專利名稱：水酶法提取玉米胚芽油及回收蛋白質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
水酶法提取玉米胚芽油及回收蛋白質(zhì)的方法，屬于水酶法提油工藝的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著近代油脂生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，玉米胚芽已成為資源豐富的價(jià)廉食用油料，玉米胚芽油是從玉米胚芽中提取的一種植物油。玉米胚芽占玉米重量的10-15％，玉米胚芽油則占玉米胚芽的50％左右。
玉米胚芽油含有肉蔻酸0.1-1.7％、棕櫚酸8-12％、硬脂酸2.5-4.5％、油酸19-49％、亞油酸34-62％、亞麻酸0-2.9％，它的脂肪酸組成較好，絕大部分是不飽和酸。玉米胚芽油的“必需脂肪酸”含量相當(dāng)豐富，在植物油中是較高的。同時(shí)，玉米胚芽油中的維生素A原、維生素D比一般植物油要豐富得多，此外，還含有生育酚和較多的磷脂。已有研究結(jié)果表明，玉米胚芽油具有降低血清膽固醇的作用，對肥胖癥、高血脂、高血壓、糖尿病及冠心病患者有功效。
玉米的蛋白質(zhì)主要是醇溶蛋白和谷蛋白，各占40％左右；賴氨酸和色氨酸含量較低，是限制性氨基酸。玉米胚芽中的蛋白質(zhì)大部分是白蛋白和球蛋白，其氨基酸組成與雞蛋白相似，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。由此可見，玉米胚芽不僅是重要的油料資源，也是很好的蛋白質(zhì)資源。
傳統(tǒng)分離油料中油和蛋白質(zhì)的方法有壓榨、浸出等方法，即先從油料中提取油，再從所得餅粕中提取蛋白質(zhì)的兩步工藝路線。這些方法雖然提油率較高，但提油過程都不同程度引起蛋白質(zhì)的變性，從而影響其營養(yǎng)價(jià)值和功能性質(zhì)，而溶劑浸出需脫除溶劑過程，設(shè)備多，投資大，污染重。隨著近代油脂工業(yè)的發(fā)展，人們又探索一種新的提油方法-水提法。水提法是用水和稀堿液溶解油料中的可溶性蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)，繼而調(diào)節(jié)溶液pH值至蛋白質(zhì)等電點(diǎn)，通過離心，噴霧干燥等步驟分離油和蛋白質(zhì)的一種分離方法。在水提的過程中，常常添加蛋白酶，以提高蛋白質(zhì)的提取率。
雖然水提法比傳統(tǒng)的壓榨法、浸出法有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，能將油和蛋白質(zhì)同時(shí)分離，且溫和的加工條件使蛋白質(zhì)保持較高的營養(yǎng)價(jià)值和功能性質(zhì)，又使色素及其他有毒物質(zhì)溶于水而除去。但水提法對油料施加的機(jī)械剪切力和壓力不足以徹底破壞植物組織細(xì)胞壁而導(dǎo)致出油率低、蛋白質(zhì)回收率不高，尤其是用于含油量較低的油料種子時(shí)出油率很低，部分油與蛋白質(zhì)結(jié)合，使產(chǎn)品極易氧化酸敗。植物油料細(xì)胞的油脂一部分以極小的液滴呈游離形式分布于蛋白質(zhì)和其他物質(zhì)形成的凝膠網(wǎng)孔中，大部分以脂類體的形式存在。脂類體的外層是蛋白質(zhì)親水基團(tuán)構(gòu)成的邊界膜，里層則卷曲著疏水基團(tuán)，油脂與這些疏水基團(tuán)相結(jié)合被蛋白質(zhì)包圍。只有將油料組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)及脂類體破壞，才能提取其中的油脂。因此，探索如何徹底破壞油料組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和脂類體是提高出油率、降低蛋白質(zhì)中殘油率的關(guān)鍵。
