脫磷劑在菜籽油脫膠中的應(yīng)用

劉 翔，劉昌盛，黃鳳洪，*

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢 430070；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所，湖北武漢430062）

脫磷劑在菜籽油脫膠中的應(yīng)用

劉 翔1，2，劉昌盛2，黃鳳洪2，*

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢 430070；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所，湖北武漢430062）

分析討論了脫磷劑用量、吸附溫度、吸附時(shí)間等因素對(duì)脫磷劑吸附脫膠效果的影響。利用正交實(shí)驗(yàn)得到的最優(yōu)吸附脫膠條件為：脫磷劑添加量1.0%（w/w），吸附溫度30℃，吸附時(shí)間20min。在最優(yōu)條件下，脫磷劑的最大飽和吸附容量可達(dá)166.7mg/g，廢脫磷劑含油率為5.3%（w/w），吸附脫膠油得率為99.9%。

脫磷劑，吸附，脫膠

植物油中的磷脂包括水合磷脂和非水合磷脂。傳統(tǒng)脫膠方法是利用水合磷脂的親水性以及在介質(zhì)作用下使非水合的磷脂轉(zhuǎn)化成水合磷脂的原理，使水合磷脂吸水膨脹，凝聚并分離出來(lái)。脫膠對(duì)油脂脫酸、脫色、脫臭等精煉的后段工序影響較大，良好的脫膠效果是油脂精煉的前提，如果脫膠不完全，就會(huì)加重后段工序的負(fù)擔(dān)，增加油脂精煉損失，影響設(shè)備性能與壽命，還會(huì)對(duì)成品油脂的品質(zhì)產(chǎn)生不利影響[1-2]。脫磷劑是一種物理吸附劑，對(duì)植物油中的磷脂具有良好的選擇吸附性，能夠通過(guò)吸附分離直接脫除植物油中的磷脂，因此脫膠過(guò)程可以省去傳統(tǒng)脫膠工藝中的水化過(guò)程，有效降低脫膠工藝的水耗、能耗、油耗，對(duì)實(shí)現(xiàn)植物油精煉加工的高效增值與環(huán)保兼顧有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菜籽油 實(shí)驗(yàn)室脫皮冷榨制得，初始磷脂含量為153mg/kg；脫磷劑 武漢金鴻鑫生物科技有限公司提供；所用分析用試劑 均為分析純。

冷榨機(jī)CA59G Komet公司；平行反應(yīng)站Carousel 6 Radleys公司；高效離心機(jī)Avanti J系列 BECKMAN公司；分析天平AL、全自動(dòng)點(diǎn)位滴定儀T 70METTLER TOLEDO公司；分光光度計(jì)UV-2802PC/PCS型 尤尼柯儀器有限公司；馬弗爐 湖北英山縣建國(guó)電爐廠(chǎng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 脫磷劑吸附脫膠 取50g菜籽油樣品，置于100mL平行反應(yīng)站專(zhuān)用燒瓶中，向油中加入一定量的脫磷劑，在一定溫度下高速攪拌吸附，然后經(jīng)離心得到脫膠油，測(cè)定脫膠油磷脂含量。實(shí)驗(yàn)所用的平行反應(yīng)站的攪拌器比較小巧，所以轉(zhuǎn)速選用500r/min實(shí)現(xiàn)高速剪切，以確保脫磷劑與原料油中的磷脂充分接觸，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中可根據(jù)攪拌器的具體型號(hào)確定適合的攪拌速度。

吸附脫膠實(shí)驗(yàn)主要考察脫磷劑吸附脫膠工藝的脫膠效果，脫膠效果根據(jù)原料油脫膠前后磷脂的變化情況來(lái)判斷，實(shí)驗(yàn)中用脫磷率來(lái)表征脫膠效果，脫磷率越高說(shuō)明工藝的脫膠效果越好。

脫磷率計(jì)算公式：

1.2.1.1 吸附溫度單因素實(shí)驗(yàn) 設(shè)定脫膠時(shí)間20min，脫磷劑添加量1%，分別在10、15、20、25、30、35、40、50、60℃下攪拌吸附，考察吸附溫度對(duì)脫膠效果的影響。

