《Foods》：Valorization of Rapeseed Meal: Production, Fractionation, and Utilization Routes
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油菜籽粕是油菜籽油生产的主要副产物，含有蛋白质、结构性碳水化合物和生物活性化合物，在饲料、食品配料、功能材料和热化学产品方面具有潜在应用价值。然而，其更广泛的增值化受到粕组成变异性、组分间相互作用、分级效率及放大要求的制约。本综述探讨了油脂生产路线如何影响粕的
油菜籽粕是油菜籽油生产的主要副产物，含有蛋白质、结构性碳水化合物和生物活性化合物，在饲料、食品配料、功能材料和热化学产品方面具有潜在应用价值。然而，其更广泛的增值化受到粕组成变异性、组分间相互作用、分级效率及放大要求的制约。本综述探讨了油脂生产路线如何影响粕的组成和组分可及性，并总结了物理分级、蛋白质和多糖回收，以及酚类化合物、硫代葡萄糖苷（glucosinolates, GLS）和植酸（phytic acid）的分离、去除或转化。研究评估了所得馏分在饲料、肥料、食品、功能材料、生物活性产品和热化学转化中的应用。现有证据表明，压榨、溶剂提取和热处理会改变残油含量、蛋白质溶解度、蛋白质-纤维结合以及抗营养化合物的分布，从而影响后续分离。分级条件决定回收率、纯度、结构状态和功能性，应根据预期产品进行选择。尽管已取得实质性进展，工业实施仍受原料变异性、应用层面验证不足、高水和化学品需求以及残液流未充分利用的限制。未来工作应定义产品特定质量标准，建立完整的组分质量平衡，并开发资源需求更低的连续级联分级工艺，以支持油菜籽粕的综合和规模化增值。
2. 油菜籽加工及其对粕特性的影响
2.1. 常规油菜籽油提取路线
常规油菜籽油提取主要分为机械压榨和溶剂提取两条路线。冷压处理温度较低但残油含量较高，热压增加固形物的热暴露，溶剂提取进一步去除残油并进行脱溶和烘烤，不同工艺导致所得粕的特性存在差异。
2.2. 加工条件对粕组成和组分可及性的影响
压榨、溶剂提取和热处理改变残油含量及非脂组分的相对比例。溶剂极性及含水量影响硫代葡萄糖苷（glucosinolates, GLS）等极性化合物的保留或去除。加热和机械压缩改变蛋白质构象和溶解度，增强蛋白质-纤维结合，降低后续蛋白质提取率。脱溶和烘烤强度影响GLS降解程度、蛋白质聚集、氨基酸完整性和营养可利用性。
3. 油菜籽粕增值化的分级策略
3.1. 油提取前后脱壳的物理分级
3.1.1. 前端脱壳
前端脱壳用于完整油菜籽，包括调质、机械破壳和壳仁分离。调质通过控制水分和温度改变壳的脆性和界面结合，剪切负荷比压缩更易使壳破裂且对子叶损伤较小。破壳后采用气流和筛分分离，可达到较高的壳仁纯度，但脱壳在提油前进行可能造成油分损失并影响压榨。
3.1.2. 尾端脱壳
尾端脱壳用于提取油后的粕，通常先经研磨使壳和子叶解离。筛分利用粒度差异，气流分级利用空气动力学行为，静电分离利用表面荷电差异。研磨方式影响颗粒表面特性和分离效果，对粗馏分再处理可回收首次分离中错配的蛋白质颗粒，但提高解离程度比增加分级次数更有效。
3.2. 多糖回收
多糖回收需破坏细胞壁多糖之间及多糖与蛋白质之间的相互作用。热水提取回收水溶性或弱结合多糖；酸提取主要释放果胶多糖，但剧烈条件可导致半乳糖醛酸降解；碱提取促进细胞壁溶胀并释放紧密结合的果胶和半纤维素；酶辅助提取通过降解细胞壁和蛋白质促进多糖溶出。粗多糖需经醇沉、树脂吸附、离子交换和超滤进一步纯化，以获得特定组成和分子量分布的产物。
3.3. 蛋白质富集与回收
3.3.1. 蛋白质提取
碱性条件增强蛋白质溶解，高pH可提高提取率但引起构象变化和共萃取非蛋白组分。盐提取在温和条件下获得不同组成和功能性的蛋白质。酶辅助提取通过细胞壁降解、植酸水解或有限蛋白水解促进蛋白质释放，并可结合机械处理。超声波和加压液体提取可强化传质，但高温可能影响蛋白质质量。深共熔溶剂提供选择性提取，但回收率通常低于强碱提取。
3.3.2. 蛋白质回收与纯化
等电沉淀优先回收十字花科蛋白（cruciferin），而菜籽蛋白（napin）倾向于保留在酸性上清液中。超滤和渗滤可回收酸溶性蛋白质，但膜污染和渗滤水耗是重要考虑因素。色谱可实现高纯度单个蛋白组分分离，但回收率和工艺复杂性需权衡。带电膜辅助处理可选择性去除芥子酸，适用于最终产品抛光。
3.4. 酚类化合物、GLS和植酸的分级
