专利名称：一种从大豆乳状液中提取大豆油脂的方法
技术领域：
本发明涉及一种植物油脂提取过程中的破乳方法，尤其涉及一种采用水酶法提取 大豆油脂过程中所形成乳状液的破乳方法，属于植物油脂的提取加工领域。
背景技术：
水酶法是采用生物酶法水解大豆原料，提油条件温和，油料蛋白的性能几乎不发 生变化，无论是水相中直接加工利用，还是回收分离蛋白再利用，效果都十分理想。但是水 为溶剂提取植物油的方法应用于向大豆这样低含油量的油料，效果较差，油脂提取率低。而 大豆中所含的蛋白不仅量多，而且质量优异，是植物蛋白中的精品，因此，解决低含油量大 豆油料水酶法提取油脂的难题，意义重大。水酶法工艺中避免了高温处理、有机溶剂污染，得到的油澄清透明、色素含量低、 质量好。自上世纪以来，国内外不断有学者把水酶法技术应用于不同油料种籽的提油或提 油前的处理。对于蛋白含量高的油料作物，采用水酶法从中提取油与蛋白产品时，虽然酶处 理能在一定程度上抑制或破坏形成乳化的胶体体系，但仍不可避免地会有乳状液形成。这 些乳状液中含有相当数量的油，若要提高水酶法工艺的经济效益，必须进行破乳回收其中 的油。水酶法提油中破乳是十分关键的步骤，破乳越彻底，油的回收率越高。破乳的好坏 直接影响到整个工艺的经济价值。乳状液的形成及其稳定性是乳状液领域重点研究的两个方面。在许多情况下，人 们希望制备的乳状液能抗拒液滴聚结，保持稳定，但有时却希望乳状液不稳定，能够破乳而 使油水分离。对于形成的稳定乳状液，要破坏它达到相分离的目的是非常困难的。常用的 破乳方法有物理机械法、物理化学法和电力作用三类。物理机械法有离心分离、超声波处 理、加热等；物理化学法主要是通过加入无机酸、盐或者高分子絮凝剂等改变乳状液界面膜 的性质，达到破乳目的；电力作用是利用高压电势促进乳状液中带电液滴聚结。水酶法工艺 的优势之一是避免使用有机溶剂和有毒化学试剂，为此对于水酶法提油工艺中形成的乳状 液，采用物理机械方法破乳。水剂法中一般用直接熬炼法，机械破乳法作为破乳方法。直接熬炼法是用0. 05MPa 的间接蒸汽把乳化油加热到100°c，煮沸蒸发掉大部分水，然后把蒸汽压力增加到0. 2Mpa, 继续炼到乳化油中的蛋白质变性沉淀，油析出。机械破乳法是先用间接蒸汽把乳化油加热 到95-100°C，不断搅拌蒸煮0. 5h，利用机械的高速剪切作用，蛋白质高温变性作用，使蛋白 质从乳化油中沉淀析出，经离心分离得到油脂。这两种方法是油脂处理中常用的破乳方式。 但它们的能量消耗较大。转相法是把游离油添加到乳化油中，使其水分含量降低到可以破乳的临界值以 下，使内相体积大于0. 74，再辅以高速剪切及较高的温度，达到破乳的目的。冷冻(或冷藏)解冻法是另一种可用于油脂回收的破乳方法。其原理是冷冻(或 冷藏)过程中，乳状液体系温度降低，油相结晶，部分晶体穿到油滴外面，刺穿液膜，从而与另一相同油滴产生局部聚结，引起o/w乳状液稳定性的下降解冻过程中，油相溶解，油滴 失去其球形形状，聚结成各种尺寸的大粒子，最终形成连续相，经离心可得到游离油。1973-1977年意大利科学家Montedoro，G和Petruccioli，G对酶法提取橄榄油进 行相关的研究。1977年，Hgaennlaier使用转相法从椰子乳中破乳回收油；随后，转相法破 乳被应用于油菜籽、葵花籽等高油料作物的水剂法提油中。1979年，Olsen将微生物蛋白酶 Alcalase运用到大豆油和蛋白质的水法分离中，用酶降解蛋白质分子以释放其所有吸附的 油，使油的得率接近60%，蛋白质的得率接近40%。为水酶法提油过程中使用蛋白酶酶解 破乳提供了借鉴。1983年美国Fullbook用黑曲酶产生的复合酶水解菜籽，离心后用正己 烷萃取液相中的油，脱溶后，其油得率为72. 2% ； 1986年McGlone，ο. C.