用生物技術(shù)手段取代傳統(tǒng)的加工方式，是實現(xiàn)資源利用生態(tài)化和可持續(xù)發(fā)展的一個重要趨勢［1］。自從1878年提出了“酶”這個名稱后，隨著人們對酶學(xué)理論研究的不斷深入，酶技術(shù)在食品、醫(yī)藥、飼料、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。
2007/2008年度全球油料總產(chǎn)量為3.834億t，是一個龐大的產(chǎn)業(yè)。基于消費(fèi)者對營養(yǎng)健康的追求和社會對保護(hù)生態(tài)環(huán)境的需要，油脂產(chǎn)品的開發(fā)重點(diǎn)已由單一油脂擴(kuò)展到蛋白、類脂物及其重要衍生物方面。相應(yīng)地，在加工技術(shù)上也朝著有利于油料內(nèi)容物分離提取，有效成分不受破壞或變化的方向不斷革新。由于酶具有催化效率高、作用專一的特性，其在食用油脂加工中的應(yīng)用可減少對健康不利的化學(xué)品的使用，提高產(chǎn)品深加工程度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和得率，提高油脂的營養(yǎng)價值，同時又能簡化生產(chǎn)工藝，節(jié)約設(shè)備投資，更可減少副產(chǎn)品和廢水的產(chǎn)生，有利于環(huán)境保護(hù)。
本文就油脂加工中應(yīng)用酶技術(shù)的三大主要方面研究概況與發(fā)展進(jìn)行簡要概述。
1 酶法制油技術(shù)
1.1 酶法制油工藝原理
植物細(xì)胞壁由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠組成，油脂存在于油料籽粒細(xì)胞中，并通常與其他大分子(蛋白質(zhì)和碳水化合物)結(jié)合，構(gòu)成脂多糖和脂蛋白等復(fù)合體，只有將油料組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和油脂復(fù)合體破壞,才能提出里面的油脂。酶法制油技術(shù)是在機(jī)械破碎的基礎(chǔ)上，采用對油料組織以及對脂多糖、脂蛋白等復(fù)合體有降解作用的酶（如纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶、果膠酶、淀粉酶、葡聚糖酶等）處理油料，通過酶對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步破壞，以及酶對脂蛋白、脂多糖的分解作用，增加油料組織中油的流動性，從而使油游離出來。
綜合國內(nèi)外的文獻(xiàn)報道,在不使用任何有機(jī)溶劑的前提下，根據(jù)酶解環(huán)境、酶解制油工藝分為水相酶解工藝、低水分酶解工藝。采用何種工藝與油料的種類及性質(zhì)有關(guān)。但上述方法均避免了傳統(tǒng)方法中油料的高溫處理, 作用條件溫和，體系中的降解產(chǎn)物一般不會與提取物發(fā)生反應(yīng)，可以有效地保護(hù)油脂、蛋白質(zhì)等可利用成分的品質(zhì)。在得到油的同時能有效回收原料中的蛋白質(zhì)（或其水解產(chǎn)物）及碳水化合物；操作溫度低，能耗低；所得油的質(zhì)量明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法，油中最大限度地保留了油料中的天然抗氧化成分、磷脂含量低、色澤淺、酸值及過氧化值低；廢水中BOD與COD值低，易于處理、污染少，符合“安全、高效、綠色”的要求［2-4］。
1.2 酶法制油工藝中主要使用的酶種類
可供酶法制油工藝中使用的酶很多，如降解、軟化細(xì)胞壁的纖維素酶(CE)、半纖維素酶(HC)和果膠酶(PE)以及蛋白酶(PR)、α－淀粉酶(α－AM)、α－聚半乳糖醛酶(α－PG)、β－葡聚糖酶(β－GL)等，對它們的作用機(jī)理及其應(yīng)用研究已日趨成熟。各種酶在提高出油率與產(chǎn)品質(zhì)量中具體發(fā)揮的作用有：①利用復(fù)合纖維素酶,可以降解植物細(xì)胞壁的纖維素骨架、崩潰細(xì)胞壁,使油脂容易游離出來。尤其適合于纖維、半纖維質(zhì)含量較高的油料細(xì)胞，如卡諾拉油菜籽、玉米胚芽等多種帶皮、殼油料。②利用蛋白酶等對蛋白質(zhì)的水解作用,對細(xì)胞中的脂蛋白，或者由于在磨漿制油工藝(如椰子和油橄欖漿汁制油)過程中，磷脂與蛋白質(zhì)結(jié)合形成的、包絡(luò)于油滴外的一層蛋白膜進(jìn)行破壞，使油脂被釋放出來，因而容易被分離。③利用α－AM、PE、β－GL等對淀粉、脂多糖、果膠質(zhì)的水解與分離作用，不僅有利于提取油脂,而且由于其溫和的作用條件(常溫、無化學(xué)反應(yīng))，降解產(chǎn)物不與提取物發(fā)生反應(yīng)。
