CN113372988A - 一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其采用复合细胞壁降解酶辅助提取花生油，离心后得到油体、水相蛋白和渣相，采用脂肪酸对油体进行破乳提取花生油。本发明通过对花生的预处理步骤进行优化，对脂肪酸种类和浓度进行筛选，同时对破乳条件(料液比、搅拌速率、温度和时间)进行单因素优化，优化后确定的方法，能够提高花生油和蛋白得率，能够显著提高破乳率。本发明所述的基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，具有破乳率高、得率高、成本低、操作简单、绿色安全等优点，利于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及食品工业技术领域，尤其涉及一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法。
背景技术
花生，又称落花生、地果和香果，属豆科蝶形亚目1年生草本植物，是中国重要油料作物，主要生长在热带、亚热带及地中海沿岸。在中国，花生种植范围分布较广，除青海和宁夏两地外，均有大规模种植，主要产区主要是河南、山东、河北、广东和安徽五省。花生富含油脂，其油脂含量50％左右，仅次于芝麻，显著高于油菜籽、大豆和棉籽等常见油料作物。传统的花生油提取方法主要是机械压榨法和有机溶剂浸出法。压榨法是利用机械外力的挤压作用将花生油从花生仁中提取出来，该方法花生油提取率低，耗能大，设备投资大，花生粕残油率高(约10％)，压榨后花生饼粕蛋白质变性程度高，主要用作饲料；同时高温会引起多不饱和脂肪酸发生氧化酸败，使油脂产生不良风味。溶剂浸出法是基于油料中的不同成分在溶剂中的溶解度不同而将各种成分分离，虽然提油率高(＞95％)，但设备投资大，毛油色泽较深且成分复杂，溶剂残留，需要精炼处理；溶剂浸出法常用有机溶剂为正己烷，具有易燃、易爆和极性毒性等缺点，对工厂从业人员的安全产生威胁的同时也造成一定程度环境污染。水酶法是一种新型提取花生油的技术，与传统的提油工艺相比，水酶法以水作为萃取溶剂，避免有机溶剂的使用，能耗低，绿色环保，作用条件温和，水酶法提取的油中游离脂肪酸含量和磷脂含量低，提取的油清香透明，所需精炼程度低，且水酶法能同时回收蛋白质，具有极低的抗营养因子。
水酶法提取花生油过程中，花生油被蛋白和磷脂包裹在油体乳液中。油体是由中性脂质、包裹中性脂质的磷脂和嵌在磷脂层中的蛋白质组成的小球体。作为油体的主要组分，磷脂分子的极性头部指向水相，而非极性尾部指向疏水相，油体蛋白赋予油体一定的静电斥力和空间位阻，磷脂和油体蛋白相互作用形成保护层，阻止油体的聚集和融合。油体的稳定结构造成破乳困难，阻碍花生油的释放，是制约水酶法工业化的“瓶颈”问题。
发明内容
为了克服现有技术中水酶法提取花生油所存在的瓶颈问题，本发明采用脂肪酸对水酶法提取花生油过程中形成的油体进行高效破乳，提高了其破乳率，具有成本低、安全、绿色环保等优点。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其包括以下步骤：
步骤1)花生样品处理：脱红衣花生加去离子水，冷藏放置，花生吸水膨胀后，用去离子水清洗，加入去离子水后进行粉碎，获得混合液；
步骤2)油体制备：在步骤1)获得的混合液中加入复合细胞壁降解酶，恒温搅拌，充分酶解后于沸水浴中灭活，冷却后的悬浮液进行离心，收集上层油体a；将下层的水相和残渣恒温继续酶解，冷却后的悬浮液进行二次离心，收集上层油体b；将上层油体a和上层油体b合并获得花生油体；
步骤3)油体破乳：将步骤2)制得的花生油体用去离子水稀释成油体乳液，采用脂肪酸进行破乳处理，破乳完成后离心得到游离花生油。
为了进一步优化上述技术方案，本发明采取的技术措施还包括：
进一步地，所述步骤3)中的采用的脂肪酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、花生酸、花生一烯酸、山嵛酸和木焦油酸中的至少一种。在前期研究中，采用干法粉碎时，碳原子数大于或等于十八的脂肪酸对油体乳液并不具有破乳效果，而本发明采用湿法粉碎后创新性地发现硬脂酸、油酸、亚油酸、花生酸、花生一烯酸、山嵛酸和木焦油酸(碳原子数大于或等于十八的脂肪酸)对油体乳液具有一定的破乳效果。更进一步地，基于破乳效果，上述脂肪酸优选己酸、庚酸、辛酸、壬酸或癸酸。
