水酶法提取玉米胚芽油及回收蛋白质的方法 【技术领域】
水酶法提取玉米胚芽油及回收蛋白质的方法，属于水酶法提油工艺的技术领域。
背景技术
随着近代油脂生产技术的发展，玉米胚芽已成为资源丰富的价廉食用油料，玉米胚芽油是从玉米胚芽中提取的一种植物油。玉米胚芽占玉米重量的10-15％，玉米胚芽油则占玉米胚芽的50％左右。
玉米胚芽油含有肉蔻酸0.1-1.7％、棕榈酸8-12％、硬脂酸2.5-4.5％、油酸19-49％、亚油酸34-62％、亚麻酸0-2.9％，它的脂肪酸组成较好，绝大部分是不饱和酸。玉米胚芽油的“必需脂肪酸”含量相当丰富，在植物油中是较高的。同时，玉米胚芽油中的维生素A原、维生素D比一般植物油要丰富得多，此外，还含有生育酚和较多的磷脂。已有研究结果表明，玉米胚芽油具有降低血清胆固醇的作用，对肥胖症、高血脂、高血压、糖尿病及冠心病患者有功效。
玉米的蛋白质主要是醇溶蛋白和谷蛋白，各占40％左右；赖氨酸和色氨酸含量较低，是限制性氨基酸。玉米胚芽中的蛋白质大部分是白蛋白和球蛋白，其氨基酸组成与鸡蛋白相似，具有较高的营养价值。由此可见，玉米胚芽不仅是重要的油料资源，也是很好的蛋白质资源。
传统分离油料中油和蛋白质的方法有压榨、浸出等方法，即先从油料中提取油，再从所得饼粕中提取蛋白质的两步工艺路线。这些方法虽然提油率较高，但提油过程都不同程度引起蛋白质的变性，从而影响其营养价值和功能性质，而溶剂浸出需脱除溶剂过程，设备多，投资大，污染重。随着近代油脂工业的发展，人们又探索一种新的提油方法-水提法。水提法是用水和稀碱液溶解油料中的可溶性蛋白质、糖类等物质，继而调节溶液pH值至蛋白质等电点，通过离心，喷雾干燥等步骤分离油和蛋白质的一种分离方法。在水提地过程中，常常添加蛋白酶，以提高蛋白质的提取率。
虽然水提法比传统的压榨法、浸出法有着独特的优点，能将油和蛋白质同时分离，且温和的加工条件使蛋白质保持较高的营养价值和功能性质，又使色素及其他有毒物质溶于水而除去。但水提法对油料施加的机械剪切力和压力不足以彻底破坏植物组织细胞壁而导致出油率低、蛋白质回收率不高，尤其是用于含油量较低的油料种子时出油率很低，部分油与蛋白质结合，使产品极易氧化酸败。植物油料细胞的油脂一部分以极小的液滴呈游离形式分布于蛋白质和其他物质形成的凝胶网孔中，大部分以脂类体的形式存在。脂类体的外层是蛋白质亲水基团构成的边界膜，里层则卷曲着疏水基团，油脂与这些疏水基团相结合被蛋白质包围。只有将油料组织的细胞结构及脂类体破坏，才能提取其中的油脂。因此，探索如何彻底破坏油料组织的细胞结构和脂类体是提高出油率、降低蛋白质中残油率的关键。
纵观国内外，目前对水酶法从玉米胚芽中提油的研究还是较少的，并且油的得率较低，生产成本较高而不能满足市场的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种水酶法提取玉米胚芽油及回收蛋白质的方法。在确定酶法提油工艺路线的基础上，通过优化工艺获得较高的游离油提取率，同时回收优质的蛋白质和碳水化合物，使玉米胚芽油的生产成本进一步降低，以合适的价格满足市场对玉米胚芽油的需求。
本发明的技术方案：以玉米胚芽为原料，经稀柠檬酸溶液浸泡热处理、沥干、加水磨浆、酶解、离心得到游离玉米胚芽油；将沥干后所得之浸泡液和离心后所得之水解液混合经过纳滤、真空浓缩、喷雾干燥回收得到蛋白质和碳水化合物。
具体工艺为：
浸泡热处理：以解冻后的含水40-60％湿玉米胚芽为原料，浸泡于0.005-0.02mol/L的柠檬酸溶液中，料液kg/L比为，折合干基计玉米胚芽：柠檬酸为1∶5-7；热处理温度为110-125℃，热处理时间为60-70分钟。
所用原料湿玉米胚芽经过冻结—解冻反复两次，能使提油率达到87-91％。这是由于在冻结过程中，细胞内大量水分向细胞间隙外逸，细胞内的组分浓度会因此而增加。细胞与细胞间隙内的冰晶体颗粒愈长愈大，冰晶体愈粗大，细胞组织愈易受伤，这样里面的油脂易于释出。
解冻的湿玉米胚芽以1∶6(干物质kg/L)的比例浸泡于稀柠檬酸溶液中，于高温蒸煮处理。经过热处理可溶性固形物含量明显提高。可溶性固形物溶出量越多，酶解液中的游离油提取率越高。原因是在热处理的过程中，细胞中一部分可溶性物质溶入水中，溶出越多，则细胞组织结构越疏松，在随后的酶解过程中，酶与底物的接触面越大，酶解也就越易进行，细胞组织结构破坏的程度也就随之越大，从而表现在游离油提取率随可溶性固形物溶出量增加而提高。