和Canales，A. L. M 利用新的酶法技术成功的提取椰子油。1990年，Henryk报道，Embong等人将菜籽干磨、灭 酶、二次磨浆后，调节PH值为酸性，加水搅拌一定时间后高速离心得到油，乳化层，水相和 沉淀。乳化层采用冷冻一解冻方法破乳，破乳后总油得率约为90%。1993年Dominguez等对利用水酶法从大豆和向日葵籽中提取油脂进行相关研 究，1995年他们又对酶处理后正己烷浸提大豆油脂进行相关研究。1995年Ranalli，A，和 Costantini，N利用当时已有的技术和研究成果进一步研究了引入蛋白水解酶对橄榄油提 取率的影响，1996年他们分析了蛋白水解酶制取橄榄油的物理和化学特性并且提出了工艺 参数对橄榄油数量和质量的影响，并且针对蛋白酶的添加量对橄榄油得率的影响进行了分 析。1997年巴西科学家Pereira-Freitas、Hartman和Couri等首次将轧坯后湿法挤压膨化 技术应用于水酶法提取大豆油当中，他们指出经过热塑性挤压过程，有利于酶对细胞结构 的破坏作用，减少非水化磷脂和促进蛋白质变性，减少乳液稳定性，从而提高提油率，并且 经他们研究表明影响出油率的主要参数是挤压机的套筒温度和模孔孔径，酶解过程中的 料水比、加酶量以及酶解时间。他们得出的最佳挤压参数参数为套筒温度为90°C、模孔孔 径为6mm，酶解时间为6h、料水比为1 10以及酶的添加量为6% w/w，利用以上的工艺参数 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 蛋白酶通过水酶法成功的提取了米糠油，经过响应面分析方法他指出酶的添加量对米糠油 和蛋白的提取率影响最大，而酶解温度和酶解时间对其影响不显著，并且通过响应面寻优 的方法和验证实验得到了最大提油率为79%和蛋白提取率为68%。综合国外研究报道，可以看到水酶法制油在2005年以前仅局限于高含油作物，而 对于低含油的大豆研究较少。在2005-2008年美国科学家已经把目光投入到水酶法制取大 豆油中，2006年美国科学家B. P. Lamsala,P. A. Murphyb和L. A. Johnsona, b将轧坯后湿法挤 压预处理技术应有到水酶法提取大豆油当中，他们利用纤维素酶、蛋白酶以及两种酶的混 合物酶解后提取轧坯后湿法挤压的全脂豆粉中的大豆油。试验证明轧坯后挤压的全脂豆粉 直接用水剂法提取油脂其提油率为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%，而加入纤维酶对提油率没有显著影响。他们分析是轧坯后挤压可以增强 蛋白质的酶解效果使游离油在酶解后得到极大的释放。2007年B. P. Lamsal和L. A. Johnson 对水酶法提取大豆油脂的破乳进行研究，他们指出近年来研究表明通过轧坯后挤压膨化预 处理后，可使水酶法提油(复合酶)的提油率提高到88%，利用水酶法提取全脂大豆粉当中 的油脂酶解离心后得到三相①游离油②乳状液③水解液，经过研究他们得出无论应用轧 坯挤压预处理后水酶法或水剂法提取大豆油，大豆蛋白的亚基都存在于乳状液中起乳化作
4用，使大豆油很难分离出来。他们针对以上问题对热破乳、冷冻-解冻破乳以及磷脂酶法破 乳进行了对比研究，研究表明冷冻_解冻破乳效果最佳，但工艺复杂。磷脂酶破乳工艺简单 且效果较好，利用此方法可以使游离油的收得率达到70-80%。他们打破了以前水酶法只适 合高含油作物提油的限制，使水酶法制取大豆油变得可行(提油率在88%左右)。2008年J. M. L. N. de Moura和L. Johnson对大豆及乳状层中提取油脂专门进行了 研究，在乳化层PH4. 5，使用2. 5%的蛋白酶Protex6L在50°C，pH9. 