徐國念,吳 莎,萬端極
(湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所,湖北 武漢430068)
茶籽油,是從山茶科油茶樹種子中獲得的,是我國最古老的木本食用植物油之一,具有良好的功能作用,如改善血液循環(huán)、促進消化系統(tǒng)功能、增強內(nèi)分泌系統(tǒng)功能、強化骨骼系統(tǒng)功能、預(yù)防癌癥、防輻射、抗衰老及保護皮膚等[1]。茶皂素是從山茶科植物的種子中提取的皂素類糖苷化合物,是一種天然非離子型表面活性劑,具有良好的乳化、分散、發(fā)泡、濕潤等功能,還具有消炎、鎮(zhèn)痛、抗?jié)B透等藥理作用[2]。
目前茶籽油的生產(chǎn)工藝基本都是采用機械和熱力學(xué)處理,其中機械處理對油籽細胞破壞程度有限,無論是壓榨還是浸出,油路都不寬泛;而濕熱處理又會使蛋白質(zhì)、維生素E、維生素P等熱敏性物質(zhì)劇烈變性,影響油料中高附加值產(chǎn)品的綜合利用。
作者以機械力加酶催化打破細胞壁和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,在水相環(huán)境中利用生物水解解除蛋白質(zhì)被膜對油脂小顆粒的束縛,進而利用離心力,使釋放到水相中的油脂聚集上浮而分離出來,得到純天然精品茶籽油[3]。由于該技術(shù)對細胞結(jié)構(gòu)的足夠破壞和均勻分散,油脂提取率較機械壓榨法更高,同時不使用有機溶劑,避免了潛在的安全危險。另外,由于整個加工過程在水相中完成,無高溫,條件溫和,減少了傳統(tǒng)油脂精煉工藝中的水化脫膠、脫酸、高溫脫嗅等過程,保證了油脂的純天然風(fēng)味和純天然營養(yǎng)物質(zhì)的活性。此外,分離油脂所得的水相經(jīng)膜技術(shù)純化濃縮,可得到高純度的天然茶皂素。為純天然茶籽油及茶皂素的研究探索了一條新途徑。
油茶籽,采自江西宜春。
鹽酸、氫氧化鉀、乙醇、乙醚,Sigma化學(xué)試劑公司;碘、碘化鉀、硫代硫酸鈉,上海國藥集團;其它試劑均為分析純或生化專用試劑。
膜設(shè)備,湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所;電子分析天平,上海奧豪斯公司;UV-755S型紫外可見分光光度計,上海棱光技術(shù)有限公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,鄭州長城科工貿(mào)有限公司;PHS-4型精密pH酸度計,上海偉業(yè)儀器廠;三相離心機,上海安亭科學(xué)儀器廠。
1.2.1 工藝流程油茶籽→脫殼→烘干→磨漿→酶解→三相離心三相離心油相→冬化→離心→天然茶籽油
三相離心水相→精制→超濾膜→透過液→納濾膜→截留液→干燥→天然茶皂素
1.2.2 茶籽油的提取
以油茶籽為原料,脫殼得到茶籽仁,烘干,然后磨漿,添加堿性蛋白酶,在55℃、pH值8.5條件下酶解一定時間,經(jīng)三相離心、冬化和離心分離得到茶籽油。其中酶解條件及終點判斷以茶籽油的提取率確定。
1.2.3 膜技術(shù)除雜濃縮制備茶皂素
經(jīng)過三相離心得到的水相組分復(fù)雜,必須進行除雜、分離純化、濃縮,以減少后續(xù)干燥處理量,降低能耗,節(jié)約成本。將經(jīng)過三相離心后的水相選擇適宜的超濾膜除去其中的懸浮物顆粒、雜蛋白、纖維素等雜質(zhì),然后選擇適宜的納濾膜進行濃縮、脫鹽。以分離效果、產(chǎn)品純度及通量大小來確定膜的型號及操作條件。
1.2.4 分析檢測
油脂含量測定:GB/T 5009.6-2003 第一法[4];茶皂素純度測定:重量法[5]。
底物濃度為5%,酶解時間為3h,考察酶用量(占原料比,下同)對提油率的影響,結(jié)果見圖1。
圖1 酶用量對提油率的影響Fig.1 The effect of enzyme amount on oil extraction rate
由圖1可知,隨著酶用量的增加,提油率呈升高趨勢并最終趨于穩(wěn)定。當酶用量低于0.5%時,提油率升高顯著;酶用量達到0.5%時,提油率達到95%;酶用量超過0.5%后,提油率升高不明顯。因此,選擇最佳酶用量為0.5%。
酶用量為0.5%,酶解時間為3h,考察底物濃度對提油率的影響,結(jié)果見圖2。
圖2 底物濃度對提油率的影響Fig.2 The effect of substrate concentration on oil extraction rate
