CN102766533B - 一种水酶法提取大豆油脂生物酶破乳的方法 - Google Patents

一种水酶法提取大豆油脂生物酶破乳的方法 Download PDF

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Abstract

水酶法提取大豆油脂生物酶破乳的方法属于植物油脂提取技术，该方法包括以下步骤：（1）膨化大豆粉碎后与水混合得到混合液，向混合液中加入碱性蛋白酶进行酶解反应，酶解后离心分离得到游离油、乳状液、水解液和残渣；（2）向步骤（1）得到的乳状液中加入水和磷脂酶进行搅拌酶解反应，得到反应液；（3）向步骤（2）得到的反应液中加入乙醇进行超声处理，超声处理后离心分离，既得大豆油脂；本方法所需的工艺设备简单、破乳时间短、绿色环保并且破乳率高。

Description

一种水酶法提取大豆油脂生物酶破乳的方法
技术领域
本发明属于植物油脂提取加工技术，主要涉及一种水酶法提取大豆油脂生物酶破乳的方法。
背景技术
水酶法提取大豆油过程中，由于蛋白和油脂的乳化使得游离油得率较低，因此我们必须找到适当的破乳方法来从乳状液中回收油脂，进而提高游离油得率，破乳的好坏直接影响到整个工艺的经济价值。
破乳的方法分为化学破乳、物理破乳和生物破乳。化学破乳法是加化学破乳剂；离心、改变温度、施加静电场、采用聚结剂等属于物理方法；生物破乳法是指利用微生物细胞本身或者其代谢过程的代谢产物实现乳状液破乳。由于化学法的有机溶剂残留和物理法的破乳率低等问题的存在，选择生物方法作为破乳手段。Hanmoungjai(2001)采用蛋白酶作用于米糠，对得到的乳化层用煮沸的方法破乳，油与蛋白质的回收率仅为79%和68%。Aparna(2002)采用18000g 超高速离心方式破乳，油得率比对照提高了40%，但这种离心设备无法应用于大规模生产。Moura 等（2008）在大豆水酶法制油工艺中采用蛋白酶结合pH 调节或者磷脂酶酶解的方法破乳，可回收乳状液中70%-80%的油脂。在大豆水酶法提油中，Wu(2009)探索采用酶解和调节体系pH 的方式破乳，Jung(2009)进一步对内切蛋白酶破乳回收游离油条件进行了优化研究，以期为推进水酶法这一环境友好型提油工艺的发展做出贡献。除此以外，国外学者在研究中大多采用有机溶剂直接萃取乳状液中的油，以考察酶解后油从油料细胞中释放的效果，而从技术层面进一步突破的研究并未见报，并且，现有的破乳技术存在破乳率低、对环境造成污染以及能耗大、方法步骤繁琐等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种水酶法提取大豆油脂生物酶破乳的方法，达到简化破乳工艺、降低环境污染、提高破乳率的目的。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种水酶法提取大豆油脂生物酶破乳的方法，该方法包括以下步骤：（1）膨化大豆粉碎后与水混合得到混合液，向混合液中加入Alcalase碱性蛋白酶进行酶解反应，酶解后离心分离得到游离油、乳状液、水解液和残渣；（2）向步骤（1）得到的乳状液中加入水和磷脂酶A1进行搅拌酶解反应，得到反应液，所述的加水量与乳状液体积比为3-5:1，加酶量为乳状液体积的2-7%，反应温度为20-60℃，反应时间为10-50min，搅拌转速为50-80r/min，反应pH值为5-9；（3）向步骤（2）得到的反应液中加入乙醇进行超声处理，所述的乙醇添加量与反应液体积比为1-3:1，,超声温度为60-80℃，超声时间为1-5min，超声处理后离心分离，既得大豆油脂。
所述搅拌酶解反应优选参数为：加水量与乳状液体积比为4:1，加酶量为乳状液体积的4%，反应温度为30℃，反应时间为30min，搅拌转速为70r/min，反应pH值为7。
所述乙醇超声工艺优选参数为：乙醇添加量与反应液体积比为2.1:1，,超声温度为72℃，超声时间为3.7min。
本发明采用生物酶法对水酶法提取大豆油脂产生的乳状液进行破乳，磷脂酶A1作用于磷脂，破坏其亲水性或亲油性，使其丧失乳化能力，从而使油脂与蛋白分离，进而使得油脂得以从大豆乳化体系释放，并且再进行乙醇超声处理可使得油脂释放更完全，进而提高破乳率；具有所需的工艺设备简单、成本低，油脂回收率高且品质好的特点。
附图说明
图1 是本发明总工艺路线图；
图2 是加水量与乳状液体积比对破乳率的影响曲线；
图3 是加酶量对破乳率的影响曲线；
图4 是反应温度对破乳率的影响曲线；
图5 是反应时间对破乳率的影响曲线；
图6 是搅拌速度对破乳率的影响曲线；
图7 是反应pH对破乳率的影响曲线；
图8 是超声温度与超声时间交互对破乳率的响应面；
图9 是超声温度与料液比交互对破乳率的响应面；
图10 是料液比与超声时间交互对破乳率的响应面。
具体实施方案
下面结合附图对本发明具体实施例进行详细描述。