0酶解Ih后3000g/min 离心 15min，破乳率达到了 96% ；2008 年Ram η Morales Chabrand, Charles Ε. Glatz 使 用磷脂酶A在乳化层pH4. 5，酶用量为2%，在50°C，pH4. 5酶解3h后，在3000g/min离心 15min的条件下一次破乳，其破乳率达到了 100%。我国对水酶法提油的技术研究相对国外较晚。1992年自无锡轻工大学首次对酶 法从全脂豆粉中同时制取大豆油和大豆水解蛋白的工艺进行初步研究。路线包括三步第 一，采取水提法将大豆中的蛋白质和油脂与不溶性残渣分离从而达到初步提取蛋白质和油 的目的；第二步是采取酶法将与蛋白质相结合的油脂分离出来；第三步是通过破乳从乳化 油制备高质量的油脂。其具体工艺路线见图1。在其实验路线中全脂大豆粉一水体系经两次酶催化水解后得到了含油率近30% 的乳油，为获取游离油，王璋等人经实验认为转相法破乳较为彻底，先将乳状层由0/W转 为W/0型，在转相过程中体系经高剪切力而完全被坏破，从而获得游离油，经实验发现破乳 最佳工艺条件为先将乳油的含油量调节到85%，pH7. 0和85°C，均质机在lOOOOrpm/min 下搅拌5min，然后离心。但其得油率仅为65%左右。由于预处理技术、生物酶技术以及破乳技术不成熟等限制自1994年后国内未见 相关论文发表。2000年浙江大学何国庆教授指导博士研究生钱俊青对水酶有机溶剂提取大 豆油进行了系统研究，破乳的具体工艺是先通过中性蛋白酶酶解乳状层，将蛋白酶解，先释 放出部分油脂，酶解后再用石油醚来萃取分离油脂，我们可以看出其工艺并没有完全摆脱 传统的有机溶剂化学方法，且破乳率仅达到84%，以及从根本上解决水酶法提取大豆油的 难点。由于细胞内油体被蛋白膜包裹，且在研磨过程中(特别是湿磨)磷脂和蛋白质易 造成乳化，水剂酶法工艺会得到程度不等的乳化油，因此破乳是酶法提油工艺中的重要环 节。已报道的大多数工艺是将提油和破乳步骤分开，即对离心后得到的乳化油进行破乳，常 用的破乳方法有加热、转相、冷冻解冻、重复离心和溶剂萃取等。公开号CN101401658A的发明专利公开了一种水酶法从花生中提取油与水解蛋白 的中试方法，该方法采用水酶法从花生中提取油与水解蛋白的中试方法，它以花生为原料， 用单一的碱性蛋白酶进行酶解，引入三相分离机同时分离油、油水混合物和不溶残渣，并使 用碟片式离心机对分离得到的油水混合物进一步分离，得到乳状液和水解液，其中乳状液 经冷冻解冻破乳后得到破乳油，水解液经喷雾干燥后得到花生水解蛋白粉。实验结果认为 冷冻解冻破乳的最适宜条件是_16°C冻结15h，35°C解冻2h，3500rpm离心20min，此时乳状 液中油回收率达到92. 16%。此方法是适用于花生这种高含油作物的破乳制油工艺，因此破 乳提油较易，工艺相对来说较简单。江南大学章绍兵博士采用水酶法处理机械破碎后的菜籽，酶解一段时间后，油脂、 蛋白质等大分子物质从菜籽细胞内分散到水相中。由于菜籽油自身的极性与黏性，以及亲
5水亲脂蛋白(表面活性物质)的存在，使得本来不相溶的油脂与水连在一起，不易彻底分 离，形成乳化油。针对此问题他们采用了一种更简便的破乳方法低温静置一离心法。采用 低温静置一离心法进行破乳，将乳状液于4°C静置24h，再进行离心(8694 X g，15min)。通过 洗渣和二次破乳可进一步提高清油和水解蛋白得率，在优化的水酶法工艺条件下最终可获 得88-90 %的清油和94-97 %的水解蛋白。江南大学许时婴教授的硕士冷玉娴对水酶法提取葵花籽油进行了研究，破乳时通 过选择微波、加热、冷冻解冻、静置和超声波这几种物理机械方法比较，认为加热方法破乳 效果最好。加热破乳最适宜条件是将乳状液在100°C下加热15min，8000r/min离心20min， 此时破乳率达到63. 