王金顺 ，朱新亮 ，张菁茹 ，梁海军 ，侯晶晶 ，李海良 ，孙现红 ，祁 鲲
（1.河南亚临界生物技术有限公司，河南 安阳 455000；
2.河南亚临界萃取研究院，河南 安阳 455000；
3.河南省亚临界萃取设备工程技术研究中心，河南 安阳 455000）
落花生（Arachis hypogaea Linn），豆科、落花生属的一年生草本植物， 在全球食用油籽总产量中花生约占8%，在我国占比30%，是我国八大油料作物之一[1]。
2020 年我国花生种植面积 473.07 万 hm2，产量1 799 万t。
预计2025 年我国花生种植面积将达到 500 万 hm2，产量达到 1 900 万 t 以上[2]。
花生是优质的植物油脂和蛋白质的重要来源，其中44%~51%用于花生油制取[3]， 每年可产出近300 万t 花生蛋白。
榨油后的饼粕中含有50%以上的蛋白质，富含人体必须的氨基酸。
在目前我国蛋白资源严重不足的情况下，开展对花生蛋白的研究利用，对于改变我国的膳食结构，满足人们对健康的需求意义重大。
花生中脂肪占45%~50%，其中以油酸为主的不饱和脂肪酸总量达到80%以上（表1）。
油酸对人体心血管有益，对人体的高血脂、有害胆固醇有降低作用，而不影响或相对提高有益胆固醇。花生油中还含有甾醇、麦胚酚、磷脂、维生素E、胆碱等对人体有益的物质（表2）。
经常食用花生油，可以防止皮肤皱裂老化，保护血管壁，防止血栓形成，有助于预防动脉硬化和冠心病。
表1 花生油脂肪酸组成及含量[4] %
表2 花生油中植物甾醇含量[4] mg/100 g
花生中蛋白质含量高达25%~36%，脱脂后蛋白质含量可达50%以上。
花生蛋白的氨基酸组成种类齐全，必需氨基酸含量较高，是一种优质植物蛋白，含有人体必需的8 种氨基酸（表3）[5]。
花生蛋白谷氨酸、天门冬氨酸含量较高，与动物蛋白相近，且不含胆固醇[6]。
花生蛋白消化率高，极易被人体吸收利用，其生物价（BV）为 58，蛋白质效率比值为 1.7。
花生蛋白具有良好的功能性，添加到肉制品中，由于其较好的持水性、持油性、乳化性等，可以减少肉制品在加工过程中水分的损失和脂肪的流失， 提高产品得率，改善产品的质构，使口味品质得以提高[7]。
表3 花生蛋白氨基酸组成 %
亚临界低温萃取技术装备由祁鲲于1992 年原创发明，由于具有萃取温度低、萃取压力低、分离温度低、萃取效率高及环境友好等技术优势，近年来作为生物有效成分提取分离方法得到了迅速发展，广泛应用于植物油脂、动物油脂、植物精油、植物色素、中草药及蛋白等工业加工领域[8]。
工业化30 年来，建成科研装备90 余套， 规模化生产装备200 余套，并出口到加拿大、美国、印度、印尼、泰国、菲律宾、乌兹别克斯坦及中国台湾等国家和地区， 年加工物料总量达到20 万t[9]，该技术解决了天然产物中热敏性物质的保质提取问题， 保证了萃取物和萃余物的物料性质，极大地提高了天然产物的利用价值。创造了较好的社会效益及经济效益。
2.1 亚临界低温萃取技术的概念
亚临界状态是物质存在的状态条件， 是指溶剂在温度高于其沸点但低于其临界温度的温度区间内，在一定压力下以液体存在的状态，当温度不超过某一数值，对气体进行加压，可以使气体液化，而在该温度以上，无论加多大压力都不能使气体液化，这个温度称为该气体的临界温度。在临界温度下，使气体液化所必须的压力叫临界压力。亚临界萃取(Subcritical fluid extraction technology) 是利用亚临界流体作为萃取剂，在密闭、无氧压力容器内，依据有机物相似相溶的原理， 通过萃取物料与萃取剂在浸泡过程中的分子扩散过程， 达到固体物料中的脂溶性成分转移到液态的萃取剂中， 再通过减压蒸发的过程将萃取剂与目标产物分离， 最终得到目标产物的一种新型萃取与分离技术。