进一步地，所述步骤3)中的采用的脂肪酸的添加量为所述花生油体质量的0.5～2.5％；优选，所述脂肪酸的添加量为所述花生油体质量的1.5～2.5％。
进一步地，在所述步骤3)中，配制所述油体乳液采用的花生油体和去离子水的质量料液比为1：1～5；优选，花生油体和去离子水的质量料液比为1：3～4；更优选，花生油体和去离子水的质量料液比为1：4。
进一步地，所述破乳处理的操作条件包括：搅拌转速为0～800r/min；和/或，反应时间为20～100min；和/或，反应温度为40～80℃。优选，搅拌转速为200～800r/min；和/或，反应时间为40～100min；和/或，反应温度为50～80℃。更优选，搅拌转速为600r/min；和/或，反应时间为80min；和/或，反应温度为70℃。
进一步地，所述步骤1)具体包括：脱红衣花生以质量比1：3～5加去离子水至预定重量，3～6℃冰箱中放置12～24h，花生吸水膨胀后，用3～6℃去离子水清洗，加入去离子水补足至所述预定重量，粉碎1～2.5min。
进一步地，所述步骤2)具体包括：将复合细胞壁降解酶以所述花生样品质量的1～2％的量加入所述混合液中，在45～55℃下恒温搅拌1.5～3h，充分酶解后于沸水浴中灭活4～8min，冷却后的悬浮液在4000～6000×g下进行离心15～30min，收集上层油体a；将下层的水相和残渣在45～55℃下继续酶解20～40min，冷却后的悬浮液在4000～6000×g下进行二次离心15～30min，收集上层油体b；将上层油体a和上层油体b合并获得花生油体。
进一步地，在所述步骤2)中，所述二次离心产生的水相经处理后获得花生蛋白。
进一步地，在一具体实施方式中，上述基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法具体为：
步骤A)花生样品处理：20g脱红衣花生按照质量比1：4加去离子水，4℃冰箱中放置18h，花生吸水膨胀后，用4℃去离子水清洗，加入去离子水至总质量为100g，利用多功能料理机粉碎2min，获得混合液；
步骤B)油体制备：将复合细胞壁降解酶以所述花生样品质量的1.5％加入步骤A)获得的混合液中，在50℃下恒温搅拌2h，充分酶解后于沸水浴中灭活5min，冷却后的悬浮液在5000×g下离心20min，收集上层油体a；将下层的水相和残渣在50℃继续酶解30min，冷却后的悬浮液在5000×g离心20min，收集上层油体b；将上层油体a和上层油体b合并获得花生油体；
步骤C)油体破乳：将步骤B)中制备的花生油体以1：4的质量料液比采用去离子水稀释成油体乳液，采用辛酸破乳，辛酸的添加量为所述花生油体质量的0.5～2.5％，转速600r/min，反应温度为70℃下反应80min，反应结束后，离心得到游离花生油。
进一步地，所述复合细胞壁降解酶为
L。
本发明的第二个方面是提供一种由任一上述的方法制得的花生油和花生蛋白以及由所述花生油和/或花生蛋白制备的产品，所述产品为乳制品、保健品、食用油等。
与现有技术相比，本发明采用上述技术方案具有以下有益效果：
在现有技术CN111500354A(一种基于脂肪酸破乳的制备花生油的方法)的基础上，本发明通过对花生样品的处理方法-干法粉碎和湿法粉碎进行前期研究，对花生油体和蛋白得率以及油体乳液的得率、组成、稳定性方面进行对比，综合考虑后选择湿法粉碎、水酶法提取花生油体，并采用脂肪酸对花生油体进行破乳，脂肪酸能够和油体界面的蛋白或磷脂发生竞争吸附，改变油体界面张力，油体稳定性降低，油滴发生聚集；本发明同时对破乳工艺参数进行优化，显著提高破乳率且优于现有技术；本发明采用脂肪酸破乳没有引入新的物质，破乳时添加的脂肪酸在后续花生油加工的碱炼脱酸时去除。