植物油酶法脫膠技術的研究進展

許皎姣，孫 樂，王 強，顧星海

無錫中糧工程科技有限公司 (無錫 214035)

油料經預處理、浸出工藝加工后得到的原油被稱為毛油，毛油的成分主要包括甘油酯和脂肪酸外，還包括蛋白質、磷脂、粘液等其他雜質[1]。所以毛油不能直接食用，要通過精煉加工達到國家要求的質量標準后才能進行食用。目前油脂精煉加工主要是四個步驟：脫膠、堿煉、脫色、脫臭。脫膠即是將毛油中的膠質脫除的處理過程，膠質主要是指蛋白質、糖、磷脂和其他粘液等的混合物，但是其主要成分是磷脂，所以脫膠也被成為脫磷[2]。

膠質的脫除情況不僅影響精煉后續(xù)堿煉脫酸、脫色、脫臭的效果，增加經營成本，也會對最終產品的色澤、氣味等方面造成一定的影響[3-4]，所以脫膠在油脂精煉的步驟中是較為重要的一個環(huán)節(jié)，影響較大。目前，植物油脫膠的方法主要包括水化脫膠、酸法脫膠、超臨界萃取法、吸附法脫膠、膜過濾脫膠、酶法脫膠等方法。

相較于傳統(tǒng)的脫膠方法，酶法脫膠具有適用范圍廣、反應的條件溫和、精煉率高、能耗低、污染少等較多優(yōu)點，應用前景廣闊，受到了大家的廣泛關注。本文主要從酶法脫膠的原理、工藝流程及研究進展角度出發(fā)，對酶法脫膠的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行闡述。

1 酶法脫膠的原理

酶法脫膠主要是利用磷脂酶催化水解的特性，在一定的反應條件下，將毛油中難以除去的非水化磷脂轉化為水化磷脂，再通過水化的方法除去。

磷脂可分為甘油磷脂和鞘磷脂兩大類，但是在植物油中的磷脂主要為甘油磷脂，包括甘油磷脂酸(phosphatidic acid，PA)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine，PE)、磷脂酰膽堿(phosphatidyl choline，PC)、磷脂酰肌醇(phosphatidyl inositol，PI)、磷脂酰甘油(phosphatidyl glycerol，PG)、磷脂酰絲氨酸(phosphatidyl serine，PS)等[5]。

根據(jù)與磷脂在作用位點上的不同，可將磷脂酶分為：磷脂酶A1(PLA1)、磷脂酶A2(PLA2)、磷脂酶B(PLB)、磷脂酶C(PLC)及磷脂酶D(PLD)，具體詳見下圖1。

圖1 磷脂的結構及磷脂酶在磷脂上的作用位點

由圖1可以看出，PLA1和PLA2可以將磷脂的一個脂肪酸水解掉生成親水性強的溶血磷脂；PLB通過作用于Sn-1和Sn-2位，將磷脂水解為親水性強的甘油酰磷脂；PLC可以作用于Sn-3位上的甘油磷酸酯鍵，生成甘油二酯(DAG)和磷酸，DAG是公認安全(GRAS)的食品成分，可以作為中性油保留于植物油中，從而提高植物油的精煉得率；PLD作用于磷脂后得到的磷脂酸的親水性都較弱，不適合進行后續(xù)脫膠。所以適合植物油酶法脫膠的磷脂酶為PLA1、PLA2、PLB和PLD[6]。

2 酶法脫膠的工藝流程

最初的酶法脫膠工藝較為簡單，來自于德國魯奇(Lurgi)公司開發(fā)的“EnzyMax”[7]，主要就是現(xiàn)將毛油預熱至50 ℃～75 ℃，然后將溶于水的磷脂酶、強乳化劑(十二烷基磺酸鈉)和檸檬酸鹽加至毛油中，攪拌反應3～4 h后進行離心。后續(xù)開發(fā)的酶法脫膠相關工藝基本都是基于諾維信(Novozyme)公司的Lecitase?Ultra，其工藝流程圖如圖2所示，先將毛油調至酶反應的最適溫度，然后加檸檬酸，攪拌混合反應一段時間，然后加入軟水和燒堿調節(jié)pH值使其達到最適酶反應值，加入酶進行混合反應一段時間，最后調節(jié)油溫至最適的溫度，然后通過離心的方法除去磷脂。

