藺建學，徐 速，江連洲

（東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，哈爾濱 150030）

油料作物是以制取油脂為主要用途的一類作物，這類作物主要有大豆、花生、芝麻、油用亞麻、棉籽、蓖麻等，本文主要圍繞利用大豆制油的一些工藝與研究情況展開論述。我國種植大豆已有5 000年的歷史，目前是世界大豆第三大生產(chǎn)國。大豆，古稱菽，呈橢圓形、球形，顏色有黃色、淡綠色、黑色等，故又有黃豆、青豆、黑豆之稱。在我國油料作物中，大豆種植面積占全國油料作物總面積的60%，是我國最為重要的油料作物之一，其中哈爾濱、遼源、長春被稱作我國大豆的“三大倉庫”。大豆中脂肪含量約為15%～20%，其中不飽和脂肪酸占85%，亞油酸高達50%，且消化率高，還含有較多磷脂，在提取油脂的同時，還可以獲得高價值的副產(chǎn)物，是油脂制取的理想原料。

目前，我國油脂提取主要采用溶劑浸提與壓榨的工藝。壓榨法即不借助化學試劑，采用物理機械擠壓的方式將油脂從原料中提取出來，又分為冷榨與熱榨兩種工藝方式，兩者的差別在于熱榨是將物料在榨油前進行烘炒、蒸煮等熱處理，而冷榨沒有這些前處理過程，是將溫度控制在一定范圍內(nèi)進行的物理壓榨。溶劑浸提則是利用油脂可溶于有機溶劑的性質(zhì)，將油脂從原料中萃取出來。近年來，為提高油脂品質(zhì)和產(chǎn)率并獲得高質(zhì)量蛋白副產(chǎn)物，酶法提油成為了新的研究熱點，其原理是利用酶破壞大豆內(nèi)纖維素、脂蛋白復合體等，崩潰大豆組織結(jié)構，從而使油脂以自由態(tài)的形式存在，可以被更加容易的提取出來。其他處理工藝如膨化、超聲波處理、反膠束提油工藝也在油脂提取領域有所突破，為提油工藝的創(chuàng)新提供了許多支持?，F(xiàn)行常規(guī)制油熱榨工藝和有機溶劑萃取工藝雖然提取油的效率相對較高，但是都有各自的弊病[1]，本文介紹了幾種當前主要提油工藝的流程與原理，著重介紹了冷榨提油工藝的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并初步探討了提油工藝的發(fā)展趨勢，指出了當前幾種主要提油工藝的優(yōu)勢與缺陷，以期通過這種對比，進一步體現(xiàn)冷榨工藝的應用潛力與研究價值。

1 現(xiàn)行提油工藝簡介

1.1 溶劑浸出提油

凡是利用某些有機溶劑“溶解”油脂的特性，將料胚或者預榨油餅中的油脂提取出來的方法，都稱之為浸出法。浸出制油的方法比較先進，應用較為廣泛，并且效率也比較高，其原理是：應用固液萃取，選用能夠溶解油脂的有機溶劑，通過對油料的接觸(浸泡或噴淋)，萃取出其中的油脂成分，多采用預榨餅后再浸提的流程[2]。浸出提油的一般工藝流程如下：

油料→清理→烘干→料胚制備→溶劑浸出→毛油

浸出法提油是現(xiàn)行的工業(yè)化產(chǎn)油的方法之一，能較為完全的將油從油料作物中提取出來。但缺點是會損失一定油的風味物質(zhì)，且浸出的油色澤較深，需要進一步精煉，使用有機溶劑增加了工藝的繁瑣性，并且其三廢排放會對環(huán)境造成污染，溶劑殘留亦是最大的阻礙，不能滿足當前消費者對健康的需求，這些都限制了其進一步發(fā)展[3]。

1.2 壓榨提油

壓榨法提油即不借助化學物質(zhì)，利用機械力和物力方法將油料中的油擠壓出來的制油方法。按照提油設備來分，壓榨法提油有液壓機榨油和螺旋機榨油兩種。液壓榨油機又可以分為立式和臥式兩類，目前廣泛使用的是立式液壓榨油機。壓榨法存在出油率低、勞動強度大、生產(chǎn)效率低的缺點，并且由于榨油過程中有生坯蒸炒的工序，豆粕中蛋白質(zhì)變性嚴重，油料資源綜合利用率低。