縱觀國內(nèi)外，目前對水酶法從玉米胚芽中提油的研究還是較少的，并且油的得率較低，生產(chǎn)成本較高而不能滿足市場的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水酶法提取玉米胚芽油及回收蛋白質(zhì)的方法。在確定酶法提油工藝路線的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化工藝獲得較高的游離油提取率，同時(shí)回收優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)和碳水化合物，使玉米胚芽油的生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低，以合適的價(jià)格滿足市場對玉米胚芽油的需求。
本發(fā)明的技術(shù)方案以玉米胚芽為原料，經(jīng)稀檸檬酸溶液浸泡熱處理、瀝干、加水磨漿、酶解、離心得到游離玉米胚芽油；將瀝干后所得之浸泡液和離心后所得之水解液混合經(jīng)過納濾、真空濃縮、噴霧干燥回收得到蛋白質(zhì)和碳水化合物。
具體工藝為浸泡熱處理以解凍后的含水40-60％濕玉米胚芽為原料，浸泡于0.005-0.02mol/L的檸檬酸溶液中，料液kg/L比為，折合干基計(jì)玉米胚芽檸檬酸為1∶5-7；熱處理溫度為110-125℃，熱處理時(shí)間為60-70分鐘。
所用原料濕玉米胚芽經(jīng)過凍結(jié)—解凍反復(fù)兩次，能使提油率達(dá)到87-91％。這是由于在凍結(jié)過程中，細(xì)胞內(nèi)大量水分向細(xì)胞間隙外逸，細(xì)胞內(nèi)的組分濃度會(huì)因此而增加。細(xì)胞與細(xì)胞間隙內(nèi)的冰晶體顆粒愈長愈大，冰晶體愈粗大，細(xì)胞組織愈易受傷，這樣里面的油脂易于釋出。
解凍的濕玉米胚芽以1∶6(干物質(zhì)kg/L)的比例浸泡于稀檸檬酸溶液中，于高溫蒸煮處理。經(jīng)過熱處理可溶性固形物含量明顯提高?？扇苄怨绦挝锶艹隽吭蕉?，酶解液中的游離油提取率越高。原因是在熱處理的過程中，細(xì)胞中一部分可溶性物質(zhì)溶入水中，溶出越多，則細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)越疏松，在隨后的酶解過程中，酶與底物的接觸面越大，酶解也就越易進(jìn)行，細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)破壞的程度也就隨之越大，從而表現(xiàn)在游離油提取率隨可溶性固形物溶出量增加而提高。
瀝干冷卻后用過篩瀝干，瀝干物用于下道工序加水磨漿處理，瀝干后所得之浸泡液用于回收蛋白質(zhì)處理。
加水磨漿將瀝干物加水，料水質(zhì)量比為干基計(jì)原料水為1∶5-7，用砂盤淀粉磨打漿兩遍。
酶解磨漿后物料加干基計(jì)原料量2-3％的酸性蛋白酶，在pH3-3.5，溫度35-45℃，酶解6-8小時(shí)；再升溫至45-55℃，調(diào)節(jié)pH至4.5-5.5，加入干基計(jì)原料量1-2％的纖維素酶，酶解10-14小時(shí)。
采用2-3％(酶/干玉米胚芽)酸性蛋白酶結(jié)合1-2％(酶/干玉米胚芽)纖維素酶的酶解工藝，游離油得率可達(dá)到87％-91％。單一的纖維素酶對提高出油率作用有限，原因是植物細(xì)胞壁是以纖維素為骨架，并與半纖維素、果膠及少量蛋白質(zhì)等大分子結(jié)合而成，因此纖維素酶無法使植物細(xì)胞壁徹底崩潰。采用復(fù)合酶系處理，油脂收率會(huì)明顯的提高。蛋白酶對蛋白質(zhì)的水解作用，對細(xì)胞中的脂蛋白或者由于在磨漿制油工藝過程中磷脂與蛋白質(zhì)結(jié)合形成的包絡(luò)于油滴外的一層蛋白膜進(jìn)行破壞，從而達(dá)到使油脂釋放出來的目的。因而蛋白酶和纖維素酶結(jié)合在一起能很好的破壞細(xì)胞壁，從而使油脂能順利的釋放出來。
