CN111635830B - 一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法 - Google Patents

一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法 Download PDF

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Abstract

一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法，包括：（1）制作脱胶和脱蜡后的茶籽油、（2）介孔材料的清洗、（3）制作介孔材料固定化酶、（4）制备茶多酚乳化溶液、（5）固定化酶催化茶多酚酯化茶籽油。本发明制备的茶多酚酯化茶籽油，用于食品制作与加工，可以降低产品的氧化程度，延长产品货架期。

Description

一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法
技术领域
本发明属于油脂加工技术领域，涉及一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法。
背景技术
茶籽油，又名山茶油、油茶籽油等，从山茶科（Camellia）油茶（Camellia oleifera Abel）树种子中获得，是我国最古老的木本食用植物油之一。茶籽油色泽金黄或浅黄、品质纯净、澄清透明、气味清香、味道纯正，不含芥酸、胆固醇、黄曲霉素等对人体有害物质，富含不饱和脂肪酸，尤其是油酸，其含量可达到不饱和脂肪酸的80%左右；茶籽油在化学组成及比例上与橄榄油相似，又有“东方橄榄油”之称。茶籽油烟点高、易吸收，已被国际粮农组织作为健康食用油重点推广。同时，茶籽油中含有山茶甙、生育酚等多种生理活性物质，现代《中国中医药大辞典》指出，茶籽油兼顾营养与药用价值，有提高免疫力和预防心脑血管疾病等功效。
茶多酚是一类主要存在于茶叶中的天然抗氧化物，是茶叶中30余种多酚化合物的总称。茶多酚是一种良好的抗氧化剂，与目前市售食用油脂中常用的人工合成抗氧化剂TBHQ等相比，其绿色天然，近年来受到了油脂行业的广泛关注。茶多酚中含有较多的酚羟基，易溶于水而难溶于油脂，直接添加到油脂体系中不仅影响产品外观，还不利于吸收利用，造成浪费；因而，通常需要对茶多酚进行酯化反应，提高脂溶性和避免酚羟基破坏，再将生成的茶多酚酯化衍生物添加于油脂中。酶法催化茶多酚酯化反应，具有催化效率高、专一性强、作用条件温和及环境友好等显著特点，是目前该领域的研究重点。
游离酶因稳定性差、难以回收、易混入产品和不易循环利用等缺点使其应用受到限制，相比之下，具有稳定性好、易从反应系统中分离、能重复使用、便于储存等优点的固定化酶，应用空间更加广阔。介孔材料，根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的规定，是指孔径介于2-50nm的一类多孔材料。介孔材料作为一种无机载体具有较大的比表面积、有序的纳米孔道结构、较大的孔容、较窄的孔径分布、良好的热稳定性和化学稳定性等特点，是优良的固定化酶载体，是目前酶固定化研究的热点之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法，包括下列步骤：
步骤1：将油茶籽仁除杂后，用榨油机榨取油脂；榨得的油脂以7000-9000r/min离心8-10min，收集上层油层得到毛油；然后向毛油中加入其质量4-6%的纯化水，在70-72℃水浴条件下，以30-60r/min搅拌30-45min；然后以7000-9000r/min离心4-7min，收集上层的油层，即得脱胶毛油；将脱胶毛油在0-6℃条件下放置10-15 h，取出后在0-12℃环境中以4000-6000r/min离心8-10min，收集上层油层，得到脱胶和脱蜡后的茶籽油；
步骤2：将介孔材料放入清洗槽中，然后向所述清洗槽中注入纯化水，使纯化水淹没介孔材料；纯化水的温度为50-75℃；在清洗过程中，每间隔8-12min，启动超声波处理一次，超声波频率25-35 KHz、功率密度0.4-0.5W/cm2，每次处理时间1.5-3.0 min；共处理2-4h；
