植物油酶法脱胶技术的研究进展

许皎姣，孙 乐，王 强，顾星海

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

油料经预处理、浸出工艺加工后得到的原油被称为毛油，毛油的成分主要包括甘油酯和脂肪酸外，还包括蛋白质、磷脂、粘液等其他杂质[1]。所以毛油不能直接食用，要通过精炼加工达到国家要求的质量标准后才能进行食用。目前油脂精炼加工主要是四个步骤：脱胶、碱炼、脱色、脱臭。脱胶即是将毛油中的胶质脱除的处理过程，胶质主要是指蛋白质、糖、磷脂和其他粘液等的混合物，但是其主要成分是磷脂，所以脱胶也被成为脱磷[2]。

胶质的脱除情况不仅影响精炼后续碱炼脱酸、脱色、脱臭的效果，增加经营成本，也会对最终产品的色泽、气味等方面造成一定的影响[3-4]，所以脱胶在油脂精炼的步骤中是较为重要的一个环节，影响较大。目前，植物油脱胶的方法主要包括水化脱胶、酸法脱胶、超临界萃取法、吸附法脱胶、膜过滤脱胶、酶法脱胶等方法。

相较于传统的脱胶方法，酶法脱胶具有适用范围广、反应的条件温和、精炼率高、能耗低、污染少等较多优点，应用前景广阔，受到了大家的广泛关注。本文主要从酶法脱胶的原理、工艺流程及研究进展角度出发，对酶法脱胶的现状及发展趋势进行阐述。

1 酶法脱胶的原理

酶法脱胶主要是利用磷脂酶催化水解的特性，在一定的反应条件下，将毛油中难以除去的非水化磷脂转化为水化磷脂，再通过水化的方法除去。

磷脂可分为甘油磷脂和鞘磷脂两大类，但是在植物油中的磷脂主要为甘油磷脂，包括甘油磷脂酸(phosphatidic acid，PA)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine，PE)、磷脂酰胆碱(phosphatidyl choline，PC)、磷脂酰肌醇(phosphatidyl inositol，PI)、磷脂酰甘油(phosphatidyl glycerol，PG)、磷脂酰丝氨酸(phosphatidyl serine，PS)等[5]。

根据与磷脂在作用位点上的不同，可将磷脂酶分为：磷脂酶A1(PLA1)、磷脂酶A2(PLA2)、磷脂酶B(PLB)、磷脂酶C(PLC)及磷脂酶D(PLD)，具体详见下图1。

图1 磷脂的结构及磷脂酶在磷脂上的作用位点

由图1可以看出，PLA1和PLA2可以将磷脂的一个脂肪酸水解掉生成亲水性强的溶血磷脂；PLB通过作用于Sn-1和Sn-2位，将磷脂水解为亲水性强的甘油酰磷脂；PLC可以作用于Sn-3位上的甘油磷酸酯键，生成甘油二酯(DAG)和磷酸，DAG是公认安全(GRAS)的食品成分，可以作为中性油保留于植物油中，从而提高植物油的精炼得率；PLD作用于磷脂后得到的磷脂酸的亲水性都较弱，不适合进行后续脱胶。所以适合植物油酶法脱胶的磷脂酶为PLA1、PLA2、PLB和PLD[6]。

2 酶法脱胶的工艺流程

最初的酶法脱胶工艺较为简单，来自于德国鲁奇(Lurgi)公司开发的“EnzyMax”[7]，主要就是现将毛油预热至50 ℃～75 ℃，然后将溶于水的磷脂酶、强乳化剂(十二烷基磺酸钠)和柠檬酸盐加至毛油中，搅拌反应3～4 h后进行离心。后续开发的酶法脱胶相关工艺基本都是基于诺维信(Novozyme)公司的Lecitase®Ultra，其工艺流程图如图2所示，先将毛油调至酶反应的最适温度，然后加柠檬酸，搅拌混合反应一段时间，然后加入软水和烧碱调节pH值使其达到最适酶反应值，加入酶进行混合反应一段时间，最后调节油温至最适的温度，然后通过离心的方法除去磷脂。

