的設(shè)備有:瑞士Buchi B-811索氏提取儀;Thermo Fisher高性能臺(tái)式離心機(jī);臺(tái)式冷凍恒溫振蕩器;電子分析天平;pH計(jì);植物粉碎機(jī);電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 茶油酶法制取流程

準(zhǔn)確稱取經(jīng)清理、干燥、粉碎后的茶籽粉5 g于50 mL離心管中，加水25 mL，混勻后90℃水浴10 min滅酶，降至室溫后調(diào)pH值，加酶，置于冷凍恒溫振蕩器中，在設(shè)定的酶解溫度及酶解時(shí)間下進(jìn)行酶解，反應(yīng)完成后90℃水浴10 min滅酶，8 000 r·min－1離心30 min，收集殘?jiān)鼫y(cè)定殘?jiān)土考坝?jì)算提油率。

1.2.2 提油率測(cè)定

原料含油率及殘?jiān)杏椭康臏y(cè)定采用GB/T 5009.6—2003 第 1 法［11］。

提油率 (%) = (原料中油的質(zhì)量 －殘?jiān)杏偷馁|(zhì)量) /原料中油的質(zhì)量 ×100。

1.2.3 最適水解酶/酶組合的篩選

最適單一水解酶的選擇。分別稱取5 g茶籽粉于5組50 mL離心管中，按相同的酶用量 (2%)、料液比(1∶5)、粉碎度 (60目)、酶解時(shí)間 (4 h)，在各酶生產(chǎn)商建議的酶解條件下進(jìn)行酶解，酶解完成后8 000 r·min－1離心30 min，取殘?jiān)鼫y(cè)定殘?jiān)土浚?jì)算提油率，考察不同種類的酶對(duì)提油率的影響。

最適兩酶復(fù)配方案的選擇。在選定最適單一水解酶后，圍繞該酶試驗(yàn)不同的兩酶復(fù)配組合，篩選出提油率最高的復(fù)配組合，并比較同時(shí)加酶和按一定次序加酶對(duì)提油率的影響。按序加酶時(shí)，各酶在生產(chǎn)商建議的酶解條件下按序加入進(jìn)行酶解，加酶劑量為2%，料液比為1∶5，反應(yīng)時(shí)間分別為2 h。同時(shí)加酶時(shí)的酶解條件見表1。

表1 同時(shí)加酶時(shí)的酶解條件

最適三酶復(fù)配方案的選擇。在選定最適兩酶復(fù)配方案后，圍繞該方案試驗(yàn)不同的三酶復(fù)配組合，篩選最適三酶組合。各酶在生產(chǎn)商建議的酶解條件下按序加入進(jìn)行酶解，加酶劑量為2%，料液比為1∶5，反應(yīng)時(shí)間分別為2 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 最適單一水解酶

由圖1可知，不同酶的提油率從低到高依次為:淀粉酶、半纖維素酶、果膠酶、纖維素酶和Alcalase 2.4 L蛋白酶，纖維素酶和Alcalase 2.4 L蛋白酶的提油率分別達(dá)到85.38%和90.48%，其中Alcalase 2.4 L蛋白酶的提油率最高，比其他4種 酶 分 別 高 14.20%、13.39%、11.22% 和5.97%，這可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性以及細(xì)胞內(nèi)脂體膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要的作用［12－13］。

纖維素酶能夠達(dá)到較高的提油率，可能是因?yàn)槔w維素是油茶籽細(xì)胞壁的主要構(gòu)成成分以及纖維素在油茶籽細(xì)胞中的含量較高［7］。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，Alcalase 2.4 L蛋白酶可以作為油茶籽酶法制油的首選單一酶制劑。

2.2 最適兩酶復(fù)配

2.2.1 復(fù)配組合

酶解作用效果與油料細(xì)胞結(jié)構(gòu)及組成成分密切相關(guān)，酶的專一性及細(xì)胞結(jié)構(gòu)組分的復(fù)雜性決定了單一酶作用效果的局限性，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在其他油料上進(jìn)行的廣泛研究證明，使用復(fù)合酶比使用單一酶更有利于充分降解細(xì)胞結(jié)構(gòu)提高出油率［14－15］。由圖2可知，不同的酶復(fù)配方案中，果膠酶與Alcalase 2.4 L蛋白酶、纖維素酶與Alcalase 2.4 L蛋白酶的復(fù)配組合能夠得到較高的提油率，分別達(dá)到90.65%和90.53%，比其他組合高1.73%，這可能是因?yàn)楣z是植物組織相鄰細(xì)胞間的“粘合劑”，果膠酶的使用有利于酶解過程中茶籽細(xì)胞間的相互分離，擴(kuò)大了Alcalase 2.4 L蛋白酶的相對(duì)作用面積，使酶解更充分從而提高了出油率。纖維素酶與Alcalase 2.4 L蛋白酶的復(fù)配組合作用也能得到較高的提油率，可能是因?yàn)槔w維素是植物細(xì)胞細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)組分。因此，在兩酶復(fù)配提油時(shí)采用果膠酶或纖維素酶與Alcalase 2.4 L蛋白酶的復(fù)配組合比較適宜。

