水酶法提取油茶籽油工藝條件優化研究

向 嬌，郭 華，肖麗飛

（湖南農業大學食品科技學院，湖南 長沙410128）

油茶作為我國特有的油料作物之一，主要生長于湖南、江西等南方地區，其種子可制作油脂，長期食用后有明顯的預防心腦血管疾病、延緩動脈粥樣硬化、降血壓、降血脂等功效，因而有東方橄欖油之稱[1-3]。

水酶法是一種新興的植物油脂提取技術，在水劑法加工工藝的基礎上，將蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、淀粉酶等酶制劑引入到提取工藝中[4-6]，利用酶的專一性作用于底物，使細胞壁進一步破碎，將包裹在淀粉顆粒、蛋白質中的油脂釋放出來。與傳統壓榨法及有機溶劑浸提法[7]相比，水酶法提取工藝條件溫和，無化學試劑殘留，可以最大限度地保留油脂中的有利成分；同時，有助于提高后期副產物的加工利用率，做到真正的綠色環保。

在水酶法提取油茶籽油的過程中，通常會進行粉碎研磨，以破壞油茶籽的細胞結構，使油脂從細胞結構中游離出來；再通過定量的酶制劑反應，來提高出油率。為了進一步提高油茶籽油的提油率，加大其副產物的利用，筆者對水酶法提取油茶籽油的最佳工藝參數進行了優化，為其工業化生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和主要儀器

1.1.1 試驗材料 油茶籽仁漿液：將油茶籽脫殼后，采用風選法將皮與仁分開，先采用粉碎機粉碎，再用液壓輥式研磨機研磨兩次后，備用。酶制劑：高溫淀粉酶（20 000 U/g，蘇柯漢生物工程有限公司）。

1.1.2 主要儀器與設備 LXJ-YIIB 低速大容量離心機（上海安亭科學儀器廠）、HCY-10 型核磁共振含油量測量儀（武漢中航儀器有限責任公司）、SY260 液壓輥式研磨機（中國常州自力化工機械有限公司）、pHS-3E 型數字酸度計（上海精密科學儀器公司）、ALC-2100.2 電子天平（北京賽多利斯儀器系統有限公司）、HH-8 數顯恒溫水浴鍋（上海浦東物理光學儀器廠）、101A-3ET 電熱鼓風干燥箱（上海實驗儀器廠有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 水酶法提油工藝流程 油茶籽仁漿液→加水、酶制劑→提取→分離→含水油茶籽油→干燥→計算提油率與殘油率。

1.2.2 影響淀粉酶反應速度的單因素試驗 （1）攪拌速度對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，加入400 m L 熱水，待溫度降到80℃時，調節pH 值至6.0，加入0.10%淀粉酶，慢速攪拌使料水混合。分別采用0、5、10、15、20 r/m in 的攪拌速度，在80℃下提取3 h，取出滅酶，離心脫水后稱取油脂重量，以油脂提取率和殘油率為指標，考查攪拌速度對提油率的影響。（2）料水比對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，分別按照料水比1︰2、1︰3、1︰4、1︰5、1︰6 加入熱水，待溫度降到80℃時，調節pH 值至6.0，加入0.10%淀粉酶，在10 r/m in 的攪拌速度下提取3 h，以油脂提取率和殘油率為指標，考查不同料水比對提油率的影響。（3）酶作用時間對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，加入400 m L 熱水，待溫度降到80℃時，調節pH 值至6.0，加入0.10%淀粉酶，在10 r/m in 的攪拌速度下分別提取1、2、3、4、5 h，以油脂提取率和殘油率為指標，考查酶作用時間對提油率的影響。（4）酶解pH 值對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，加入400 m L 熱水，待溫度降到80℃時，分別調節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 的攪拌速度提取3 h，以油脂提取率和殘油率為指標，考查酶解pH 值對提油率的影響。（5）酶用量對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，加入400 m L 熱水，待溫度降到80℃時，調節pH 值至6.0，分別加入0、0.05%、0.10%、0.20%、0.40%的酶量，在80℃下以10 r/m in 的攪拌速度提取3 h，以油脂提取率和殘油率為指標，考查酶用量對提油率的影響。（6）酶解溫度對油茶籽油提油率的影響。稱取100 g 油茶籽仁漿液，加入400 m L 熱水后調節pH 值至6.0,分別調節溫度至70、75、80、85、90℃，加入0.10%淀粉酶，在10 r/min 的攪拌速度下提取3 h，以油脂提取率和殘油率為指標，考查酶解溫度對提油率的影響。

1.2.3 提取工藝條件的優化 在單因素試驗的基礎上采用正交試驗對水酶法提取油茶籽油的工藝作進一步的優化。選取對油茶籽油提取率影響較大的4個因素（酶解溫度、酶解時間、加酶量、料水比）進行L9（34）正交試驗。正交試驗因素與水平見表1。

表1 正交試驗因素和水平設計

2 結果與分析

2.1 影響淀粉酶反應速度的單因素試驗結果

2.1.1 攪拌速度對提油率的影響 由圖1 可知，在攪拌速度為0 r/min 的條件下，水溶液與油料顆粒不能充分接觸，導致細胞不能吸水脹破，使油水分子不能從油料顆粒中逸出。而且此時淀粉酶不能與漿液充分接觸，所以油茶籽油的提油率是最低的；隨著攪拌速度的加快，油茶籽油的提油率有所升高。因為油料顆粒與水溶液的有效接觸面積擴大，有利于淀粉酶分解包裹在油滴表面的淀粉顆粒，加速油脂析出；隨著攪拌速度的不斷加快，殘油率會降低。這是因為當攪拌速度過快時，不僅有助于脂體的釋放游離，而且還會導致整個體系產生湍流，發生乳化，使少部分油脂分散在水中，形成乳化層，導致提油率的下降。并且，攪拌速度過快，容易導致機械磨損，不利于工業化生產，因此最佳攪拌速度為10 r/m in。