1.2.1.2 吸附劑用量單因素實(shí)驗(yàn) 設(shè)定吸附溫度為25℃，吸附時(shí)間為20min，分別加入0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%、1.3%、1.5%、1.7%的脫磷劑，攪拌吸附，考察吸附劑用量對(duì)脫膠效果的影響。

1.2.1.3 吸附時(shí)間單因素實(shí)驗(yàn) 設(shè)定吸附溫度為25℃，脫磷劑添加量為1%，分別攪拌吸附5、10、15、20、25、30、35、40min，考察吸附時(shí)間對(duì)脫膠效果的影響。

1.2.1.4 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化脫磷劑吸附脫膠工藝，正交實(shí)驗(yàn)因素水平表見(jiàn)表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.2 磷脂含量測(cè)定 試樣磷脂含量按國(guó)標(biāo)GB/T 5537-2008方法測(cè)定。

1.2.3 脫磷劑吸附平衡實(shí)驗(yàn) 分別取50g磷脂含量為113.6、201.6、305.3、400.8、505.4、600.7mg/kg的原料油（菜籽油）進(jìn)行吸附脫膠實(shí)驗(yàn)。吸附溫度、脫磷劑添加量參照最佳工藝條件，為確保各吸附反應(yīng)均能達(dá)到吸附平衡狀態(tài)，吸附時(shí)間應(yīng)在最佳反應(yīng)時(shí)間的基礎(chǔ)上適當(dāng)延長(zhǎng)[3]。吸附反應(yīng)結(jié)束后，測(cè)定吸附脫膠菜籽油的磷脂含量，分別做出原磷脂含量與脫磷率、吸附容量（qe）的關(guān)系曲線(xiàn)，用以考查脫磷劑的最大吸附容量等。

吸附容量計(jì)算公式：

心理距離是以自我為中心，參照點(diǎn)為當(dāng)下自我的直接體驗(yàn)，并具有空間、時(shí)間、社會(huì)、概率四種距離維度。[28]時(shí)間距離，指過(guò)去或者未來(lái)距離個(gè)體現(xiàn)在和目標(biāo)事件之間的時(shí)間有多長(zhǎng)；空間距離，指刺激物在空間上與個(gè)體間距離的遠(yuǎn)近；社會(huì)距離，指社會(huì)客體同個(gè)體之間親疏或者明確性的程度；概率距離，指事件在多大程度上可能發(fā)生，或事物多大程度上可能存在。

其中：qe：吸附容量（mg/kg）；p0：原料油磷脂含量（mg/kg）；pe：脫膠后磷脂含量（mg/kg）；M：原料油總質(zhì)量（g）；m：脫磷劑質(zhì)量（g）。

1.2.4 廢脫磷劑含油率測(cè)定 在最佳工藝條件下用脫磷劑處理500g菜籽油，離心，得到脫膠油和廢脫磷劑，按GB/T14488.1-2008（油料種籽含油量測(cè)定法）測(cè)定廢脫磷劑含油率。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附溫度對(duì)脫膠效果的影響

圖1 吸附溫度對(duì)脫膠效果的影響

由圖1可以看出，從10～25℃脫磷率呈緩慢上升趨勢(shì)，25～60℃呈下降趨勢(shì)，且隨著溫度的不斷升高，脫磷率下降幅度不斷增加，在25℃時(shí)脫磷率達(dá)到最高點(diǎn)。在10～25℃這個(gè)溫度范圍內(nèi)，溫度較低，磷脂容易發(fā)生絮凝現(xiàn)象，更易被脫磷劑吸附，隨著溫度升高，油脂粘度逐漸變小，分子運(yùn)動(dòng)加快，有利于吸附的進(jìn)行，所以脫磷率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。隨著溫度的繼續(xù)升高，磷脂的絮凝作用開(kāi)始不斷減弱，使吸附脫磷效果不斷下降，當(dāng)溫度達(dá)到40℃后脫磷率降幅開(kāi)始明顯增大，這可能還與升高溫度使吸附平衡偏向解吸過(guò)程有關(guān)。綜上所述，在設(shè)定條件下吸附溫度選擇25℃較為合適。