步骤3：将脂肪酶、介孔材料和纯化水按质量比20-25：45-60：800-1200混合均匀，然后放入微波炉中，在频率2450MHz、辐射强度0.2-0.5w/cm2的真空微波环境中，处理60-90s，然后以3000-5000r/min离心4-6min，收集下层沉淀，即为介孔材料固定化酶；
步骤4：将乳化剂和纯化水按质量比5-10:100混合，投入乳化机内，以转速8000-12000r/min处理10-15min，得到乳化液，然后将乳化液放入真空表压-0.08～-0.10MPa环境中，静置排气3-5min；将茶多酚和排气后的乳化液按质量比1:8-10混合，得到茶多酚乳化溶液；
步骤5：将茶多酚乳化溶液、脱胶和脱蜡后的茶籽油和介孔材料固定化酶按质量比2-10:10:0.5-1.0混合，放置到酶促反应设备中，在温度37-43℃、转速10-15r/min条件下，酶促反应30-35h，酶促反应完成后，反应物料经过40-80目滤网过滤，分别收集滤液和滤渣；向滤液中添加其体积5-10倍的纯化水，搅拌然后静置分层，收集上层油状物质；将收集的油状物质以4000-6000 r/min离心8-10min，除去下层水层，收集上层油层，即为茶多酚酯化茶籽油。
优选的技术方案为：所用介孔材料为孔径为5-15nm的硅基介孔材料MCM-41或SBA-15。
优选的技术方案为：所述脂肪酶为干粉状，酶活力为5000-10万PLU/g。
优选的技术方案为：所述乳化剂为山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯硬脂酸酯、辛癸酸甘油酯、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯中的至少一种。
优选的技术方案为：茶多酚乳化溶液、脱胶和脱蜡后的茶籽油和介孔材料固定化酶质量比为5.5:10:0.8。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：
1、本发明采用超声波辅助清洗介孔材料，清除介孔材料表面的杂物，使介孔材料的表面清洁，既符合食品卫生要求，又提高了后续对酶吸附的效果。
2、介孔材料吸附固定化酶后采用低强度短时间微波处理，增强了酶与介孔材料的吸附效果。
3、本发明采用介孔材料吸附固定化脂肪酶，酶促茶多酚与茶籽油进行酯化反应制备茶多酚酯化茶籽油，茶多酚酯化率为38-47%，介孔材料吸附固定化脂肪酶可重复使用10-15次。
4、本发明制备的茶多酚酯化茶籽油，用于食品制作与加工，可以降低产品的氧化程度，延长产品货架期。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1：一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法
一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法，包括以下技术步骤。
（1）制备茶籽油
茶籽仁由当季新鲜采收的油茶籽除杂去壳所得，油茶籽应成熟度适中、无霉变、无虫害、无机械损伤。
榨取毛油。将油茶籽仁除杂后，用榨油机在90-93℃条件下榨取油脂；榨得的油脂在8000r/min离心9min，除去沉淀的油茶仁残渣，收集毛油。
脱胶。向毛油中加入5%（w/w）的食品级纯化水，71℃水浴，45r/min低速搅拌40min；然后，将混合物料采用8000r/min离心5min，除去下层的水层以及底部沉淀，收集上次油层，为脱胶毛油。
脱蜡。将脱胶毛油在3℃下放置12 h，取出后在6℃环境中采用5000r/min离心9min，除去下层沉淀，即蜡质；收集上层油层，得到脱胶和脱蜡后的茶籽油，冷藏备用。
（2）介孔材料的清洗
将介孔材料放入带有超声波处理功能的浸泡清洗设备中，在设备中注入食品级纯化水，使水淹没介孔材料；设备浸泡清洗罐的顶部设有进水口，底部设有带有滤网的出水口，清洗过程中，进水口匀速进水，出水口匀速出水，水温60℃，进水流量为每小时80倍介孔材料质量，出水口的滤网能够截留介孔材料；同时，清洗设备每间隔10min，启动超声波处理一次，超声波频率30KHz、功率密度0.45W/cm2，每次处理时间2min。超声波辅助流水清洗介孔材料，处理时间约3h。