1.3 酶法制油技術(shù)研究現(xiàn)狀
正己烷是目前用于提取植物油的主要溶劑。但是，美國已將正己烷列為189種毒性化學(xué)品之一，是有害的空氣污染物質(zhì)(HAP)。2004年，美國環(huán)保署制定溶劑排放率標(biāo)準(zhǔn)草案，提議取締浸出油廠排放正己烷，以減少空氣污染。在歐盟已依照揮發(fā)性有機(jī)物排放量對浸出油廠予以規(guī)制，新增油廠已從2001年4月起予以取締排放正己烷，對于以往的油廠則從2007年10月起予以取締。歷經(jīng)輝煌的油脂浸出技術(shù)也正因此受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
基于酶法制油技術(shù)在“經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、安全和衛(wèi)生”等方面的優(yōu)勢，在世界上被尊為“綠色化學(xué)”。自1990年開始，國外一直將其作為一種油脂加工業(yè)潛在的替代升級技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)研究。目前，印度［5］、法國等國支持本國研究機(jī)構(gòu)開展油料酶法制取技術(shù)，歐盟投入巨資立項攻克十字花科油料作物的酶法制油技術(shù)，美國農(nóng)業(yè)部從2004年開始連續(xù)立項研究玉米胚芽、大豆［6］等國內(nèi)優(yōu)勢資源的酶法制油技術(shù)。在實驗室范圍及工業(yè)實驗中，用酶法處理橄欖、鱷梨、椰子以提高出油率，已取得良好效果，它縮短了制油時間并提高了設(shè)備的處理能力。我國從“十一五”開始注重傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級技術(shù)的創(chuàng)新研究，目前在玉米胚芽、花生［7］、葵花籽等資源上已有較大突破。結(jié)合油料特定預(yù)處理工藝，我國也開展了膨化預(yù)處理－水酶法提油技術(shù)在大豆加工中的應(yīng)用［8］。我國作為油脂加工與消費(fèi)主要大國，油料資源豐富，尤其對于價值高、微量營養(yǎng)物質(zhì)含量高的特種油料，諸如油茶籽等，水酶法是一種很有應(yīng)用推廣價值的綜合利用技術(shù)。
2 酶法脫膠技術(shù)
2.1 酶法脫膠原理
植物油的脫膠傳統(tǒng)上主要采用物理法和化學(xué)法，需要使用大量的水以及酸、堿等化學(xué)物質(zhì)；而酶法脫膠是一個新的、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的替代方法。酶法脫膠是利用磷脂酶將毛油中的非水合磷脂水解掉一個脂肪酸,生成溶血性磷脂,溶血性磷脂具有良好的親水性,可以方便地利用水化的方法除去。酶法脫膠可使得脫膠過程中化學(xué)品的使用量大大降低，并且在含水量很低的條件下也可高效率地進(jìn)行。
2.2 適于酶法脫膠的酶 丹麥Novozymes 公司及德國ABF公司是植物油脫膠用酶的主要供應(yīng)商，可用于脫膠的酶如表1 所示。
表1 目前可商業(yè)化供應(yīng)的脫膠磷脂酶 
注：表中部分信息由廠家說明書提供。 表1中豬胰臟來源的磷脂酶Lecitase 10L 已不用于植物油脫膠，而被更具優(yōu)勢的微生物磷脂酶Lecitase Novo 、Lecitase Ultra 和Rohalase MPL所代替。一般酶法脫膠工序中酶用量為每噸油30 g。Lecitase Novo與Lecitase Ultra相比,Lecitase Ultra在多數(shù)情況下具有更好的熱穩(wěn)定性和脫膠效果。利用Lecitase Ultra 脫膠, 在良好的控制條件下脫膠油含磷量可以達(dá)到5 mg/kg左右,經(jīng)后續(xù)的吸附脫色,脫膠油含磷量可降低至2 mg/kg以下,完全滿足物理精煉的要求［9］。Rohalase MPL脫膠后經(jīng)離心處理脫膠油含磷量可降至10 mg/kg以下。
