CN113563966B - 功能性油脂提质工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功能性油脂提质工艺，该工艺针对富含维生素E、甾醇和多元不饱和脂肪酸的功能性油脂，采用脱色‑酶催化降酸两步工序代替传统的碱炼降酸‑水洗‑脱色‑脱臭工序对功能性油脂原料进行提质。通过改变脱色和降酸过程顺序，使得油脂脱色过程中的引起的酸价升高可以在后续降酸过程中一并解决，省去了后续脱臭过程对脂肪酸的脱除工序，最大限度保留功能性物质品质的情况下，提高了最终产品收率；同时，使用酶催化代替碱炼降酸，省去了传统碱炼过程中的酸中和及水洗工序。该工艺不仅能显著提高最终产品的收率，最大限度地保留功能性物质，具有操作简单、节能环保等优点，应用前景非常广阔。

Description

功能性油脂提质工艺
技术领域
本发明属于生物化工领域，具体地说，涉及一种功能性油脂提质工艺。
背景技术
油脂是继淀粉和木质纤维素之外的第三大可再生资源，其中，富含维生素E、甾醇和多元不饱和脂肪酸(PUFAs)的功能性油脂具有非常重要的开发前景。以富含PUFAs(Polyunsaturated Fatty Acids)的功能性油脂为例，大量研究表明PUFAs，特别是EPA(Eicosapentaenoic Acid，二十碳五烯酸)和DHA(Docosahexaenoic Acid，二十二碳六烯酸)在降血脂、降血栓、抑制心脑血管疾病、预防癌症和促进神经发育、视网膜形成等方面起着至关重要的作用，由于人体不能自行合成，PUFAs是人体必需的脂肪酸，必须由体外摄入。鱼油、蛋黄里面都含有丰富的PUFAs。一些油脂如棕榈毛油则含有丰富的维生素E、甾醇类物质。直接从这些天然的功能性油脂原料里提取包括维生素E，甾醇和PUFAs，进一步加工成高附加值保健产品已在工业界广泛使用。另外，近年来，越来越多的关注放在直接对这些富含功能性油脂进行提质、最大限度地保留其中的功能性物质，这些功能性油脂进一步可直接应用到食品、化妆品作为原材料或终端产品。
在传统功能性油脂加工过程中，为提高油脂品质，往往需要经过碱炼降酸、水洗、脱色、脱臭等工序，分别除去油脂里面的游离脂肪酸，色素等物质，由于脱色过程往往会导致酸价再次升高，故脱色后会有进一步的蒸馏脱臭工序，以使最终油脂产品的酸价满足有关行业要求。油脂里的功能性物如多元不饱和脂肪酸、维生素E、甾醇等在高温蒸馏过程中极易氧化变质，严重影响功能性油脂产品品质。
本发明针对脱色过程容易导致油脂酸价上升的技术问题，提出在油脂碱炼降酸前进行油脂脱色，这样使得油脂脱色过程中的引起的酸价升高可以在后续降酸过程中一并解决，有效省去了后续脱臭过程对脂肪酸的脱除工序，避免了脱臭过程高温条件对功能性物质维生素E、甾醇和多元不饱和脂肪酸等的损害，显著提高了功能性油脂的品质和收率。进一步地，针对传统功能性油脂碱炼过程采取碱法中和反应脱除游离脂肪酸导致最终油脂得率低，反应过程中产生的皂使得分离过程不可避免导致油脂损失等缺陷，本发明进而提出采取酶催化反应将油脂毛油里的脂肪酸以及脱色过程中产生的脂肪酸转化变成甘油酯，较传统碱炼脱除脂肪酸的工艺相比，该过程将脂肪酸接回甘油酯骨架上，变废为宝，显著提高了油脂收率。
发明内容
本发明的目的是提供一种功能性油脂提质工艺。
为了实现本发明目的，本发明的功能性油脂提质工艺，包括：针对富含维生素E、甾醇和多元不饱和脂肪酸的功能性油脂，采用脱色-酶催化降酸两步工序代替传统的碱炼降酸-水洗-脱色-脱臭工序对功能性油脂原料进行提质。
其中，脱色工序置于降酸工序之前。
所述脱色-酶催化降酸两步工序包括：
1)对功能性油脂原料进行脱色；和
2)将脱色油脂与脂肪酶接触。
脱色工序可以在白土、活性炭、硅藻土单独或组合使用的条件下进行，得到脱色油脂。
酶催化降酸工序包括：将脱色油脂、固定化脂肪酶置于适于酶促转化的酶反应器中，并在酶反应过程中引入在线脱水。
所述功能性油脂选自乳木果油，鱼油，可可脂，棕榈油、酵母油脂、微藻类油脂，所述功能性油脂为一种或多种油脂的混合。
所述固定化脂肪酶是来源于南极假丝酵母(Candida antarctica)、嗜热真菌(Thermomyces lanuginosus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)、米根霉(Rhizopus Oryzae)的脂肪酶，脂肪酶可以单独或组合使用。
具体地，酶催化降酸工序包括：向一级或多级酶反应器中加入脱色油脂，基于油脂中游离脂肪酸摩尔数0-1.2倍的甘油以及基于油脂质量200-4000个标准酶活单位的脂肪酶，温度控制在35℃～55℃，反应过程中采用在线脱水，反应5-20小时，所得油脂的酸价低于0.5mg KOH/g油，维生素E、甾醇和多元不饱和脂肪酸在油脂中的保留率在98％以上，油脂收率大于99％。
