CN111363614A - 一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法 - Google Patents

一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及从高山被孢霉发酵液中提取ARA油脂的技术领域，特别是涉及一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，可以提高对高山被孢霉的破壁效果，工艺简单，工业可行，易于实现规模化生产，出油率高，无溶剂残留且绿色高效；包括以下步骤：S1、细胞分离；S2、空气空化破壁；S3、物料混合；S4、膨化造粒；S5、加水分散；S6、二次破壁处理；S7、ARA毛油分离；S8、分离干燥，其采用多种破壁方式相结合，对高山被孢霉细胞进行充分破壁，且不引入有机溶剂，不仅解决了现有产品中出现溶剂残留的问题，而且非溶剂法提取还能避免把一些非极性细胞代谢物带入到花生四烯酸毛油中，改善了花生四烯酸毛油的质量，降低了精炼压力。

Description

一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法
技术领域
本发明涉及从高山被孢霉发酵液中提取ARA油脂的技术领域，特别是涉及一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法。
背景技术
花生四烯酸(ARA)是n-6类长链聚不饱和脂肪酸(PUFA)(5,8,11,14-二十碳四烯酸，20:4)。ARA是人体最丰富的二十碳不饱和脂肪酸，是人体内重要的脂类物质，而且ARA的衍生物对脂蛋白代谢，血液流变学，血管弹性，血细胞功能和血小板激活都具有调节作用。ARA必须通过必需脂肪酸亚油酸(LOA)的延长和去饱和来合成，而且合成过程中所需的△6-去饱和酶的含量很低，合成的ARA产量有限。
人体所需的ARA必须靠饮食补充，特别是身体快速生长期，如婴幼儿期，因此母乳也中含有大量的ARA，并且ARA广泛应用在婴儿配方食品中，《GB 10765-2010食品安全国家标准婴儿配方食品》中规定如果婴儿配方食品中添加了二十二碳六烯酸(22:6n-3)，则至少要添加相同量的二十碳四烯酸(20:4n-6)。
ARA油脂一般通过乳化包埋制成粉末油脂湿法添加到婴幼儿配方食品中，市场需求量巨大。ARA主要来源于鱼油、动物肝脏提取油脂和微生物发酵提取，其中利用高山被孢霉发酵提取ARA被广泛采用，高山被孢霉来源的ARA油脂EPA含量低，异养发酵可以制备不含或者含痕量重金属和有机污染物的ARA油脂。
从高山被孢霉中分离提取ARA油脂，目前采用较多的是对高山被孢霉细胞进行干燥造粒，然后采用有机溶剂提取，该方法工艺简单，提取成本较低，但是存在溶剂残留的问题，而且有机溶剂提取容易把高山被孢霉细胞中ARA油脂以外的其他一些非极性的物质提取出来，增加了后续ARA油脂精炼的难度。且高山被孢霉细胞壁非常坚固，一般破壁方法的破壁效果无法达到非溶剂提取的目的，因此需要开发一种更有效的破壁方法，从何形成一种工艺简单、工业可行、绿色高效的非溶剂提取的ARA油脂的方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种可以增强对高山被孢霉的破壁效果，工艺简单，工业可行，易于实现规模化生产，出油率高，无溶剂残留的绿色高效的非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法。
本发明的一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，包括以下步骤：
S1、细胞分离：通过板框过滤分离高山被孢霉湿细胞，进液压力为0.5～1.0MPa，滤布过滤精度为0.1～10μm；
S2、空气空化破壁：将分离后的湿细胞经传送带传送至空气空化塔内，经加压从塔中下段喷出，塔内风由塔底进热风，湿细胞在喷射进塔内的瞬间膨胀失水，对高山被孢霉细胞壁造成一定的破坏，达到一定的干燥效果，得到的细胞粉被热风带到流化床分段进行冷却降温，并由收集仓收集；