圖1 攪拌速度對提油率的影響

2.1.2 料水比對提油率的影響 在水酶法提取油茶籽油的過程中，水作為媒介可將漿液均勻的分布在水相中，適當的料水比有利于淀粉酶與包裹在脂體表面的淀粉顆粒反應，提高提油率。從圖2 中可以看出，當料水比逐漸增大時，油茶籽油的提油率逐漸增加。但當料水比超過1︰4 以后，出油率開始下降，殘油率卻沒有增加，這是因為溶劑增大有利于油茶皂素的析出，而油茶皂素可與脂肪形成w/o 乳化體系[8]，使油茶籽油的提油率下降。同時，離心分離后，過多的工業廢水不利于處理，所以建議料水比以1︰4 更為合適。

圖2 料水比對提油率的影響

2.1.3 酶作用時間對提油率的影響 從圖3 中可以看出，隨著酶作用時間的延長，提油率越高。當作用時間為3 h 時，提油率有顯著提高，隨著時間的延長，提油率增速變緩。酶解3 h 后，油茶籽油已充分提取，過度的延長酶解時間提油率雖有提高但是耗時長，成本高，不利于工業化生產。同時，殘油率也隨著時間延長而增加，這可能是因為時間越長，漿液中的非脂物質也容易溶出。綜合考慮，認為最適酶作用時間為3 h。

圖3 酶作用時間對提油率的影響

2.1.4 酶解pH 值對油茶籽油提油率的影響 過高或過低的pH 值都會破壞酶蛋白的空間結構，導致酶失活。因而選擇合適的酶解pH 值至關重要[9]。從圖4 中可以看出，高溫淀粉酶的反應最適pH 值為6～8，高于或低于最適pH 值都會影響酶的穩定性，使酶分子的必須基團處于解離狀態，從而使底物不能與酶結合，導致反應速度下降。當pH 值為8 時，提取的油脂略帶有刺鼻氣味，不利于身體健康。另一方面，油茶籽仁漿本身pH 值在5.7 左右，當漿液分散在純水中后，整個體系的pH 值在6 左右，故不需要添加酸或堿性物質，就可以達到較好的提取效果。

圖4 酶解pH 值對油茶籽油提油率的影響

2.1.5 淀粉酶用量對提油率的影響 從圖5 中可以看出，在添加0.05%淀粉酶的情況下，油茶籽仁的提油率達91.2%，這說明反應過程中只需要添加少量的酶制劑就能達到較好的提取效果。當酶添加量超過0.20%時，提油率和殘油率均開始呈現下降趨勢，這可能是因為隨著酶添加量的增大，反應速度加快，有利于油脂解離的同時，漿液中的油茶皂素與蛋白質也大量溶解于溶劑中，形成穩定的乳化層，離心后油滴不易分離，從而導致提油率下降。因此，最適淀粉酶添加量應為0.10%。

圖5 酶添加量對提油率的影響

2.1.6 酶解溫度對提油率的影響 由圖6 可知，隨著溫度的升高，提油率逐漸上升。酶解溫度的升高可以有效地增大分子擴散系數，降低溶劑及油脂粘度，從而加快油脂分子的擴散速度，從而提高油茶籽油的提油率。當溫度升高到80℃時，提油率明顯增高。這是因為淀粉酶的最適溫度在80～85℃，當淀粉酶在最適溫度時，酶的活性上升，酶解活力最大，有利于糊化的淀粉分子降解，料漿粘度下降，使脂體易于聚集，并與水相分離。當溶液溫度達到90℃以后，提油率增速變緩，在此溫度下水容易蒸發，耗能大，且油茶籽油的色澤加深。因此，最適酶解溫度為85℃。

圖6 酶解溫度對提油率的影響

2.2 優化試驗

對表2 中數據進行分析統計[10]，得出因素A 的K值分別為k190.40，k291.15，k391.19，極值RA為0.79；因素B 的K 值為k190.54，k290.99，k391.22，極值RB為0.68；因素C 為k190.59，k291.40，k390.76，極值RC為0.81；因素D 為k189.77，k291.74，k391.24，極值RD為1.97。

由分析結果可知，RD＞RC＞RA＞RB，4個因素對油茶籽油提取率的顯著影響順序為料水比（D）>加酶量（C）>酶解溫度（A）>酶解時間（B）。通過k 值可以得出水酶法提取油茶籽油的最優工藝條件組合為A3B3C2D2。由于酶解時間對油茶籽油的提油率影響較小，酶解時間長，能耗加大，考慮到溫度對油脂品質的影響，故選擇較優工藝條件組合A2B2C2D2，即：酶解溫度為85℃，料水比為1︰4，加酶量為0.10%，酶解時間為3 h。由于此條件不在正交表內，故在此條件下進行驗證試驗，得到的油茶籽油提油率為92.23%，比正交試驗所得最高值91.95%提高了0.28個百分點，說明所選條件可行。

表2 酶解條件正交試驗結果

3 結論

油茶籽仁中的茶皂素對油茶籽油的提油率有較大的影響，為了有效降低乳化效應，提高提油率，應當選擇合適的攪拌速度和料液比。利用酶制劑提取油茶籽油工藝中，通過單因素試驗和正交試驗得出水酶法的較佳工藝條件為：酶解溫度為85℃，料水比為1︰4，加酶量為0.10%，酶解時間為3 h，酶解pH 值為6.0。在此條件下得到的油茶籽提油率高達92.23%。

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