2.2 吸附脫磷劑用量對(duì)脫膠效果的影響

圖2 脫磷劑添加量對(duì)脫膠效果的影響

由圖2可以看出，隨著脫磷劑用量的增加，脫磷劑的吸附脫磷率不斷上升，當(dāng)添加量達(dá)到0.9%后，脫磷率基本趨于穩(wěn)定，說(shuō)明樣品油中存在不能被脫磷劑選擇吸附的磷脂種類(lèi)，且可被脫磷劑選擇吸附的那部分磷脂已經(jīng)被最大限度地吸附脫除。

2.3 吸附時(shí)間對(duì)脫膠效果的影響

圖3 吸附時(shí)間對(duì)脫膠效果的影響

由圖3可以看出，15min以后吸附過(guò)程基本達(dá)到平衡，且吸附率達(dá)到45%。此時(shí)所有吸附位點(diǎn)均被占據(jù)，脫磷劑吸附達(dá)到飽和。相比傳統(tǒng)脫膠工藝所需的2～3h，脫磷劑吸附脫膠可以有效縮短脫膠工時(shí)，為企業(yè)節(jié)約成本。

2.4 正交實(shí)驗(yàn)

由表2、表3可知，影響實(shí)驗(yàn)的主要因素主次順序?yàn)?B>C>A，且B（脫磷劑添加量）和C（時(shí)間）對(duì)脫膠效果均有顯著影響，脫膠過(guò)程的最優(yōu)工藝組合為：吸附溫度為30℃，脫磷劑添加量1.0%，吸附時(shí)間20min。與其他脫膠技術(shù)（酶法脫膠反應(yīng)溫度一般包括50℃左右的酶解反應(yīng)溫度和70℃左右的滅酶溫度，反應(yīng)時(shí)間通常需要2h左右[4-5]；超級(jí)脫膠所需溫度為75℃[6]；膜技術(shù)脫膠所需溫度一般為40℃左右[7-8]等）相比，該吸附脫膠工藝所需溫度低、所耗時(shí)間短，在節(jié)能、省時(shí)方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 正交實(shí)驗(yàn)方差分析表

2.5 脫磷劑吸附平衡作用

圖4 原料油磷脂含量對(duì)脫磷劑脫磷率的影響

圖5 脫磷劑在最佳工藝條件下的吸附等溫線(xiàn)

圖6 脫磷劑在最佳吸附工藝條件下的Langmuir等溫線(xiàn)

因?yàn)閮?yōu)化得到的最佳脫膠工藝的吸附時(shí)間為20min，為了確保各吸附反應(yīng)均能達(dá)到吸附平衡狀態(tài)，故將吸附時(shí)間設(shè)定為1h，即脫磷劑吸附平衡作用的各實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：脫磷劑添加量1.0%（w/w），吸附溫度30℃，吸附時(shí)間1h。

由圖4、圖5可以看出，隨著原料油初始磷脂含量的增加，雖然脫磷劑的吸附容量逐漸提高了，但其脫磷率卻呈下降趨勢(shì)，因此該脫磷劑并不適合用于高磷脂含量的原料油脫膠。

圖5中的吸附等溫線(xiàn)與Langmuir型吸附等溫線(xiàn)相似，故脫磷劑的等溫吸附可用Langmuir吸附等溫方程來(lái)描述[9]：

其中：qe：吸附容量（mg/kg）；pe：原料油脫膠后的磷脂含量（mg/kg）；qm：脫磷劑飽和吸附容量（mg/kg）；b：吸附常數(shù)。

2.6 廢脫磷劑含油率

500 g原料油（脫皮冷榨菜籽油，初始磷脂含量為153mg/kg）在最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行吸附脫膠反應(yīng)，經(jīng)測(cè)試，離心分離得到的脫膠油磷脂含量為81.6mg/kg，脫磷率為46.6%，廢脫磷劑含油率為5.3%，每克脫磷劑造成的油脂吸附損耗為0.056g，脫磷劑以油重1%的添加量處理500g油造成的油脂損耗僅為0.28g，脫膠油得率達(dá)到99.9%。