圖1 不同酶種類對(duì)提油率的影響

2.2.2 加入次序

圖2 不同兩酶復(fù)配方案對(duì)提油率的影響

由圖3可知，酶的同時(shí)加入與按次序加入對(duì)提油率有不同影響，按一定次序分別加酶比同時(shí)加酶能夠得到更高的提油率。同時(shí)加酶，纖維素酶和Alcalase 2.4 L蛋白酶共同作用獲得的提油率約為90.53%，而按一定次序加酶，無論是先加纖維素酶還是Alcalase 2.4 L蛋白酶，提油率都有所提高。按纖維素酶、Alcalase 2.4 L蛋白酶次序進(jìn)行反應(yīng)能夠獲得更高的提油率，達(dá)到90.81%，比同時(shí)加酶提高約0.31%。果膠酶和Alcalase 2.4 L蛋白酶的復(fù)配組合也顯示出相似的性質(zhì)。這可能是因?yàn)?種酶的最佳反應(yīng)溫度和pH條件不同，同時(shí)加入時(shí)兩酶都沒有處在最適酶解條件，從而不能發(fā)揮出最佳作用效能，而纖維素酶與Alcalase 2.4 L蛋白酶混合使用時(shí)，Alcalase 2.4 L蛋白酶也可能對(duì)纖維素酶有降解作用。

圖3 加酶順序?qū)μ嵊吐实挠绊?/p>

2.2.3 復(fù)配方案

不同復(fù)配方案 (按次序加酶)對(duì)油茶籽的提油率如圖4，果膠酶和 Alcalase 2.4 L蛋白酶以及纖維素酶和Alcalase2.4 L蛋白酶的復(fù)配組合能夠得到較高的提油率，分別達(dá)到90.92%和90.81%。比其他組合平均提高0.39%。半纖維素酶和淀粉酶與Alcalase 2.4 L蛋白酶的復(fù)配組合作用效果較差。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在兩酶復(fù)配提油時(shí)采用果膠酶或纖維素酶與Alcalase 2.4 L蛋白酶的復(fù)配組合并依序加酶進(jìn)行反應(yīng)比較適宜。

2.3 最適三酶復(fù)配

圖4 不同復(fù)配方案對(duì)提油率的影響

2.3.1 復(fù)配組合

三酶組合 (按次序加酶)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，在所有組合方案中，纖維素酶、果膠酶和Alcalase2.4 L蛋白酶的三酶復(fù)配組合能夠得到最高的提油率，達(dá)到91.31%，比其他組合平均提高0.44%。其他組合的提油率均低于91%，提油效果與兩酶復(fù)配差異不大。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在三酶復(fù)配提油時(shí)采用纖維素酶、果膠酶、Alcalase 2.4 L蛋白酶的復(fù)配組合依序加酶反應(yīng)能夠得到較高的提油率。

圖5 不同三酶復(fù)配方案對(duì)提油率的影響

2.3.2 加入次序

圖6 不同加酶次序?qū)μ嵊吐实挠绊?/p>

如圖6所示，依次按果膠酶、纖維素酶、Alcalase2.4 L蛋白酶的順序加酶能夠得到較高的提油率，達(dá)到91.40%。這可能是因?yàn)橄扔霉z酶處理能夠使酶解液中因粉碎程度不夠而結(jié)合在一起的茶籽細(xì)胞分散開來，有利于后續(xù)的纖維素酶和Alcalase 2.4 L蛋白酶充分發(fā)揮效能。圖6中的試驗(yàn)結(jié)果也表明，三酶同時(shí)加酶的酶解復(fù)配方案得到的提油率要比依次加酶低。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在三酶復(fù)配提油時(shí)采用果膠酶、纖維素酶、Alcalase蛋白酶的復(fù)配組合依序加酶反應(yīng)比較適宜。

3 小結(jié)與討論

試驗(yàn)篩選到進(jìn)行茶油水酶法制取時(shí)能獲得最高提油率的三酶組合，即使用果膠酶、纖維素酶、Alcalase驗(yàn)2.4 L蛋白酶依次對(duì)料液進(jìn)行酶解，提油率可達(dá)到91.40%。在茶油的水酶法制取工藝中，酶的同時(shí)加入與按一定次序加入對(duì)提油率有不同影響，按序加入能夠得到更高的提油率。

數(shù)據(jù)顯示，在茶油水酶法制取工藝中，使用三酶組合方案得到的提油率，相比單一使用Alcalase 2.4 L蛋白酶，僅提高0.92%，效果有限。而Alcalase 2.4 L蛋白酶價(jià)格較便宜，且達(dá)到了食用級(jí)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性及實(shí)際生產(chǎn)中操作程序的復(fù)雜程度等因素，在茶油的水酶法制取工藝中使用Alcalase 2.4 L蛋白酶作為水解酶是適宜的選擇。

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TS 224

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0528-9017(2011)03-0613-04

文獻(xiàn)著錄格式:孫紅，費(fèi)學(xué)謙，方學(xué)智.茶油水酶法制取工藝的初步研究 ［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(3):613－616.

2011-01-12

“948”引進(jìn)項(xiàng)目 (2009456);國(guó)家“十一五”科技支撐課題 (2009BADB1B03)

孫 紅 (1982－)，男，碩士研究生，主要從事油茶加工研究工作。E-mail:sunh206@163.com。

注:費(fèi)學(xué)謙系通信作者。

(責(zé)任編輯:張才德)