S3、物料混合：将上述得到的干燥细胞粉与高山被孢霉细胞粕、大豆粕、玉米粕一种或多种按照1:7～7:1的比例进行混合；
S4、膨化造粒：将混合后的物料在通过机械挤压造成的高温和机械压力下出料，出料的瞬间使高山被孢霉细胞瞬间膨化，使经过空气空化破壁的高山被孢霉细胞壁缝隙进一步扩大，增强破壁效果；
S5、加水分散：加入使膨化粒质量分数在10％～30％的水进行分散处理，搅拌均匀，搅拌转速在10～40rap/min，使膨化粒分散在水中，即得处理前液；
S6、二次破壁处理：采用化学酸法、化学碱法或酶法对处理前液中的高山被孢霉细胞进行进一步的破壁处理；
S7、ARA毛油分离：采用碟式离心机离心将二次破壁后的液体中的ARA毛油、溶液和细胞残渣进行离心分离，ARA毛油浮于表层，其离心转速为6000～8000rap/min；
S8、分离干燥：将沉淀中的细胞残渣分离并经过空气空化，使其进一步的裂解干燥，得到干燥的高山被孢霉细胞粕。
进一步的，分离后高山被孢霉湿细胞的具体特征为：干重：20～40％，含油量(以干基计)：40％～60％，ARA含量(占总油脂)：38％～60％。
进一步的，空气空化塔内的条件参数为：塔内负压在-50～-600Pa，塔内进风温度为120～200℃，出风温度为75～105℃，风机频率为20～60Hz。
进一步的，经过膨化空化的高山被孢霉细胞膨化粒的特征是：含油在10～40％之间，水分含量在5～20％。
进一步的，在进行二次破壁处理之前，还可以选择性的在处理前液体系中添加表面活性剂以辅助提取，所添加的表面活性剂为吐温20、吐温60和吐温80中的一种或多种，添加量为处理前液质量分数的0～5‰。
进一步的，化学酸法二次破壁的具体操作如下：向反应体系中小量流加盐酸、硫酸、柠檬酸和磷酸中的一种或多种，调节pH值在1.0～4.5之间，并逐渐升温至55～95℃，反应2～8小时，反应完成后，调节反应体系pH至中性。
进一步的，化学碱法二次破壁的具体操作如下：向反应体系中小量流加氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或者几种调节pH值在8.0～13.0之间，并逐渐升温至55～95℃，反应2～8小时，反应完成后，调节反应体系pH至中性。
进一步的，酶法二次破壁的具体操作如下：使用酸或碱调节反应体系的pH值为4～9之间，并温度控制在30～50℃之间，添加以下一种或几种生物酶类：碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰酶、纤维素酶、几丁质酶、α-葡聚糖酶，β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶和果胶酶，生物酶的添加量为整个反应体系总质量的2‰～20‰，酶解反应2～8个小时。
进一步的，ARA毛油的特征为：ARA含量：38～60％；水分：1～5％之间；酸价：2～8mg/g；过氧化值：0.2～10meq/kg。
进一步的，干燥后的高山被孢霉细胞粕可以用于高山被孢霉细胞的膨化空化破壁或者用于饲料。
与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明提供一种非溶剂式从高山被孢霉细胞提取ARA油脂的方法，该方法主要是从通过板框过滤分离高山被孢霉湿细胞，然后高山被孢霉湿细胞经过空气空化初步物理破壁，膨化造粒，再通过化学或酶法破壁，最后经过离心分离油水混合物，可得ARA毛油和高山被孢霉细胞残渣。本法通过改进原有的溶剂式提取破壁工艺，过程中采用多种破壁方式相结合，对高山被孢霉细胞进行充分破壁，且不引入有机溶剂，不仅解决了现有产品中出现溶剂残留的问题，而且非溶剂法提取还能避免把一些非极性细胞代谢物带入到花生四烯酸毛油中，改善了花生四烯酸毛油的质量，降低了精炼压力。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
在1吨发酵罐中进行高山被孢霉3级发酵培养，到达发酵终点后，高山被孢霉发酵液中干物质含量约为0.024kg/kg，ARA油脂量(以高山被孢霉发酵液中干物质计)为45％，ARA含量(以总脂肪计)为47％。
将600kg的发酵液进行板框过滤，采用2μm的滤布，板框进液压力为0.5MPa,压滤完成后，高山被孢霉细胞湿细胞干物质含量为30％，高山被孢霉湿细胞约为48kg。