注：1.柠檬酸；2.高速混合机；3.酸反应罐；4.软水罐；5.碱罐；6.酶罐；7.静态混合器；8.酶罐；9.离心机。图2 酶法脱胶工艺流程

闫子柱等[8]用于菜籽油的酶法脱胶的工艺流程(见图3)基本也与Novozyme公司的基本一致，就是在前段多加了个酶反应罐；经闫子柱等试验对比酶法脱胶与碱炼化学脱胶方法，两者的精炼油总磷含量分别为1.4 mg/kg、5.0 mg/kg，精炼得率分别为97.3%、96.8%，酶法脱胶方法更优，油品品质也更好。酶法脱胶的工艺过程不复杂，脱磷效果较好，但是对工艺条件(温度、时间、pH等)的要求较为严格，有一定的操作难度。

图3 酶法脱胶工艺流程

3 酶法脱胶的研究进展

在国外，酶法脱胶最早由德国鲁奇公司于1991年开发，称为“EnzyMax process”[7]，采用这个新方法的第一家油脂工厂是德国曼海因市的Cereol公司，用于菜籽油和葵花籽的脱胶，使用的酶为来自猪胰液中提取的PLA2，可以将毛油中的磷含量控制在10 mg/kg以下。但PLA2由于来源限制及价格问题，酶法脱胶未能得到推广。冀楠[9]等利用自制的磷酸酶A2，对不同来源、不同制取方法的6种大豆毛油和毛油进行酶法脱胶，得出当毛油磷含量在100～550 mg/kg时，采用以下通用条件能使脱胶油磷含量降至10 mg/kg以下：反应温度为45 ℃，柠檬酸用量为0.1%，处理时间为30 min，水用量为2%，磷酸酶A2用量为10 mg/kg，反应时间为90 min。

随着相关技术的发展，人们开发出了微生物来源的PLA1，该脂肪酶可以通过发酵的方法进行大规模的生产，该酶效果好、价格经济，是当今油脂精炼中使用的最为普遍的酶制剂，酶法脱胶方法由此得到日益的重视。毛程鑫[10]等研究了磷酸酶(Lecitase Ultra)(即PLA1)对菜籽油脱胶及品质的影响，结果表明最佳工艺参数为：酸碱比(v/v)1∶4.5，加酶量88 mg/kg，反应温度50 ℃，反应时间4 h。在此条件下，菜籽油的磷含量可由原料的406.66 mg/kg降至3.42 mg/kg；同时对水化脱胶磷脂与酶法脱胶磷脂中的溶血磷脂进行对比分析，其质量分数分别为10.71%和65.76%，酶法脱胶的酶解率达65.72%。刘丽娜[11]等采用磷酸酶(Lecitase Ultra)对花生油进行脱磷脂研究，确定了该方法的反应条件：酶添加量25 mg/kg，反应温度55 ℃，pH值5.0，反应时间2 h，在此条件下，花生油磷脂残留量降至4.2 mg/kg。王志远[12]等探讨磷脂酶A1在苹果籽油脱胶中的应用，结果表明：苹果籽油理化指标符合一般植物油的标准；磷脂酶A1用于苹果籽油脱胶，在加酶量45 mg/kg、脱胶时间3.5 h、脱胶温度50 ℃条件下、pH值5.0，脱胶效果最佳，最终含磷量降低至7.8 mg/kg，达到植物油脱胶标准。