注：1.檸檬酸；2.高速混合機；3.酸反應罐；4.軟水罐；5.堿罐；6.酶罐；7.靜態(tài)混合器；8.酶罐；9.離心機。圖2 酶法脫膠工藝流程

閆子柱等[8]用于菜籽油的酶法脫膠的工藝流程(見圖3)基本也與Novozyme公司的基本一致，就是在前段多加了個酶反應罐；經閆子柱等試驗對比酶法脫膠與堿煉化學脫膠方法，兩者的精煉油總磷含量分別為1.4 mg/kg、5.0 mg/kg，精煉得率分別為97.3%、96.8%，酶法脫膠方法更優(yōu)，油品品質也更好。酶法脫膠的工藝過程不復雜，脫磷效果較好，但是對工藝條件(溫度、時間、pH等)的要求較為嚴格，有一定的操作難度。

圖3 酶法脫膠工藝流程

3 酶法脫膠的研究進展

在國外，酶法脫膠最早由德國魯奇公司于1991年開發(fā)，稱為“EnzyMax process”[7]，采用這個新方法的第一家油脂工廠是德國曼海因市的Cereol公司，用于菜籽油和葵花籽的脫膠，使用的酶為來自豬胰液中提取的PLA2，可以將毛油中的磷含量控制在10 mg/kg以下。但PLA2由于來源限制及價格問題，酶法脫膠未能得到推廣。冀楠[9]等利用自制的磷酸酶A2，對不同來源、不同制取方法的6種大豆毛油和毛油進行酶法脫膠，得出當毛油磷含量在100～550 mg/kg時，采用以下通用條件能使脫膠油磷含量降至10 mg/kg以下：反應溫度為45 ℃，檸檬酸用量為0.1%，處理時間為30 min，水用量為2%，磷酸酶A2用量為10 mg/kg，反應時間為90 min。

隨著相關技術的發(fā)展，人們開發(fā)出了微生物來源的PLA1，該脂肪酶可以通過發(fā)酵的方法進行大規(guī)模的生產，該酶效果好、價格經濟，是當今油脂精煉中使用的最為普遍的酶制劑，酶法脫膠方法由此得到日益的重視。毛程鑫[10]等研究了磷酸酶(Lecitase Ultra)(即PLA1)對菜籽油脫膠及品質的影響，結果表明最佳工藝參數(shù)為：酸堿比(v/v)1∶4.5，加酶量88 mg/kg，反應溫度50 ℃，反應時間4 h。在此條件下，菜籽油的磷含量可由原料的406.66 mg/kg降至3.42 mg/kg；同時對水化脫膠磷脂與酶法脫膠磷脂中的溶血磷脂進行對比分析，其質量分數(shù)分別為10.71%和65.76%，酶法脫膠的酶解率達65.72%。劉麗娜[11]等采用磷酸酶(Lecitase Ultra)對花生油進行脫磷脂研究，確定了該方法的反應條件：酶添加量25 mg/kg，反應溫度55 ℃，pH值5.0，反應時間2 h，在此條件下，花生油磷脂殘留量降至4.2 mg/kg。王志遠[12]等探討磷脂酶A1在蘋果籽油脫膠中的應用，結果表明：蘋果籽油理化指標符合一般植物油的標準；磷脂酶A1用于蘋果籽油脫膠，在加酶量45 mg/kg、脫膠時間3.5 h、脫膠溫度50 ℃條件下、pH值5.0，脫膠效果最佳，最終含磷量降低至7.8 mg/kg，達到植物油脫膠標準。