将高山被孢霉细胞湿细胞转移到空气空化塔中，塔内进风温度为160℃，出风温度为83℃，塔内负压为-180Pa，风机频率为40Hz。高山被孢霉湿细胞空化塔内在经过加压喷射到高温的负压空间，瞬间失水膨胀，对细胞壁一定程度的破坏，并且得到干燥，其随热空气进行流动，经流化床冷却至43℃，得到13.8kg空气空化后的高山被孢霉细胞。
将高山被孢霉细胞粕和经空气空化后的高山被孢霉细胞混合，其中细胞和粕的混合比为4：5，混合后经过机械挤压成膨化颗粒，经空气空化后的高山被孢霉细胞在被机械压出的瞬间，伴随着高温和压力的骤变，使得原本被的细胞壁空隙进一步扩大。制得的膨化粒水分含量在17％，ARA油脂含量(以膨化粒质量计)为20％，共得到30.5kg膨化粒。
按20％的膨化颗粒质量分数将膨化颗粒分散在122kg水中，得到总体系质量为152.5kg的处理前液。
采用化学碱法进行进一步的破壁处理，先对处理前液进行升温，温度控制在80℃±5℃，升温到位后缓慢加入NaOH调节pH至12，pH调节到位后开始计算反应时间，反应时间为6个小时。
反应结束后，采用盐酸调节pH至7.0±0.2，盐酸应小量流加，流加完毕后。使用碟式离心机离心，离心得到的ARA毛油为4.35kg，理论油量为6.45kg，油脂提取率约为67.44％。得到的离心残渣为51.4kg，经过空化塔空化干燥后可得高山被孢霉细胞粕17.5kg。
实施例2
在10吨发酵罐中进行高山被孢霉3级发酵培养，到达发酵终点后，高山被孢霉发酵液中干物质含量约为0.0396t/t，ARA油脂量(以高山被孢霉发酵液中干物质计)为48.5％，ARA含量为(以总脂肪计)45％。
将7吨的发酵液进行板框过滤，采用2μm的滤布，板框进液压力为0.45MPa,压滤完成后，高山被孢霉细胞湿细胞干物质含量33％，高山被孢霉湿细胞约为830.40kg。将高山被孢霉细胞湿细胞转移到空气空化塔中，塔内进风温度为163℃，出风温度为82℃，塔内负压为-190Pa，风机频率为40Hz。高山被孢霉湿细胞空化塔内在经过加压喷射到高温的负压空间，瞬间失水膨胀，对细胞壁一定程度的破坏，并且得到干燥，其随热空气进行流动，经流化床冷却至43℃，得到269.48kg空气空化后的高山被孢霉细胞。
将高山被孢霉细胞粕和经空气空化后的高山被孢霉细胞混合，其中细胞和粕的混合比为3：5，混合后经过机械挤压成膨化颗粒，经空气空化后的高山被孢霉细胞在被机械压出的瞬间，伴随着高温和压力的骤变，使得原本被的细胞壁空隙进一步扩大。制得的膨化粒水分含量在19％，ARA油脂含量(以膨化粒质量计)为18.18％，共得到715.21kg膨化粒。
按20％的膨化颗粒质量分数将膨化颗粒分散在2860.84kg水中，总体系质量为3576.05kg的处理前液。并按总体系质量的2‰添加辅助驱动油剂吐温80共7.15kg。
采用化学酸法进行进一步的破壁处理，先对处理前液进行升温，温度控制在80℃±5℃，升温到位后缓慢加入HCL调节pH至2.5，pH调节到位后开始计算反应时间，反应时间为6个小时。
反应结束后，采用盐酸调节pH至7.0±0.2，盐酸应小量流加，流加完毕后。使用碟式离心机离心，离心得到的ARA毛油为93.82kg，理论油量为134.44kg，油脂提取率约为69.78％。
实施例3
在1吨发酵罐中进行高山被孢霉3级发酵培养，到达发酵终点后，高山被孢霉发酵液中干物质含量约为0.0396kg/kg，ARA油脂量(以高山被孢霉发酵液中干物质计)为49.75％，ARA含量为(以总脂肪计)47.89％。
将650kg的发酵液进行板框过滤，采用2μm的滤布，板框进液压力为0.5MPa,压滤完成后，高山被孢霉细胞湿细胞干物质含量36％，高山被孢霉湿细胞约为71.00kg。将高山被孢霉细胞湿细胞转移到空气空化塔中，塔内进风温度为170℃，出风温度为86℃，塔内负压为-184Pa，风机频率为40Hz。高山被孢霉湿细胞空化塔内在经过加压喷射到高温的负压空间，瞬间失水膨胀，对细胞壁一定程度的破坏，并且得到干燥，其随热空气进行流动，经流化床冷却至45℃，得到25.56kg空气空化后的高山被孢霉细胞。