2.3 酶法脫膠技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
酶法脫膠可廣泛應(yīng)用于各種植物油，如菜籽油、大豆油、葵花籽油等。與傳統(tǒng)的脫膠方法相比，酶法脫膠優(yōu)勢明顯，較傳統(tǒng)方法成品油得率可提高1%以上，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高；節(jié)省了酸堿化學(xué)品的消耗，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水降低了70%～90%，從而顯著節(jié)省了環(huán)保處理的費(fèi)用［10］。
最早將酶法脫膠用于工業(yè)生產(chǎn)的是德國Lurgi 公司,稱為“EnzyMax process”。 該方法經(jīng)過十多年的發(fā)展,已在脫膠用酶和控制方法等關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)突破,使該技術(shù)具有很強(qiáng)的推廣價值。目前,酶法脫膠技術(shù)已引起世界各國油脂工業(yè)界的重視,在德國有幾家工廠采用酶法脫膠工藝，印度有7 家中型工廠采用了酶法脫膠工藝,埃及也有2條生產(chǎn)線正在進(jìn)行酶法脫膠工藝的改造，我國某大型油脂企業(yè)也有400 t/d的生產(chǎn)線在采用酶法脫膠工藝生產(chǎn),另有若干家工廠在進(jìn)行酶法脫膠工藝的試驗,準(zhǔn)備進(jìn)行工程改造［11］。
3 酶催化制備各種功能性結(jié)構(gòu)脂質(zhì)
3.1 結(jié)構(gòu)脂質(zhì)（structured lipids，SLs）的特點(diǎn) 脂質(zhì)的營養(yǎng)及功能特性歸根結(jié)底涉及到其本身所含脂肪酸的種類、數(shù)量（包括飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸及多不飽和脂肪酸）及這些脂肪酸在甘油基上的位置分布，即甘三酯的結(jié)構(gòu)，同時也涉及到與油脂相伴隨的類脂物的種類與含量。 基于脂質(zhì)代謝學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究成果基礎(chǔ)上設(shè)計出的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，通過改變?nèi)８视凸羌苌现舅峤M成及位置分布，最大程度地降低了脂肪本身潛在的或者不合理攝入帶來的危害，最大程度地發(fā)揮了脂肪的有益作用。嚴(yán)格意義上講，結(jié)構(gòu)脂質(zhì)是經(jīng)化學(xué)或酶法改變甘油骨架上脂肪酸組成和（或）位置分布、具特定分子結(jié)構(gòu)的三酰基甘油，即特定的脂肪酸殘基位于特定的位置。通常所說的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)是指將短碳鏈脂肪酸、中碳鏈脂肪酸中的一種或兩種，與長碳鏈脂肪酸一起與甘油結(jié)合，所形成的新型脂質(zhì)。SLs因本身仍系甘油三酯結(jié)構(gòu)，其物理特性與常規(guī)的天然脂質(zhì)沒有大的區(qū)別，能保持天然脂質(zhì)在食品加工中的起酥性和口感。但結(jié)構(gòu)脂質(zhì)經(jīng)過脂肪酸組成與位置上的變化，除具有天然油脂的特性外，還具有特殊的營養(yǎng)價值與生理功能。
