一种同时制备油莎豆淀粉糖和油莎豆油的方法

技术领域

本发明涉及一种同时制备油莎豆淀粉糖和油莎豆油的方法，属于油脂提取加工技术领域(或油料作物综合加工技术领域)。

背景技术

油莎豆(Tiger nut,Cyperus esculentus)原产于非洲和地中海沿岸国家，是一种优质、高产、综合利用价值高的粮油作物，其营养物质含量丰富，尤其是淀粉和油脂含量较高，同时，蛋白和纤维也能够作为副产物进行加工利用。作为一种重要的丰富植物油供给来源的特色油料作物，油莎豆的种植已在我国得到大力推广，其种植面积逐年增加。目前油莎豆综合利用的思路通常是以先进行压榨法或溶剂浸出法提油，后对饼粕中的淀粉进行提取的技术路线，这种工艺能够连续完成油脂和淀粉的提取。但压榨法和溶剂法分别存在提取率低和有机溶剂残留等缺点，同时压榨法和溶剂浸出法得到的毛油通常质量较差，需要进行全方位的精炼过程，对油脂的品质有一定的破坏。

水媒法提取植物油是一种以水为媒介，辅以或不辅以乙醇、食品级酶或物理场等技术对油料作物细胞壁或其他组分进行破坏从而使植物油释放的技术。现有技术CN102234335B一种连续提取油莎豆淀粉、油脂和糖的生产工艺公开了利用水酶法提取油脂，同时分离蛋白、油脂，将淀粉制备糖浆。该技术存在制备工艺复杂，且存在油脂(70％)、糖分得率低(65％)的问题。现有技术CN107099375B一种油莎豆油和油莎豆粉的制备方法公开了先粉碎油莎豆，再加水研磨，使用碱性蛋白酶、碱性果胶酶和碱性纤维素酶酶解，再分离得到油莎豆粗油的方法。该技术未涉及到对油莎豆淀粉的液化糖化，且制备得到的油莎豆粗油为副产物，得率较低。同时，该技术还存在问题如下：(1)加水磨浆的工艺条件下，油莎豆粉中原有的还原糖溶出，在一定温度下，极有可能与酶解后的蛋白发生美拉德反应，其产物可能最终影响产品色泽、纯度和风味；(2)此专利加入加酶种类多，加酶量较大，存在生产成本较高的缺点；(3)淀粉分子的内部为疏水的螺旋结构，会包裹部分油脂，在不破坏淀粉分子的前提下反应，会限制油脂的提取率。

因此，需要开发一种制备简单且得率高的油莎豆油和油莎豆淀粉糖化工艺。

发明内容

本发明采用干法粉碎的工艺使油莎豆粉平均粒径降至最低，再通过水洗使豆粉中的非淀粉多糖溶出，弃去水相后再对渣相中纯度较高的淀粉进行液化和糖化以生产葡萄糖浆。过程中收集上层的油脂完成油莎豆油的提取。

本发明的第一个目的是提供一种同时制备油莎豆淀粉糖和油莎豆油的方法，包括步骤：

(1)干法粉碎：将油莎豆干法粉碎，得到粒径平均尺寸为20-80μm的油莎豆粉；

(2)水洗：在步骤(1)粉碎得到的油莎豆粉中添加适量的水，在一定温度下搅拌一定时间后离心，获得渣相、水相、油相和乳状液，将乳状液破乳获得清油，清油和油相合并得到第一油莎豆油；

(3)液化：收集步骤(2)中的渣相，向渣相中添加水并混匀，添加耐高温α-淀粉酶，进行喷射液化或保温液化；

(4)糖化：将步骤(3)液化后的溶液冷却到适合酶反应的温度，加入普鲁兰酶和糖化酶搅拌糖化；

(5)分离：将步骤(4)糖化后的溶液再次离心得到第二油莎豆油、水相和渣相，将第二油莎豆油与步骤(2)中的第一油莎豆油合并获得总油莎豆油；

(6)纯化：将步骤(5)水相进行纯化，纯化步骤为：在水相中加入一定量硅藻土和活性炭，在适当温度下搅拌一定时间，然后离心或过滤，去除蛋白质和色素，得到油莎豆淀粉糖浆。

