使用pla和plc磷脂酶混合物進(jìn)行的酶法脫膠的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2008年01月28日、申請?zhí)枮?00880009294. 7、名稱為"使用 PLA和PLC磷脂酶混合物進(jìn)行的酶法脫膠"的發(fā)明申請的分案。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本申請涉及從植物油中去除各種磷脂和卵磷脂（已知被統(tǒng)稱為"膠"）以制造可用 于食物生產(chǎn)和/或非食物應(yīng)用的脫膠油或脂肪產(chǎn)品的酶方法。更具體而言，本申請涉及酶 處理和去除各種磷脂和卵磷脂的方法，該方法可應(yīng)用于粗制油或水脫膠油。在一個實施方 案中，所述酶反應(yīng)或處理周期可少于約1小時。
【背景技術(shù)】
[0003] 通過壓榨或溶劑提取法獲得的粗制植物油是一種甘油三酯、磷脂、留醇、生育酚、 游離脂肪酸、痕量金屬以及其它微量化合物的復(fù)雜混合物。人們希望去除磷脂、游離脂肪酸 和痕量金屬，從而生產(chǎn)出口味淡、色澤淺和保質(zhì)期長的高品質(zhì)色拉油。
[0004] 去除磷脂可導(dǎo)致幾乎所有與植物油精制相伴的損失。如圖1所示，磷脂在其甘油 骨架的兩個末端之一帶有磷酸酯基團(tuán)，而甘油三酯包含至少一個脂肪酸。
[0005] 磷脂的該磷酸酯基團(tuán)是"親水的"或是"喜水的"，其表示該官能團(tuán)X被水吸引。磷 脂的脂肪酸鏈R1和R2是"親脂的"或"喜脂的"，其表示它們被脂質(zhì)吸引。由于磷脂分子同 時具有親水官能團(tuán)和親脂脂肪酸鏈，因此它是一種出色的天然乳化劑。
[0006] 在圖1中表示為"X"的磷脂的含磷酸官能團(tuán)決定了其親水性程度。圖1中的官能 團(tuán)X可以是各種已知類型中的任意一種，表2中列舉了這些類型中的一小部分。
[0007] 含有膽堿官能團(tuán)和乙醇胺官能團(tuán)的磷脂對水具有最大的親和性，而含酸、酸性鹽 (鈣、鎂和鐵）以及肌醇官能團(tuán)的磷脂對水具有較低的親和性。磷脂酸和磷脂酸的鹽通常被 稱為"不可水合的磷脂"或NHP。磷脂通常以百萬分之幾的"磷含量"在油中測量到。表1 中包含了主要的油籽作物中存在的典型磷脂量，以及各種官能團(tuán)在油中存在的磷脂中的百 分比分布。
[0008] 磷脂組成
[0009]
[0010] 表1 :常見油籽的典型磷脂含量和分布。
[0011] 磷脂可通過多種不同的已知手段從植物油中部分或完全去除。工業(yè)中最常用的方 法是水脫膠、酸脫膠、堿煉以及酶法脫膠。
[0012] 水脫膠
[0013]該技術(shù)通常應(yīng)用于含有高水平可水合磷脂的粗制油。由于其溫和的特性，所得的 磷脂可用作卵磷脂（一種天然乳化劑）。從該技術(shù)獲得的油在本行業(yè)中通常被稱為"脫膠 的"，盡管只是被部分脫膠。由于水脫膠的油依然含有大量的磷脂，特別是非水合性磷脂，可 能需要其它工藝技術(shù)（例如堿煉或PLA1酶脫膠）來生產(chǎn)最終的、具有高穩(wěn)定性和低色澤的 尚品質(zhì)油。
[0014] 在水脫膠工藝中，在60-75°C下，將水（1至5%w/w)添加至粗制油中，并劇烈攪 拌。然后將油輕柔混合15至60分鐘，以幫助油中存在的磷脂的水合。磷脂或"膠"的水合 使膠膨脹并凝集為絮狀物。該絮狀物是水合膠和油的乳化液或混合物。該乳化液具有高于 油的比重，并可通過沉降、過濾或離心的工業(yè)操作進(jìn)行分離。離心可產(chǎn)生兩種流體，水脫膠 油和濕膠。該水脫膠工藝主要僅去除可水合的磷脂。作為磷脂酸鹽和/或PI測得的剩余 磷脂（50至250ppm)可在后續(xù)的加工操作中去除。