離心酶解液直接離心，分離得到游離油、乳化層、水解液和殘?jiān)?，乳化層再次離心分離得到游離油，合并所得游離油即得到玉米胚芽油；離心后所得之水解液用于回收蛋白質(zhì)。
回收蛋白質(zhì)和碳水化合物將瀝干后所得之浸泡液和離心后所得之水解液混合經(jīng)過納濾，截留相對分子質(zhì)量大于150Da的物質(zhì)，再經(jīng)真空濃縮、噴霧干燥回收得到蛋白質(zhì)和碳水化合物粉末。
分析方法蛋白含量的測定凱氏定氮法(GB5009.5-85)；脂肪含量的測定索氏抽提法(GB5009.6-85)；水分含量的測定直接干燥法(GB5009.3-85)；灰分含量的測定灼燒重量法(GB5009.4-85)；粗纖維的測定酸性洗滌法；灰分的測定重量法；還原糖的測定DNS法；
碳水化合物的測定碳水化合物(％)＝100-(水分+粗蛋白質(zhì)+灰分+粗脂肪+粗纖維)×100蛋白粉相對分子質(zhì)量的測定采用凝膠過濾色譜法測定蛋白粉的相對分子質(zhì)量的分布。其基本條件如下凝膠材料，SephadexG-25；柱體積，Φ1.6×100cm；洗脫劑，0.2mol/L磷酸緩沖液pH7.4；洗脫液體積流量，16ml/h；檢測波長，220nm。標(biāo)準(zhǔn)分子質(zhì)量物質(zhì)谷胱甘肽，相對分子質(zhì)量307Da；VB12，相對分子質(zhì)量1354Da。
游離油的得率 m1游離油重(g)，m2玉米胚芽干重(g)，f干玉米胚芽中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)(％)。
本發(fā)明的有益效果傳統(tǒng)的壓榨法和浸出法，它們雖然出油率高，但提油過程不同程度引起蛋白質(zhì)的變性，從而影響其營養(yǎng)價(jià)值和功能性質(zhì)，且溶劑浸出需脫溶劑過程，設(shè)備多，投資大，污染重。水酶法提油工藝是一種新興的提油方法，與傳統(tǒng)工藝相比，水酶法提油工藝具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)1.設(shè)備簡單，操作安全，污染少；2.可以提高出油效率，而且所得到的游離油質(zhì)量較高，易于精煉；3.酶法處理?xiàng)l件溫和，玉米胚芽經(jīng)脫脂后還可回收大部分蛋白質(zhì)和碳水化合物；4.油與殘?jiān)追蛛x，如采用三相離心機(jī)分離油、水解液和殘?jiān)?，可大大提高設(shè)備處理能力；5.生產(chǎn)過程相對能耗低，廢水中BOD與COD值大為下降，易于處理；6.濕法生產(chǎn)的玉米胚芽水分高達(dá)50％，可直接用于酶解提油。
由此可見水酶法預(yù)處理制油技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1稱取水分含量為54.44％的濕玉米胚芽6585.30g(干玉米胚芽為3000g)浸泡于18L的0.01mol/L的檸檬酸溶液中，于YX-400A雙層立式電熱蒸汽消毒器中進(jìn)行熱處理，控溫于120℃，處理65min，瀝干，瀝干物以1∶6(干基計(jì))的料水比加水用砂輪磨磨兩遍。在自然pH值(范圍約3～3.5)、40℃下加入2.5％(酶/干物質(zhì))的酸性蛋白酶，酶解7h；升溫至50℃，調(diào)節(jié)pH值于5.0，加入1.5％(酶/干物質(zhì))的纖維素酶，酶解12h。直接離心，離心后得到游離油、乳化層、水解液及殘?jiān)?，?jì)算游離油的得率，可達(dá)到87-91％。