3.4.1. 酚类化合物的回收
酚类化合物主要以芥子碱（sinapine）及芥子酸衍生物形式存在。从固体粕中直接提取常用含水乙醇，或利用加速溶剂、超声波和深共熔溶剂。从蛋白质加工副流中回收时，可先水解酯化衍生物释放芥子酸，再通过大孔树脂或离子交换吸附富集。分子印迹聚合物可实现高选择性回收，但目前多在实验室规模。
3.4.2. GLS的去除、回收和转化
GLS水溶性高，易通过水或醇提取从粕中转移至液相。回收完整GLS需抑制内源黑芥子酶，高浓度乙醇可抑制活性。在蛋白质水法分级中，GLS主要分布于上清液或膜透过液，可通过沉淀和超滤去除。酶解、电化学氧化和微生物发酵可降解GLS，但产物包括异硫氰酸酯、腈类和恶唑烷硫酮等，需进一步安全管控。
3.4.3. 植酸的去除和回收
植酸主要以植酸盐形式存在于蛋白质储存结构中，与蛋白质和矿质离子结合。水法分级中，超滤和离子交换可部分去除植酸，或将其作为含磷组分回收。植酸酶可水解植酸，但酶解效果受矿物离子结合状态影响。微生物发酵通过原位分泌植酸酶同时降解植酸和其他抗营养因子。
3.5. 分级与回收策略的比较评估
干法分级（研磨-筛分、气流分级、静电分离）根据颗粒物理特性实现富集而非高纯度分离，水耗和化学品需求低。湿法分级可实现更彻底释放和更高纯度，但需要能量密集的干燥。工艺选择应基于目标产品所需精制程度，考虑回收率、选择性、资源消耗、可扩展性和副流利用，并应建立完整质量平衡。
4. 油菜籽粕的当前利用途径
4.1. 饲料和肥料
油菜籽粕作为饲料蛋白来源，其营养价值受纤维和抗营养因子限制。脱壳、筛分和发酵可改善蛋白质和氨基酸利用，并降低GLS和植酸等不利影响。作为肥料，发酵可提高速效养分含量并降低有害分解产物，残留生物活性物质还可用作生物熏蒸剂，但需控制施用量和播种间隔。
4.2. 油菜籽粕蛋白质的应用
4.2.1. 食品应用
菜籽蛋白用于乳液、凝胶和烘焙食品等功能性体系中。高浓度内相乳液和油凝胶已用于糕点替代起酥油。与麸质复配可增强纤维结构。添加量影响面包体积、质构和感官。人体研究显示菜籽蛋白具有较高的氨基酸代谢利用率和饱腹感，但风味和颜色制约添加水平，可用树脂处理改善。
4.2.2. 材料和其他非食品应用
菜籽蛋白可制膜、木材胶粘剂、纳米载体、水凝胶和表面活性体系。蛋白质膜通过增塑、交联或纳米填料增强机械性能和水稳定性。木材胶粘剂通过蛋白质变性或化学改性提高湿粘合强度。蛋白质自组装载体用于包埋生物活性物质。但多数材料体系仍依赖实验室连续生产验证。
4.3. 生物活性化合物
菜籽粕多糖显示抗氧化和益生元潜力，可在体外促进双歧杆菌和乳酸杆菌增殖。酚类提取物在油脂、肉制品和乳液中抑制脂质氧化，芥子酸衍生物可转化为亲脂性酯和菜籽多酚。GLS酶解产物对某些细菌有抑制作用，但应用证据多在体外。植酸富集馏分也显示抗氧化活性，但存在共提取成分干扰。
4.4. 热化学增值
菜籽粕可通过热解、燃烧、气化和水热处理转化为生物油、气体、生物炭和可溶性产物。热解油富含含氧化合物和氮化物，需催化提质。燃烧时氮硫排放较高。气化动力学参数已有报道。水热处理可回收氨基酸和低聚糖。热解炭可作吸附剂、土壤改良剂和杂原子掺杂碳材料。
4.5. 法规指南和商业产品
欧盟饲料原料目录将菜籽粕列为饲料原料，并规定了杂质限量。菜籽蛋白作为新食品原料已获授权，要求蛋白质含量≥90%，同时对GLS和植酸有限量。部分脱脂菜籽粉和全脂菜籽粉也获批为新食品原料，用于焙烤和肉替代品。商业产品包括Vertis? CanolaPRO?浓缩蛋白和BlackGrain?菜籽粉。
5. 油菜籽粕馏分的应用与工艺整合
不同利用途径的验证程度存在差异。饲料、食品蛋白、蛋白质膜和木材胶粘剂已有动物或加工验证，而酚类提取物在油脂中抗氧化证据较多，多糖、GLS转化产物和递送载体仍主要处于体外或实验室阶段。分级程度应匹配最终应用需求，食品蛋白需控制颜色、风味和抗营养因子，而饲料和热化学应用可容忍复杂组成。回收高价值组分后残余固体适合作为热化学转化终端步骤。工艺整合应重视组分数回收顺序、副流利用和连续运行稳定性。
6. 结论与未来展望
油菜籽粕产量大、成本低，富含蛋白质和碳水化合物，具有增值潜力。目前碳水化合物占粕干物质约35%，但其选择性回收和高值化研究不足，应优先加强多糖和低聚糖的定向提取、结构与功能关系研究，并将验证从体外扩展到食品和动物模型。未来需提高分级效率、降低水和化学品消耗，建立完整质量平衡，并发展集成连续级联工艺，以实现油菜籽粕的可持续规模化增值。