现有关于油莎豆的粉碎方式以湿法磨浆为主，该方法得到的颗粒较大，同时湿法磨浆会使油、水和蛋白发生乳化，不利于油脂的提取。而本发明中使用干法粉碎可以避免过度的乳化现象，并获得了达到20-80μm的平均粒径的颗粒，进一步有利于细胞内容物的释放。

在一种实施方式中，步骤(2)中油莎豆粉与水的比例为1：(2～10)。

在一种实施方式中，步骤(2)的温度为15～25℃。

在一种实施方式中，步骤(2)搅拌时间为20～40min。

在一种实施方式中，步骤(3)中耐高温α-淀粉酶添加量为20～60U/g底物。

在一种实施方式中，步骤(3)中喷射液化或保温液化的温度为95～100℃，pH为6.0～7.0。

在一种实施方式中，步骤(4)中普鲁兰酶添加量为0～40U/g底物；糖化酶添加量为100～300U/g底物。

在一种实施方式中，步骤(4)温度为50～60℃，pH为5.0～6.0。

在一种实施方式中，步骤(6)中硅藻土的添加量为0.1～0.3％w/v。

在一种实施方式中，步骤(6)中活性炭添加量为0.1～0.3％w/v。

在一种实施方式中，步骤(6)中，在50～90℃下搅拌10～60min。

在一种实施方式中，所述破乳方法为：取上层乳状液置于-20℃冰箱冷冻约12h，随后使用50℃水浴解冻，10000rpm离心后收集上层清油。

在一种实施方式中，具体步骤如下：

(1)干法粉碎：晒干并脱壳的油莎豆充分粉碎，粉碎次数8～12次，得到粒径平均尺寸10～80μm的油莎豆粉作为提取原料；

(2)水洗：取步骤(1)粉碎得到的油莎豆粉100～200g，以料液比为1:(3～6)加入水，在室温(15～25℃)和自然pH(不额外干涉pH)的条件下充分搅拌30～60min，离心获得渣相、水相、油相和乳状液，乳状液破乳获得清油，与油相和清油合并得到第一油莎豆油；

(3)液化：收集步骤(2)中的渣相，向渣相中添加500～1000mL水并混匀，添加耐高温α-淀粉酶(加酶量30～60u/g淀粉渣相)，将温度升至95～100℃，在pH5.0～6.5的条件下充分搅拌30～60min以上以使淀粉充分液化，液化结束后检测水相DE值达到20％左右；

(4)糖化：将酶解体系冷却至50～60℃，pH调至5.0～6.0，同时添加普鲁兰酶(加酶量10～30U/g渣相)和糖化酶(加酶量100～250u/g渣相)，充分搅拌2～4h，以使液化液充分糖化，糖化结束后水相DE值达到93％以上；

(5)纯化：将步骤(4)糖化后的溶液再次离心得到第二油莎豆油、水相和渣相，将第二油莎豆油与步骤(2)中的第一油莎豆油合并获得总油莎豆油；收集水相进行纯化，纯化步骤为：在水相中加入0.1～0.3％w/硅藻土和0.1～0.3％w/活性炭，在50～90℃下搅拌10～60min，然后离心或过滤，去除蛋白质和色素，得到油莎豆淀粉糖浆。

在一种实施方式中，具体步骤如下：

(1)干法粉碎：晒干并脱壳的油莎豆充分粉碎，粉碎次数8～10次，得到粒径平均尺寸20～60μm的油莎豆粉作为提取原料；

(2)水洗：取步骤(1)粉碎得到的油莎豆粉100～150g，以料液比为1:(4～5)加入水，在室温(15～25℃)和自然pH(不额外干涉pH)的条件下充分搅拌30～50min，离心获得渣相、水相、油相和乳状液，乳状液破乳获得清油，与油相和清油合并得到第一油莎豆油；

(3)液化：收集步骤(2)中的渣相，向渣相中添加500～800mL水并混匀，添加耐高温α-淀粉酶(加酶量40～50u/g淀粉渣相)，将温度升至95～100℃，在pH6.0～6.5的条件下充分搅拌30～60min以上以使淀粉充分液化；

