提取茶堿后水酶法提取茶油工藝研究

摘要 [目的]研究除去茶堿后使用水酶法進行提油的工藝條件。[方法]采用單因素試驗，研究酶的種類、酶解溫度、酶濃度、酶解時間、料液比對出油率的影響。[結果]最佳工藝條件是：采用蛋白酶，酶解溫度50 ℃，酶濃度在2%～3%，酶解時間4 h，料液比1.0∶5.5，出油率可達51.9%。[結論]該研究為茶油的綜合開發利用提供新途徑。

關鍵詞 茶堿;水酶法;蛋白酶;出油率

中圖分類號 TS225.1+6文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）11-0166-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.047

開放科學（資源服務）標識碼（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

基金項目 廣東省自然科學基金項目（2016A030307018）。

作者簡介 張衛國（1976—），男，河南周口人，教授，博士，從事食品科學與工程/酶工程研究。

收稿日期 2018-11-12

茶油樹是我國特有的一種油料作物，其果實是有堅硬外殼的油茶籽，果仁含有豐富的油脂，經過一定加工工藝提取出來的油脂叫茶油。茶油透明、色淺、味香，其脂肪酸主要由油酸、亞油酸和少量的脂肪酸組成，其中油酸含量達74%～89%，不飽和脂肪酸含量達90%以上，脂肪酸含量與橄欖油相近，有“東方橄欖油”之稱。茶油含有豐富的角鯊烯、維生素和茶多酚等功能性物質，因此茶油也有降血壓、降血脂、預防心血管硬化以及預防癌癥的保健功效[1]。

目前，我國茶油的生產主要應用于食用油，部分用于化妝品用油和醫藥用油。隨著科研人員對茶油產品的不斷深入研究，公眾對茶油營養保健價值和經濟價值有了更深的了解，開發具有高附加值的化妝品和醫藥產品成為未來的重要發展方向。現在企業普遍采用的是壓榨法，或者是“預榨浸出法”就是先對茶籽進行壓榨再用有機溶劑提取。使用壓榨法處理后茶油的營養物質會嚴重變性，營養價值也會降低，副產品利用水平也會大大降低，浸出法是使用有機溶劑，提取過程會有殘留，降低了生產安全性，也對環境造成了污染。除了這2種方法可以用于大規模工業生產外，其他方法還處在實驗室階段，有待進一步的探索，不同的提取方法各有優缺點，其出油率和油脂的質量有一定的差異[2-4]。

近年來國內外對不同油料作物的水酶法提油進行了大量研究[5-7]，水酶法提油條件溫和，不會破壞蛋白質，提取的油品酸值、磷脂含量、過氧化值較低，離心分離后得到的水層和渣中含有可溶性多糖、蛋白質和茶皂素等可回收利用物質，相對于傳統工藝減少污水和廢棄物產生，生產工藝符合綠色生產和綜合利用的發展理念[8]。水酶法原理是將油茶籽機械破碎后，使用具有不同分解功能的酶破壞細胞結構或細胞酶的生物大分子，使油脂更易于從油料細胞中釋放出來，利用非油組分與水和油的親和力的差異，以及水油的比重差異達到分離的目的[9]。水酶法提取茶油，作用條件溫和，不使用有機溶劑，不需要升溫加壓，減少對營養物質的破壞，對生產設備的要求較低，副產品的回收利用率高，油脂品質好[10]。筆者在提取茶堿之后，探索影響出油率的主要因素，對油茶籽水酶法生產工藝進行優化，為茶油的綜合開發利用提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

食用乙醇、油茶籽、蛋白酶、纖維素酶。

1.2 主要儀器、設備

植物粉碎機、恒溫水浴鍋、電熱恒溫鼓風干燥箱、電子分析天平。

1.3 試驗方法

1.3.1 提取茶堿。

稱取油茶籽仁50 g置于燒杯中，用量筒量取100 mL 80%食用乙醇，以料液比（1∶2）將油茶籽和水混合，然后放進打漿機中連續打漿20 min，取出漿液，補加80%食用乙醇200 mL，混合后的漿液置于恒溫水浴鍋中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過程。

于恒溫水浴鍋中90 ℃水浴10 min，使茶渣中的酶失活，取出置于室內，茶渣溫度降至室溫后，調節pH，將其置于冷凍恒溫振蕩器中，在設定的酶解時間和酶解溫度下進行酶解，反應完成后將其置于恒溫水浴鍋在90 ℃條件下水浴10 min滅酶，10 000 r/min離心30 min，收集殘渣測定殘渣的含油量，計算出油率。出油率=出油量/[膨化后渣×（1-水分含量）]×100%、水分含量=渣中水的質量/渣的質量×100%。

2 結果與分析

2.1 酶的種類

固定酶濃度為2%，料液比為1∶5，酶解溫度50 ℃，酶解2 h，粉碎度為80目，酶解pH 8.5，分別使用纖維素酶和蛋白酶在相同的試驗條件下進行反應。

結果發現，蛋白酶和纖維素酶的出油率分別為51.8%和45.3%，蛋白酶的出油率高，說明蛋白酶的作用效果比較明顯。這是因為在油茶籽細胞中大部分油脂通常是與蛋白質和碳水化合物等大分子結合，構成脂多糖、脂蛋白等復合體，蛋白膜將油脂包絡，把油脂束縛在其凝膠網絡中。部分油脂分布在主要由蛋白質構成的細胞質膜包圍之中，油脂體分布于蛋白質體之間，蛋白質也是構成細胞膜的重要成分。在蛋白酶的作用下，細胞結構和脂蛋白、脂多糖等脂類復合體破壞分解，被蛋白膜包絡的油脂被釋放出來。加入纖維素酶主要作用是破壞了細胞壁，因為細胞壁是以纖維素為骨架，D-葡萄糖殘基以β-1，4-糖苷鍵連接形成了纖維素，酶解纖維素不能讓被多糖大分子物質包裹的油脂充分釋放出來。提取過程中蛋白質的起泡性和乳化性也會阻礙油脂的提取，所以使用蛋白酶的出油率比使用纖維素酶的出油率高。