3 結(jié)論

3.1 脫磷劑吸附脫膠的最優(yōu)工藝條件為：吸附溫度為30℃，脫磷劑添加量1.0%，吸附時(shí)間20min，對(duì)冷榨菜籽油的吸附脫膠率可達(dá)到46.6%，脫膠油得率可達(dá)99.9%。

3.2 脫磷劑吸附脫膠工藝與傳統(tǒng)脫膠工藝相比，具有反應(yīng)溫度低、耗時(shí)短、無(wú)水耗等優(yōu)點(diǎn)，能減少精煉過(guò)程中冷榨菜籽油的營(yíng)養(yǎng)損耗。

3.3 脫磷劑具有良好的磷脂吸附性能，飽和吸附容量為166.7mg/g，但并不適用于磷脂含量高的油脂。

3.4 能被脫磷劑選擇吸附的磷脂種類(lèi)還有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究確定，脫磷劑脫磷效果還有待提高。

[1]高蔭榆，郭磊，丁紅秀，等.植物油脫膠研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2006，27（9）:268-270.

[2]楊繼國(guó)，楊博，林煒鐵.植物油物理精煉中的脫膠工藝[J].中國(guó)油脂，2004，29（2）:7-10.

[3]B H Hameed，A A Ahmad，N Aziz.Isotherms，kinetics and thermodynamics of acid dye adsorption on activated palm ash[J].Chemical Engineering Journal，2007，133:195-203.

[4]S K Roy，B V S K Rao，R B N Prasad.Enzymatic Degumming of Rice Bran Oil[J].JAOCS，2002，79（8）:845-846.

[5]Bo Yang，Yong-Hua Wang，Ji-Guo Yang.Optimization of enzymatic degumming process for rapeseed oil[J].JAOCS，2006，83 （7）:653-658.

[6]A Choukri，M A Kinany，V Gibon，et al.Improved oil treatment conditionsforsoftdegumming[J].JAOCS，2001，78（11）:1157-1160.

[7]C Pagliero，N Ochoa，M Mattea.Degumming of crude soybean oil by ultrafiltration using polymeric membranes [J].JAOCS，2001，78（8）:793-796.

[8]M P de Souza，J C C Petrus，L A G Gon?alves， et al.Degumming of corn oil/hexane miscella using a ceramic membrane[J].Journal of Food Engineering，2008，86（4）:557-564.

[9]胡翠翠，齊玉堂.堿性吸附劑穩(wěn)定性及其在菜籽油脫酸中的吸附平衡作用 [J].糧食與食品工業(yè)，2009，16（1）:6-8.

Application of dephosphorization agent in degumming of rap oil

LIU Xiang1，2,LIU Chang-sheng2,HUANG Feng-hong2，*

（1.Colleage of Food Science and Technology,Huazhong Agriculture University,Wuhan 430070,China；2.Institute of Oil Crops Research,the Chinese Academy of Agricultural Sciences,Wuhan 430062,China）

Effects of the dephosphorization agent addition，adsorption temperature and adsorption time on the degumming of rap oil were studied.Orthogonal test was used to obtain the desired data in the process optimization.The optimal set of variables was a dephosphorization agent addition of 1.0%(w/w)，a temperature of 30°C，and a time of 20min.Under the optimal conditions，the saturation adsorption capacity could reach 166.7mg/g，the oil content of waste dephosphorization agent was 5.3%(w/w)，and the degummed oil yield could reach 99.9%(w/w).

dephosphorization agent； adsorption； degumming

TS225.1+4

B

1002-0306（2011）10-0341-04

2010－11－04 * 通訊聯(lián)系人

劉翔（1983-），男，在讀碩士，主要從事油料加工技術(shù)研究。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所所長(zhǎng)基金（2009-1）。