一种水酶法提取大豆油脂生物酶破乳的方法，该方法包括以下步骤：（1）膨化大豆粉碎后与水混合得到混合液，向混合液中加入Alcalase碱性蛋白酶进行酶解反应，酶解后离心分离得到游离油、乳状液、水解液和残渣；（2）向步骤（1）得到的乳状液中加入水和磷脂酶A1进行搅拌酶解反应，得到反应液，所述的加水量与乳状液体积比为3-5:1，加酶量为乳状液体积的2-7%，反应温度为20-60℃，反应时间为10-50min，搅拌转速为50-80r/min，反应pH值为5-9；（3）向步骤（2）得到的反应液中加入乙醇进行超声处理，所述的乙醇添加量与反应液体积比为1-3:1，,超声温度为60-80℃，超声时间为1-5min，超声处理后离心分离，既得大豆油脂。
所述搅拌酶解反应优选参数为：加水量与乳状液体积比为4:1，加酶量为乳状液体积的4%，反应温度为30℃，反应时间为30min，搅拌转速为70r/min，反应pH值为7。
所述乙醇超声工艺优选参数为：乙醇添加量与反应液体积比为2.1:1，,超声温度为72℃，超声时间为3.7min。
实施例1  磷脂酶破乳工艺最优参数筛选试验
1材料与方法
1.1    试验原料
大豆 黑龙江农业科学院培植的垦农42，其中蛋白含量为41.6%，油脂含量为21.3%，含水率为10.6%，灰分4.3%。
Alcalase碱性内切蛋白酶 novo公司（1.2×105U/mL）
1.2试验仪器与设备
仪器     生产厂家
CX-500 型超声波清洗机 北京医疗设备二厂
电子分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司
锤片式粉碎机 中国天津泰斯特仪器有限公司
LDZ5-2型台式低速离心机 上海安亭科学仪器厂
电热恒温水浴锅 余姚市东方电工仪器厂
TGL-16G高速台式离心机 上海安亭科学仪器厂
精密电动搅拌机 江苏省金坛市荣华仪器
索氏抽提器  天津玻璃仪器厂
电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司
1.3实验方法
1.3.1工艺流程（见图1）
1.3.2计算公式
Figure 824848DEST_PATH_IMAGE001
2 结果与讨论
2.1 最佳加水量的确定（见图2）
以破乳率为考察指标，分别选取加水量与乳状液体积比为3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1进行搅拌酶解反应，确定最适加水量与乳状液体积比为4:1。
2.2 最佳加酶量的确定（见图3）
以破乳率为考察指标，分别选取加酶量为乳状液体积的2%、3%、4%、5%、6%、7%进行搅拌酶解反应，确定最适加酶量为乳状液体积的4%。
2.3 最佳反应温度的确定（见图4）
以破乳率为考察指标，分别选取反应温度为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃进行搅拌酶解反应，确定最适反应温度为30℃。
2.4最佳反应时间的确定（见图5）
以破乳率为考察指标，分别选取反应时间为10min、20min、30min、40min、50min进行搅拌酶解反应，确定最适反应时间为30min。
2.5最佳搅拌速度的确定（见图6）
以破乳率为考察指标，分别选取搅拌速度为50r/min、60r/min、70/min、80/min进行搅拌酶解反应，确定最适搅拌速度70r/min。
2.6最佳反应pH值的确定（见图7）
以破乳率为考察指标，分别选取pH值为5、6、7、8、9进行搅拌酶解反应，确定最适搅拌酶解反应pH值为7。
实验例2 超声处理工艺条件最佳参数的筛选实验
1材料与方法
1.1.1主要仪器设备
1.1 试验原料
大豆 黑龙江农业科学院培植的垦农42，其中蛋白含量为41.6%，油脂含量为21.3%，含水率为10.6%，灰分4.3%。
2.1.2 试验仪器与设备
仪器     生产厂家
CX-500 型超声波清洗机 北京医疗设备二厂
电子分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司
锤片式粉碎机 中国天津泰斯特仪器有限公司
LDZ5-2型台式低速离心机 上海安亭科学仪器厂
电热恒温水浴锅 余姚市东方电工仪器厂
TGL-16G高速台式离心机 上海安亭科学仪器厂
精密电动搅拌机 江苏省金坛市荣华仪器
索氏抽提器  天津玻璃仪器厂
电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司
超声细胞破碎机 宁波新芝生物科技股份有限公司
1.3实验方法
1.3.1工艺流程（见图1）
1.3.2计算公式
Figure 499543DEST_PATH_IMAGE002
2结果与讨论
2.1超声工艺的响应面实验优化反应条件   
2.1.1实验因素水平编码表
在单因素研究的基础上，选取超声温度、超声时间、料液比（乙醇添加量与反应液体积比）3个因素为自变量，以破乳率为响应值，根据中心组合设计原理，设计响应面分析实验，其因素水平编码表见表2-1。
