摘要 [目的]研究除去茶堿后使用水酶法進(jìn)行提油的工藝條件。[方法]采用單因素試驗(yàn)，研究酶的種類(lèi)、酶解溫度、酶濃度、酶解時(shí)間、料液比對(duì)出油率的影響。[結(jié)果]最佳工藝條件是：采用蛋白酶，酶解溫度50 ℃，酶濃度在2%～3%，酶解時(shí)間4 h，料液比1.0∶5.5，出油率可達(dá)51.9%。[結(jié)論]該研究為茶油的綜合開(kāi)發(fā)利用提供新途徑。

關(guān)鍵詞 茶堿;水酶法;蛋白酶;出油率

中圖分類(lèi)號(hào) TS225.1+6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）11-0166-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.047

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract [Objective] The research aimed to study the process conditions for extracting oil by aqueous enzymatic method after removing theophylline.[Method]The single factor test was used to study the effects of enzyme type， enzymolysis temperature， enzyme concentration， enzymolysis time and solidliquid ratio on oil yield.[Result]The optimum conditions were as follows： protease， enzymolysis temperature 50 ℃，enzyme concentration 2% - 3%， enzymolysis time 4 h， solidliquid ratio 1.0∶5.5， oil yield up to 51.9%.[Conclusion]This research provides a new way for the comprehensive development and utilization of tea oil.

Key words Theophylline;Aqueous enzymatic;Protease;Oil yield

基金項(xiàng)目 廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2016A030307018）。

作者簡(jiǎn)介 張衛(wèi)國(guó)（1976—），男，河南周口人，教授，博士，從事食品科學(xué)與工程/酶工程研究。

收稿日期 2018-11-12

茶油樹(shù)是我國(guó)特有的一種油料作物，其果實(shí)是有堅(jiān)硬外殼的油茶籽，果仁含有豐富的油脂，經(jīng)過(guò)一定加工工藝提取出來(lái)的油脂叫茶油。茶油透明、色淺、味香，其脂肪酸主要由油酸、亞油酸和少量的脂肪酸組成，其中油酸含量達(dá)74%～89%，不飽和脂肪酸含量達(dá)90%以上，脂肪酸含量與橄欖油相近，有“東方橄欖油”之稱(chēng)。茶油含有豐富的角鯊烯、維生素和茶多酚等功能性物質(zhì)，因此茶油也有降血壓、降血脂、預(yù)防心血管硬化以及預(yù)防癌癥的保健功效[1]。

目前，我國(guó)茶油的生產(chǎn)主要應(yīng)用于食用油，部分用于化妝品用油和醫(yī)藥用油。隨著科研人員對(duì)茶油產(chǎn)品的不斷深入研究，公眾對(duì)茶油營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值有了更深的了解，開(kāi)發(fā)具有高附加值的化妝品和醫(yī)藥產(chǎn)品成為未來(lái)的重要發(fā)展方向?，F(xiàn)在企業(yè)普遍采用的是壓榨法，或者是“預(yù)榨浸出法”就是先對(duì)茶籽進(jìn)行壓榨再用有機(jī)溶劑提取。使用壓榨法處理后茶油的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)嚴(yán)重變性，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也會(huì)降低，副產(chǎn)品利用水平也會(huì)大大降低，浸出法是使用有機(jī)溶劑，提取過(guò)程會(huì)有殘留，降低了生產(chǎn)安全性，也對(duì)環(huán)境造成了污染。除了這2種方法可以用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)外，其他方法還處在實(shí)驗(yàn)室階段，有待進(jìn)一步的探索，不同的提取方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其出油率和油脂的質(zhì)量有一定的差異[2-4]。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)不同油料作物的水酶法提油進(jìn)行了大量研究[5-7]，水酶法提油條件溫和，不會(huì)破壞蛋白質(zhì)，提取的油品酸值、磷脂含量、過(guò)氧化值較低，離心分離后得到的水層和渣中含有可溶性多糖、蛋白質(zhì)和茶皂素等可回收利用物質(zhì)，相對(duì)于傳統(tǒng)工藝減少污水和廢棄物產(chǎn)生，生產(chǎn)工藝符合綠色生產(chǎn)和綜合利用的發(fā)展理念[8]。水酶法原理是將油茶籽機(jī)械破碎后，使用具有不同分解功能的酶破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)或細(xì)胞酶的生物大分子，使油脂更易于從油料細(xì)胞中釋放出來(lái)，利用非油組分與水和油的親和力的差異，以及水油的比重差異達(dá)到分離的目的[9]。水酶法提取茶油，作用條件溫和，不使用有機(jī)溶劑，不需要升溫加壓，減少對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的破壞，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求較低，副產(chǎn)品的回收利用率高，油脂品質(zhì)好[10]。筆者在提取茶堿之后，探索影響出油率的主要因素，對(duì)油茶籽水酶法生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，為茶油的綜合開(kāi)發(fā)利用提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