[0015]分離的濕膠是一種每兩分子磷脂（或膠）含有至少一分子甘油三酯（或油）的乳 化油混合物。這種乳化油不能從乳化液中物理分離或回收，并被認(rèn)為是一種工藝損耗。該 膠可被干燥，并作為食品級卵磷脂出售，但它們通常作為副產(chǎn)物被用于經(jīng)濟(jì)價值較低的其 它應(yīng)用（例如動物飼料或工業(yè)過程）。
[0016]乳化導(dǎo)致的油損耗非常大，并對精制油工藝成本的總體經(jīng)濟(jì)平衡產(chǎn)生負(fù)面經(jīng)濟(jì)影 響。
[0017]酸脫膠
[0018] 當(dāng)目標(biāo)為總體去除磷脂時，該技術(shù)通常被應(yīng)用于粗制油。所得的油在行業(yè)中通常 稱為"超脫膠"或"完全脫膠"。
[0019] 在60-90°C下，用250至2000ppm的磷酸或檸檬酸處理粗制油并劇烈攪拌。使酸與 NHP的鹽反應(yīng)10至90分鐘。酸可提高NHP的親水性，從而促進(jìn)它們的去除。然后在60-75°C 下，將水（1至5%w/w)添加至酸處理的粗制油中并劇烈攪拌。然后將油輕柔混合15至60 分鐘，以幫助磷脂的水合。磷脂或"膠"的水合使膠膨脹并凝集為絮狀物。該絮狀物是水合 膠和油的乳化液或混合物。該乳化液的比重高于油，并可通過沉降、過濾或離心的工業(yè)操作 進(jìn)行分離。離心得到酸脫膠的油和濕膠。該酸脫膠工藝可去除大部分的磷脂，但該脫膠油 中仍殘留了較多的磷脂（25-100ppm)，從而需要另外加工。對于食品應(yīng)用，該酸脫膠油通常 要進(jìn)行漂白和除臭，本行業(yè)中稱為"物理精煉"的一種工藝。這種用酸處理的膠不能作為食 品級卵磷脂使用。
[0020] 與水脫膠工藝一樣，該酸脫膠工藝中的分離和干燥的膠中每兩分子磷脂（或膠） 含有至少一分子的甘油三酯（或油）。這種乳化的油不能被物理分離或回收，并被認(rèn)為是一 種工藝損耗，其對精制油工藝成本的總體經(jīng)濟(jì)平衡具有負(fù)面經(jīng)濟(jì)影響。
[0021] 堿煉
[0022] 當(dāng)目標(biāo)為去除所有磷脂和游離脂肪酸時，該技術(shù)通常被應(yīng)用于粗制或水脫膠油。
[0023] 在60_90°C下，用200至lOOOppm的磷酸或檸檬酸處理粗制或水脫膠油，并劇烈攪 拌。使酸與NHP的鹽反應(yīng)10至90分鐘。酸可提高NHP的親水性，從而促進(jìn)它們的去除。在 65-75°C下向酸處理的油中添加稀釋的氫氧化鈉溶液（10-18%w/w)。氫氧化鈉（苛性堿） 的量是基于油中存在的游離脂肪酸的量，并在干重基礎(chǔ)上過量〇. 05 %至0. 20%。該苛性堿 溶液中和游離脂肪酸（生成鈉皂）、中和過量的酸，并與所生成的鈉皂一起幫助所有剩余磷 脂的水合和乳化。
[0024] 該氫氧化鈉/油溶液被混合約10分鐘，然后通過沉降、過濾或通過工業(yè)離心進(jìn)行 分離。離心獲得苛性堿處理的油和皂腳。然后在90_95°C下用10至20%的軟化水"洗滌" 該苛性堿處理的油，并再次離心。離心所得的油被稱為"曾被精煉的"（OnceRefined)，而 該水通常稱為"洗水"（WashWater)。對于食品應(yīng)用，該"曾被精煉的"油通常要進(jìn)行漂白 和除臭以生產(chǎn)色拉油。水洗的替代方式是用吸收性硅膠處理該苛性堿處理的油，并濾走初 始離心中的殘余皂和未去除的磷脂。