表2-1 因素水平编码表
Figure 22928DEST_PATH_IMAGE004
2.1.2响应面实验安排及实验结果
本实验应用响应面优化法进行过程优化。以x1、x2、x3、为自变量，以破乳率为响应值Y，响应面实验方案及结果见表2-2。实验号1-14为析因实验，15-20为10个中心试验，用以估计实验误差。
表2-2响应面实验方案及实验结果
Figure 452772DEST_PATH_IMAGE005
2.1.3响应面实验结果分析
回归分析与方差分析结果见表2-3，响应面寻优见表2-4，交互相显著的响应面分析见图8-图10。
表2-3回归与方差分析结果
变量 自由度 平方和 均方 F值 Pr>F
x 1 1 164.4094 164.4094 141.0005 0.0001
x 2 1 362.673 362.673 311.0349 0.0001
x 3 1 30.04436 30.04436 25.76659 0.0005
x 1 2 1 233.4168 233.4168 200.1825 0.0001
x 1 x2 1 8.20125 8.20125 7.03354 0.0242
x 1 x3 1 33.53805 33.53805 28.76284 0.0003
x 2 2 1 195.7064 195.7064 167.8413 0.0001
x 2x3 1 60.5 60.5 51.8859 0.0001
x 3 2 1 146.8259 146.8259 125.9206 0.0001
回归 9 1141.8259 126.8091 108.7538 0.0001
剩余 10 11.6602 1.16602    
失拟 5 1.973652 0.39473 0.203752 0.9472
总和 19 1152.942      
注：经分析，总回归的相关性系数（R2）为98.99%，决定系数（R2Adj）为98.08% 
由表3可知，方程因变量与自变量之间的线性关系明显，该模型回归显著（p<0.0001），失拟项不显著，并且该模型R2=98.99%，R2 Adj= 98.08%，说明该模型与实验拟合良好，自变量与响应值之间线性关系显著，可以用于该反应的理论推测。由F检验可以得到因子贡献率为：x 2 >x 1 >x 3 ，即超声时间>超声温度>料液比。
应用响应面寻优分析方法对回归模型进行分析，寻找最优响应结果见表2-4，由表2-4可知超声温度为72 ℃，超声时间为3.7min，料液比为2.1:1，响应面有最优值在94.6817±0.45%。           
表2-4响应面寻优结果
因素 水平值 实际值
超声温度 0.39227 71.9614
超声时间 0.72154 3.7215
料液比 0.20429 2.1021
2.2验证实验与对比试验
在响应面分析法求得的最佳条件下，即超声时间为3.7min，温度为72℃，料液比为2.1:1，进行3次平行实验，破乳率3次平行实验的平均值为94.27%。破乳率预测值为94.6817±0.45%。说明响应值的实验值与回归方程预测值吻合良好。
3 实验结论
利用响应面分析方法对超声波处理乳状液中提取大豆油脂进行分析。建立了相应的数学模型为以后的中试以及工业化生产提供理论基础，并且得到了最优超声工艺条件为超声温度为72 ℃，超声时间为3.7min，料液比为2.1:1。经过验证与对比试验可知在最优超声工艺条件下破乳率可达到94.27%左右。

Claims (3)

1.一种水酶法提取大豆油脂生物酶破乳的方法，该方法包括以下步骤：（1）膨化大豆粉碎后与水混合得到混合液，向混合液中加入Alcalase碱性蛋白酶进行酶解反应，酶解后离心分离得到游离油、乳状液、水解液和残渣；其特征在于：（2）向步骤（1）得到的乳状液中加入水和磷脂酶A1进行搅拌酶解反应，得到反应液，所述的加水量与乳状液体积比为3-5:1，加酶量为乳状液体积的2-7%，反应温度为20-60℃，反应时间为10-50min，搅拌转速为50-80r/min，反应pH值为5-9；（3）向步骤（2）得到的反应液中加入乙醇进行超声处理，所述的乙醇添加量与反应液体积比为1-3:1，超声温度为60-80℃，超声时间为1-5min，超声处理后离心分离，即得大豆油脂。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述搅拌酶解反应优选参数为：加水量与乳状液体积比为4:1，加酶量为乳状液体积的4%，反应温度为30℃，反应时间为30min，搅拌转速为70r/min，反应pH值为7。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述乙醇超声工艺优选参数为：乙醇添加量与反应液体积比为2.1:1，超声温度为72℃，超声时间为3.7min。
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