(4)糖化：将酶解体系冷却至50～55℃，pH调至5.0～5.5，同时添加普鲁兰酶(加酶量10～20U/g渣相)和糖化酶(加酶量100～200u/g渣相)，充分搅拌2～4h，以使液化液充分糖化，糖化结束后水相DE值达到93％以上；

(5)纯化：将步骤(4)糖化后的溶液再次离心得到第二油莎豆油、水相和渣相，将第二油莎豆油与步骤(2)中的第一油莎豆油合并获得总油莎豆油；收集水相进行纯化，纯化步骤为：在水相中加入0.2～0.3％w/w硅藻土和0.1～0.3％w/活性炭，在50～90℃下搅拌10～60min，然后离心或过滤，去除蛋白质和色素，得到油莎豆淀粉糖浆。

有益效果

本发明以油莎豆为原料，使用干法粉碎，水洗，液化，糖化和纯化5个步骤同时制备淀粉糖(以葡萄糖为例)和油莎豆油。

相较于现有油莎豆的湿法磨浆得到的颗粒较大，湿法磨浆会使油、水和蛋白发生乳化，不利于油脂的提取。本发明使用干法粉碎可以避免过度的乳化现象，同时利于细胞内容物的释放。

本发明的制备方法简单、制备得率高，油莎豆油的提取率达到89.40％，葡萄糖浆得率为90.10％，纯度89.41％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：α-淀粉酶添加量对水解度的影响；

图2：糖化酶添加量对水解度的影响；

图3：温度对水洗效果的影响；

图4：渣相组分变化。

具体实施方式

得率计算公式

油脂提取率＝清油质量/油莎豆粉中总的脂肪含量×100％；

葡萄糖浆得率＝(纯化后的葡萄糖浆质量×0.9)/油莎豆粉中的总淀粉质量×100％(式中0.9为葡萄糖转化为淀粉的换算系数，分母是原料中所含的淀粉)；

葡萄糖浆纯度＝葡萄糖浆中的葡萄糖质量/葡萄糖浆质量×100％。

破乳步骤：

取上层乳状液置于-20℃冰箱冷冻约12h，随后使用50℃水浴解冻，10000rpm离心后收集上层清油。

实施例1：制备油莎豆淀粉糖和油莎豆油

双酶法同时制备油莎豆淀粉糖和油莎豆油，具体步骤如下：

(1)干法粉碎：将晒干并脱壳的油莎豆充分粉碎，粉碎次数10次，得到粒径平均尺寸20-40μm的油莎豆粉作为提取原料。

(2)水洗：取步骤(1)粉碎得到的油莎豆粉100g，以料液比为1:5加入水，在室温(15～25℃)和自然pH(不额外干涉pH)的条件下充分搅拌30min，离心获得渣相、水相、油相和乳状液，收集乳状液进行冷冻破乳(提供文献或专利来源)以获得清油。

(3)液化：收集步骤(2)中的渣相，向渣相中添加500mL水并混匀，添加耐高温α-淀粉酶(加酶量40u/g淀粉)，将温度升至95-100℃，在pH＝6.5的条件下充分搅拌30min以上以使淀粉充分液化，液化结束后检测水相DE值达到20％左右。

(4)糖化：将酶解体系冷却至55℃，pH调至5.5，同时添加普鲁兰酶(加酶量10U/g淀粉)和糖化酶(加酶量200u/g淀粉)，充分搅拌2h，以使液化液充分糖化，糖化结束后水相DE值达到93％以上。

(5)纯化：将糖化后的溶液再次离心得到油相、水相和渣相，将此油相与步骤(2)所得油相合并以获得油莎豆油，收集水相进行纯化，纯化步骤为：抽滤→加入硅藻土0.2％(w/v)和活性炭0.1％(w/v)，60℃下搅拌30min→抽滤→Sevag法除蛋白(搅拌25min)→分液漏斗去除下层→上层溶液8000rpm离心10min，倒至平板上烘干，收集烘干后的样品以测定得率和纯度。