（3）制作介孔材料固定化酶
介孔材料对脂肪酶的吸附。室温下，将酶、介孔材料、食品级纯化水按质量比22:50:1000混合，完成介孔材料对脂肪酶的吸附。
微波处理。将上述混合物放入微波环境中，在频率2450MHz、辐射强度：0.3w/cm2的真空微波环境中，处理时间80s。
离心。将微波处理后的混合物料采用4000r/min离心5min，收集下层沉淀，即为介孔材料固定化酶。
（4）制备茶多酚乳化溶液
将乳化剂、食品级纯化水按质量比8:100混合，采用转速10000r/min的乳化剂处理12min，得到乳化液；将乳化液在室温下，放入真空表压-0.09MPa环境中，静置排气4min，备用。所述的乳化剂，为山梨醇酐单油酸酯（span 80）、聚氧乙烯（8）硬脂酸酯（PEG-8）、辛癸酸甘油酯（MCT）、聚氧乙烯（20）山梨醇酐单油酸酯（Tween 80）、聚氧乙烯（20）山梨醇酐单月桂酸酯（Tween 20）中的一种或多种。本实施例具体为山梨醇酐单油酸酯。
将茶多酚、乳化液按质量比1:9混合，得到10%（w/w）茶多酚乳化溶液。
（5）固定化酶催化茶多酚酯化茶籽油
将10%（w/w）茶多酚乳化溶液、茶籽油、介孔材料固定化酶按质量比6:10: 0.8混合，放置到酶促反应设备中，在温度40℃、转速12r/min条件下，酶促反应32h。所述的酶促反应设备，可以为恒温摇床或具有保温和搅拌功能的酶反应器。优选的，酶促反应的物料配比为：10%（w/w）茶多酚乳化溶液、茶籽油、介孔材料固定化酶的质量比为5.5:10:0.8，酶促反应的参数条件为：温度40℃、转速12r/min、反应时间32h。
回收固定化酶。酶促反应完成后，反应物料经过60目滤网过滤，分别收集滤液和滤渣；滤渣即为介孔材料固定化酶；介孔材料固定化酶可回收并重复使用12次。
洗脱。向滤液中添加5-10倍体积的食品级纯化水，重复搅拌，然后静置分层，收集上层油状物质，备用。
精制。将收集的油状物质采用5000 r/min离心9min，除去下层水层，收集上层油层，即为茶多酚酯化茶籽油。所述的茶多酚酯化茶籽油，是指茶多酚与茶籽油进行酯化反应以后，所得到的含有茶多酚酯化产物的茶籽油。
酯化率计算。酯化率参照 GB/T 8313-2008，用水洗去未反应的茶多酚后测定洗脱液中未反应茶多酚的含量，以反应前后减少量计算酯化率。本发明的茶多酚酯化率为38-47%。
脂肪酶Novozym 435 (Candida antarctica lipase B，10000 PLU/g），购自诺维信（中国）生物技术有限公司；茶多酚，购自芜湖天远科技开发有限责任公司，纯度为98.4%；介孔材料SBA-15，孔径8-15nm。
用本实施例制得的茶多酚酯化茶籽油和普通市售茶籽油分别制作脆性饼干。
氧化程度比较。在55℃下进行加速氧化实验，储藏实验结束时，茶多酚酯化茶籽油饼干比普通市售茶籽油饼干的氢过氧化物含量少53.6%，醛类物质含量少51.2%，说明酯化油饼干的氧化程度大大降低。
感官评价。普通市售茶籽油饼干常温储存45-50天以后，口感发生较大变化；茶多酚酯化茶籽油饼干储存75天以后，口感才逐渐变化。经过感官评价，茶多酚酯化茶籽油饼干的货架寿命是普通饼干的1.5倍以上。
实施例2：一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法
一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法，包括下列步骤：
步骤1：将油茶籽仁除杂后，用榨油机榨取油脂；榨得的油脂以7000r/min离心8min，收集上层油层得到毛油；然后向毛油中加入其质量4%的纯化水，在70℃水浴条件下，以30r/min搅拌30min；然后以7000r/min离心4min，收集上层的油层，即得脱胶毛油；将脱胶毛油在0℃条件下放置10h，取出后在0℃环境中以4000r/min离心8min，收集上层油层，得到脱胶和脱蜡后的茶籽油；
