CN106947591A - 一种利用多频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用多频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法，属于油脂加工技术领域。本发明主要实施步骤为：（1）菜籽油升温；（2）调节pH值；（3）多频超声波酶解；（4）升温灭酶；（5）油水渣相分离。采用适度的多频超声处理不仅提高了磷脂酶的催化效率，缩短了磷脂酶脱胶时间，而且降低了脱胶过程中的加水量和加酶量。该方法解决了传统酶法脱胶方法的脱胶时间长、加水和加酶量高的缺陷，此外，该方法设备相对较简单，且投资成本低，可实现工业化生产。本发明为多频超声波酶法脱胶方法在工业上的推广应用提供了依据。

Description

一种利用多频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法
技术领域
本发明涉及一种利用多频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法，涉及食品加工技术领域，具体是属于油脂精炼加工技术领域。
背景技术
油菜籽经压榨或者浸出所得到的油称为毛油，毛油中的主要成分为甘油三酯，此外，还含有很多的杂质，如蛋白质、磷脂、色素和游离脂肪酸等，通常不能直接食用，需要经过一系列的油脂精炼工序（脱胶、脱酸、脱色和脱臭，简称“四脱”），使毛油的各项指标达到国家标准后，才能供人们食用。其中，脱胶是油脂精炼的第一个工序，其主要目的是脱除菜籽毛油中的胶质，包括磷脂、蛋白质和其他粘液质的混合物。在脱胶过程中，磷脂为主要被脱除的对象，若磷脂没有脱除到合适的范围内，对油脂后续脱酸、脱色和脱臭的精炼过程造成非常不利的影响，不仅导致精炼的时间延长和难度加大，而且严重降低精炼油的品质。
传统的脱胶方法主要分为水化脱胶和酸法脱胶。水化脱胶是将一定量的水或者电解质稀溶液添加到毛油中，从而脱除毛油中的水化磷脂，然而毛油中的非水化磷脂不能脱除，脱胶后油脂中的含磷量仍在80~200 mg/kg范围内；酸法脱胶是在毛油中添加一定量的酸，可将毛油中的非水化磷脂转变成水化磷脂，然后通过加水将其脱除，虽然脱胶效果比水化脱胶法好，然而脱胶后油脂的磷含量依然在15-80 mg/kg的范围内。两种方法均未满足后续精炼对油脂中磷含量（<10 mg/kg）的要求。
新型的脱胶方法有超临界CO2脱胶、超滤脱胶、吸附脱胶和酶法脱胶等。虽然前三种脱胶方法在脱胶效果上有了很大程度的提升，但是每种脱胶方法都存在各自的缺陷，如超临界CO2脱胶方法存在设备投资高、能耗高、且处理能力有限等问题，超滤脱胶方法存在膜使用成本高的问题，吸附脱胶方法中的吸附材料与不同油脂之间的匹配性难以解决的问题，这些缺陷限制了此三种脱胶方法在工业上的应用。
酶法脱胶是将磷脂酶用于油脂脱胶的过程中，不仅脱胶效果好，而且脱胶过程中性油损失少，油脂得率高，是一种绿色环保、适用范围广且能为企业创造高经济效益的脱胶方法。郑有涛等（发明专利号：201610544806.6）公开了一种大豆毛油的酶法脱胶方法，该发明是将磷脂酶C与大豆毛油按照一定比例混合，在酶反应罐中静置反应180~280 min，而后进行再灭酶和脱去胶质处理，最终大豆油的含磷量大幅下降，且得油率高于98%。于殿宇等（发明专利号：201310390197.X）公开了一种用固定化磷脂酶A1对大豆混合油脱胶的方法，通过响应面优化出了反应温度、反应起始pH、固定化磷脂酶A1添加量以及反应时间等不同脱胶条件的最优参数，通过6 h的酶反应，最终大豆油中的含磷量降至9.62 mg/kg。江连洲等（发明专利号：201310390202.7）公开了一种用固定化磷脂酶A2对大豆混合油脱胶的方法，通过响应面优化出了反应温度、反应起始pH、固定化磷脂酶A2添加量以及反应时间等不同脱胶条件的最优参数，通过7 h的酶反应，最终大豆油中的含磷量降至11.56 mg/kg。从以上研究中不难看出，酶法脱胶具有很好的脱胶效果和很高的得油率，然而，酶法脱胶的反应时间较长，一般都在5 h左右，因而增加了酶法脱胶的生产成本，限制了该方法在油脂脱胶工业中的应用。
