專利名稱：一種從大豆乳狀液中提取大豆油脂的方法
技術領域：
本發明涉及一種植物油脂提取過程中的破乳方法，尤其涉及一種采用水酶法提取 大豆油脂過程中所形成乳狀液的破乳方法，屬于植物油脂的提取加工領域。
背景技術：
水酶法是采用生物酶法水解大豆原料，提油條件溫和，油料蛋白的性能幾乎不發 生變化，無論是水相中直接加工利用，還是回收分離蛋白再利用，效果都十分理想。但是水 為溶劑提取植物油的方法應用于向大豆這樣低含油量的油料，效果較差，油脂提取率低。而 大豆中所含的蛋白不僅量多，而且質量優異，是植物蛋白中的精品，因此，解決低含油量大 豆油料水酶法提取油脂的難題，意義重大。水酶法工藝中避免了高溫處理、有機溶劑污染，得到的油澄清透明、色素含量低、 質量好。自上世紀以來，國內外不斷有學者把水酶法技術應用于不同油料種籽的提油或提 油前的處理。對于蛋白含量高的油料作物，采用水酶法從中提取油與蛋白產品時，雖然酶處 理能在一定程度上抑制或破壞形成乳化的膠體體系，但仍不可避免地會有乳狀液形成。這 些乳狀液中含有相當數量的油，若要提高水酶法工藝的經濟效益，必須進行破乳回收其中 的油。水酶法提油中破乳是十分關鍵的步驟，破乳越徹底，油的回收率越高。破乳的好壞 直接影響到整個工藝的經濟價值。乳狀液的形成及其穩定性是乳狀液領域重點研究的兩個方面。在許多情況下，人 們希望制備的乳狀液能抗拒液滴聚結，保持穩定，但有時卻希望乳狀液不穩定，能夠破乳而 使油水分離。對于形成的穩定乳狀液，要破壞它達到相分離的目的是非常困難的。常用的 破乳方法有物理機械法、物理化學法和電力作用三類。物理機械法有離心分離、超聲波處 理、加熱等；物理化學法主要是通過加入無機酸、鹽或者高分子絮凝劑等改變乳狀液界面膜 的性質，達到破乳目的；電力作用是利用高壓電勢促進乳狀液中帶電液滴聚結。水酶法工藝 的優勢之一是避免使用有機溶劑和有毒化學試劑，為此對于水酶法提油工藝中形成的乳狀 液，采用物理機械方法破乳。水劑法中一般用直接熬煉法，機械破乳法作為破乳方法。直接熬煉法是用0. 05MPa 的間接蒸汽把乳化油加熱到100°c，煮沸蒸發掉大部分水，然后把蒸汽壓力增加到0. 2Mpa, 繼續煉到乳化油中的蛋白質變性沉淀，油析出。機械破乳法是先用間接蒸汽把乳化油加熱 到95-100°C，不斷攪拌蒸煮0. 5h，利用機械的高速剪切作用，蛋白質高溫變性作用，使蛋白 質從乳化油中沉淀析出，經離心分離得到油脂。這兩種方法是油脂處理中常用的破乳方式。 但它們的能量消耗較大。轉相法是把游離油添加到乳化油中，使其水分含量降低到可以破乳的臨界值以 下，使內相體積大于0. 74，再輔以高速剪切及較高的溫度，達到破乳的目的。冷凍(或冷藏)解凍法是另一種可用于油脂回收的破乳方法。其原理是冷凍(或 冷藏)過程中，乳狀液體系溫度降低，油相結晶，部分晶體穿到油滴外面，刺穿液膜，從而與另一相同油滴產生局部聚結，引起o/w乳狀液穩定性的下降解凍過程中，油相溶解，油滴 失去其球形形狀，聚結成各種尺寸的大粒子，最終形成連續相，經離心可得到游離油。1973-1977年意大利科學家Montedoro，G和Petruccioli，G對酶法提取橄欖油進 行相關的研究。1977年，Hgaennlaier使用轉相法從椰子乳中破乳回收油；隨后，轉相法破 乳被應用于油菜籽、葵花籽等高油料作物的水劑法提油中。1979年，Olsen將微生物蛋白酶 Alcalase運用到大豆油和蛋白質的水法分離中，用酶降解蛋白質分子以釋放其所有吸附的 油，使油的得率接近60%，蛋白質的得率接近40%。為水酶法提油過程中使用蛋白酶酶解 破乳提供了借鑒。1983年美國Fullbook用黑曲酶產生的復合酶水解菜籽，離心后用正己 烷萃取液相中的油，脫溶后，其油得率為72. 