步骤2：将介孔材料放入清洗槽中，然后向所述清洗槽中注入纯化水，使纯化水淹没介孔材料；纯化水的温度为50℃；在清洗过程中，每间隔8min，启动超声波处理一次，超声波频率25 KHz、功率密度0.4W/cm2，每次处理时间1.5min；共处理2h；
步骤3：将脂肪酶、介孔材料和纯化水按质量比20：45：800混合均匀，然后放入微波炉中，在频率2450MHz、辐射强度0.2w/cm2的真空微波环境中，处理60s，然后以3000r/min离心4min，收集下层沉淀，即为介孔材料固定化酶；
步骤4：将乳化剂和纯化水按质量比5:100混合，投入乳化机内，以转速8000r/min处理10min，得到乳化液，然后将乳化液放入真空表压-0.08MPa环境中，静置排气3min；将茶多酚和排气后的乳化液按质量比1:8混合，得到茶多酚乳化溶液；
步骤5：将茶多酚乳化溶液、脱胶和脱蜡后的茶籽油和介孔材料固定化酶按质量比2:10:0.5混合，放置到酶促反应设备中，在温度37℃、转速10r/min条件下，酶促反应30h，酶促反应完成后，反应物料经过40目滤网过滤，分别收集滤液和滤渣；向滤液中添加其体积5倍的纯化水，搅拌然后静置分层，收集上层油状物质；将收集的油状物质以4000r/min离心8min，除去下层水层，收集上层油层，即为茶多酚酯化茶籽油。
优选的实施方式为：所述乳化剂为山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯硬脂酸酯按照1：2的质量比例构成的混合物。
脂肪酶Novozym 435 (Candida antarctica lipase B，10000 PLU/g），购自诺维信（中国）生物技术有限公司；茶多酚，购自芜湖天远科技开发有限责任公司，纯度为98.4%；介孔材料MCM-41，孔径5-10nm。
实施例3：一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法
一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法，包括下列步骤：
步骤1：将油茶籽仁除杂后，用榨油机榨取油脂；榨得的油脂以9000r/min离心10min，收集上层油层得到毛油；然后向毛油中加入其质量6%的纯化水，在72℃水浴条件下，以60r/min搅拌45min；然后以9000r/min离心7min，收集上层的油层，即得脱胶毛油；将脱胶毛油在6℃条件下放置15 h，取出后在12℃环境中以6000r/min离心10min，收集上层油层，得到脱胶和脱蜡后的茶籽油；
步骤2：将介孔材料放入清洗槽中，然后向所述清洗槽中注入纯化水，使纯化水淹没介孔材料；纯化水的温度为75℃；在清洗过程中，每间隔12min，启动超声波处理一次，超声波频率35 KHz、功率密度0.5W/cm2，每次处理时间3.0 min；共处理4h；
步骤3：将脂肪酶、介孔材料和纯化水按质量比25： 60： 1200混合均匀，然后放入微波炉中，在频率2450MHz、辐射强度0.5w/cm2的真空微波环境中，处理90s，然后以5000r/min离心6min，收集下层沉淀，即为介孔材料固定化酶；
步骤4：将乳化剂和纯化水按质量比10:100混合，投入乳化机内，以转速12000r/min处理15min，得到乳化液，然后将乳化液放入真空表压-0.10MPa环境中，静置排气5min；将茶多酚和排气后的乳化液按质量比1: 10混合，得到茶多酚乳化溶液；
步骤5：将茶多酚乳化溶液、脱胶和脱蜡后的茶籽油和介孔材料固定化酶按质量比10:10: 1.0混合，放置到酶促反应设备中，在温度43℃、转速15r/min条件下，酶促反应35h，酶促反应完成后，反应物料经过80目滤网过滤，分别收集滤液和滤渣；向滤液中添加其体积10倍的纯化水，搅拌然后静置分层，收集上层油状物质；将收集的油状物质以6000 r/min离心10min，除去下层水层，收集上层油层，即为茶多酚酯化茶籽油。
优选的技术方案为：所用介孔材料为孔径为5-15nm的硅基介孔材料MCM-41。
优选的技术方案为：所述脂肪酶为干粉状，酶活力为10万PLU/g。
优选的技术方案为：所述乳化剂为聚氧乙烯硬脂酸酯、辛癸酸甘油酯和聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯按照1：1：1的质量比例构成的混合物。