[0025] 如同水和酸脫膠工藝一樣，該堿煉工藝中的分離和干燥的膠中每兩分子磷脂（或 膠）含有一分子的甘油三酯（或油）。這種乳化油不能被物理分離或回收，并被認(rèn)為是一種 工藝損耗。此外，該氫氧化鈉將與中性油反應(yīng)生成皂，從而進(jìn)一步減少總體的油產(chǎn)率，并對 精制油工藝成本的總體經(jīng)濟(jì)平衡產(chǎn)生負(fù)面經(jīng)濟(jì)影響。
[0026] 酶處理
[0027] 植物油行業(yè)中采用的另一種精煉技術(shù)是"酶催化精煉"或"酶法脫膠"。當(dāng)目標(biāo)為 完全去除磷脂時，酶法脫膠可被使用。一般而言，現(xiàn)有技術(shù)中的酶法脫膠處理已被應(yīng)用在已 經(jīng)通過其它方法中的一種（通常為水脫膠）進(jìn)行了脫膠的油。對于食品應(yīng)用，該酶法脫膠 油隨后進(jìn)行漂白和除臭，本行業(yè)中稱為"物理精煉"的一種工藝。酶法脫膠提供了比水、酸 或苛性堿脫膠更好的油產(chǎn)率，并具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0028] 該酶催化反應(yīng)改變了磷脂的性質(zhì)，裂解了一些磷脂的部分。這減少了磷脂的乳化 特性，使得從油中分離膠時損耗較少的油，從而節(jié)省了油。對磷脂具有活性的酶通常被稱為 "磷脂酶"。磷脂酶可根據(jù)該酶在磷脂分子上反應(yīng)的位置分類，并被稱為PLA1、PLA2、PLC和 PLD。磷脂分子上與不同類型的磷脂酶反應(yīng)的位置顯示于圖3中。
[0029] 從圖3可以看到，不同的磷脂酶可在與磷脂反應(yīng)時獲得不同的化合物。此外，每個 類型的磷脂酶具有其自身的反應(yīng)速率和最佳反應(yīng)條件（pH^K%和溫度）。PLA在單獨使用 時通常需要至少約4小時的反應(yīng)時間，而PLC單獨使用時通常需要約1小時的反應(yīng)時間。已 知酶催化處理應(yīng)當(dāng)在pH小于或等于8下進(jìn)行，從而盡量減少不希望的油皂化，但PLA最佳 反應(yīng)pH為4. 5,而PLC的最佳反應(yīng)pH為7. 0。每種酶還具有不同的耐熱性。PLA酶將在約 50°C下變性，而PLC酶將在約65°C下變性。
[0030] 具有磷脂酶活性的氨基酸序列已在文獻(xiàn)中廣泛報道，并披露于專利中，且據(jù)報道 它們中的一部分對植物油中存在的磷脂具有活性。所有這些已為本領(lǐng)域所知。
[0031] -種具有磷脂酶活性的商業(yè)化的PLA1酶產(chǎn)品為Novozymes的磷脂酶 A1Lecitase?Ultra。根據(jù)Novozymes的應(yīng)用表油與脂肪（ApplicationSheet Oils&Fats) #2002-185255-01 和 2002-05894-03 中的描述，該產(chǎn)品可在 40°C<T〈55°C下與緩 沖至4. 5〈pH〈7. 0的具有1-1. 5 %水檸檬酸-NaOH的脫膠油混合時，可產(chǎn)生極性溶血磷脂和 極性脂肪酸。該PLA1選擇性水解甘油骨架上與磷酸酯官能團(tuán)相對的脂肪酸，如圖4所示。