酶催化可以在外加甘油的状态下进行，也可以在不额外添加甘油的状态下进行。
在酶催化过程中，在外源气体氮气或二氧化碳的作用下通过引入膜、分子筛进行在线脱水。
本发明的目的还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
本发明提供一种提高功能性油脂品质和收率的方法，包括：
1)对功能性油脂原料进行脱色；和
2)将脱色油脂与脂肪酶接触。
步骤1)包括：使功能性油脂原料与脱色剂接触；所述脱色剂选自白土、活性炭、硅藻土等中的至少一种。
将步骤2)包括：将脱色油脂、脂肪酶置于酶反应器中，进行酶促反应。从而将油脂原料中的脂肪酸以及脱色过程中产生的脂肪酸一起转化成甘油酯，以提高油脂收率。
前述的方法，酶促反应在一级或多级反应器中间歇或连续进行。
前述的方法，可以在酶促反应过程中引入在线脱水。反应过程中通过温和的在线脱水技术及时除走反应过程中生成的副产物水，从而实现脂肪酸到甘油酯的充分转化。
前述的方法，在线脱水过程是在外源气体作用下通过引入膜、分子筛进行的。
其中，所述外源气体可以是氮气、二氧化碳等惰性气体。在线脱水过程可在真空条件下进行(配备真空泵)。
所述膜可以是有机膜。无机膜或陶瓷膜等。
所述分子筛可以是
Figure BDA0002474422990000031
或
Figure BDA0002474422990000032
分子筛等。
本发明中，所述功能性油脂原料是指富含维生素E、甾醇和/或多元不饱和脂肪酸的油脂。
优选地，所述功能性油脂原料选自乳木果油，鱼油、可可脂、棕榈油、酵母油脂、微藻类油脂等中的至少一种。
所述脂肪酶来源于南极假丝酵母(Candida antarctica)、嗜热真菌(Thermomyceslanuginosus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)、米根霉(Rhizopus Oryzae)等中的至少一种。所述脂肪酶可以单独或组合使用。
可选地，酶促反应可以在甘油存在的条件下进行。
进一步地，本发明的功能性油脂提质工艺包括：对功能性油脂原料进行脱色，然后向一级或多级酶反应器中加入脱色油脂，基于油脂中游离脂肪酸摩尔数0-1.2倍的甘油，以及基于油脂质量200-4000个标准酶活单位的脂肪酶，温度控制在35℃～55℃，进行酶促反应，反应过程中采用在线脱水。反应5-20小时后，油脂酸价低于0.5mg KOH/g油，维生素E、甾醇、多元不饱和脂肪酸等功能性物质在油脂中的保留率超过98％，油脂收率大于99％。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点及有益效果：
将传统的碱炼降酸-水洗-脱色-蒸馏脱臭工艺简化为脱色-酶催化降酸，通过改变脱色和降酸过程顺序，使得油脂脱色过程中的引起的酸价升高可以在后续降酸过程中一并解决，有效省去了后续脱臭过程对脂肪酸的脱除工序，大幅度降低了能耗，在最大限度保留功能性物质品质的情况下，提高了最终产品收率；同时，使用酶催化代替碱炼降酸，省去了传统碱炼过程中的酸中和及水洗工序，整个工艺过程中不使用酸、碱，避免了皂化反应及后续的水洗过程导致的油脂原料损失。该工艺不仅能显著提高最终产品的收率(油脂收率大于99％)，有效降低酸价，还能够最大限度地保留功能性物质(包括括维生素E、甾醇、多元不饱和脂肪酸等功能性物质在油脂中的保留率超过98％)，同时具有能耗低，操作简单、环保等优点，应用前景非常广阔。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中功能性油脂提质工艺的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种提高功能性油脂品质和收率的新工艺。针对富含维生素E、甾醇和多元不饱和脂肪酸等功能性油脂，采用脱色-酶催化两步工序代替传统的碱炼-水洗-脱色-脱臭工序。本发明针对脱色过程容易导致油脂酸价上升的问题，提出在油脂碱炼降酸前先进行油脂脱色，这样使得油脂脱色过程中的引起的酸价升高可以在后续降酸过程中一并解决，有效省去了后续脱臭过程对脂肪酸的脱除工序，避免了脱臭过程高温条件对功能性物质维生素E、甾醇和多元不饱和脂肪酸等的损害，显著提高了功能性油脂品质和收率。进一步地，针对传统功能性油脂碱炼过程采取碱法中和反应脱除游离脂肪酸导致最终油脂得率低、过程中产生的皂使得分离过程不可避免导致油脂损失等缺陷，本发明提出采取酶催化反应将油脂毛油里的脂肪酸以及脱色过程中产生的脂肪酸转化成甘油酯，与传统碱炼脱除脂肪酸的工艺相比，该过程将脂肪酸接回甘油酯骨架上，变废为宝，显著提高了油脂收率。同时，反应过程中通过温和的在线脱水技术及时除走反应过程中生成的副产物水，从而实现脂肪酸到甘油酯的充分转化，使得最终油脂产品的酸价低于0.5mg KOH/g油，包括维生素E、甾醇、多元不饱和脂肪酸等功能性物质在油脂中的保留率超过98％，油脂收率大于99％。该工艺适用于富含维生素E、甾醇和多元不饱和脂肪酸的功能性油脂原料的提质，具有非常好的油脂原料适用性。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1
