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摘 要：為了發(fā)展油脂生物技術(shù),提高油脂工業(yè)的科技性,介紹了國內(nèi)外植物油脂提取的方法,特別介紹了水相酶解水提油工藝、水相酶解有機(jī)溶劑萃取提油工藝、油料低水分酶解壓榨提油工藝和油料低水分酶解溶劑浸出提油工藝4類酶法提油工藝方法,同時(shí)介紹了工藝種類和特點(diǎn),并展望了其應(yīng)用前景。
植物油料大多來源于植物的種子，含有人體所必需的不飽和脂肪酸如亞油酸、亞麻酸、油酸等，是關(guān)系國計(jì)民生的重要大宗農(nóng)產(chǎn)品。我國是世界上最大的食用油需求國和世界第一大食用油生產(chǎn)國。入世以來，我國植物油行業(yè)面臨著巨大的沖擊：降低關(guān)稅、擴(kuò)大市場(chǎng)準(zhǔn)入、取消出口補(bǔ)貼和逐步放開貿(mào)易權(quán)，進(jìn)口完全實(shí)行市場(chǎng)化自由競(jìng)爭(zhēng)。2004年我國植物油進(jìn)口量達(dá)到歷史最高水平，引來社會(huì)各界對(duì)植物油市場(chǎng)的關(guān)注和憂慮，植物油生產(chǎn)領(lǐng)域如何改進(jìn)提取工藝，提高國際競(jìng)爭(zhēng)力就顯得十分迫切。本文在此背景下就植物油的提取工藝及最新研究進(jìn)展作以綜述。
1 傳統(tǒng)植物油提取工藝
傳統(tǒng)植物油提取工藝主要有壓榨法和浸出法兩種。
1 .1 壓榨法
壓榨法是借助機(jī)械外力的作用，將油脂從油料中擠壓出來的取油方法，目前是國內(nèi)植物油脂提取的主要方法。壓榨法適應(yīng)性強(qiáng)，工藝操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)設(shè)備維修方便，生產(chǎn)規(guī)模大小靈活，適合各種植物油的提取，同時(shí)生產(chǎn)比較安全。按照提油設(shè)備來分，壓榨法提油有液壓機(jī)榨油和螺旋機(jī)榨油兩種。液壓榨油機(jī)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(jī)。
壓榨法存在出油率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效低的缺點(diǎn)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(yán)重，油料資源綜合利用率低。
1.2 浸出法
浸出法是一種較先進(jìn)的制油方法，它是應(yīng)用固液萃取的原理，選用某種能夠溶解油脂的有機(jī)溶劑，經(jīng)過對(duì)油料的接觸（浸泡或噴淋），使油料中油脂被萃取出來的一種方法，多采用預(yù)榨餅后再浸提。
在我國，采用直接浸出或預(yù)壓榨浸出工藝的植物油脂每年超過800萬噸，這些油幾乎全部使用的是6號(hào)溶劑油，其主要成分為六碳的烷烴和環(huán)烷烴，沸點(diǎn)在60～90℃（發(fā)達(dá)國家用的工業(yè)己烷，沸點(diǎn)在66.2～68.1℃）。由于6號(hào)溶劑油是從石油中提煉的的產(chǎn)品，而今石油能源短缺，市場(chǎng)價(jià)格居高不下，而且剩余的高沸點(diǎn)溶劑對(duì)餅粕食用衛(wèi)生安全質(zhì)量有影響，因此人們不得不考慮開發(fā)替代溶劑。目前國內(nèi)已經(jīng)有人開始丙烷、丁烷等作為溶劑提取小麥胚芽油的研究，這種方法適合一些特種油脂的分離提取，油脂中有效成分不被破壞，所得的蛋白粕可以用于深加工，有很好的發(fā)展前景。還有進(jìn)行油料生胚擠壓膨化后直接進(jìn)行浸出制油的研究，生坯擠壓膨化后，多孔性增加，酶類被鈍化，溶劑對(duì)料層的滲透比和排泄性都大為改善，浸出速率提高，混合油濃度增大，浸出毛油品質(zhì)提高，出油率大大提高。國外生胚膨化浸出工藝已廣泛應(yīng)用，我國對(duì)這一技術(shù)的研究和應(yīng)用也有了較大的進(jìn)展。
浸出法具有出油率高，粕中殘油率低，勞動(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高，粕中蛋白質(zhì)變性程度小，質(zhì)量較好，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和生產(chǎn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)為浸提出來的毛油含非油物質(zhì)較多，色澤較深，質(zhì)量較差，且浸出所用溶劑易燃易爆，而且具有一定毒性，生產(chǎn)的安全性差以及會(huì)造成油脂中溶劑的殘留。