上述基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法具有破乳率高、成本低、操作简单、绿色安全等优点，利于大规模工业化生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一实施例中基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。下述实施例中未注明出处的实验材料，均为市售原料。下述实施例中的各步骤中采用的设备均为常规设备。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为质量百分比。除非另有定义或说明，本发明中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
本实施例对花生样品的处理方法-干法粉碎和湿法粉碎进行前期研究，从而对其获得的油体乳液的得率、组成、稳定性以及花生油体和花生蛋白的得率进行对比，以选择较优的花生样品的处理方法。
干法粉碎的操作步骤如下：为了比较粒径对花生油和蛋白质提取率的影响，利用高速万能粉碎机对脱皮花生分别粉碎10s、30s、60s、90s、120s和150s，干法粉碎后的花生按料液比1：4加去离子水，搅拌均匀后加酶进行酶解。
湿法粉碎的操作步骤如下：脱皮花生按照1：4加去离子水，4℃冰箱中放置18h，利用多功能料理机分别粉碎10s、30s、60s、90s、120s和150s，然后加酶进行酶解。
上述干法粉碎和湿法粉碎的前期研究结果如下表1～3所示：
表1干法粉碎和湿法粉碎所获得的乳状液主要成分
表2粉碎方式和粉碎时间对花生油和蛋白得率影响
上述表2中，花生油和蛋白得率的计算方法如公式(1)和公式(2)所示：
表3干法粉碎和湿法粉碎所获得的乳状液稳定性对比
由上述结果可知，在采用湿法粉碎时，当粉碎时间超过60s时，花生油和蛋白得率均高于干法粉碎，但湿法粉碎所获得的乳状液比干法粉碎所得乳液稳定，对后期破乳不利，这使得破乳剂的选择及其破乳工艺的优化十分关键。综合考虑花生在干法粉碎过程中极易产生渗油、物料粘稠和升温现象，导致粉碎不均、物理转移困难，湿法粉碎相对于干法粉碎并不会产生上述问题，且湿法粉碎对设备的要求低，能耗小，在大规模生产中可以节约成本。因此，选择湿法粉碎作为水酶法提取花生油体和蛋白的预处理方式，并对湿法粉碎的各步骤及工艺参数均进行优化。
实施例2
本实施例为基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其工艺流程如图1所示，具体包括：
(1)花生样品处理：脱红衣花生以质量比1：3～5加去离子水至预定重量，3～6℃冰箱中放置12～24h，花生吸水膨胀后，用3～6℃去离子水清洗，加入去离子水补足至所述预定重量，粉碎1～2.5min，获得混合液。
(2)油体制备：将复合细胞壁降解酶以所述花生样品质量的1～2％加入混合液中，在45～55℃下恒温搅拌1.5～3h，充分酶解后于沸水浴中灭活4～8min，冷却后的悬浮液在4000～6000×g下进行离心15～30min，收集上层油体a；将下层的水相和残渣在45～55℃下继续酶解20～40min，冷却后的悬浮液在4000～6000×g下进行二次离心15～30min，收集上层油体b；将上层油体a和上层油体b合并获得花生油体。
(3)油体破乳：花生油体以质量料液比1：1～5加去离子水稀释成油体乳液，采用脂肪酸进行破乳处理，脂肪酸的添加量为所述花生油体质量的0.5～2.5％，在0～800r/min，40～80℃下反应20～100min，反应结束后，离心得到游离花生油，破乳率等于游离花生油质量除油体中所含花生油质量。
上述二次离心产生的水相经常规处理后可获得花生蛋白。
上述采用的脂肪酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、花生酸、花生一烯酸、山嵛酸和木焦油酸中的至少一种。上述脂肪酸均为市售原料。
上述复合细胞壁降解酶可采用常规使用的酶，优选可市售获得的
L。
实施例3
本实施例为一较佳的水酶法制备花生油的方法，其研究了不同脂肪酸种类和添加量对油体破乳率影响，上述方法包括：