1.2.1 熱榨 熱榨是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中除溶劑浸出油以外的主要制油方法，它所利用的原理是使用烘炒、蒸煮等辦法，最大限度的促使了蛋白的變性，然后對料胚進行物理擠壓提取其中的油，在現(xiàn)今資源問題日趨惡化的情況下，不利于資源的綜合利用，浪費了大量的優(yōu)質(zhì)蛋白，并且出油率不及浸出法高，所以其市場份額大概只有20%，但是其沒有溶劑殘留的優(yōu)點是得到廣泛認可的。壓榨花生油越來越得到注重飲食健康的消費者青睞，其一般工藝流程如下：

油料→清理→烘干→榨胚→烘炒→蒸胚→壓榨→粗制油

1.2.2 冷榨 冷榨的概念是在低于60℃的溫度下，借助機械力擠壓制油，與浸出法和熱榨的提油方法進行橫向比較，它不僅可以避免浸出法與溶劑、堿液、脫色白土等有害物質(zhì)的接觸，并且也在一定程度上克服了熱榨中油脂的有效成分遭到破壞的缺點，最大限度的保持了產(chǎn)品中的脂溶性營養(yǎng)成分。近年來，外國的眾多提油研究熱點也聚焦到了冷榨工藝上，并且結(jié)合酶法進行了技術創(chuàng)新，這是提油工業(yè)的最新探索[4]，并且已經(jīng)在某些油料品種上得到了小規(guī)模的中試成功。冷榨提油一般工藝流程如下：

油料→清理（風選、篩選、磁選）→調(diào)質(zhì)→脫皮→扎坯→坯片→冷榨→冷榨油

由于冷榨所得餅粕殘油量較高，所以產(chǎn)出餅粕一般還結(jié)合膨化浸出工藝，對餅粕進行二次提油。

1.3 酶法提油工藝

酶法提油工藝是最近油脂工業(yè)的研究熱點，因為酶反應專一、高效、反應條件溫和，對榨油后的油料餅粕蛋白理化性質(zhì)影響較小，保證了在提油的過程中，同時獲取高質(zhì)量的蛋白產(chǎn)品，有利于油料資源的綜合利用。酶法是在機械擠壓和溶劑浸出方法的基礎上，用酶制劑處理油料，破壞組織結(jié)構和大分子物質(zhì)，從而提高出油率的工藝。因各種油料的組織成分不同，所選取的酶制劑也有所區(qū)別，主要應用纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶、果膠酶等對油料作物進行前處理，達到浸提或者壓榨的工藝需求。

1.3.1 酶法提油的原理 在油料作物中，油脂的存在狀態(tài)主要是在油料細胞的內(nèi)部，或者與其他大分子物質(zhì)如多糖、蛋白形成復合物，構成脂多糖與脂蛋白等復合體，所以必須將細胞的組織結(jié)構加以破壞，并降解大分子物質(zhì)，才能有效的將油從油料作物中提取出來，酶法提油就是利用生物酶制劑，例如纖維素酶、果膠酶、蛋白酶、半纖維素酶等，破壞物料細胞壁與其中的脂蛋白等復合體，使得油脂得以充分釋放于細胞外，使油脂更易于提取的工藝方法[5]。已有資料報道，對大豆結(jié)構以及其中復合物進行處理，所用的酶有纖維素酶與半纖維素酶（破壞細胞壁）、果膠酶（破壞細胞膜）、阿爾法蛋白酶等[6]。

1.3.2 酶法提油工藝的分類 在酶法提油領域，至今已經(jīng)研究的工藝可分為四類：

（1）水相酶解提油工藝，即水酶法 水酶法是指采用能降解油料植物細胞壁的酶，或者對脂蛋白、脂多糖等大分子復合物具有降解作用的酶來處理油料，破壞組織結(jié)構，使得復合體酶解，創(chuàng)造有利的出油條件，同時借助水的作用，利用油料中非油成分對水和油親和力不同以及水油的密度差，將油提取出來。其一般工藝流程如下[7]：