2.2 酶濃度對出油率的影響

固定料液比為1∶5，酶解溫度50 ℃，酶解2 h，酶解pH 8.5，粉碎度為80目。蛋白酶用量對出油率的影響如圖1所示。由圖1可知，隨著酶用量的增加，出油率呈現不斷上升的趨勢，達到最大值后，開始下降，達到一定濃度后開始緩慢上升。酶濃度低于2%，出油率顯著上升，在2%～3%達到出油率最大值，那是因為隨著酶濃度上升，更多的酶與底物充分接觸，加快了反應速度。當酶濃度大于3%時，呈現緩慢上升趨勢，但是最佳濃度不會出現在大于3%的區間段，因為隨著酶濃度的提高，茶皂素和蛋白質不斷溶解出來，形成穩定的乳狀液，使油更難提取，也會增加生產成本。考慮到生產工藝對水的消耗以及工藝水回收副產品，從環保和生產成本方面考慮，酶的最佳濃度為2%～3%。

2.3 酶解時間對出油率的影響

固定酶濃度為2%，料液比為1∶5，酶解溫度50 ℃，粉碎度為80目，酶解pH 8.5，探討酶解時間對出油率的影響。從圖2可看出，當酶解時間在1～2 h時，出油率隨著酶解時間的增加呈現快速增長的趨勢，出油率由47.3%增加至51.4%，4 h出油率達52.1%，酶解時間延長至4 h以后出油率增長不明顯，推測出現這種情況的原因與油茶籽的成分有關系，蛋白酶在破壞細胞結構和脂類復合體釋放油脂的同時，油茶籽中含有的少量茶皂素也會溶解出來，蛋白質和茶皂素會與油脂作用，將油脂包裹在固形物中，出油率出現緩慢的增長，可見在此條件下最佳的酶解時間為4 h。

2.4 酶解溫度對出油率的影響

固定酶濃度為2%，料液比為1∶5，酶解2 h，粉碎度為80目，酶解pH 8.5，探討酶解溫度對出油率的影響，其結果如圖3所示。酶的本質是蛋白質，蛋白質的結構決定蛋白質的性質，蛋白質性質極易受到溫度的影響，會影響酶的作用效率，因此出油率受到溫度的影響很大。在50 ℃以下，出油率隨著酶解溫度的增加呈現快速增長的趨勢，溫度達到50 ℃時出油率達51.6%，這是因為溫度增加到接近酶的最佳作用溫度，而且隨著溫度的增加，分子的動能也增加了，分子熱運動程度加劇，酶與底物接觸幾率增加，使反應朝著有利于酶解方向進行。當溫度高于50 ℃時，出油率隨著溫度的增加而呈現下降的趨勢，溫度達60 ℃時出油率達49.8%，因為溫度增加到一定程度后，蛋白質結構會遭到破壞，可知酶的中心結構會被破壞，酶的催化活性會喪失，出油率受到影響，呈現下降的趨勢。

2.5 料液比對出油率的影響

固定酶濃度為2%，酶解2 h，酶解pH 8.5，粉碎度為80目，酶解溫度50 ℃，探討料液比對出油率的影響，其結果如圖4所示。在一定區間范圍內出油率隨著料液比的增大而呈現快速增長的趨勢，在1∶5～1∶6達到最大值，在此階段底物濃度隨著料液比的增大而降低，酶與底物接觸幾率增大，反應速度加快，使出油率快速提高;料液比達到1∶6之后出油率呈現下降趨勢，這時反應體系底物濃度降低，不利于酶與底物接觸，減弱了酶的作用效果。考慮在生產加工過程中對水的消耗、廢水的處理與排放以及后續的生產工藝，可以推算出最佳料液比為1.0∶5.5。

3 總結與討論

一般水酶法提取茶油是先把茶油提取出來，然后再提取茶皂素洗液、茶籽多糖等副產品，該研究的方法是先提取茶堿再進行提油，優化提油的加工工序，提高了茶堿的提取效率，減少了茶堿在茶油中的殘留量，使原水酶法工藝生產過程中出現的發泡和乳化現象大大減少，一定程度上提高了出油率。

單因素試驗表明，酶的種類、酶濃度、酶解時間、酶解溫度、料液比對水酶法提取茶油的出油率有顯著影響。蛋白酶

試驗效果較好，纖維素作用效果較差，因為在油茶籽研磨過程中蛋白質與磷脂結合形成了一層蛋白膜包絡與油滴外，部分蛋白質與脂質結合成脂蛋白，蛋白酶對蛋白膜和脂蛋白進行破壞使油脂被釋放出來;纖維素酶是分解植物細胞壁纖維素骨架，破壞細胞壁，所以蛋白酶使用效果好;蛋白酶的最佳使用濃度在2%～3%;最佳酶解時間為4 h;酶的最適作用溫度為50 ℃，溫度高于或低于酶的最佳作用溫度會影響酶作用效率甚至會使酶喪失活性;最佳料液比為1.0∶5.5，在此狀態下，底物與酶的作用效率最高。

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