将棕榈毛油、可可脂毛油、鱼油毛油、乳木果毛油、酵母油脂、微藻油脂等含有维生素E、甾醇、多元不饱和脂肪酸的功能性油脂进行脱色，吸附剂可为白土、硅藻土、活性碳(单独或组合使用)，吸附剂添加量为基于油重的0.5-3％，吸附时间2-8小时，温度40-70℃，制备得到的脱色油脂为下面实施例所用。
实施例2
将脱色鱼油10g(酸价20mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于游离脂肪酸摩尔数倍数1.2的甘油、基于单位油脂质量1000个标准酶活的来源于Candida antarctica的固定化脂肪酶，控温35℃，反应。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000051
或
Figure BDA0002474422990000052
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应10小时，油脂酸价为0.45mg KOH/g油，PUFAs保留率为99.6％，油脂收率大于99％。
实施例3
将脱色乳木果油10g(酸价5mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于单位油脂质量800个标准酶活的来源于Aspergillus oryzae的固定化脂肪酶，控温50℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000053
或
Figure BDA0002474422990000054
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应10小时，最终油脂酸价为0.35mgKOH/g油，维生素E和甾醇的保留率为99.4％，油脂收率大于99％。
实施例4
将脱色可可脂油10g(酸价4mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于游离脂肪酸摩尔数倍数0.2的甘油、基于单位油脂质量1200个标准酶活的来源于Aspergillus oryzae的固定化脂肪酶，控温55℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000057
或
Figure BDA0002474422990000058
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应8小时，最终油脂酸价为0.35mg KOH/g油，维生素E保留率为99.5％，油脂收率大于99％。
实施例5
将脱色酵母油10g(酸价10mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于游离脂肪酸摩尔数倍数0.5的甘油、基于单位油脂质量1000个标准酶活的来源于Candida antarctica的固定化脂肪酶，控温35℃，反应。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000059
或
Figure BDA00024744229900000510
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应6小时，油脂酸价为0.40mg KOH/g油，PUFAs保留率为99.6％，油脂收率大于99％。
实施例6
将脱色微藻油10g(酸价6mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于单位油脂质量1800个标准酶活的来源于Aspergillus oryzae的固定化脂肪酶，控温35℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000055
或
Figure BDA0002474422990000056
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应5小时，最终油脂酸价为0.30mg KOH/g油，维生素E和甾醇的保留率为99.0％，油脂收率大于99％。