以上所述者仅为用以解释本发明之较佳实施例，并非企图具以对本发明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之发明精神下所作有关本发明之任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护之范畴。

Claims (5)

1.一种通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法，其特征在于：包括下列步骤：
步骤1：将油茶籽仁除杂后，用榨油机榨取油脂；榨得的油脂以7000-9000r/min离心8-10min，收集上层油层得到毛油；然后向毛油中加入其质量4-6%的纯化水，在70-72℃水浴条件下，以30-60r/min搅拌30-45min；然后以7000-9000r/min离心4-7min，收集上层的油层，即得脱胶毛油；将脱胶毛油在0-6℃条件下放置10-15 h，取出后在0-12℃环境中以4000-6000r/min离心8-10min，收集上层油层，得到脱胶和脱蜡后的茶籽油；
步骤2：将介孔材料放入清洗槽中，然后向所述清洗槽中注入纯化水，使纯化水淹没介孔材料；纯化水的温度为50-75℃；在清洗过程中，每间隔8-12min，启动超声波处理一次，超声波频率25-35 KHz、功率密度0.4-0.5W/cm2，每次处理时间1.5-3.0 min；共处理2-4h；
步骤3：将脂肪酶、介孔材料和纯化水按质量比20-25：45-60：800-1200混合均匀，然后放入微波炉中，在频率2450MHz、辐射强度0.2-0.5w/cm2的真空微波环境中，处理60-90s，然后以3000-5000r/min离心4-6min，收集下层沉淀，即为介孔材料固定化酶；
步骤4：将乳化剂和纯化水按质量比5-10:100混合，投入乳化机内，以转速8000-12000r/min处理10-15min，得到乳化液，然后将乳化液放入真空表压-0.08～-0.10MPa环境中，静置排气3-5min；将茶多酚和排气后的乳化液按质量比1:8-10混合，得到茶多酚乳化溶液；
步骤5：将茶多酚乳化溶液、脱胶和脱蜡后的茶籽油和介孔材料固定化酶按质量比2-10:10:0.5-1.0混合，放置到酶促反应设备中，在温度37-43℃、转速10-15r/min条件下，酶促反应30-35h，酶促反应完成后，反应物料经过40-80目滤网过滤，分别收集滤液和滤渣；向滤液中添加其体积5-10倍的纯化水，搅拌然后静置分层，收集上层油状物质；将收集的油状物质以4000-6000 r/min离心8-10min，除去下层水层，收集上层油层，即为茶多酚酯化茶籽油。
2.根据权利要求1所述的通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法，其特征在于：所用介孔材料为孔径为5-15nm的硅基介孔材料MCM-41或SBA-15。
3.根据权利要求1所述的通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法，其特征在于：所述脂肪酶为干粉状，酶活力为5000-10万PLU/g。
4.根据权利要求1所述的通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法，其特征在于：所述乳化剂为山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯硬脂酸酯、辛癸酸甘油酯、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、聚氧乙烯山梨醇酐单月桂酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的通过介孔材料固定化酶制备茶多酚酯化茶籽油的方法，其特征在于：茶多酚乳化溶液、脱胶和脱蜡后的茶籽油和介孔材料固定化酶质量比为5.5:10:0.8。
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