(1)花生样品处理：20g脱红衣花生按照质量比1：4加去离子水，4℃冰箱中放置18h，花生吸水膨胀后，用4℃去离子水清洗，加入去离子水至总质量为100g，利用多功能料理机粉碎2min，获得混合液；
(2)油体制备：
L(花生样品质量的1.5％)加入上述混合液中，在50℃下恒温搅拌2h，充分酶解后于沸水浴中灭活5min，冷却后的悬浮液在5000×g下离心20min，收集上层油体a；将剩下的水相和残渣在50℃继续酶解30min，冷却后的悬浮液在5000×g离心20min，收集上层油体b；上层油体a和上层油体b合并即获得花生油体；
(3)油体破乳：将上述花生油体按照质量比1：4加去离子水稀释成油体乳液，油体破乳所用脂肪酸为甲酸～癸酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、花生酸、花生一烯酸、山嵛酸和木焦油酸，每种脂肪酸的添加量为花生油体质量的0.5～2.5％，分别在400r/min，50℃下反应40min。反应结束后，离心得到游离花生油，破乳率等于游离花生油质量除油体中所含花生油质量。
上述实验结果如下表4所示：
表4-不同脂肪酸种类和添加量对油体破乳率影响
由上表可知，甲酸～癸酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、花生酸、花生一烯酸、山嵛酸和木焦油酸对油体乳液均具有一定的破乳效果，其中以己酸、庚酸、辛酸、壬酸或癸酸的破乳效果更优。
实施例4
本实施例采用辛酸进行油体破乳，研究不同的破乳工艺条件对油体破乳率影响，其花生样品处理和油体制备步骤与实施例3相同，对破乳操作的各工艺参数进行单因素对比实验，其采用的油体破乳步骤具体分别为：
试验1：将花生油体按照质量比1：1～5加去离子水稀释成油体乳液，采用辛酸进行油体破乳，其添加量为花生油体质量的1.5％，在400r/min，50℃下反应40min；
试验2：将花生油体按照质量比1：4加去离子水稀释成油体乳液，采用辛酸进行油体破乳，其添加量为花生油体质量的1.5％，在0～800r/min，50℃下反应40min；
试验3：将花生油体按照质量比1：4加去离子水稀释成油体乳液，采用辛酸进行油体破乳，其添加量为花生油体质量的1.5％，在600r/min，50℃下反应20～100min；
试验4：将花生油体按照质量比1：4加去离子水稀释成油体乳液，采用辛酸进行油体破乳，其添加量为花生油体质量的1.5％，在600r/min，40～80℃下反应80min。
在反应结束后，离心得到游离花生油，破乳率等于游离花生油质量除油体中所含花生油质量。
上述实验结果如下表5所示：
表5-脂肪酸破乳在不同条件下破乳率
由上述实验结果可知，采用辛酸进行破乳操作，其油体乳液的破乳率大部分均超过80％，且可高达98.43％，其破乳效果优异。
实施例5
本实施例根据实施例4的优化结果选取一较佳的破乳工艺参数：花生油体与去离子水的质量料液比1：4，转速600r/min，反应时间80min，反应温度70℃。花生样品处理和油体制备步骤与实施例3相同，采用上述破乳操作参数，本实施例研究了辛酸添加量(花生油体质量)0.25％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％和2.5％时的破乳率，分别是82.53％、89.24％、93.32％、98.43％、97.88％和95.12％。
而现有技术CN111500354A(一种基于脂肪酸破乳的制备花生油的方法)采用干法粉碎，采用辛酸作为破乳剂，其破乳率仅为约10％～91％，远低于本实施例的破乳率。
由上述对比可知，本实施例在优化花生油制备方法的操作步骤、破乳工艺参数后，其在油体乳液较为稳定的情况，仍具有优异的破乳率，且显著高于现有技术。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)花生样品处理：脱红衣花生加去离子水，冷藏放置，花生吸水膨胀后，用去离子水清洗，加入去离子水后进行粉碎，获得混合液；