油料→清理破碎→浸泡磨漿→熱處理→酶解→固液分離→液相沉淀→濃縮破乳→分離→油脂→蛋白

（2）水相酶解有機溶劑萃取提油工藝 水相酶解有機溶劑萃取提油工藝是在油料處理上與水酶法一致的，都是利用酶法崩潰細胞壁，并破壞大分子復合物，但是其提油工藝與水酶法不同，而類似于傳統(tǒng)的浸出法提油工藝，都是利用油溶于有機溶劑的特性，將其從油料作物中提取出來，其一般工藝流程如下：

油料→水磨→熱處理→酶解→己烷萃取→過濾（除固形物）→離心分離→有機相→回收溶劑→油脂

（3）油料低水分酶解溶劑冷浸出提油工藝 油料經(jīng)清理后破碎或軋坯，再經(jīng)熱處理滅酶。調(diào)整水分至25%～40%，加酶處理，酶解結(jié)束后干燥油料至水分15%左右，用己烷在室溫下浸出油脂，真空汽提回收溶劑。此法適用于油料果實和種籽的提油[8]。工藝路線如下：

油料→清理破碎或軋坯→熱處理→調(diào)整水分→加酶處理→干燥→己烷浸出→回收溶劑→油脂

（4）油料低水分酶解壓榨提油工藝 該方法與酶解冷浸出法工藝相似，不同處是油料酶解后干燥至更低的水分，然后進行冷榨得到油脂。該方法只適于油料種籽提油。工藝路線如下：

油料→清理破碎或軋坯→熱處理→調(diào)整水分→加酶處理→干燥→冷榨→油脂

2 國內(nèi)外冷榨提油工藝的研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

20世紀80年代開始，隨著生活水平與對自身健康的重視，歐洲掀起了一波綠色食品的革命，在油脂工業(yè)領域也發(fā)生了一場綠色工藝的革命，其中，冷榨工藝的發(fā)展最為令人矚目。

德國在冷榨制油工藝上具有領先的技術優(yōu)勢，20世紀80年代末，德國CIMBRIA SKET公司就同其他研究機構一同致力于油菜籽脫皮冷榨工藝和相應冷榨機的研究。提出冷榨工藝首先需要解決的有兩個問題：一是在無需進一步應用化學試劑精煉僅僅通過過濾的條件下達到食用油的質(zhì)量標準，這要求整個工藝在低溫下進行。二是冷榨工藝的配套設備，需要具有良好的可控性能與較高的生產(chǎn)效率，連續(xù)生產(chǎn)一年以上的時間而無需更換冷榨機榨螺和榨排。1991年，該公司成功研制出了具有較好性能的KP系列冷榨機，其冷榨設備可達到連續(xù)生產(chǎn)1.5～2年而無需更換榨螺和榨排[9]。

隨著生物科學技術的發(fā)展，酶法制油技術展現(xiàn)出了巨大的研究潛力。早在上世紀50年代就有人提出，應用酶處理油料作物，特別是油脂含量低的如大豆這類油料作物，可以大大提升其提油工藝效率，但因為經(jīng)濟因素阻礙了其進一步的探索研究，直至70年代后期，許多新酶種相繼投入到工業(yè)化生產(chǎn)中，成本不斷降低，這一技術才再一次被關注。Sugarman率先提出了水提取植物油的方法，以水作溶劑沿用濃縮蛋白的生產(chǎn)工藝從花生中同時分離出油和蛋白質(zhì)，此法是將研磨后的油料經(jīng)纖維素酶包含果膠酶系處理，提高花生油提油率與蛋白得率，經(jīng)過實驗得出，酶處理的最佳參數(shù)為：加酶量0.3%，酶解時間4 h，pH 6.4，反應溫度49℃；1972年，Rhee又進一步完善了此方法。近30年來，水提油工藝在國外先后應用于芝麻、棉籽、菜籽等油料，由于油料不經(jīng)熱處理，所提油脂質(zhì)量明顯提高，但此方法得油率較低，特別是含油量低的油料，如大豆胚芽等幾乎得不到油[10]。1978年，Adler-Nissen提出了大豆蛋白酶改性制備等電可溶水解蛋白工藝，為酶法分離大豆油與蛋白奠定了理論基礎。1979年，Olsen等將微生物蛋白酶Alcalase運用到大豆油和大豆蛋白質(zhì)的水法分離中，使油的得率接近60%，蛋白質(zhì)的得率接近40%[11]。1983年FullBook在蛋白水解過程中釋放出游離態(tài)的油。1986年，Mcglon等采用聚半乳糖醛酸酶、阿爾法淀粉酶、蛋白酶處理椰子漿，使蛋白提取率達到80%。2006年，Munishwar Nath Gupta等在酶法處理的基礎上[12]，結(jié)合了三相提油工藝，即同時添加丁醇與硫酸銨至預先制備的油料作物制成的漿體，將油脂從油料作物中萃取出來，其原理與溶劑浸提基本相同，采用該種工藝對芒果核、大豆、米糠油的提取進行了研究與對比，在對糊化了的油料進行酶解后，應用三相分離體系，得到大豆的提油率高達98%，其基本原理類似于現(xiàn)行的浸提工藝，但是其浸提溶劑應用的是丁醇而不是己烷，盡管該工藝的提油率較高，相對于其他浸提工藝有一定優(yōu)勢，但溶劑殘留問題仍然沒有得到解決。酶法技術的不斷完善不僅是自身的技術趨于成熟，同時也為冷榨工藝提供了先進的技術支持。