食用乙醇、油茶籽、蛋白酶、纖維素酶。

1.2 主要儀器、設(shè)備

植物粉碎機(jī)、恒溫水浴鍋、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、電子分析天平。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 提取茶堿。

稱(chēng)取油茶籽仁50 g置于燒杯中，用量筒量取100 mL 80%食用乙醇，以料液比（1∶2）將油茶籽和水混合，然后放進(jìn)打漿機(jī)中連續(xù)打漿20 min，取出漿液，補(bǔ)加80%食用乙醇200 mL，混合后的漿液置于恒溫水浴鍋中50 ℃水浴2 h，收集茶渣，放在100 ℃烘箱中烘干，得到干茶渣。

1.3.2 水酶法制取油茶籽油過(guò)程。

于恒溫水浴鍋中90 ℃水浴10 min，使茶渣中的酶失活，取出置于室內(nèi)，茶渣溫度降至室溫后，調(diào)節(jié)pH，將其置于冷凍恒溫振蕩器中，在設(shè)定的酶解時(shí)間和酶解溫度下進(jìn)行酶解，反應(yīng)完成后將其置于恒溫水浴鍋在90 ℃條件下水浴10 min滅酶，10 000 r/min離心30 min，收集殘?jiān)鼫y(cè)定殘?jiān)暮土?，?jì)算出油率。出油率=出油量/[膨化后渣×（1-水分含量）]×100%、水分含量=渣中水的質(zhì)量/渣的質(zhì)量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶的種類(lèi)

固定酶濃度為2%，料液比為1∶5，酶解溫度50 ℃，酶解2 h，粉碎度為80目，酶解pH 8.5，分別使用纖維素酶和蛋白酶在相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行反應(yīng)。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蛋白酶和纖維素酶的出油率分別為51.8%和45.3%，蛋白酶的出油率高，說(shuō)明蛋白酶的作用效果比較明顯。這是因?yàn)樵谟筒枳鸭?xì)胞中大部分油脂通常是與蛋白質(zhì)和碳水化合物等大分子結(jié)合，構(gòu)成脂多糖、脂蛋白等復(fù)合體，蛋白膜將油脂包絡(luò)，把油脂束縛在其凝膠網(wǎng)絡(luò)中。部分油脂分布在主要由蛋白質(zhì)構(gòu)成的細(xì)胞質(zhì)膜包圍之中，油脂體分布于蛋白質(zhì)體之間，蛋白質(zhì)也是構(gòu)成細(xì)胞膜的重要成分。在蛋白酶的作用下，細(xì)胞結(jié)構(gòu)和脂蛋白、脂多糖等脂類(lèi)復(fù)合體破壞分解，被蛋白膜包絡(luò)的油脂被釋放出來(lái)。加入纖維素酶主要作用是破壞了細(xì)胞壁，因?yàn)榧?xì)胞壁是以纖維素為骨架，D-葡萄糖殘基以β-1，4-糖苷鍵連接形成了纖維素，酶解纖維素不能讓被多糖大分子物質(zhì)包裹的油脂充分釋放出來(lái)。提取過(guò)程中蛋白質(zhì)的起泡性和乳化性也會(huì)阻礙油脂的提取，所以使用蛋白酶的出油率比使用纖維素酶的出油率高。

2.2 酶濃度對(duì)出油率的影響

固定料液比為1∶5，酶解溫度50 ℃，酶解2 h，酶解pH 8.5，粉碎度為80目。蛋白酶用量對(duì)出油率的影響如圖1所示。由圖1可知，隨著酶用量的增加，出油率呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，達(dá)到最大值后，開(kāi)始下降，達(dá)到一定濃度后開(kāi)始緩慢上升。酶濃度低于2%，出油率顯著上升，在2%～3%達(dá)到出油率最大值，那是因?yàn)殡S著酶濃度上升，更多的酶與底物充分接觸，加快了反應(yīng)速度。當(dāng)酶濃度大于3%時(shí)，呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，但是最佳濃度不會(huì)出現(xiàn)在大于3%的區(qū)間段，因?yàn)殡S著酶濃度的提高，茶皂素和蛋白質(zhì)不斷溶解出來(lái)，形成穩(wěn)定的乳狀液，使油更難提取，也會(huì)增加生產(chǎn)成本?？紤]到生產(chǎn)工藝對(duì)水的消耗以及工藝水回收副產(chǎn)品，從環(huán)保和生產(chǎn)成本方面考慮，酶的最佳濃度為2%～3%。