磷脂酶催化水解磷脂的反应一般是在油水界面处进行的，酶催化效率受到油水界面面积的影响；此外，酶反应效率还取决于传质效率和酶分子的构象。超声波作为一种机械波，广泛应用于食品加工中的各个单元操作中，超声波对酶的作用效果分为两类：①较低强度的超声处理可导致酶分子能量的增加和介质温度的升高，引起酶分子构象的微小变化，使酶分子的超微结构更合理，从而表现出较高的催化活性；②在较高强度的超声作用下，酶分子的能量进一步加大，构象进一步改变，趋向于不合理，导致酶分子本身的催化活力受到阻碍，从而表现为酶的失活。因此，控制合适的超声波强度，可以显著提高酶的催化能力。此外，超声波空化效应产生的空化气泡，在不互溶的两相边界破裂时，增加了酶催化反应的界面面积；并且空化气泡破裂形成的微射流对溶液产生了很强的搅拌和剪切作用，也增加了酶的传质效率。因此，从理论上分析，超声波作用不仅可以提高酶法脱胶的效率，缩短脱胶的时间，而且可以提高脱胶的效果。
黄凤洪等（发明专利号：200610019311.8）公开了一种超声波强化生物酶油脂脱胶的方法，该方法通过对生物酶处理油脂阶段和生物酶处理结束后的低水量水化阶段进行超声波辐射，不仅显著提高了油脂的脱胶效果，而且减少了生物酶的用量。江南大学博士蒋晓菲（博士论文题目：磷脂对食用油品质的影响及酶法脱胶技术的研究）采用超声清洗槽辅助酶法脱胶，结果显示，超声作用不仅降低了酶法脱胶的反应时间，而且提高了酶法脱胶的效果。然而，此发明专利和论文所采用的超声波均属于单频超声波处理。众所周知，超声波属于一种声波，声波只有在共振的情况下，才能达到最佳的作用效果。油脂物料是由多种组分共同组成的复杂体系，固定的超声频率（单频超声）难以激发物料产生与其自身固有频率相匹配的共振频率，因此很难充分发挥超声波最佳的作用效果。针对这个问题，华南理工大学丘泰球教授（发明专利号：200610124003.1）发明了一种三频超声提取装置及其使用方法，该方法采用三种频率超声（即多频超声）同时工作，并证实了三频超声对中草药有效成分的提取效率明显高于单频超声。然而，截至目前，关于多频超声技术在酶法脱胶过程中的应用尚未报道。因此，本发明将多频超声波与菜籽油酶法脱胶相结合，显著提高菜籽油酶法脱胶效果的同时，降低脱胶的时间，以期为多频超声酶法脱胶的工业化应用提供依据。
发明内容
在菜籽油的酶法脱胶过程中，为了提高磷脂酶的催化效率，缩短磷脂酶脱胶时间，降低脱胶过程中的加水量和加酶量，本发明采用多频超声波技术与磷脂酶结合的方法对菜籽油进行脱胶处理。
本发明的技术方案，一种利用多频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法，按照下述步骤进行：
(1) 菜籽油升温：将炒制后热轧得到的菜籽毛油升温至75℃；
(2) 调节pH值并加入磷脂酶：在升温后的毛油中先加入质量占毛油总重量0.3%、质量浓度为40%的柠檬酸溶液，在75℃温度和300 r/min搅拌的条件下反应20 min，随后将温度降至35℃，用质量浓度为15%的NaOH溶液将菜籽毛油反应体系的pH值调至5.0，再加入去离子水和磷脂酶A1；
(3) 多频超声波酶解：将上述反应体系放在多频超声波处理装置中，进行超声辅助酶解，酶解时间为30~90 min，搅拌转速为300 r/min。
(4) 升温灭酶；将酶解后的菜籽毛油升温至90℃，保持10 min灭酶；
(5) 油水渣相分离：将灭酶后的菜籽油放在离心机中，在8000 r/min的转速下离心10min，收集上层油层，在0.09 MPa，80℃的条件下旋转蒸发，得到脱胶菜籽油。
其中步骤（2）中去离子水质量占毛油总重量的2%。
其中步骤（2）中磷脂酶A1和毛油重量的比例为20 mg磷脂酶A1/ kg毛油。
其中步骤（3）中酶解温度位50℃，多频超声波的频率组合为20 ~70 kHz两两组合或者三种同时组合，脉冲工作模式为工作10 s /停止5 s。
本发明的优点：
本发明利用多频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法，其中超声处理可导致磷脂酶分子能量的增加和介质温度的升高，引起酶分子构象的微小变化，使酶分子的超微结构更合理，从而表现出更高的催化活性；并且，超声波空化效应产生的空化气泡，在不互溶的两相边界破裂时，增加了酶催化反应的界面面积，因此，采用多频超声处理，增强了菜籽油的脱胶效果，大大缩短了脱胶的时间，减少了磷脂酶的使用量。此外，由于将多频超声波和酶法脱胶相结合，很大程度上促进了毛油中胶质的脱除，从而减少了水的添加，相应地也降低了精炼废水的产生量，这不仅降低了工厂的污水排放量，而且对环境的保护也起到了积极作用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容和宗旨，以便更好地将本发明推广应用。
对比例1：菜籽油加水脱胶效果