2% ； 1986年McGlone，ο. C.和Canales，A. L. M 利用新的酶法技術成功的提取椰子油。1990年，Henryk報道，Embong等人將菜籽干磨、滅 酶、二次磨漿后，調節PH值為酸性，加水攪拌一定時間后高速離心得到油，乳化層，水相和 沉淀。乳化層采用冷凍一解凍方法破乳，破乳后總油得率約為90%。1993年Dominguez等對利用水酶法從大豆和向日葵籽中提取油脂進行相關研 究，1995年他們又對酶處理后正己烷浸提大豆油脂進行相關研究。1995年Ranalli，A，和 Costantini，N利用當時已有的技術和研究成果進一步研究了引入蛋白水解酶對橄欖油提 取率的影響，1996年他們分析了蛋白水解酶制取橄欖油的物理和化學特性并且提出了工藝 參數對橄欖油數量和質量的影響，并且針對蛋白酶的添加量對橄欖油得率的影響進行了分 析。1997年巴西科學家Pereira-Freitas、Hartman和Couri等首次將軋坯后濕法擠壓膨化 技術應用于水酶法提取大豆油當中，他們指出經過熱塑性擠壓過程，有利于酶對細胞結構 的破壞作用，減少非水化磷脂和促進蛋白質變性，減少乳液穩定性，從而提高提油率，并且 經他們研究表明影響出油率的主要參數是擠壓機的套筒溫度和模孔孔徑，酶解過程中的 料水比、加酶量以及酶解時間。他們得出的最佳擠壓參數參數為套筒溫度為90°C、模孔孔 徑為6mm，酶解時間為6h、料水比為1 10以及酶的添加量為6% w/w，利用以上的工藝參數 可使水酶法提油率提高到88%左右。2001年Y. B. Che Man和Suhardiyono等用Alcalase 蛋白酶通過水酶法成功的提取了米糠油，經過響應面分析方法他指出酶的添加量對米糠油 和蛋白的提取率影響最大，而酶解溫度和酶解時間對其影響不顯著，并且通過響應面尋優 的方法和驗證實驗得到了最大提油率為79%和蛋白提取率為68%。綜合國外研究報道，可以看到水酶法制油在2005年以前僅局限于高含油作物，而 對于低含油的大豆研究較少。在2005-2008年美國科學家已經把目光投入到水酶法制取大 豆油中，2006年美國科學家B. P. Lamsala,P. A. Murphyb和L. A. Johnsona, b將軋坯后濕法擠 壓預處理技術應有到水酶法提取大豆油當中，他們利用纖維素酶、蛋白酶以及兩種酶的混 合物酶解后提取軋坯后濕法擠壓的全脂豆粉中的大豆油。試驗證明軋坯后擠壓的全脂豆粉 直接用水劑法提取油脂其提油率為68%，加入蛋白酶后利用水酶法提取大豆油脂可以使提 油率提高到88%，而加入纖維酶對提油率沒有顯著影響。他們分析是軋坯后擠壓可以增強 蛋白質的酶解效果使游離油在酶解后得到極大的釋放。2007年B. P. Lamsal和L. A. Johnson 對水酶法提取大豆油脂的破乳進行研究，他們指出近年來研究表明通過軋坯后擠壓膨化預 處理后，可使水酶法提油(復合酶)的提油率提高到88%，利用水酶法提取全脂大豆粉當中 的油脂酶解離心后得到三相①游離油②乳狀液③水解液，經過研究他們得出無論應用軋 坯擠壓預處理后水酶法或水劑法提取大豆油，大豆蛋白的亞基都存在于乳狀液中起乳化作
4用，使大豆油很難分離出來。他們針對以上問題對熱破乳、冷凍-解凍破乳以及磷脂酶法破 乳進行了對比研究，研究表明冷凍_解凍破乳效果最佳，但工藝復雜。磷脂酶破乳工藝簡單 且效果較好，利用此方法可以使游離油的收得率達到70-80%。他們打破了以前水酶法只適 合高含油作物提油的限制，使水酶法制取大豆油變得可行(提油率在88%左右)。2008年J. M. L. N. de Moura和L. Johnson對大豆及乳狀層中提取油脂專門進行了 研究，在乳化層PH4. 5，使用2. 5%的蛋白酶Protex6L在50°C，pH9. 