将高山被孢霉细胞粕和经空气空化后的高山被孢霉细胞混合，其中细胞和粕的混合比为4：5，混合后经过机械挤压成膨化颗粒，经空气空化后的高山被孢霉细胞在被机械压出的瞬间，伴随着高温和压力的骤变，使得原本被的细胞壁空隙进一步扩大。制得的膨化粒水分含量在16％，ARA油脂含量(以膨化粒质量计)为22.11％，共得到56.85kg膨化粒。
按20％的膨化颗粒质量分数将膨化颗粒分散在227.4kg水中，总体系质量为284.25kg的处理前液。
采用酶法进一步破壁，先对处理前液进行升温，温度控制在42℃，温度稳定后，加入NaOH或盐酸调节pH值至8.6，pH稳定后，添加纤维素酶，碱性蛋白酶和几丁质酶。纤维素酶，碱性蛋白酶和几丁质酶按照1:2:1的比例配制成复合酶，复合酶的添加量为总体系的添加量为2％即5.685kg，添加完毕后混合均匀，开始计算反应时间，反应时间为8个小时。
反应结束后，采用碟式离心机离心，离心的ARA毛油为9.096g，理论油量为12.81kg，油脂提取率约为71.00％，并的到离心残渣为100.07kg，经过空化塔空化干燥后可得高山被孢霉细胞粕35.84kg。
实施例4
在1吨发酵罐中进行高山被孢霉3级发酵培养，到达发酵终点后，高山被孢霉发酵液中干物质含量约为0.0429kg/kg，ARA油脂量(以高山被孢霉发酵液中干物质计)为53.85％，ARA含量为(以总脂肪计)46.43％。
将700kg的发酵液进行板框过滤，采用2μm的滤布，板框进液压力为0.7MPa,压滤完成后，高山被孢霉细胞湿细胞干物质含量39％，高山被孢霉湿细胞约为76.85kg。将高山被孢霉细胞湿细胞转移到空气空化塔中，塔内进风温度为165℃，出风温度为80℃，塔内负压为-190Pa，风机频率为40Hz。高山被孢霉湿细胞空化塔内在经过加压喷射到高温的负压空间，瞬间失水膨胀，对细胞壁一定程度的破坏，并且得到干燥，其随热空气进行流动，经流化床冷却至45℃，得到29.80kg空气空化后的高山被孢霉细胞。
将高山被孢霉细胞粕和经空气空化后的高山被孢霉细胞混合，其中细胞和粕的混合比为3：2，混合后经过机械挤压成膨化颗粒，经空气空化后的高山被孢霉细胞在被机械压出的瞬间，伴随着高温和压力的骤变，使得原本被的细胞壁空隙进一步扩大。制得的膨化粒水分含量在15％，ARA油脂含量(以膨化粒质量计)为32.31％，共得到49.67kg膨化粒。
按20％的膨化颗粒质量分数将膨化颗粒分散在198.68kg水中，总体系质量为248.35kg的处理前液。
采用酶法进一步破壁，先对处理前液进行升温，温度控制在42℃，温度稳定后，加入NaOH或盐酸调节pH值至6.5，pH稳定后，添加纤维素酶，木瓜蛋白酶，α-葡聚糖酶和甘露聚糖酶。纤维素酶，木瓜蛋白酶，α-葡聚糖酶，甘露聚糖酶按照1:2:1:1的比例配制成复合酶，复合酶的添加量为总体系的添加量为1.5％即3.6795kg，添加完毕后混合均匀，开始计算反应时间，反应时间为8个小时。
反应结束后，采用碟式离心机离心，离心的ARA毛油为10.58kg，理论油量为16.17kg，油脂提取率约为65.43％，并的到离心残渣为70.05kg，经过空化塔空化干燥后可得高山被孢霉细胞粕26.62kg。
以上实施例1至实施例4提取得到的ARA毛油，其中，
ARA含量：38～60％；
水分含量：1～5％之间；
酸价：2～8mg/g；
过氧化值0.2～10meq/kg。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、细胞分离：通过板框过滤分离高山被孢霉湿细胞，进液压力为0.5～1.0MPa，滤布过滤精度为0.1～10μm；
S2、空气空化破壁：将分离后的湿细胞经传送带传送至空气空化塔内，经加压从塔中下段喷出，塔内风由塔底进热风，湿细胞在喷射进塔内的瞬间膨胀失水，对高山被孢霉细胞壁造成一定的破坏，达到一定的干燥效果，得到的细胞粉被热风带到流化床分段进行冷却降温，并由收集仓收集；
S3、物料混合：将上述得到的干燥细胞粉与高山被孢霉细胞粕、大豆粕、玉米粕一种或多种按照1:7～7:1的比例进行混合；
S4、膨化造粒：将混合后的物料在通过机械挤压造成的高温和机械压力下出料，出料的瞬间使高山被孢霉细胞瞬间膨化，使经过空气空化破壁的高山被孢霉细胞壁缝隙进一步扩大，增强破壁效果；