实施例7
将脱色可可脂油10g(酸价14mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于游离脂肪酸摩尔数倍数1.2的甘油、基于单位油脂质量2200个标准酶活的来源于Thermomyceslanuginosus的固定化脂肪酶，控温50℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000065
或
Figure BDA0002474422990000068
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应12小时，最终油脂酸价为0.40mg KOH/g油，维生素E保留率为99.6％，油脂收率大于99％。
实施例8
将脱色酵母油10g(酸价4mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于单位油脂质量1000个标准酶活的来源于Rhizomucor miehei的固定化脂肪酶，控温45℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000066
或
Figure BDA0002474422990000069
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应10小时，油脂酸价为0.42mg KOH/g油，PUFAs保留率为99.8％，油脂收率大于99％。
实施例9
将脱色微藻油10g(酸价12mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于单位油脂质量2800个标准酶活的来源于Aspergillus niger的固定化脂肪酶，控温45℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000061
或
Figure BDA0002474422990000062
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应12小时，最终油脂酸价为0.36mgKOH/g油，维生素E和甾醇的保留率为99.2％，油脂收率大于99％。
实施例10
将脱色乳木果油10g(酸价15mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于单位油脂质量4000个标准酶活的来源于Aspergillus niger的固定化脂肪酶，控温50℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000063
或
Figure BDA0002474422990000064
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应12小时，最终油脂酸价为0.45mgKOH/g油，维生素E和甾醇的保留率为99.6％，油脂收率大于99％。
实施例11
将脱色可可脂油10g(酸价14mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于游离脂肪酸摩尔数倍数0.2的甘油、基于单位油脂质量1000个标准酶活的来源于Rhizomucor miehei的固定化脂肪酶，控温50℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000067
或
Figure BDA00024744229900000610
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应20小时，最终油脂酸价为0.30mg KOH/g油，维生素E保留率为99.6％，油脂收率大于99％。
实施例12
将脱色乳木果油5g和脱色棕榈油5克(酸价18mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于游离脂肪酸摩尔数倍数0.4的甘油，加入基于单位油脂质量2500个标准酶活的来源于Candida antarcticar的固定化脂肪酶，控温55℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000071
或
Figure BDA0002474422990000075
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应10小时，最终油脂酸价为0.48mg KOH/g油，维生素E和甾醇的保留率为99.2％，油脂收率大于99％。
实施例13