目前常用于植物油脫膠的磷脂酶除了磷脂酶A1還有磷脂酶C，由于其反應產物為中性油，可以提高精煉得率，所以磷脂酶的應用前期較好。葉展[13]等將PLC應用于菜籽油，對脫膠工藝參數(shù)進行優(yōu)化，得到最佳條件為：檸檬酸添加量5.80 mg/kg，加酶量12.60 mL/kg，酶解溫度42.20 ℃，該條件下菜籽毛油磷含量從693 mg/kg降至7.85 mg/kg，該法脫膠磷脂中溶血磷脂含量比常規(guī)水化脫膠磷脂中的高處出約50%，酶法脫膠的酶解率顯著升高。楊亞濟[14]以400 t/d大豆油磷脂酶C酶法水化脫膠生產為例進行了應用實踐，表明PLC酶法水化脫膠脫膠油含磷量與常規(guī)水化脫膠相當，但PLC酶法水化脫膠可以使得率提高1.38%，經濟效益明顯。徐振山[15]等對現(xiàn)有毛油直接堿煉工藝改造為PLC脫膠-堿煉工藝，生產實踐表明，與毛油直接堿煉工藝比較，應用PLC脫膠工藝后，一級大豆油得率增加1.34%。胡旭東[16]等對比了磷酸酶A1和磷酸酶C對沙棘果油去除磷脂的影響，結果表明：雖然磷酸酶C的脫膠速率較快，脫膠后油的回收率比磷酸酶A1略好，但脫膠不徹底，反而磷酸酶A1的脫膠效果更好；利用磷脂酶A1對沙棘果油脫膠的最優(yōu)工藝條件是pH值為5.0、溫度為35 ℃、時間為120 min、酶添加量6%、去離子水添加量為1.5%，脫膠后沙棘果油中的磷脂含量為13.3 mg/kg，油的回收率為94.4%。

酶法脫膠除了采用單一磷脂酶，也有通過復合酶，或者在磷脂酶的基礎上結合其他措施的方法提供脫膠效果。趙光輝[17]等以小桐子毛油為原料，采用磷脂酶B和磷脂酶C的復合酶開展酶法脫膠工藝研究，結果表明：在酶添加量50 μg/g、pH 5.5、反應溫度50 ℃、轉速350 r/min、反應時間2 h的條件下，脫膠后中的磷、金屬、氮等微量雜質含量明細減少，脫膠油的磷含量可降9.93 μg/g，脫膠效果明顯。程實[18]等利用實驗室前期構建的重組大腸桿菌所產的磷脂酶A1和磷脂酶C進行大豆油酶法脫膠研究，研究結果表明大豆復合酶法脫膠的最佳工藝參數(shù)為：反應溫度45 ℃、反應pH 6.5、反應時間3 h、攪拌速率300 r/min、PLA1和PLC添加量分包為7 940 U/kg和23 130 U/kg，大豆油磷含量可降至5 mg/kg以下，能夠滿足物理精煉的要求。徐保國[19]等采用多頻超聲波技術對菜籽油的酶法(磷脂酶A1)脫膠效果展開了研究，結果表明：多頻超聲波作用能有效地提高磷脂酶A1對菜籽油的脫膠效果，大幅度降低脫膠后菜籽油中的含磷量；并且20/50 Hz雙頻超聲處理對菜籽油的脫膠效果最佳。

4 結論與展望

作為一種新型的植物油脫膠工藝，酶法脫膠由于其適用范圍廣、精煉率高、能耗低、污染少等優(yōu)點，受到油脂行業(yè)的廣泛關注。另外，酶法脫膠可以在油廠原有設備情況下進行技術改進，不需要再增加大型設備的購置，但是目前真正投入到實際生產使用的還較少，主要一方面是企業(yè)最關注的成本問題：酶制劑在近些年的研發(fā)下其成本已有所下降，但是與常規(guī)的水化脫膠相比，成本還是較高，而且酶制劑不能回收；另一方面是時間問題，酶法脫膠所需反應時間較長，需要經歷數(shù)小時，影響了工廠的生產效率；而且酶法脫膠對工藝條件——溫度、pH值、時間的有一定的要求，不然會影響酶的活性，對脫膠效果產生很大的影響。因此，亟需開發(fā)一款高活性、低成本、更優(yōu)質的磷脂酶。隨著大家的進一步深入研究，相信酶法脫膠技術在今后一定能夠更好的發(fā)展。