2 新研究開發(fā)的植物油脂提取工藝
2.1 水代法
水代法與普通的壓榨法、浸出制油工藝不同，主要是將熱水加到經(jīng)過蒸炒和細(xì)磨的原料中，利用油、水不相溶的原理，以水作為溶劑，從油料中把油脂代替出來，故名為水代法。這種提油方法是我國勞動(dòng)人民從長期的生產(chǎn)實(shí)踐中創(chuàng)造和發(fā)明的。目前，水代法主要用于小磨香油的生產(chǎn)。水代法提油的工藝有很多優(yōu)點(diǎn)：提取的油脂品質(zhì)好，尤其是以芝麻為原料的小磨香油；提取油脂工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，同時(shí)能源消耗少；還有就是水代法以水作為溶劑，沒有燃爆的危險(xiǎn)，不會(huì)污染環(huán)境，并且可同時(shí)分離油和蛋白質(zhì)。但主要缺點(diǎn)為出油率低于傳統(tǒng)浸出法，在浸提過程中易污染微生物。
2.2 水酶法
水酶法提油是一種較新的油脂與蛋白質(zhì)分離的方法，它將酶制劑應(yīng)用于油脂分離，通過對(duì)油料細(xì)胞壁的機(jī)械破碎作用和酶的降解作用提高油脂的提取率，與傳統(tǒng)提油工藝相比水酶法提油工藝具有處理?xiàng)l件溫和，工藝簡(jiǎn)單、能耗低、并且能同時(shí)得到優(yōu)質(zhì)的植物油脂和純度高、再利用性強(qiáng)的蛋白質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。國外在這方面的研究較早，1983年Fullbrook等人用蛋白水解酶和對(duì)細(xì)胞壁有降解作用的酶從西瓜籽、大豆和菜籽中制取油脂和蛋白質(zhì)，大豆油回收率可達(dá)90%，菜籽油為70%~72%；1986年McGlone等人用聚半乳糖醛酸酶、a-淀粉酶和蛋白酶提取椰子油，油脂收率為74%~80%；1988年Sosulski對(duì)Canola油料進(jìn)行酶解預(yù)處理后再進(jìn)行己烷浸出，可明顯縮短浸出時(shí)間，提高浸出效率；1993年Sosulski等人對(duì)Canola油料先進(jìn)行酶處理后再進(jìn)行壓榨，未經(jīng)酶處理的Canola壓榨出油率僅為72%，經(jīng)過酶處理后可達(dá)90%~93%；1996年CheMan等人用纖維素酶、a-淀粉酶、聚半乳糖醛酸酶和蛋白酶對(duì)椰子進(jìn)行水酶法提油，油脂收率為73.8%。國內(nèi)王瑛瑤、王璋等進(jìn)行了水酶法提取花生蛋白質(zhì)和花生油的研究。這些研究為水酶法應(yīng)用于同時(shí)進(jìn)行油脂和蛋白質(zhì)的分離作了理論上和實(shí)踐上的嘗試。
2.3 反膠束萃取技術(shù)
一般將表面活性劑溶于水中，并使其濃度超過臨界膠束濃度(CMC)時(shí)會(huì)形成聚集體，這種聚集體屬于正常膠團(tuán)；若將表面活性劑溶于非極性的有機(jī)溶劑中并使其濃度超過臨界膠束濃度便會(huì)形成與上述相反的聚集體，即反膠束，因此反膠束就是指分散于連續(xù)有機(jī)溶劑介質(zhì)中的包含有水分子內(nèi)核的表面活性劑的納米尺寸的聚集體，也稱逆膠束或反膠團(tuán)。在反膠束中，表面活性劑的非極性尾在外，與非極性的有機(jī)溶劑接觸，而極性頭在內(nèi)形成一個(gè)極性核。根據(jù)相似相溶原理，該極性核具有溶解極性物質(zhì)的能力，如蛋白質(zhì)、酶、鹽、水等分子。如果極性核溶解了水之后就形成了“水池”，此時(shí)反膠束也稱為溶脹的反膠束。
用反膠束系統(tǒng)萃取分離植物油脂和植物蛋白質(zhì)的基本工藝過程為，將含油脂和蛋白質(zhì)的原料溶于反膠束體系，蛋白質(zhì)增溶于反膠束極性水池內(nèi)，同時(shí)油脂萃取入有機(jī)溶劑中，這一步稱為前萃，然后用水相，通過調(diào)節(jié)離子強(qiáng)度等，使蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入水相，離心分離，實(shí)現(xiàn)反萃。這樣將傳統(tǒng)工藝的提油得粕再脫溶的復(fù)雜冗長流程，改進(jìn)為直接用反膠束系統(tǒng)分離油脂和蛋白質(zhì)，工藝過程大為縮短，能耗大為降低。反膠束分離過程中，蛋白質(zhì)由于受周圍水層和極性頭的保護(hù)，蛋白質(zhì)不會(huì)與有機(jī)溶劑接觸，從而不會(huì)失活。避免了傳統(tǒng)方法中蛋白質(zhì)容易變性的缺點(diǎn)。國內(nèi)的對(duì)這方面也作了一些研究：程世賢等人用反膠團(tuán)提取大豆中的蛋白質(zhì)和豆油，結(jié)果表明大豆蛋白質(zhì)的萃取率最高達(dá)96.9%，豆油的萃取率為90.5%；陳復(fù)生、趙俊庭等人用反膠束體系進(jìn)行了萃取花生蛋白和花生油的研究，得出了用反膠束體系同時(shí)萃取植物油脂和植物蛋白是可行的結(jié)淪，并得出了最佳工藝參數(shù)；陳復(fù)生等人對(duì)經(jīng)反膠束萃取法得到的豆油脂肪酸成分與常用的溶劑萃取法進(jìn)行了比較。這些研究為反膠束法用于分離植物油脂提供了一定的理論基礎(chǔ)。
