高酸值燕麦油酶法酯化脱酸的研究

 高酸值燕麦油酶法酯化脱酸的研究

李磊,董建国,乔慧,张晓敏,张慧敏,房英杰,李晓芳,闫雅非,郝麒麟

内蒙古三主粮天然燕麦产业股份有限公司内蒙古自治区呼和浩特市010000

摘要：对脂肪酶Novozym435催化高酸值燕麦油酯化脱酸进行了研究，利用单因素确定了脱酸的方法和条件。得出燕麦油酯化脱酸最佳工艺参数为：酶质量分数1. 0%、甘油添加量0.32 mg、温度50℃。实际测得脱酸后燕麦油酸值(KOH)由56mg/g降为5.04mg/g。

关键词：燕麦油，脂肪酶，酸值

燕麦中含有非常活泼的脂肪酶，在适当条件下能在短时间内使燕麦中所含脂肪水解成甘油和脂肪酸。由于生产条件，特别是燕麦油生产企业运输和存放时间的限制，生产的燕麦毛油酸值很高，油脂工业中常用的碱炼脱酸和物理脱酸方法用于高酸值燕麦油都存在损耗过高的问题，化学精炼还会造成油脂中谷维素等营养成分的大量损失，此外还将产生大量的有机废水，污染环境。酶法脱酸在解决这些问题方面具有优势，而且在面对高酸价油脂时，酸价越高，酶法优势越明显，高酸价油脂酶法脱酸具有良好的发展前景。

目前，酶法脱酸主要是利用游离脂肪酸与甘油反应，与甲醇和乙醇反应的比较少。Bhattacharyya等[1]人采用一种1，3-特殊脂肪酶，通过游离脂肪酸与甘油发生酯化反应，将米糠油的游离脂肪酸含量由30%降低到3.6%。再经过碱炼脱酸、脱色和脱臭，可产生一种优质的米糠油。Sengupta等[2]人利用脂肪酶催化单甘酯与米糠油(8. 6%~ 16. 9%)中的游离脂肪酸反应，游离脂肪酸含量可降低至2%~4%，这主要取决于使用的单甘酯数量。由此可见，单甘酯可以有效地代替甘油来降低油脂中的游离脂肪酸含量。杨博等[3]人利用固定化脂肪酶Lipozyme RM IM对高酸价米糠油进行脱酸研究，得到优化条件：甘油添加量为理论所需的甘油量，加酶量为油重的5%，反应温度65°C，真空条件为1200Pa。在此优化条件下，经过8h的反应，米糠油的游离脂肪酸含量由初始的14.47%降至2.50%；脱酸后的米糠油中，甘油三酯含量由74.68%升至84.35%。Eduardo等[4]研究了Novozym 435催化异槲皮苷和芦丁的酰化反应川。孙素玲等[5]研究了在脂肪酶Novozym435的催化作用下，游离多不饱和脂肪酸与甘油反应的酯化率可达到90%以上。Afach等[6]研究了不同碳链长度的脂肪酸在脂肪酶Novozym435的催化作用下与D-阿洛酮糖生成二酯，酯化率可达83% ~ 90%。本实验以脂肪酶Novozym435为催化剂在燕麦油中加入甘油催化酯化反应，考察酯化脱酸的影响因素，探索催化酯化前后油脂的酸值的变化情况，以确定燕麦油酶法酯化脱酸的最佳工艺参数。

1材料与方法

1.1材料

燕麦毛油由内蒙古三主粮天然燕麦产业股份有限公司提供，酸值( KOH) 56 mg/g，已进行了脱胶、脱色。Novozym 435购于诺维信(中国)公司。甘油、KOH等购于国药集团，均为分析纯。

1.2主要仪器

HH-4恒温水浴锅，JJ-1搅拌器。

1.3燕麦油酯化脱酸方法

取10g脱胶、脱色的燕麦油和一定量的甘油置于100 mL三角瓶中，混匀并预热至预定温度后，加入一定量的脂肪酶Novozym 435混匀，在一定的温度下开始酯化脱酸反应，搅拌速度200 r/min。定时取样，测定燕麦油的酸值。