亚临界低温萃取工艺流程示意如图1。
图1 亚临界低温萃取技术
2.2 亚临界流体萃取相与其它分离方法对比
目前主流的脂溶性成分提取方法主要有：
浸出法、压榨法、超临界CO2萃取法、亚临界低温萃取法。浸出法于 1856 年由 E.Deiss（法国）首创，1870 年已形成工业生产规模[10]。
油脂浸出方法的应用充分地提高了植物油料的利用率， 同时适应了规模化加工的需求， 目前国内一条生产线规模可达日加工大豆5 000 t 以上，缺点是高温脱溶，对蛋白质及油中微量的有益伴生物有破坏；
压榨法是最古老的制油方法，投资小、适合于高含油物料，弊端是出油率较低；
超临界 CO2萃取技术，于20 世纪70 年代开始工业化应用[11]，它具有绿色、环保、提取温度低、选择性强， 不破坏热敏性物质等优势， 但具有设备规模小、投资大，生产成本高等不足。
亚临界低温萃取设备工作压力在0.4 MPa 左右，工作温度35~50 ℃，既有六号溶剂浸出法的低成本、 规模化， 又有超临界CO2提取法的高活性，加工1 t 原料生产成本仅200余元，3×500 L 萃取装置不到100 万元，目前最大生产能力一条线可达200 t/d。
2.3 亚临界低温萃取技术优势
（1）常温萃取、低温脱溶，对物料中的热敏性成分损害小，对挥发性精油损失小，保留了油中的微量活性物质及粕中水溶性蛋白等， 在不增加溶剂消耗的情况下，脱脂豆粕NSI 可达80%以上。
（2）萃取溶剂蒸发耗能少，脱溶过程不必使物料升温，同时在生产型装置中，利用系统内部热交换，将压缩机压缩后的高温气体与低温混合油进行热交换，使高温气体变成低温气体及液体，同时混合油温度升高， 减少了蒸发时外来热量的补充， 降低了能耗，理论上每处理1 kg 物料亚临界能耗与6 号溶剂能耗分别为58.3 kJ 和 674.2 kJ[12]。
（3）亚临界低温萃取具有选择性：祁鲲等[8]进行了大豆萃取毛油中磷脂含量的对比， 丁烷萃取毛油中磷脂含量为6 号溶剂的15%。
用亚临界萃取蛋黄粉， 可以选择性地将油脂和胆固醇萃取出来而将卵磷脂留在脱脂蛋黄粉中[13]。
最初，国际组织和发达国家均普遍认可丁烷、丙烷在食品应用中的安全性， 但却没有出台相应的标准。
2004 年由祁鲲、李志祥等起草标准并向原国家卫生部提出申请，2008 年原国家卫生部13 号令允许丙烷、 丁烷作为食品加工助剂。
2011 年在GB 2760-2011 《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》中明确了丙烷、丁烷作为食品加工助剂在油脂生产中应用的合规性。
该标准规定:丙烷可在各种食品加工中使用，且残留不限量；
丁烷为需要规定功能和使用范围的加工助剂。
花生蛋白粉是精选优质花生米为原料， 运用亚临界低温制取花生油后将粕渣精制而成的一种无蛋白质热变性、营养价值较高的植物蛋白。其较好保留了花生中的营养成分， 可溶性蛋白质及NSI 值高、水溶性好、洁白、风味清淡，具有花生特有的清香气味，富含大量的人体必需氨基酸、维生素、微量元素及矿物质，且易为人体消化吸收。
4.1 工艺流程
花生→筛选去杂→分级→烘干→冷却→脱红衣→冷榨→冷榨花生饼→亚临界低温脱脂→粕→灭菌→粉碎→花生蛋白粉
4.2 工艺流程描述
4.2.1 前处理及冷榨