(1) 菜籽油升温：将炒制后热轧得到的菜籽毛油（初始含磷量为467.32±4.79 mg/kg）升温至75℃；
(2) 调节pH值：在升温后的毛油中先加入质量占毛油总重量0.3%、质量浓度为40%的柠檬酸溶液，在75℃的温度和300 r/min搅拌的条件下反应20 min，随后将温度降至35℃，加入一定量浓度为15%的NaOH溶液，将菜籽毛油反应体系的pH值调至5.0，再加入质量为毛油重量2%的去离子水；
(3) 将上述反应体系放在多频超声波操作***中（不开启超声波），设置温度50℃，时间为90 min，搅拌转速为300 r/min；再将油脂升温至90℃，保持10 min；
(4) 油水渣相分离：将灭酶后的菜籽油放在离心机中，在8000 r/min的转速下离心10min，收集上层油层，在0.09 MPa，80℃的条件下旋蒸，得到脱胶菜籽油。
经分析，菜籽毛油经过加2%水后，所得的脱胶菜籽油的磷含量分别为：48.56±2.63 mg/kg。
对比例2：菜籽油的酶法脱胶效果
(1) 菜籽油升温：将炒制后热轧得到的菜籽毛油（初始含磷量为467.32±4.79 mg/kg）升温至75℃；
(2) 调节pH值：在升温后的毛油中先加入质量占毛油总重量0.3%、质量浓度为40%的柠檬酸溶液，在75℃的温度和300 r/min搅拌的条件下反应20 min，随后将温度降至35℃，加入一定量浓度为15%的NaOH溶液，将菜籽毛油反应体系的pH值调至5.0，再加入质量为毛油重量2%的去离子水和20 mg/kg的磷脂酶A1；
(3) 酶解：将上述反应体系放在多频超声波操作***中（不开启超声波），设置酶解温度50℃，酶解时间为90 min，搅拌转速为300 r/min；
(4) 升温灭酶；将酶解后的油升温至90℃，保持10 min；
(5) 油水渣相分离：将灭酶后的菜籽油放在离心机中，在8000 r/min的转速下离心10min，收集上层油层，在0.09 MPa，80℃的条件下旋蒸，得到脱胶菜籽油。
经分析，菜籽毛油经过添加2%水和20 mg/kg的磷脂酶A1酶解90 min后所得的脱胶菜籽油的磷含量分别为：35.44±3.31 mg/kg。
实施例1：一种利用单频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法
(1) 菜籽油升温：将炒制后热轧得到的菜籽毛油（初始含磷量为467.32±4.79 mg/kg）升温至75℃；
(2) 调节pH值：在升温后的毛油中先加入质量占毛油总重量0.3%、质量浓度为40%的柠檬酸溶液，在75℃的温度和300 r/min搅拌的条件下反应20 min，随后将温度降至35℃，加入一定量浓度为15%的NaOH溶液，将菜籽毛油反应体系的pH值调至5.0，再加入质量为毛油重量2%的去离子水和20 mg/kg的磷脂酶A1；
(3) 多频超声波酶解：将上述反应体系放在多频超声波操作***中，设置酶解温度50℃，超声波的频率分别为20 kHz，35 kHz和50 kHz，脉冲模式为10 s作用/5 s停止，超声酶解时间为90 min，搅拌转速为300 r/min；
(4) 升温灭酶；将酶解后的油升温至90℃，保持10 min；
(5) 油水渣相分离：将灭酶后的菜籽油放在离心机中，在8000 r/min的转速下离心10min，收集上层油层，在0.09 MPa，80℃的条件下旋蒸，得到脱胶菜籽油。
经分析，菜籽毛油经过三种单频率（20 kHz，35 kHz和50 kHz）超声波酶解90 min后所得的脱胶菜籽油的磷含量分别为：24.12±1.92 mg/kg，12.24±2.53 mg/kg和18.35±3.14 mg/kg。与对比例1相比，实施例1磷脂脱除率分别提高了50.29%，74.79%和62.21%；与对比例2相比，实施例1磷脂脱除率分别提高了31.94%，65.46%和48.22%。
实施例2：一种利用双频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法
(1) 菜籽油升温：将炒制后热轧得到的菜籽毛油（初始含磷量为467.32±4.79 mg/kg）升温至75℃；
(2) 调节pH值：在升温后的毛油中先加入质量占毛油总重量0.3%、质量浓度为40%的柠檬酸溶液，在75℃的温度和300 r/min搅拌的条件下反应20 min，随后将温度降至35℃，加入一定量浓度为15%的NaOH溶液，将菜籽毛油反应体系的pH值调至5.0，再加入质量为毛油重量2%的去离子水和20 mg/kg的磷脂酶A1；