3.2 生物催化制備中酶使用現(xiàn)狀 酶催化合成結(jié)構(gòu)脂質(zhì)的優(yōu)勢在于：反應(yīng)條件溫和，利于保護(hù)營養(yǎng)成分不被破壞，而且節(jié)省能源；由于酶專一性強(qiáng)，副反應(yīng)少，產(chǎn)品容易回收。此外，酶法還可以生產(chǎn)出傳統(tǒng)育種的植物及基因工程所不能得到的新產(chǎn)品。由于脂肪酶具有精巧的位置特異性、化學(xué)基團(tuán)專一性、脂肪酸鏈長專一性、立體結(jié)構(gòu)專一性，因此可根據(jù)需要對期望的產(chǎn)品實現(xiàn)精確的控制，將特殊的脂肪酸結(jié)合到甘三酯中期望的位置，以滿足消費(fèi)者在醫(yī)療和營養(yǎng)保健方面的需要。目前，可用于催化合成的酶主要為具有Sn－1,3位特異性的脂肪酶（EC 3.1.1.3），以Novozymes 公司、日本Amony公司等為代表。
3.3 結(jié)構(gòu)脂質(zhì)酶法催化合成種類與應(yīng)用現(xiàn)狀 結(jié)構(gòu)脂質(zhì)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為如下幾個方面［12］：
3.3.1 特種油脂 生產(chǎn)巧克力的主要原料可可脂來源十分有限。日本不二制油公司與英國聯(lián)合利華公司在固定化脂肪酶催化下，以棕櫚油與硬脂酸為原料，合成物理性質(zhì)與化學(xué)組成與可可脂相近、性能優(yōu)異的類可可脂以彌補(bǔ)天然可可脂產(chǎn)量有限的不足，這類產(chǎn)品的價格僅為天然可可脂的1/3。丹麥國內(nèi)以酶法酯交換大規(guī)模生產(chǎn)零反式脂肪酸人造黃油，避免了氫化及化學(xué)酯交換工藝中反式脂肪酸的產(chǎn)生。 3.3.2 控制肥胖癥和降低血清膽固醇的有效類脂物 低能量油脂（燃燒熱只有傳統(tǒng)油脂的40%~90%）是結(jié)構(gòu)脂質(zhì)中重要的一類產(chǎn)品。這類油脂不貯存脂肪而只提供能量，代替部分常規(guī)脂肪可以達(dá)到減肥的目的，還能顯著地降低血清膽固醇含量。日本、美國已經(jīng)有這類產(chǎn)品銷售。
3.3.3 快速供能油脂 這類油脂主要是同時含有中碳鏈和長碳鏈脂肪酸的油脂，其消化吸收、分解代謝和脂肪積累形態(tài)等與普通油脂迥異，但又具有普通油脂的物化性能與加工性能。產(chǎn)品中中碳鏈脂肪酸位于甘油骨架1，3位將真正有利于其優(yōu)勢的發(fā)揮。目前，作者所在課題組在反應(yīng)器設(shè)計、反應(yīng)參數(shù)優(yōu)化控制及酶重復(fù)使用控制技術(shù)等與實際規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用相結(jié)合方面做了大量的研究，已開展了實驗室中試研究，效果良好、經(jīng)濟(jì)效益顯著。
3.3.4 嬰幼兒母乳脂替代品 脂肪是母乳中主要的能量來源，母乳脂最大的特點(diǎn)是60%~70%的棕櫚酸位于甘三酯的2位，棕櫚酸在甘油基上的位置將極大地影響嬰幼兒對礦物質(zhì)與脂肪的吸收利用。目前酶法合成的嬰幼兒母乳脂代替品Betapol已經(jīng)面世。
3.3.5 補(bǔ)充并強(qiáng)化長鏈不飽和脂肪酸(PUFA)的吸收 PUFA處于甘油骨架的2位有利于PUFA以2-單甘酯的形式被有效吸收，這是一類在醫(yī)藥、臨床、營養(yǎng)和健康食品中越來越受到重視的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)。
3.3.6 新型脂質(zhì)衍生物 主要是磷脂的生物酶技術(shù)改性產(chǎn)品以及一些維生素酯類等。目前，含高不飽和脂肪酸的卵磷脂因具有細(xì)胞分化誘導(dǎo)作用，在醫(yī)藥領(lǐng)域已引起極大關(guān)注［13］。
4 結(jié)束語 油料作為可再生資源，在其加工利用方式上，“綠色化學(xué)”即環(huán)境友好型加工利用方式將是未來發(fā)展不變的趨勢與人類科技突破的歸宿。隨著生物工程、基因工程和固定化酶技術(shù)的不斷進(jìn)步，酶源不足、酶使用成本高、穩(wěn)定性差和易失活, 等問題將逐步得到解決，酶技術(shù)在油脂加工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景，是未來油脂工業(yè)新科技的發(fā)展方向之一。
作者：王瑛瑤1，欒 霞1，魏翠平1，2，劉倩茹1，2 （1國家糧食局 科學(xué)研究院，北京 100037； 2鄭州輕工業(yè)學(xué)院 食品工程系，鄭州 450002） |