1.4分析计算方法

酸值按GB/T 5530 -2005 方法测定。

理论甘油量计算公式为

m = Sm0M1/(3000 M2)

式中S一脱胶脱色燕麦油酸值，mg/g

m0一反应油的质量，g

M1一甘油的摩尔质量，g/mol

M2一KOH的摩尔质量，g/mol

2结果与讨论

单因素试验

2.1酶质量分数

在甘油添加量为0.32 mg(理论添加量)、 温度为50°C、搅拌速度为200 r/min条件下，酶质量分数为0.5%、1.0%和1.5%时，燕麦油酸值随时间变化如图1所示。

图1  酶质量分数对脱酸效果的影响

由图1可以看出，随着酶质量分数的增加，酯化脱酸的速率加快，但是当酶的质量分数大于1. 0%时，再增加酶的质量分数，虽然脱酸的反应速率有所增加，但是脱酸的效果却没有显著提高。所以在后续的试验中，酶的质量分数取1.0%。

2.2甘油添加量

在酶质量分数为1.0%、温度为50℃、搅拌速度为200 r/min 条件下，甘油的添加量为0、0. 16、0.24、0.32、0.48mg。燕麦油的酸值随时间变化如图2所示。

图2甘油添加量对脱酸效果的影响

由图2可以看出，甘油添加量对脱酸效果的影响非常显著。添加甘油进行反应时油脂的酸值下降较为明显；而当甘油添加量超过理论添加量时虽然反应的速率有所加快，但是脱酸的效果并无明显增强。故后续试验选取甘油添加量为0.32 mg(理论添加量)。

2.3温度

在酶质量分数为1. 0%、甘油添加量为0.32 mg、搅拌速度为200r/min条件下，温度为40℃、50℃和60℃时，燕麦油酸值随时间变化如图3所示。

图3温度对脱酸效果的影响

由图3可以看出，随着温度的升高，反应速率也在不断增加。但是酶作为一种生物催化剂，温度过高则可能导致酶的变性失活。因此，当反应温度在50℃ ~ 60℃之间时，脱酸效果无明显增强，反应速率只是略有提升。综合考虑能耗问题，所以选择温度为50℃。

3结论

利用甘油作酯化剂，Novozym435作为催化剂对高酸值燕麦油进行酶法酯化脱酸是可行的。由单因素试验得到燕麦油酶法酯化脱酸的最优工艺参数：酶质量分数为1. 0%、甘油添加量为0.32 mg、温度为50℃。利用酶作为催化剂来催化燕麦油的酯化脱酸，不但能有效降低燕麦油的酸值，提高精炼经济性，而且反应条件温和，不产生废水污染环境。

参考文献：

[1] Bhattacharyya, S, Bhattacharyya, D. K. Biorefining of high acid rice bran oil[J]. Joumal of the American Oil Chemists 'Society, 1989, 66:1469-1471.

[2]Sengupta, R. , & Bhattacharyya , D. K. Effect of monoglycerides on enzymatic deacidification of rice bran oil [J].Joumnal of the Oil Technologists Association of India, 1996,28:125-130

[3]杨博，杨继国，王永华，等.米糠油酶法酯化脱酸的研究[J].中国油脂, 2005, 30(7) :22-24

[4]Eduardo B. De Oliveir, Catherine Humeau, Latifa Chebil， et al. A molecular modelling study to rationalize the regioselectivity in acylation of flavonoid glycosides catalyzed by Candida antarctica lipase B [J] . Jourmal of Molecular Catalysis B: Enzymatic,2009,59(4) :96 ~ 105.

[5]孙素玲,张干伟，汤坚,等.酶促酯化合成多不饱和脂肪酸甘油酯[D].食品工业科技,2006,27(8) :139 ~ 143.

[6]Afach G, Kawanami Y，Cheetangdee N, et al. Lipase- catalyzed synthesis of D-psicose fatty acid diesters and their emulsification activities [J]. Am. Oil. Chem. Soc. ,2008,85 (8) :755 ~ 760.