(3) 多频超声波酶解：将上述反应体系放在多频超声波操作***中，设置酶解温度50℃，超声波的频率为20/35 kHz，20/50 kHz和35/50 kHz两两组合，脉冲模式为10 s作用/5s停止，超声酶解时间为60 min，搅拌转速为300 r/min；
(4) 升温灭酶；将酶解后的油升温至90℃，保持10 min；
(5) 油水渣相分离：将灭酶后的菜籽油放在离心机中，在8000 r/min的转速下离心10min，收集上层油层，在0.09 MPa，80℃的条件下旋蒸，得到脱胶菜籽油。
经分析，菜籽毛油经过三种双频率（20/35 kHz，20/50 kHz和35/50 kHz）超声波酶解60 min后所得的脱胶菜籽油的磷含量分别为：8.12±1.45 mg/kg，11.31±0.87 mg/kg和7.44±1.55 mg/kg。与对比例1相比，实施例2磷脂脱除率分别提高了83.29%，76.71%和84.68%；与对比例2相比，实施例2磷脂脱除率分别提高了77.09%，68.09%和79.07%。
实施例3：一种利用三频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法
(1) 菜籽油升温：将炒制后热轧得到的菜籽毛油（初始含磷量为467.32±4.79 mg/kg）升温至75℃；
(2) 调节pH值：在升温后的毛油中先加入质量占毛油总重量0.3%、质量浓度为40%的柠檬酸溶液，在75℃的温度和300 r/min搅拌的条件下反应20 min，随后将温度降至35℃，加入一定量浓度为15%的NaOH溶液，将菜籽毛油反应体系的pH值调至5.0，再加入质量为毛油重量2%的去离子水和20 mg/kg的磷脂酶A1；
(3) 多频超声波酶解：将上述反应体系放在多频超声波操作***中，设置酶解温度50℃，超声波的频率为20/35/50 kHz三种同时组合，脉冲模式为10 s作用/5 s停止，超声酶解时间为40 min，搅拌转速为300 r/min；
(4) 升温灭酶；将酶解后的油升温至90℃，保持10 min；
(5) 油水渣相分离：将灭酶后的菜籽油放在离心机中，在8000 r/min的转速下离心10min，收集上层油层，在0.09 MPa，80℃的条件下旋蒸，得到脱胶菜籽油。
经分析，菜籽毛油经过三频率（20/35/50 kHz）超声波酶解40 min后所得的脱胶菜籽油的磷含量分别为：8.45±1.66 mg/kg。与对比例1相比，实施例3磷脂脱除率提高了76.16%；与对比例2相比，实施例3磷脂脱除率提高了82.60%。

Claims (4)

1.一种利用多频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法，其特征在于按照下述步骤进行：
(1) 菜籽油升温：将炒制后热轧得到的菜籽毛油升温至75℃；
(2) 调节pH值并加入磷脂酶：在升温后的毛油中先加入质量占毛油总重量0.3%、质量浓度为40%的柠檬酸溶液，在75℃温度和300 r/min搅拌的条件下反应20 min，随后将温度降至35℃，用质量浓度为15%的NaOH溶液将菜籽毛油反应体系的pH值调至5.0，再加入去离子水和磷脂酶A1；
(3) 多频超声波酶解：将上述反应体系放在多频超声波处理装置中，进行超声辅助酶解，酶解时间为30~90 min，搅拌转速为300 r/min；
(4) 升温灭酶；将酶解后的菜籽毛油升温至90℃，保持10 min灭酶；
(5) 油水渣相分离：将灭酶后的菜籽油放在离心机中，在8000 r/min的转速下离心10min，收集上层油层，在0.09 MPa，80℃的条件下旋转蒸发，得到脱胶菜籽油。
2.根据权利要求1所述的一种利用多频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法，其特征在于其中步骤（2）中去离子水质量占毛油总重量的2%。
3.根据权利要求1所述的一种利用多频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法，其特征在于其中步骤（2）中磷脂酶A1和毛油重量的比例为20 mg磷脂酶A1/ kg毛油。
4.根据权利要求1所述的一种利用多频超声波提高菜籽毛油酶法脱胶效果的方法，其特征在于其中步骤（3）中酶解温度位50℃，多频超声波的频率组合为20 ~70 kHz两两组合或者三种同时组合，脉冲工作模式为工作10 s /停止5 s。
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