沥干：冷却后用过筛沥干，沥干物用于下道工序加水磨浆处理，沥干后所得之浸泡液用于回收蛋白质处理。
加水磨浆：将沥干物加水，料水质量比为干基计原料：水为1∶5-7，用砂盘淀粉磨打浆两遍。
酶解：磨浆后物料加干基计原料量2-3％的酸性蛋白酶，在pH3-3.5，温度35-45℃，酶解6-8小时；再升温至45-55℃，调节pH至4.5-5.5，加入干基计原料量1-2％的纤维素酶，酶解10-14小时。
采用2-3％(酶/干玉米胚芽)酸性蛋白酶结合1-2％(酶/干玉米胚芽)纤维素酶的酶解工艺，游离油得率可达到87％-91％。单一的纤维素酶对提高出油率作用有限，原因是植物细胞壁是以纤维素为骨架，并与半纤维素、果胶及少量蛋白质等大分子结合而成，因此纤维素酶无法使植物细胞壁彻底崩溃。采用复合酶系处理，油脂收率会明显的提高。蛋白酶对蛋白质的水解作用，对细胞中的脂蛋白或者由于在磨浆制油工艺过程中磷脂与蛋白质结合形成的包络于油滴外的一层蛋白膜进行破坏，从而达到使油脂释放出来的目的。因而蛋白酶和纤维素酶结合在一起能很好的破坏细胞壁，从而使油脂能顺利的释放出来。
离心：酶解液直接离心，分离得到游离油、乳化层、水解液和残渣，乳化层再次离心分离得到游离油，合并所得游离油即得到玉米胚芽油；离心后所得之水解液用于回收蛋白质。
回收蛋白质和碳水化合物：将沥干后所得之浸泡液和离心后所得之水解液混合经过纳滤，截留相对分子质量大于150Da的物质，再经真空浓缩、喷雾干燥回收得到蛋白质和碳水化合物粉末。
分析方法
蛋白含量的测定：凯氏定氮法(GB5009.5-85)；
脂肪含量的测定：索氏抽提法(GB5009.6-85)；
水分含量的测定：直接干燥法(GB5009.3-85)；
灰分含量的测定：灼烧重量法(GB5009.4-85)；
粗纤维的测定：酸性洗涤法；
灰分的测定：重量法；
还原糖的测定：DNS法；
碳水化合物的测定：碳水化合物(％)＝100-(水分+粗蛋白质+灰分+粗脂肪+粗纤维)×100
蛋白粉相对分子质量的测定：采用凝胶过滤色谱法测定蛋白粉的相对分子质量的分布。其基本条件如下：凝胶材料，SephadexG-25；柱体积，Φ1.6×100cm；洗脱剂，0.2mol/L磷酸缓冲液pH7.4；洗脱液体积流量，16ml/h；检测波长，220nm。标准分子质量物质：谷胱甘肽，相对分子质量307Da；VB12，相对分子质量1354Da。
游离油的得率：
m1：游离油重(g)，m2：玉米胚芽干重(g)，f：干玉米胚芽中脂肪质量分数(％)。
本发明的有益效果：传统的压榨法和浸出法，它们虽然出油率高，但提油过程不同程度引起蛋白质的变性，从而影响其营养价值和功能性质，且溶剂浸出需脱溶剂过程，设备多，投资大，污染重。水酶法提油工艺是一种新兴的提油方法，与传统工艺相比，水酶法提油工艺具有以下明显的优点：
1.设备简单，操作安全，污染少；
2.可以提高出油效率，而且所得到的游离油质量较高，易于精炼；
3.酶法处理条件温和，玉米胚芽经脱脂后还可回收大部分蛋白质和碳水化合物；
4.油与残渣易分离，如采用三相离心机分离油、水解液和残渣，可大大提高设备处理能力；
5.生产过程相对能耗低，废水中BOD与COD值大为下降，易于处理；
6.湿法生产的玉米胚芽水分高达50％，可直接用于酶解提油。
由此可见水酶法预处理制油技术具有广泛的应用前景。
【具体实施方式】
实施例1
称取水分含量为54.44％的湿玉米胚芽6585.30g(干玉米胚芽为3000g)浸泡于18L的0.01mol/L的柠檬酸溶液中，于YX-400A双层立式电热蒸汽消毒器中进行热处理，控温于120℃，处理65min，沥干，沥干物以1∶6(干基计)的料水比加水用砂轮磨磨两遍。在自然pH值(范围约3～3.5)、40℃下加入2.5％(酶/干物质)的酸性蛋白酶，酶解7h；升温至50℃，调节pH值于5.0，加入1.5％(酶/干物质)的纤维素酶，酶解12h。直接离心，离心后得到游离油、乳化层、水解液及残渣，计算游离油的得率，可达到87-91％。
把离心得到的水解液与沥干后得到的浸泡液合并，用截流相对分子质量150Da，有效膜面积为2.6m2的纳滤膜进行纳滤。纳滤系统：NF 200-2540膜元件，南京久吾膜公司生产的卷式纳滤膜，膜材是芳香族聚酰胺，截流相对分子质量大于150Da的物质，有效膜面积为2.6m2，pH值适用范围3-11，最大操作压力为4×106Pa，最高操作温度为40℃。纳滤条件：进口压力1.0MPa，出口压力0.8MPa。截流液再经旋转真空浓缩，接着喷雾干燥就可得到蛋白质和碳水化合物粉末。