花生原料中不可避免地要有部分杂质、石块等，采用振动筛及去石机将杂质去除，然后烘干，在50~65 ℃情况下，对花生低温加热，冷却后，红衣和仁的膨胀系数不同。在外力作用下，将红衣和仁分开。
脱红衣后的仁进入冷榨机，冷榨后，油经过低温过滤得到冷榨花生油。
冷榨后的饼中含油6%~8%，饼进入萃取车间，将饼中残余油脂提取出来。因为花生的含油量较高， 用轧坯机将其细胞结构破坏并不是最好的方法， 因此将脱红衣后的花生米采用螺杆榨油机对花生米进行破壁， 既可得到迎合消费者心理的冷榨油，又可形成适合萃取的外形结构。
4.2.2 亚临界低温萃取
将花生饼用输送设备进入到萃取罐中， 一般装料量为萃取罐容积的50%~60%， 开启排空真空泵，将萃取罐中的空气排出， 当萃取罐真空度达到-0.085 MPa 时，停止真空泵关闭排空阀。
打开进溶剂阀，往萃取罐进溶剂，料溶比1:1.2，当溶剂液位高出物料时停止进溶开始萃取，萃取时间30 min。
将混合油打到蒸发罐，开启压缩机，打开蒸发罐夹套及盘管热水阀门，溶剂气化，将溶剂和油分离，溶剂蒸汽经压缩液化冷凝后回流到溶剂罐，循环使用。毛油排出蒸发系统。
如此萃取3 次，将物料中的油脂97%以上提取出来。
萃取完成后， 萃取罐粕中含有约30%溶剂，此时的物料称为湿粕。开启萃取罐夹套加热，溶剂气化后与粕分离，溶剂气体经浸出压缩机抽出并压缩液化，流回溶剂罐循环使用。浸出罐压力达到常压（0 MPa）时，为充分回收溶剂，确保粕的安全，用真空泵进一步脱溶，当萃取罐压力降到-0.085 MPa 时，粕中溶剂脱除完毕，达到引爆试验合格条件，即完成湿粕脱溶操作，萃余物粕渣排出萃取罐，整个萃取过程结束。
萃取后粕残油≤1% 。
4.2.3 花生油精炼工艺：
花生油分为萃取花生油和冷榨花生油， 萃取花生油采用常规的脱胶、 脱酸脱水工艺就可得到符合一级标准花生油。冷榨油一般采用低温脱胶方式[14]。冷榨花生油低温过滤精炼工艺流程如下：
4.2.4 花生蛋白粉生产工艺
亚临界低温脱脂工艺很好地保留了花生蛋白的功能性，脱脂后的花生粕中含油量低于1%，可以去做花生浓缩蛋白、分离蛋白、组织蛋白及花生蛋白粉等。本文主要介绍花生蛋白粉的加工工艺：花生粕→灭菌→超微粉碎→筛分→花生蛋白粉。
花生粕蛋白质含量高达50%以上，是很好的微生物培养基， 萃取后的粕中微生物含量一般都超过国家食品标准。因此在采用粉碎方法加工蛋白粉时，必须先对花生粕进行灭菌。灭菌的方式有两种，一种是常用的微波灭菌，一种是蒸汽灭菌。实际生产过程中蒸汽灭菌投资及生产成本相对较低。
灭菌后的粕在微粉磨中加工成100~300 目的花生蛋白粉。
经过灭菌粉碎后的花生蛋白粉质量指标：蛋白质干基>50%，菌落总数不超过30 000 cfu/g。
通过表4 和表5 的对比可得出结论，亚临界萃取技术生产的全脱脂花生蛋白粉比传统的冷榨脱脂蛋白粉每天按加工100 t 花生米计， 可增加2 万元的毛利，1 年按 300 d 生产， 年增毛利 600 万元，相当于生产1 年就可收回设备投资。
表4 冷榨半脱脂花生蛋白粉加工效益分析
表5 全脱脂花生蛋白粉加工效益分析
亚临界低温萃取技术较好的解决了花生深加工过程中的热变性及脱脂不完全问题，与传统的冷榨加粉碎的方式相比，一是增加了效益，每加工1 t花生米增加200 元的收益；
二是延长了蛋白粉的保质期，特别是夏季，半脱脂花生粉只能保存3~5 个月，而全脱脂花生粉保质期可达到3 年以上；
三是为花生蛋白功能性的发挥利用创造了条件， 保水保油性、乳化性等功能性大幅度提高，扩大了花生蛋白粉的应用范围。