16%。通过对国内外破乳方法的检索，发现现有的破乳方法缺点如下1.破乳后油脂回收率低。2.破乳时间长，不适合工业化生产。3.破乳费用高，不利于工业化应用。4.破乳工艺复杂。本方法利用超声波辅助乙醇破乳优点如下1.破乳后油脂回收率高，可以达到98-100% ；2.破乳时间短，可在IOmin左右达到很好的破乳效果，比以往其他破乳方法时间 缩短几个到几十个小时；3.破乳费用低，只消耗少量的电，乙醇成本较低且可以回收多次利用；4.破乳工艺及设备简单。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供大豆油脂水酶法提取过 程中一种新的破乳技术。本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的一种从大豆乳状液中提取大豆油脂的方法，包括以下步骤(1)将大豆乳状液用 超声波进行破乳预处理，离心，收集上清；(2)向上清液中加入乙醇进行破乳处理，离心，收 集上清，即得。为了达到更好的提取效果，优选的，步骤(1)中所述超声功率为300-500W，超声时 间为20-60秒，超声温度为40-60°C;更优选的，所述超声功率为450W，超声时间为45秒，超 声温度为53°C。优选的，步骤(2)中所加入的乙醇浓度为60-80%，乙醇添加量为0. 4-0. 6L/kg，震 荡l-5min ；更优选的，步骤(2)中所加入的乙醇浓度为73%，乙醇添加量为0. 56L/kg，震荡 2min。步骤(3)中所述的离心优选在以下条件下进行离心转速为8000r/min ；离心时间 为 IOmin0本发明方法是在超声波处理基础上，采用乙醇为破乳剂的方法对水酶法提取大豆 油过程中乳状液进行破乳。本发明方法中，超声波处理可以使油脂在乳状液的三维网状结 构中释放，乙醇可以将乳状液中蛋白变性沉淀，从而提高游离油得率，离心得到良好品质的
6游离油。 本发明方法利用超声波辅助乙醇破乳的方法可以很好的对大豆水酶法提取过程 中形成的乳状液进行破乳，从而得到高品质的大豆油脂，所需要的设备简单、操作安全、所 得大豆油无溶剂残留，获得高质量的营养价值高的油脂。经过验证与对比试验，在本发明破 乳工艺条件下破乳后油脂回收率可达到98-100%左右。
图1本发明方法的工艺路线图。
图2乙醇浓度对破乳后油回收率的影响。
图3乙醇添加量对破乳后油回收率的影响
图4超声波功率对破乳后油回收率的影响
图5超声时间对破乳后油回收率的影响
图6超声温度对破乳后油回收率的影响
图7各因素对破乳后油回收率的降维分析图
图8乙醇添加量与超声功率交互对油回收率的响应面
图9乙醇添加量与超声温度交互对油回收率的响应面
图10超声功率与超声时间交互对油回收率的响应面
图11超声功率与超声温度交互对油回收率的响应面
图12乳状液破乳前后脂肪球分布状态
图13乳状液破乳前后超微结构变化状态
图14乙醇破乳超微结构及能谱轰击位点
图15乳状液的DSC谱图
图16超声波辅助乙醇破乳后的DSC谱图
图17乳状液红外光谱图
图18超声波辅助乙醇破乳红外光谱图
具体实施例方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而 更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术 人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式 进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。1材料与方法
1. 1材料、试剂
大豆黑龙江农业科学院培植的垦农42
Alcalase碱性内切蛋白酶丹麦novo公司