[0032] 所形成的反應(yīng)獲得溶血磷脂和脂肪酸。該溶血磷脂分子丟失了一個親水性官能 團(tuán)，而在反應(yīng)位點的剩余醇基團(tuán)為親水的。具有兩個親水位點后，該溶血磷脂分子為水溶 性，并喪失了其乳化特性。該PLA1脫膠工藝通過不再隨膠去除任何中性油，而僅損失原始 的磷脂分子，從而減少了精煉損耗。
[0033] 盡管酶法脫膠相對油處理器提供了顯著的優(yōu)勢，它也具有一定的缺點。一個缺點 是酶與磷脂的反應(yīng)可能比較慢，較為耗時。特別地，磷脂酶A與磷脂的反應(yīng)可能需要數(shù)小 時，其時間取決于反應(yīng)變量，如PH、溫度、相對濃度以及混合條件。這種延長的反應(yīng)時間對酶 法脫膠工藝的總體經(jīng)濟(jì)價值具有嚴(yán)重的負(fù)面影響。由于PLA反應(yīng)緩慢，酶法脫膠通常在已 經(jīng)過水脫膠的油組合物中進(jìn)行。這樣一來，油必須被脫膠兩次，以獲得磷濃度低至可以實現(xiàn) 其目標(biāo)用途的產(chǎn)品。
[0034] 本領(lǐng)域已知PLC酶通過選擇性水解磷酸酯官能團(tuán)與磷脂反應(yīng)，如圖5所示。所形成 的反應(yīng)生成甘油二酯（"DAG")和磷脂酸基團(tuán)。該甘油二酯分子不再具有磷酸酯官能團(tuán)，且 不需要被去除。該PLC脫膠工藝通過保留原始的磷脂分子而僅去除磷酸酯官能團(tuán)，從而減 少了精煉損耗。然而，PLC不與油中存在的所有磷脂反應(yīng)。一般而言，PLC不與磷脂酸（PA) 或磷脂肌醇（PI)反應(yīng)，如圖2所示。然而PA和PI都是在水脫膠后保留在油中的非水合性 磷脂。因此PLC處理過的油必須進(jìn)一步用苛性堿處理，從而去除殘留的膠。
[0035] 已知某些PLC僅與特定的磷脂酸基團(tuán)反應(yīng)。例如，已知被鑒定為PI-PLC的PI特 異性PLC。
[0036] 因此，本發(fā)明的一個方面提供了油的酶脫膠方法，其中所述酶催化反應(yīng)速率快于 現(xiàn)有技術(shù)中的酶法脫膠工藝。
[0037] 本發(fā)明的另一方面提供了提高酶法脫膠工藝中所用的磷脂酶A的反應(yīng)速率的方 法。
[0038] 本發(fā)明的另一方面提供了對油組合物進(jìn)行脫膠的方法，其中可在同一過程中同時 處理水合性磷脂和非水合性磷脂。
[0039] 本發(fā)明的另一方面提供了酶法脫膠和處理方法，其中所述酶催化反應(yīng)的持續(xù)時間 少于約1小時。
[0040] 以下的參考文獻(xiàn)涉及油的酶法脫膠技術(shù)。
[0041] Aalrust等人的美國專利5, 264, 367描述了磷脂酶A1、A2或B處理油的用途，該油 被首次精煉至50_250ppm磷。該專利中描述的技術(shù)在商業(yè)上被稱為.Ejizymut:⑩sAalrust 指出由于這些酶作用于卵磷脂，"將本發(fā)明的方法用于具有高濃度卵磷脂的油（如粗制大豆 油）將沒有意義"。該反應(yīng)在20-80°C的溫度下，pH范圍3-7的檸檬酸及其鹽中進(jìn)行。該專利 指出所述酶應(yīng)當(dāng)徹底分散在油中，其酶_水溶液作為直徑小于10ym的液滴存在。重量平均 值的測量和計算方式并未被披露。乳化劑被用于溶解從胰酵素或胰腺產(chǎn)物獲取的磷脂酶， 其包含脂肪。Aalrust指出由于回收的油包含少于5ppm的磷，其適合被物理精煉成為食用 油。隨后，Aalrust所述技術(shù)的細(xì)節(jié)被披露于多個出版物中（Dahlke，K.和Eichelsbacher， M. ,Enzvmax?and