目前常用于植物油脱胶的磷脂酶除了磷脂酶A1还有磷脂酶C，由于其反应产物为中性油，可以提高精炼得率，所以磷脂酶的应用前期较好。叶展[13]等将PLC应用于菜籽油，对脱胶工艺参数进行优化，得到最佳条件为：柠檬酸添加量5.80 mg/kg，加酶量12.60 mL/kg，酶解温度42.20 ℃，该条件下菜籽毛油磷含量从693 mg/kg降至7.85 mg/kg，该法脱胶磷脂中溶血磷脂含量比常规水化脱胶磷脂中的高处出约50%，酶法脱胶的酶解率显著升高。杨亚济[14]以400 t/d大豆油磷脂酶C酶法水化脱胶生产为例进行了应用实践，表明PLC酶法水化脱胶脱胶油含磷量与常规水化脱胶相当，但PLC酶法水化脱胶可以使得率提高1.38%，经济效益明显。徐振山[15]等对现有毛油直接碱炼工艺改造为PLC脱胶-碱炼工艺，生产实践表明，与毛油直接碱炼工艺比较，应用PLC脱胶工艺后，一级大豆油得率增加1.34%。胡旭东[16]等对比了磷酸酶A1和磷酸酶C对沙棘果油去除磷脂的影响，结果表明：虽然磷酸酶C的脱胶速率较快，脱胶后油的回收率比磷酸酶A1略好，但脱胶不彻底，反而磷酸酶A1的脱胶效果更好；利用磷脂酶A1对沙棘果油脱胶的最优工艺条件是pH值为5.0、温度为35 ℃、时间为120 min、酶添加量6%、去离子水添加量为1.5%，脱胶后沙棘果油中的磷脂含量为13.3 mg/kg，油的回收率为94.4%。

酶法脱胶除了采用单一磷脂酶，也有通过复合酶，或者在磷脂酶的基础上结合其他措施的方法提供脱胶效果。赵光辉[17]等以小桐子毛油为原料，采用磷脂酶B和磷脂酶C的复合酶开展酶法脱胶工艺研究，结果表明：在酶添加量50 μg/g、pH 5.5、反应温度50 ℃、转速350 r/min、反应时间2 h的条件下，脱胶后中的磷、金属、氮等微量杂质含量明细减少，脱胶油的磷含量可降9.93 μg/g，脱胶效果明显。程实[18]等利用实验室前期构建的重组大肠杆菌所产的磷脂酶A1和磷脂酶C进行大豆油酶法脱胶研究，研究结果表明大豆复合酶法脱胶的最佳工艺参数为：反应温度45 ℃、反应pH 6.5、反应时间3 h、搅拌速率300 r/min、PLA1和PLC添加量分包为7 940 U/kg和23 130 U/kg，大豆油磷含量可降至5 mg/kg以下，能够满足物理精炼的要求。徐保国[19]等采用多频超声波技术对菜籽油的酶法(磷脂酶A1)脱胶效果展开了研究，结果表明：多频超声波作用能有效地提高磷脂酶A1对菜籽油的脱胶效果，大幅度降低脱胶后菜籽油中的含磷量；并且20/50 Hz双频超声处理对菜籽油的脱胶效果最佳。

4 结论与展望

作为一种新型的植物油脱胶工艺，酶法脱胶由于其适用范围广、精炼率高、能耗低、污染少等优点，受到油脂行业的广泛关注。另外，酶法脱胶可以在油厂原有设备情况下进行技术改进，不需要再增加大型设备的购置，但是目前真正投入到实际生产使用的还较少，主要一方面是企业最关注的成本问题：酶制剂在近些年的研发下其成本已有所下降，但是与常规的水化脱胶相比，成本还是较高，而且酶制剂不能回收；另一方面是时间问题，酶法脱胶所需反应时间较长，需要经历数小时，影响了工厂的生产效率；而且酶法脱胶对工艺条件——温度、pH值、时间的有一定的要求，不然会影响酶的活性，对脱胶效果产生很大的影响。因此，亟需开发一款高活性、低成本、更优质的磷脂酶。随着大家的进一步深入研究，相信酶法脱胶技术在今后一定能够更好的发展。