步骤2)油体制备：在步骤1)获得的混合液中加入复合细胞壁降解酶，恒温搅拌，充分酶解后于沸水浴中灭活，冷却后的悬浮液进行离心，收集上层油体a；将下层的水相和残渣恒温继续酶解，冷却后的悬浮液进行二次离心，收集上层油体b；将上层油体a和上层油体b合并获得花生油体；
步骤3)油体破乳：将步骤2)制得的花生油体用去离子水稀释成油体乳液，采用脂肪酸进行破乳处理，破乳完成后离心得到游离花生油。
2.根据权利要求1所述的一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其特征在于，所述步骤3)中的采用的脂肪酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、花生酸、花生一烯酸、山嵛酸和木焦油酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其特征在于，所述步骤3)中的采用的脂肪酸的添加量为所述花生油体质量的0.5～2.5％。
4.根据权利要求1所述的一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其特征在于，在所述步骤3)中，配制所述油体乳液采用的花生油体和去离子水的质量料液比为1：1～5。
5.根据权利要求1所述的一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其特征在于，所述破乳处理的操作条件包括：搅拌转速为0～800r/min；和/或，反应时间为20～100min；和/或，反应温度为40～80℃。
6.根据权利要求1所述的一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：脱红衣花生以质量比1：3～5加去离子水至预定重量，3～6℃冰箱中放置12～24h，花生吸水膨胀后，用3～6℃去离子水清洗，加入去离子水补足至所述预定重量，粉碎1～2.5min。
7.根据权利要求1所述的一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：将复合细胞壁降解酶以所述花生样品质量的1～2％加入所述混合液中，在45～55℃下恒温搅拌1.5～3h，充分酶解后于沸水浴中灭活4～8min，冷却后的悬浮液在4000～6000×g下进行离心15～30min，收集上层油体a；将下层的水相和残渣在45～55℃下继续酶解20～40min，冷却后的悬浮液在4000～6000×g下进行二次离心15～30min，收集上层油体b；将上层油体a和上层油体b合并获得花生油体。
8.根据权利要求1所述的一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其特征在于，在所述步骤2)中，所述二次离心产生的水相经处理后获得花生蛋白。
9.根据权利要求1所述的一种基于脂肪酸破乳的水酶法制备花生油的方法，其特征在于，所述方法具体为：
步骤A)花生样品处理：20g脱红衣花生按照质量比1：4加去离子水，4℃冰箱中放置18h，花生吸水膨胀后，用4℃去离子水清洗，加入去离子水至总质量为100g，利用多功能料理机粉碎2min，获得混合液；
步骤B)油体制备：将复合细胞壁降解酶以所述花生样品质量的1.5％加入步骤A)获得的混合液中，在50℃下恒温搅拌2h，充分酶解后于沸水浴中灭活5min，冷却后的悬浮液在5000×g下离心20min，收集上层油体a；将下层的水相和残渣在50℃继续酶解30min，冷却后的悬浮液在5000×g离心20min，收集上层油体b；将上层油体a和上层油体b合并获得花生油体；
步骤C)油体破乳：将步骤B)中制备的花生油体以1：4的质量料液比采用去离子水稀释成油体乳液，采用辛酸破乳，辛酸的添加量为所述花生油体质量的0.5～2.5％，转速600r/min，反应温度为70℃下反应80min，反应结束后，离心得到游离花生油。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的方法制得的花生油和花生蛋白以及由所述花生油和/或花生蛋白制备的产品。
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