0酶解Ih后3000g/min 離心 15min，破乳率達到了 96% ；2008 年Ram η Morales Chabrand, Charles Ε. Glatz 使 用磷脂酶A在乳化層pH4. 5，酶用量為2%，在50°C，pH4. 5酶解3h后，在3000g/min離心 15min的條件下一次破乳，其破乳率達到了 100%。我國對水酶法提油的技術研究相對國外較晚。1992年自無錫輕工大學首次對酶 法從全脂豆粉中同時制取大豆油和大豆水解蛋白的工藝進行初步研究。路線包括三步第 一，采取水提法將大豆中的蛋白質和油脂與不溶性殘渣分離從而達到初步提取蛋白質和油 的目的；第二步是采取酶法將與蛋白質相結合的油脂分離出來；第三步是通過破乳從乳化 油制備高質量的油脂。其具體工藝路線見圖1。在其實驗路線中全脂大豆粉一水體系經兩次酶催化水解后得到了含油率近30% 的乳油，為獲取游離油，王璋等人經實驗認為轉相法破乳較為徹底，先將乳狀層由0/W轉 為W/0型，在轉相過程中體系經高剪切力而完全被壞破，從而獲得游離油，經實驗發現破乳 最佳工藝條件為先將乳油的含油量調節到85%，pH7. 0和85°C，均質機在lOOOOrpm/min 下攪拌5min，然后離心。但其得油率僅為65%左右。由于預處理技術、生物酶技術以及破乳技術不成熟等限制自1994年后國內未見 相關論文發表。2000年浙江大學何國慶教授指導博士研究生錢俊青對水酶有機溶劑提取大 豆油進行了系統研究，破乳的具體工藝是先通過中性蛋白酶酶解乳狀層，將蛋白酶解，先釋 放出部分油脂，酶解后再用石油醚來萃取分離油脂，我們可以看出其工藝并沒有完全擺脫 傳統的有機溶劑化學方法，且破乳率僅達到84%，以及從根本上解決水酶法提取大豆油的 難點。由于細胞內油體被蛋白膜包裹，且在研磨過程中(特別是濕磨)磷脂和蛋白質易 造成乳化，水劑酶法工藝會得到程度不等的乳化油，因此破乳是酶法提油工藝中的重要環 節。已報道的大多數工藝是將提油和破乳步驟分開，即對離心后得到的乳化油進行破乳，常 用的破乳方法有加熱、轉相、冷凍解凍、重復離心和溶劑萃取等。公開號CN101401658A的發明專利公開了一種水酶法從花生中提取油與水解蛋白 的中試方法，該方法采用水酶法從花生中提取油與水解蛋白的中試方法，它以花生為原料， 用單一的堿性蛋白酶進行酶解，引入三相分離機同時分離油、油水混合物和不溶殘渣，并使 用碟片式離心機對分離得到的油水混合物進一步分離，得到乳狀液和水解液，其中乳狀液 經冷凍解凍破乳后得到破乳油，水解液經噴霧干燥后得到花生水解蛋白粉。實驗結果認為 冷凍解凍破乳的最適宜條件是_16°C凍結15h，35°C解凍2h，3500rpm離心20min，此時乳狀 液中油回收率達到92. 16%。此方法是適用于花生這種高含油作物的破乳制油工藝，因此破 乳提油較易，工藝相對來說較簡單。江南大學章紹兵博士采用水酶法處理機械破碎后的菜籽，酶解一段時間后，油脂、 蛋白質等大分子物質從菜籽細胞內分散到水相中。由于菜籽油自身的極性與黏性，以及親
5水親脂蛋白(表面活性物質)的存在，使得本來不相溶的油脂與水連在一起，不易徹底分 離，形成乳化油。針對此問題他們采用了一種更簡便的破乳方法低溫靜置一離心法。采用 低溫靜置一離心法進行破乳，將乳狀液于4°C靜置24h，再進行離心(8694 X g，15min)。通過 洗渣和二次破乳可進一步提高清油和水解蛋白得率，在優化的水酶法工藝條件下最終可獲 得88-90 %的清油和94-97 %的水解蛋白。江南大學許時嬰教授的碩士冷玉嫻對水酶法提取葵花籽油進行了研究，破乳時通 過選擇微波、加熱、冷凍解凍、靜置和超聲波這幾種物理機械方法比較，認為加熱方法破乳 效果最好。