将脱色可可脂油5g和脱色鱼油5克(酸价12mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于游离脂肪酸摩尔数倍数0.5的甘油和基于单位油脂质量1000个标准酶活的来源于Aspergillus niger的固定化脂肪酶和1800个标准酶活的来源于Thermomyceslanuginosus的固定化脂肪酶，控温50℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000072
或
Figure BDA0002474422990000076
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应16小时，最终油脂酸价为0.40mg KOH/g油，维生素E保留率为99.4％，PUFAs保留率99.2％，油脂收率大于99％。
实施例14
将脱色可可脂油2g和脱色棕榈油8克(酸价10mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于单位油脂质量3200个标准酶活的来源于Rhizomucor miehei的固定化脂肪酶和1000个标准酶活的来源于Candida antarcticar的固定化脂肪酶，控温55℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000073
或
Figure BDA0002474422990000077
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应15小时，最终油脂酸价为0.32mg KOH/g油，维生素E保留率为99.6％，油脂收率大于99％。
对比例1：
将棕榈毛油和可可脂油经过NaOH碱炼脱酸，水洗、脱色、脱臭工序，最终油脂酸价为0.35mg KOH/g油，维生素E和甾醇的保留率为93％，油脂收率为90％。
实施例15
将脱色棕榈油10g(酸价15mg KOH/g)置于酶反应器中，加入基于游离脂肪酸摩尔数倍数0.5的甘油、基于单位油脂质量200个标准酶活的来源于Aspergillus oryzae的固定化脂肪酶，控温40℃。在反应过程中，进行如图1所示的在线脱水(包括有机膜、无机膜或陶瓷膜在内的膜脱水装置以及包括
Figure BDA0002474422990000074
或
Figure BDA0002474422990000078
分子筛在内的吸水装置，可在真空条件下进行)。反应5小时，体系中，最终油脂酸价为0.35mg KOH/g油，维生素E和甾醇的保留率为98.5％，油脂总收率大于99％。
对比例2：
将棕榈毛油经过NaOH碱炼脱酸、水洗、脱色，最后经过脱臭工序，最终油脂酸价为0.36mg KOH/g油，维生素E和甾醇的保留率为92％，油脂收率为88％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (2)

1.功能性油脂提质工艺，其特征在于，包括：针对富含维生素E、甾醇和多元不饱和脂肪酸的功能性油脂，采用脱色-酶催化降酸两步工序代替传统的碱炼降酸-水洗-脱色-脱臭工序对功能性油脂原料进行提质；
其中，脱色工序置于降酸工序之前；
脱色工序在白土、活性炭、硅藻土单独或组合使用的条件下进行，得到脱色油脂；
酶催化降酸工序包括：将脱色油脂、固定化脂肪酶置于适于酶促转化的酶反应器中，并在酶反应过程中引入在线脱水；
所述固定化脂肪酶是来源于南极假丝酵母(Candida antarctica)、嗜热真菌(Thermomyces lanuginosus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)、米根霉(Rhizopus Oryzae)的脂肪酶，脂肪酶单独或组合使用；
酶催化降酸工序包括：向一级或多级酶反应器中加入脱色油脂，以及基于油脂质量200-4000个标准酶活单位的脂肪酶，温度控制在35℃～55℃，反应过程中采用在线脱水，反应5-20小时，所得油脂的酸价低于0.5mg KOH/g油，维生素E、甾醇和多元不饱和脂肪酸在油脂中的保留率在98％以上，油脂收率大于99％；
在酶催化过程中，在外源气体氮气或二氧化碳的作用下通过引入膜、分子筛进行在线脱水；
酶催化在不额外添加甘油的状态下进行。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述功能性油脂选自乳木果油，鱼油，可可脂，棕榈油、酵母油脂、微藻类油脂，所述功能性油脂为一种或多种油脂的混合。
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