把離心得到的水解液與瀝干后得到的浸泡液合并，用截流相對分子質(zhì)量150Da，有效膜面積為2.6m2的納濾膜進(jìn)行納濾。納濾系統(tǒng)NF 200-2540膜元件，南京久吾膜公司生產(chǎn)的卷式納濾膜，膜材是芳香族聚酰胺，截流相對分子質(zhì)量大于150Da的物質(zhì)，有效膜面積為2.6m2，pH值適用范圍3-11，最大操作壓力為4×106Pa，最高操作溫度為40℃。納濾條件進(jìn)口壓力1.0MPa，出口壓力0.8MPa。截流液再經(jīng)旋轉(zhuǎn)真空濃縮，接著噴霧干燥就可得到蛋白質(zhì)和碳水化合物粉末。
權(quán)利要求
1.一種水酶法提取玉米胚芽油及回收蛋白質(zhì)的方法，其特征是以玉米胚芽為原料，經(jīng)稀檸檬酸溶液浸泡熱處理、瀝干、加水磨漿、酶解、離心得到游離玉米胚芽油；將瀝干后所得之浸泡液和離心后所得之水解液混合經(jīng)過納濾、真空濃縮、噴霧干燥回收得到蛋白質(zhì)和碳水化合物；具體工藝為a)浸泡熱處理以解凍后的含水40-60％濕玉米胚芽為原料，浸泡于0.005-0.02mol/L的檸檬酸溶液中，料液kg/L比為，折合干基計(jì)玉米胚芽∶檸檬酸溶液為1∶5-7；熱處理溫度為110-125℃，熱處理時(shí)間為60-70分鐘；b)瀝干冷卻后用過篩瀝干，瀝干物用于下道工序加水磨漿處理，瀝干后所得之浸泡液用于回收蛋白質(zhì)處理；c)加水磨漿將瀝干物加水，料水質(zhì)量比為干基計(jì)原料∶水為1∶5-7，用砂盤淀粉磨打漿兩遍；d)酶解磨漿后物料加干基計(jì)原料量2-3％的酸性蛋白酶，在pH3-3.5，溫度35-45℃，酶解6-8小時(shí)；再升溫至45-55℃，調(diào)節(jié)pH至4.5-5.5，加入干基計(jì)原料量1-2％的纖維素酶，酶解10-14小時(shí)；e)離心酶解液直接離心，分離得到游離油、乳化層、水解液和殘?jiān)?，乳化層再次離心分離得到游離油，合并所得游離油即得到玉米胚芽油；離心后所得之水解液用于回收蛋白質(zhì)；f)回收蛋白質(zhì)和碳水化合物將瀝干后所得之浸泡液和離心后所得之水解液混合經(jīng)過納濾截留相對分子質(zhì)量大于150Da的物質(zhì)，再經(jīng)真空濃縮、噴霧干燥回收得到蛋白質(zhì)和碳水化合物粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所用濕玉米胚芽原料經(jīng)過凍結(jié)-解凍反復(fù)兩次。
全文摘要
水酶法提取玉米胚芽油及回收蛋白質(zhì)的方法，屬于水酶法提油工藝的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是以玉米胚芽為原料，經(jīng)稀檸檬酸溶液浸泡熱處理、瀝干、加水磨漿、酶解、離心得到游離玉米胚芽油；將瀝干后所得之浸泡液和離心后所得之水解液混合經(jīng)過納濾、真空濃縮、噴霧干燥回收得到蛋白質(zhì)。本發(fā)明對所用原料濕玉米胚芽進(jìn)行凍結(jié)－解凍反復(fù)兩次，用稀檸檬酸溶液浸泡熱處理，酶解時(shí)采用酸性蛋白酶結(jié)合纖維素酶的酶解工藝，通過這些特色的處理工藝大大提高了游離油的提取率，游離油質(zhì)量較好易于精煉，并較好保持回收蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值和功能價(jià)值。與傳統(tǒng)壓榨法、水提法工藝相比，生產(chǎn)過程設(shè)備簡單、操作安全、能耗較低、污染少，廢水中BOD、COD值大為下降易于處理。
文檔編號C12P21/00GK1561769SQ200410014630
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者王璋, 許時(shí)嬰, 錢志娟, 張曉民, 袁博 申請人:江南大學(xué)