加熱破乳最適宜條件是將乳狀液在100°C下加熱15min，8000r/min離心20min， 此時破乳率達到63. 16%。通過對國內外破乳方法的檢索，發現現有的破乳方法缺點如下1.破乳后油脂回收率低。2.破乳時間長，不適合工業化生產。3.破乳費用高，不利于工業化應用。4.破乳工藝復雜。本方法利用超聲波輔助乙醇破乳優點如下1.破乳后油脂回收率高，可以達到98-100% ；2.破乳時間短，可在IOmin左右達到很好的破乳效果，比以往其他破乳方法時間 縮短幾個到幾十個小時；3.破乳費用低，只消耗少量的電，乙醇成本較低且可以回收多次利用；4.破乳工藝及設備簡單。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供大豆油脂水酶法提取過 程中一種新的破乳技術。本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案來實現的一種從大豆乳狀液中提取大豆油脂的方法，包括以下步驟(1)將大豆乳狀液用 超聲波進行破乳預處理，離心，收集上清；(2)向上清液中加入乙醇進行破乳處理，離心，收 集上清，即得。為了達到更好的提取效果，優選的，步驟(1)中所述超聲功率為300-500W，超聲時 間為20-60秒，超聲溫度為40-60°C;更優選的，所述超聲功率為450W，超聲時間為45秒，超 聲溫度為53°C。優選的，步驟(2)中所加入的乙醇濃度為60-80%，乙醇添加量為0. 4-0. 6L/kg，震 蕩l-5min ；更優選的，步驟(2)中所加入的乙醇濃度為73%，乙醇添加量為0. 56L/kg，震蕩 2min。步驟(3)中所述的離心優選在以下條件下進行離心轉速為8000r/min ；離心時間 為 IOmin0本發明方法是在超聲波處理基礎上，采用乙醇為破乳劑的方法對水酶法提取大豆 油過程中乳狀液進行破乳。本發明方法中，超聲波處理可以使油脂在乳狀液的三維網狀結 構中釋放，乙醇可以將乳狀液中蛋白變性沉淀，從而提高游離油得率，離心得到良好品質的
6游離油。 本發明方法利用超聲波輔助乙醇破乳的方法可以很好的對大豆水酶法提取過程 中形成的乳狀液進行破乳，從而得到高品質的大豆油脂，所需要的設備簡單、操作安全、所 得大豆油無溶劑殘留，獲得高質量的營養價值高的油脂。經過驗證與對比試驗，在本發明破 乳工藝條件下破乳后油脂回收率可達到98-100%左右。
圖1本發明方法的工藝路線圖。
圖2乙醇濃度對破乳后油回收率的影響。
圖3乙醇添加量對破乳后油回收率的影響
圖4超聲波功率對破乳后油回收率的影響
圖5超聲時間對破乳后油回收率的影響
圖6超聲溫度對破乳后油回收率的影響
圖7各因素對破乳后油回收率的降維分析圖
圖8乙醇添加量與超聲功率交互對油回收率的響應面
圖9乙醇添加量與超聲溫度交互對油回收率的響應面
圖10超聲功率與超聲時間交互對油回收率的響應面
圖11超聲功率與超聲溫度交互對油回收率的響應面
圖12乳狀液破乳前后脂肪球分布狀態
圖13乳狀液破乳前后超微結構變化狀態
圖14乙醇破乳超微結構及能譜轟擊位點
圖15乳狀液的DSC譜圖
圖16超聲波輔助乙醇破乳后的DSC譜圖
圖17乳狀液紅外光譜圖
圖18超聲波輔助乙醇破乳紅外光譜圖
具體實施例方式
下面結合具體實施例來進一步描述本發明，本發明的優點和特點將會隨著描述而 更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發明的范圍構成任何限制。本領域技術 人員應該理解的是，在不偏離本發明的精神和范圍下可以對本發明技術方案的細節和形式 進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發明的保護范圍內。1材料與方法
1. 1材料、試劑