风味蛋白酶丹麦novo公司
木瓜蛋白酶丹麦novo公司
复合蛋白酶丹麦novo公司
AS1398中性蛋白酶丹麦novo公司
7
1. 2主要仪器设备
PHS-25型酸度计上海伟业仪器厂
电子分析天平梅勒特_托利多仪器(上海)有限公司
离心机北京医用离心机厂
精密电动搅拌机江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司
电热恒温水浴锅余姚市东方电工仪器厂
半自动定氮仪上海新嘉电子有限公司
消化仪上海纤检仪器有限公司
超声波细胞破碎仪JY92-II DN宁波新芝生物科技股份有限公司
锤片式粉碎机中国天津泰斯特仪器有限公司
索氏抽提器天津玻璃仪器厂
剖分式双螺杆挤压机江苏牧羊集团MY86X2
螺杆直径(mm) 86 主机功率(kW) 110
调质器功率(kw) 2. 2喂料器功率(kw)1.5
1. 3方法
1. 3. 1乳状液主要成分的测定
水分的测定依据GB/T14489. 1-2008 ；粗脂肪的测定依据GB/T5512-2008 ；粗蛋
白的测定依据GB/T14489. 2-2008 ；灰分测定依据GB/T5505-2008 ；大豆油品质依据GB 1535-2003 ；原料成分测定利用近红外分析仪进行测定；乳状液油脂的测定罗紫_哥特 里(Rose-Gottlieb)法；利用带刻度的离心管测定破乳后游离油体积，根据密度确定质量。1.3. 2工艺流程图见图1。1. 3. 4计算公式
权利要求
一种从大豆乳状液中提取大豆油脂的方法，包括以下步骤(1)将大豆乳状液用超声波进行破乳预处理，离心，收集上清；(2)向上清液中加入乙醇进行破乳处理，离心，收集上清，即得。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述超声功率为300-500W，超 声时间为20-60秒，超声温度为40-60°C。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述超声功率为350W，超声时 间为45秒，超声温度为53°C。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中所加入的乙醇浓度为 60-80%，乙醇添加量为 0. 4-0. 6L/kg，震荡 l_5min。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于步骤(2)中所加入的乙醇浓度为73%，乙 醇添加量为0. 56L/kg，震荡2min。
6.按照按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中所述的离心在以下条件 下进行离心转速为8000r/min ；离心时间为lOmin。
全文摘要
本发明公开了一种从大豆乳状液中提取大豆油脂的方法，包括以下步骤(1)将大豆乳状液用超声波处理参数进行破乳预处理，离心，收集上清；(2)向上清液中加入乙醇进行破乳处理，离心，收集上清，即得。本发明方法利用超声波辅助乙醇破乳的方法可以很好的对大豆水酶法提取过程中形成的乳状液进行破乳，从而得到高品质的大豆油脂，所需要的设备简单、操作安全、所得大豆油无溶剂残留，获得高质量的营养价值高的油脂。经过验证与对比试验，在本发明破乳工艺条件下破乳后油脂回收率可达到98-100％左右。
文档编号C11B1/00GK101974364SQ20101028735
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月20日 优先权日2009年9月27日
发明者吴海波, 朱秀清, 李扬, 杨柳, 江连洲 申请人:东北农业大学;国家大豆工程技术研究中心