2.4 超臨界CO2萃取法
超臨界CO2萃取方法是利用超臨界流體具有的優(yōu)良溶解性及這種溶解性隨溫度和壓力變化而變化的原理，通過調(diào)整流體密度來提取不同物質(zhì)。超臨界CO2萃取植物油脂具有許多優(yōu)點(diǎn)，如工藝簡(jiǎn)化，節(jié)約能源；萃取溫度較低，生物活性的物質(zhì)受到保護(hù)；CO2作為萃取溶劑、資源豐富、價(jià)格低、無毒、不燃不爆，不污染環(huán)境。 近三十年來，國外在超臨界CO2萃取植物油脂的基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用開發(fā)上都取得了一定的進(jìn)展。對(duì)超臨界CO2提取大豆油、小麥胚芽油、玉米胚芽油、棉籽油、葵花籽油、紅花籽油等都做了系統(tǒng)的研究，制造出容積超過10000L的提取裝置，并在特種油脂方面己有工業(yè)化生產(chǎn)。我國科技界對(duì)超臨界流體萃取技術(shù)也倍加關(guān)注，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)也對(duì)其進(jìn)行了大力支持，短短幾年內(nèi)，我國在超臨界流體萃取的工藝方面進(jìn)行了大量的研究，并積累了許多有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。我國對(duì)超臨界流體萃取的應(yīng)用研究主要集中在食品、香料、中草藥、色素等的精制和提純，例如：超臨界CO2萃取大豆油、小麥胚芽油、玉米胚芽油、棉籽油、葵花籽油、紅花籽油、葡萄籽油等種子油脂；超臨界CO2萃取薄荷醇、茉莉精油、桂花精油等；超臨界CO2萃取砂仁、當(dāng)歸油、銀杏黃酮、卵磷脂、丹參、幽醇、大黃酸、番茄紅色素、銀杏葉花青素等。在提取設(shè)備方面，己生產(chǎn)出了1L ~1000L的超臨界CO2提取裝置，但對(duì)這些萃取工藝的研究大部分僅集中于小試階段，真正能工業(yè)化的工藝還不夠成熟，尚待于進(jìn)一步研究。
超臨界CO2萃取植物油脂存在耐高壓設(shè)備昂貴，生產(chǎn)成本高，不易操作，批處理量小等不足之處，一定程度上限制其工業(yè)化的生產(chǎn)。但是隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，這些問題終究都會(huì)有一個(gè)比較完善的解決，作為一種新興的分離技術(shù)其所具有的選擇性高、操作溫度低、工藝簡(jiǎn)單等方面的優(yōu)勢(shì)，必將會(huì)擁有廣闊的應(yīng)用前景
2.5 超聲波處理法
超聲波是頻率大于20 KHz聲波，具有波動(dòng)與能量雙重屬性，其振動(dòng)可產(chǎn)生并傳遞強(qiáng)大能量，使物質(zhì)中分子產(chǎn)生極大加速度。由于大能量超聲波作用，媒質(zhì)粒子將處于約為其重力104倍的加速度交替周期波動(dòng)，波的壓縮和稀疏作用使媒質(zhì)被撕裂形成很多空穴，這些小空穴瞬間生成、生長、崩潰，會(huì)產(chǎn)生高達(dá)幾千個(gè)大氣壓瞬時(shí)壓力，即成為空化現(xiàn)象。空化使界面擴(kuò)散層上分子擴(kuò)散加劇，在油脂提取中加快油脂滲出速度，提高出油率。超聲波在生物活性物質(zhì)的提取方面已有廣泛應(yīng)用，在油脂提取方面尚處探索階段，國內(nèi)現(xiàn)已有葵花籽、獼猴桃籽、松籽油、苦杏仁油超聲波提取方面的報(bào)道。
3 小結(jié)
傳統(tǒng)的植物油脂提取方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展和國際競(jìng)爭(zhēng)的要求，須對(duì)其工藝進(jìn)行必要改進(jìn)和改善，以提高出油率，工作效率及保證安全生產(chǎn)。新興的油脂提取工藝已經(jīng)慢慢地嶄露頭角，隨著其研究的不斷加深，朝著工業(yè)化方向的不斷邁進(jìn)，必將給油脂工業(yè)帶來飛速發(fā)展。