大豆黑龍江農業科學院培植的墾農42
Alcalase堿性內切蛋白酶丹麥novo公司
風味蛋白酶丹麥novo公司
木瓜蛋白酶丹麥novo公司
復合蛋白酶丹麥novo公司
AS1398中性蛋白酶丹麥novo公司
7
1. 2主要儀器設備
PHS-25型酸度計上海偉業儀器廠
電子分析天平梅勒特_托利多儀器(上海)有限公司
離心機北京醫用離心機廠
精密電動攪拌機江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司
電熱恒溫水浴鍋余姚市東方電工儀器廠
半自動定氮儀上海新嘉電子有限公司
消化儀上海纖檢儀器有限公司
超聲波細胞破碎儀JY92-II DN寧波新芝生物科技股份有限公司
錘片式粉碎機中國天津泰斯特儀器有限公司
索氏抽提器天津玻璃儀器廠
剖分式雙螺桿擠壓機江蘇牧羊集團MY86X2
螺桿直徑(mm) 86 主機功率(kW) 110
調質器功率(kw) 2. 2喂料器功率(kw)1.5
1. 3方法
1. 3. 1乳狀液主要成分的測定
水分的測定依據GB/T14489. 1-2008 ；粗脂肪的測定依據GB/T5512-2008 ；粗蛋
白的測定依據GB/T14489. 2-2008 ；灰分測定依據GB/T5505-2008 ；大豆油品質依據GB 1535-2003 ；原料成分測定利用近紅外分析儀進行測定；乳狀液油脂的測定羅紫_哥特 里(Rose-Gottlieb)法；利用帶刻度的離心管測定破乳后游離油體積，根據密度確定質量。1.3. 2工藝流程圖見圖1。1. 3. 4計算公式
權利要求
一種從大豆乳狀液中提取大豆油脂的方法，包括以下步驟(1)將大豆乳狀液用超聲波進行破乳預處理，離心，收集上清；(2)向上清液中加入乙醇進行破乳處理，離心，收集上清，即得。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)中所述超聲功率為300-500W，超 聲時間為20-60秒，超聲溫度為40-60°C。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于步驟(1)中所述超聲功率為350W，超聲時 間為45秒，超聲溫度為53°C。
4.按照權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)中所加入的乙醇濃度為 60-80%，乙醇添加量為 0. 4-0. 6L/kg，震蕩 l_5min。
5.按照權利要求4所述的方法，其特征在于步驟(2)中所加入的乙醇濃度為73%，乙 醇添加量為0. 56L/kg，震蕩2min。
6.按照按照權利要求1所述的方法，其特征在于步驟(3)中所述的離心在以下條件 下進行離心轉速為8000r/min ；離心時間為lOmin。
全文摘要
本發明公開了一種從大豆乳狀液中提取大豆油脂的方法，包括以下步驟(1)將大豆乳狀液用超聲波處理參數進行破乳預處理，離心，收集上清；(2)向上清液中加入乙醇進行破乳處理，離心，收集上清，即得。本發明方法利用超聲波輔助乙醇破乳的方法可以很好的對大豆水酶法提取過程中形成的乳狀液進行破乳，從而得到高品質的大豆油脂，所需要的設備簡單、操作安全、所得大豆油無溶劑殘留，獲得高質量的營養價值高的油脂。經過驗證與對比試驗，在本發明破乳工藝條件下破乳后油脂回收率可達到98-100％左右。
文檔編號C11B1/00GK101974364SQ20101028735
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月20日 優先權日2009年9月27日
發明者吳海波, 朱秀清, 李揚, 楊柳, 江連洲 申請人:東北農業大學;國家大豆工程技術研究中心