基于油料作物綜合利用的考慮，國外的研究方向主要集中于采用酶法與冷榨工藝相結(jié)合。比較有代表性的是Soto等人進行的一組對琉璃苣酶解冷榨的工藝研究。Soto等對酶法輔助冷榨提油進行了較為全面的工藝研究[13]，分別從選酶、水分、酶解時間、酶解溫度、壓榨時間等工藝方面進行了研究。他們采用Olivex（主要含果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶）和Celluclast（主要含纖維素酶、半纖維素酶）各50%的酶系進行處理，提高了琉璃苣油的出油率。其工藝方法是先將琉璃苣種子用手動螺旋研磨機使顆粒度在2mm左右，粉碎后的物料在100℃下熱處理20min，然后進行酶解，將酶解產(chǎn)物在40℃下真空干燥，再使用雙重壓榨設備，在榨膛壓力控制在49MPa、物料濕度保持在20%的條件下，每次壓榨20min，最終得到產(chǎn)品。

Soto等對水分含量的影響作出研究后指出，低水分可以增加酶的耐熱性，但高水分物料可以獲得更好的酶活性，從經(jīng)濟因素考慮，高水分總體來講是不利的，因為在壓榨前需要對物料進行干燥，而干燥會對種子結(jié)構造成破壞，較難控制，從而確定琉璃苣油的最佳提取水分含量為20%。通過對溫度的研究發(fā)現(xiàn)，55℃下酶解后油產(chǎn)量相對45℃酶解較低，這是由于55℃下可溶性糖的含量較高，這些糖類可能會在壓榨前的干燥階段產(chǎn)生焦糖化作用，阻礙細胞中油的釋放而降低出油率。對于壓榨時間的研究顯示，20min以上的壓榨效果并沒有明顯的增加出油率，這是由于較長時間的壓榨使得細胞內(nèi)的空隙阻塞，封閉了出油通路；另一種提油障礙是由于油滴可能吸附于植物的纖維質(zhì)上，不易提取造成的。所以研究者采用雙重壓榨與熱預處理的方式，在一定程度上減輕了這些問題。最終該種工藝在45℃、20%濕度、9 h酶解后，雙重壓榨的提油率高達95%。并且，由于纖維素的降解，形成了更有利于人體吸收的餅粕成分，提高了營養(yǎng)價值，是一種較為成熟的酶法輔助冷榨提油的工藝。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)在冷榨提油工藝上也取得了一定的進展，在設備方面，李文林等對于冷榨制油設備中存在的技術難題進行了研究，主要針對傳統(tǒng)的冷榨設備ZX10型、ZX18型、ZY24型單螺桿榨油機中存在的榨膛難以推進、餅粕不成形、出油率較低的問題，設計出了新型的SSYZ50型雙螺桿榨油機，提高了出油率與油脂質(zhì)量，并且擁有較穩(wěn)定的機械性能。冷榨菜籽油餅粕的殘油率僅為15%[14]。

王瑛瑤等對酶法提取花生中的油與蛋白質(zhì)進行了探索[15]，他們對酶法提油工藝進行了改進，加入了堿抽提處理工藝，并對提油后的乳化液與固體殘渣進行了二次提取，得出了較好的工藝方法，最終確定出水解溫度60℃、水解pH 9.5、料液比1