在步骤(2)～(4)中分别检测渣相中各组分的残余情况，结果如图4所示，可见普鲁兰酶能够使支链淀粉脱支转化为直链淀粉，有利于糖化酶的作用，加快淀粉水解成为葡萄糖，同时淀粉的水解能够使得渣相中残留的脂肪降低，提高油脂的提取率。最后计算油莎豆油的提取率为89.40％，葡萄糖浆得率为90.10％，纯度89.41％。

实施例2：α-淀粉酶添加量优化

改变步骤(3)中α-淀粉酶的添加量为20U/g淀粉、40U/g淀粉、60U/g淀粉，其余条件与实施例1一致，检测淀粉的水解度。结果如图1所示，当α-淀粉酶的添加量60U/g时，30min水解度达到25％以上，添加量为40U/g淀粉时，30min水解度达到20％以上。

糖化过程中，葡萄糖酶需要与底物分子生成络合结构，而后发生水解催化作用，这需要底物分子的大小具有一定范围，有利于生成这种络合结构，过大或过小都不适宜。根据淀粉糖生产实践，液化完成后的DE值需要达到15％～25％的范围较为合适，水解超过这个程度，不利于糖化酶生成络合结构，影响催化效率，从而影响最终的DE值。

因此在此范围选择最低加酶量40u/g，既可以控制成本，又能够达到适宜的DE值范围。

实施例3：糖化酶添加量优化

改变步骤(4)中糖化酶添加量为0U/g淀粉、100U/g淀粉、200U/g淀粉、300U/g淀粉，其余条件与实施例1一致，检测淀粉的水解度。结果如图2所示，当糖化酶添加量为200U/g淀粉时，3h水解度达到93％以上，与当糖化酶添加量为300U/g淀粉时，3h水解度相差较少。因此，选择200U/g淀粉作为糖化酶的最适添加量。

实施例4：油莎豆粉碎粒径优化

改变步骤(1)中油莎豆粉碎后的粒径大小分别为80μm、100μm、120μm，其余条件与实施例1一致，检测提油率、葡萄糖浆得率和葡萄糖浆纯度。

结果如表1所示，检测到当粒径为80μm时油莎豆油的提取率为86.32％，葡萄糖浆得率为89.66％，纯度88.40％。当粒径为100μm时油莎豆油的提取率为84.57％，葡萄糖浆得率为87.28％，纯度87.12％。当粒径为120μm时油莎豆油的提取率为80.36％，葡萄糖浆得率为85.57％，纯度86.48％。

表1不同粒径对得率的影响

实施例5：水洗温度优化

改变步骤(2)中温度为30℃、40℃、50℃、60℃，其余条件与实施例1一致，检测非淀粉多糖的溶出率与得率。

检测到当温度为30℃时油莎豆油的提取率为88.25％，葡萄糖浆得率为88.66％，纯度89.35％；当温度为40℃时油莎豆油的提取率为88.72％，葡萄糖浆得率为88.28％，纯度89.12％；当温度为50℃时油莎豆油的提取率为89.80％，葡萄糖浆得率为88.57％，纯度89.48％；当温度为60℃时油莎豆油的提取率为90.48％，葡萄糖浆得率为88.69％，纯度89.76％，可见温度对得率、纯度影响较小。

表2不同温度水得率影响

非淀粉多糖的溶出率结果如图3所示，在30～60℃的区间内，温度越高，温度对溶出率无显著影响，且由于温度过高会使淀粉糊化，造成粘度骤增不利于操作，因此水洗温度不宜超过60℃。本专利从成本角度出发，选择室温下水洗。

对比例1：不水洗对制备油莎豆淀粉糖和油莎豆油的影响

在实施例1的基础上，省略步骤(2)，检测液化后、糖化后的DE值，并计算提油率、葡萄糖浆得率和葡萄糖浆纯度，结果如下表所示。

结果表明，不进行水洗会影响淀粉水解糖化，导致水解度降低；同时，提油率和葡萄糖浆得率降低、葡萄糖浆纯度降低。

表3不水洗对得率的影响

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。