S5、加水分散：加入使膨化粒质量分数在10％～30％的水进行分散处理，搅拌均匀，搅拌转速在10～40rap/min，使膨化粒分散在水中，即得处理前液；
S6、二次破壁处理：采用化学酸法、化学碱法或酶法对处理前液中的高山被孢霉细胞进行进一步的破壁处理；
S7、ARA毛油分离：采用碟式离心机离心将二次破壁后的液体中的ARA毛油、溶液和细胞残渣进行离心分离，ARA毛油浮于表层，其离心转速为6000～8000rap/min；
S8、分离干燥：将沉淀中的细胞残渣分离并经过空气空化，使其进一步的裂解干燥，得到干燥的高山被孢霉细胞粕。
2.如权利要求1所述的一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，其特征在于，还包括分离后高山被孢霉湿细胞的具体特征为：干重：20～40％，含油量(以干基计)：40％～60％，ARA含量(占总油脂)：38％～60％。
3.如权利要求1所述的一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，其特征在于，空气空化塔内的条件参数为：塔内负压在-50～-600Pa，塔内进风温度为120～200℃，出风温度为75～105℃，风机频率为20～60Hz。
4.如权利要求1所述的一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，其特征在于，经过膨化空化的高山被孢霉细胞膨化粒的特征是：含油在10～35％之间，水分含量在5～20％。
5.如权利要求1所述的一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，其特征在于，在进行二次破壁处理之前，还可以选择性的在处理前液体系中添加表面活性剂以辅助提取，所添加的表面活性剂为吐温20、吐温60和吐温80中的一种或多种，添加量为处理前液质量分数的0～5‰。
6.如权利要求1所述的一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，其特征在于，化学酸法二次破壁的具体操作如下：向反应体系中小量流加盐酸、硫酸、柠檬酸和磷酸中的一种或多种，调节pH值在1.0～4.5之间，并逐渐升温至55～95℃，反应2～8小时，反应完成后，调节反应体系pH至中性。
7.如权利要求1所述的一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，其特征在于，化学碱法二次破壁的具体操作如下：向反应体系中小量流加氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或者几种调节pH值在8.0～13.0之间，并逐渐升温至55～95℃，反应2～8小时，反应完成后，调节反应体系pH至中性。
8.如权利要求1所述的一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，其特征在于，酶法二次破壁的具体操作如下：使用酸或碱调节反应体系的pH值为4～9之间，并温度控制在30～50℃之间，添加以下一种或几种生物酶类：碱性蛋白酶、中性蛋白酶、酸性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰酶、纤维素酶、几丁质酶、α-葡聚糖酶，β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶和果胶酶，生物酶的添加量为整个反应体系总质量的2‰～20‰，酶解反应2～8个小时。
9.如权利要求1所述的一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，其特征在于，ARA毛油的特征为：ARA含量：38～60％；水分：1～5％之间；酸价2～8mg/g；过氧化值0.2～20.0meq/kg。
10.如权利要求1所述的一种非溶剂式提取花生四烯酸油脂的方法，其特征在于，干燥后的高山被孢霉细胞粕可以用于高山被孢霉细胞的膨化空化破壁或者用于饲料。
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