2.3 酶解時(shí)間對(duì)出油率的影響

固定酶濃度為2%，料液比為1∶5，酶解溫度50 ℃，粉碎度為80目，酶解pH 8.5，探討酶解時(shí)間對(duì)出油率的影響。從圖2可看出，當(dāng)酶解時(shí)間在1～2 h時(shí)，出油率隨著酶解時(shí)間的增加呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，出油率由47.3%增加至51.4%，4 h出油率達(dá)52.1%，酶解時(shí)間延長(zhǎng)至4 h以后出油率增長(zhǎng)不明顯，推測(cè)出現(xiàn)這種情況的原因與油茶籽的成分有關(guān)系，蛋白酶在破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和脂類(lèi)復(fù)合體釋放油脂的同時(shí)，油茶籽中含有的少量茶皂素也會(huì)溶解出來(lái)，蛋白質(zhì)和茶皂素會(huì)與油脂作用，將油脂包裹在固形物中，出油率出現(xiàn)緩慢的增長(zhǎng)，可見(jiàn)在此條件下最佳的酶解時(shí)間為4 h。

2.4 酶解溫度對(duì)出油率的影響

固定酶濃度為2%，料液比為1∶5，酶解2 h，粉碎度為80目，酶解pH 8.5，探討酶解溫度對(duì)出油率的影響，其結(jié)果如圖3所示。酶的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的性質(zhì)，蛋白質(zhì)性質(zhì)極易受到溫度的影響，會(huì)影響酶的作用效率，因此出油率受到溫度的影響很大。在50 ℃以下，出油率隨著酶解溫度的增加呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，溫度達(dá)到50 ℃時(shí)出油率達(dá)51.6%，這是因?yàn)闇囟仍黾拥浇咏傅淖罴炎饔脺囟龋译S著溫度的增加，分子的動(dòng)能也增加了，分子熱運(yùn)動(dòng)程度加劇，酶與底物接觸幾率增加，使反應(yīng)朝著有利于酶解方向進(jìn)行。當(dāng)溫度高于50 ℃時(shí)，出油率隨著溫度的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，溫度達(dá)60 ℃時(shí)出油率達(dá)49.8%，因?yàn)闇囟仍黾拥揭欢ǔ潭群?，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，可知酶的中心結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，酶的催化活性會(huì)喪失，出油率受到影響，呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

2.5 料液比對(duì)出油率的影響

固定酶濃度為2%，酶解2 h，酶解pH 8.5，粉碎度為80目，酶解溫度50 ℃，探討料液比對(duì)出油率的影響，其結(jié)果如圖4所示。在一定區(qū)間范圍內(nèi)出油率隨著料液比的增大而呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在1∶5～1∶6達(dá)到最大值，在此階段底物濃度隨著料液比的增大而降低，酶與底物接觸幾率增大，反應(yīng)速度加快，使出油率快速提高;料液比達(dá)到1∶6之后出油率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這時(shí)反應(yīng)體系底物濃度降低，不利于酶與底物接觸，減弱了酶的作用效果?？紤]在生產(chǎn)加工過(guò)程中對(duì)水的消耗、廢水的處理與排放以及后續(xù)的生產(chǎn)工藝，可以推算出最佳料液比為1.0∶5.5。

3 總結(jié)與討論

一般水酶法提取茶油是先把茶油提取出來(lái)，然后再提取茶皂素洗液、茶籽多糖等副產(chǎn)品，該研究的方法是先提取茶堿再進(jìn)行提油，優(yōu)化提油的加工工序，提高了茶堿的提取效率，減少了茶堿在茶油中的殘留量，使原水酶法工藝生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的發(fā)泡和乳化現(xiàn)象大大減少，一定程度上提高了出油率。

單因素試驗(yàn)表明，酶的種類(lèi)、酶濃度、酶解時(shí)間、酶解溫度、料液比對(duì)水酶法提取茶油的出油率有顯著影響。蛋白酶

試驗(yàn)效果較好，纖維素作用效果較差，因?yàn)樵谟筒枳蜒心ミ^(guò)程中蛋白質(zhì)與磷脂結(jié)合形成了一層蛋白膜包絡(luò)與油滴外，部分蛋白質(zhì)與脂質(zhì)結(jié)合成脂蛋白，蛋白酶對(duì)蛋白膜和脂蛋白進(jìn)行破壞使油脂被釋放出來(lái);纖維素酶是分解植物細(xì)胞壁纖維素骨架，破壞細(xì)胞壁，所以蛋白酶使用效果好;蛋白酶的最佳使用濃度在2%～3%;最佳酶解時(shí)間為4 h;酶的最適作用溫度為50 ℃，溫度高于或低于酶的最佳作用溫度會(huì)影響酶作用效率甚至?xí)姑竼适Щ钚?最佳料液比為1.0∶5.5，在此狀態(tài)下，底物與酶的作用效率最高。

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