由圖2可知,隨著底物濃度的增大,提油率呈升高趨勢。當?shù)孜餄舛鹊陀?%時,提油率升高顯著;當?shù)孜餄舛葹?%時,提油率達到94%;當?shù)孜餄舛却笥?%時,提油率升高不明顯。因此,選擇最佳底物濃度為4%。
底物濃度為4%,酶用量為0.5%,考察酶解時間對提油率的影響,結(jié)果見圖3。
圖3 酶解時間對提油率的影響Fig.3 The effect of enzymolysis time on oil extraction rate
由圖3可知,隨著酶解時間的延長,提油率呈升高趨勢。酶解時間在2~4h時,提油率升高顯著;酶解時間為4h時,提油率達到95%;當酶解時間超過4h后,提油率升高不明顯。因此,選擇最佳酶解時間為4h。
所得茶籽油產(chǎn)品,經(jīng)檢測,各項指標均符合國家標準。
選擇超濾膜作為一級膜除雜,超濾膜工作參數(shù)為:進口壓力1.0MPa,出口壓力0.85MPa,溫度40℃,表面流速4.0m·s-1。將水相155L經(jīng)過纖維素脂超濾膜處理。測定膜通量、濃縮液及透過液的體積和檢測指標,結(jié)果見圖4和表1。
圖4 一級膜過程膜通量與時間的關(guān)系Fig.4 The relationship between membrane flux of first-stage and time
由圖4可知,隨著時間的延長,膜通量先升高后降低,然后趨于平緩;當時間超過70min后,超濾膜通量逐漸衰減。但在膜運行過程中,超濾膜通量衰減不顯著,說明超濾膜材料具有較好的親水性,膜對蛋白質(zhì)的吸引力很小,同時物料透過膜所受阻力也較小,膜通量較大且運行穩(wěn)定,可滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。
表1 一級膜除雜結(jié)果Tab.1The result of first-stage membrane for removing the impurities
由表1可知,經(jīng)過一級膜除雜,水相達到了較高的濃縮倍數(shù)19.75,平均膜通量為124.5L·h-1·m-2,茶皂素純度達到79%,雖有一定的損失,不過損失量較小,說明選擇超濾膜作為一級膜除雜,達到了預(yù)期的效果。
選擇納濾膜作為二級膜濃縮,納濾膜工作參數(shù)為:進口壓力2.0MPa,出口壓力1.8MPa,溫度35℃,表面流速4.0m·s-1。將透過液50L經(jīng)過聚偏二氟乙烯納濾膜處理。測定膜通量、濃縮液及透過液的體積和檢測指標,結(jié)果見圖5和表2。
圖5 二級膜過程膜通量與時間的關(guān)系Fig.5 The relationship between membrane flux of second-stage and time
表2 二級膜濃縮結(jié)果Tab.2 The result of second-stage membrane for enrichment
由圖5可知,在二級膜運行過程中,膜通量隨時間的延長逐漸衰減,但運行穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)拐點即快速衰減或突然無通量的情況,可滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。
由表2可知,經(jīng)過二級膜濃縮,一級膜透過液的濃縮倍數(shù)為9.8,平均膜通量為77.3L·h-1·m-2,茶皂素純度高達90%,說明選擇納濾膜作為二級膜濃縮效果理想。
選擇堿性蛋白酶對油茶籽仁進行酶解,酶用量(占原料比)為0.5%、底物濃度為4%、酶解時間為4h,經(jīng)三相離心,茶籽油的提取率高達95%,所得產(chǎn)品屬于純天然高級健康食用植物油,各項指標均符合國家標準。通過一級膜除雜、二級膜濃縮可制得具有高生物活性的天然茶皂素,且純度高達90%。表明生物法提取純天然茶籽油、膜分離技術(shù)聯(lián)產(chǎn)茶皂素是完全可行的,為純天然茶籽油及茶皂素的研究提供了一條新途徑。
[1]莊瑞林.中國油茶(第二版)[M].北京:中國林業(yè)出版社,2008:1-14.
[2]張星海,楊賢強.茶皂素性質(zhì)及應(yīng)用研究近況[J].福建茶葉,2003,(2):17-19.
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[4]GB/T 5009.6—2003,食品中脂肪的測定[S].
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