反膠束萃取大豆油脂及其與浸出法的比較研究

楊穎瑩 布冠好 陳復(fù)生 廖志雄 高艷秀 李潤(rùn)潔

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院1，鄭州 450001)

(河南科技學(xué)院新科學(xué)院2，新鄉(xiāng) 453003)

反膠束是指分散于連續(xù)有機(jī)溶劑介質(zhì)中的、包含有水分子內(nèi)核的表面活性劑的聚集體。當(dāng)表面活性劑溶于非極性的有機(jī)溶劑中時(shí)，它的濃度超過臨界膠束濃度后，將形成極性頭向里、非極性尾向外的、與正常膠束相反的納米尺度結(jié)構(gòu)［1－3］。利用反膠束技術(shù)可以同時(shí)萃取蛋白質(zhì)和油脂，使資源得到了合理利用，并且產(chǎn)品大豆蛋白和油脂中殘留的表面活性劑較易分離［4］。

目前工業(yè)化生產(chǎn)大豆油的主要方法是壓榨法和浸出法，但2種方法都存在一定的缺陷［5－6］，壓榨法的缺陷是壓榨后的餅殘油量高，出油效率低，動(dòng)力消耗大，零件易損耗，不適用于低脂油料，浸出法的缺陷是浸出一次性投資較大，浸出溶劑一般為易燃、易爆和有毒物質(zhì)，生產(chǎn)安全性差，而且蒸氣對(duì)人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)有毒害作用，沸點(diǎn)范圍較寬，溶劑回收相對(duì)較外難，浸出制得的毛油含有非脂成分?jǐn)?shù)量較多，色澤深，質(zhì)量較差［7］。而反膠束萃取技術(shù)克服了上述的一些缺點(diǎn)，反膠束萃取得到的毛油，酸價(jià)及過氧化值比壓榨法和浸出法要低的多，構(gòu)成較好的脂肪酸成分幾乎不變，油脂品質(zhì)較好［8］。

本試驗(yàn)研究了超聲波輔助萃取2種不同的反膠束體系萃取大豆油脂，對(duì)比出了反膠束法相對(duì)于傳統(tǒng)浸出法的優(yōu)勢(shì)，說明了此法的可行性。研究了時(shí)間、溫度、功率、加料量對(duì)前萃取率的影響，并將2種反膠束體系后萃得到的油脂與傳統(tǒng)浸出法得到的油脂進(jìn)行比較，通過測(cè)定其理化指標(biāo)等考察所得油脂品質(zhì)的差異。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

全脂大豆粉:安陽(yáng)漫天雪食品制造有限公司;丁二酸二異辛酯磺酸鈉(AOT):上海海曲化工廠;吐溫85(Tween－85):上海麗臣商貿(mào)有限公司;異辛烷、甲醇、卡爾費(fèi)休試劑、氯化鉀、氫氧化鉀、碘化鉀、正己烷、甲醇、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、氯仿、三氯甲烷、亞甲基藍(lán)、硫代硫酸鈉、冰乙酸、碘化鉀、碘等(以上均為分析純);所用水為去離子水。

1.2 儀器和設(shè)備

THZ－82B型氣浴恒溫振蕩器、85－2控溫磁力攪拌器:江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠;ZSD－2J型自動(dòng)水分滴定儀:上海安亭科學(xué)儀器廠;PH211型pH計(jì):HANNA公司;超聲波清洗器:昆山市超聲儀器有限公司;移液槍:Eppendorf公司;氣相色譜儀:安捷倫科技有限公司;WSL－2羅維朋比色計(jì):上海易測(cè)儀器設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 基本分析

水分測(cè)定:105℃恒重法(GB 5497—1985);粗脂肪測(cè)定:索氏抽提法(GB 5512—1985);酸價(jià)測(cè)定:GB 5530—1985;過氧化值測(cè)定:GB/T 5538—1995;碘值測(cè)定:GB/T 5532—2008;脂肪酸成分測(cè)定:GB/T 17376—1998;油脂色澤測(cè)定:GB/T 5525—85;油脂含皂量測(cè)定:GB/T 5533—85。

1.3.2 反膠束溶液的配制

分別配制2種不同的反膠束體系:按照反膠束濃度為0.08 g/mL稱取表面活性劑AOT，及AOT和Tween－85，分別將其置于錐型瓶中，加入異辛烷。磁力攪拌使表面活性劑完全溶解，待溶液透明后，加入一定體積的0.1 mol/L KCl的KH2PO4－Na2HPO4緩沖溶液，搖床振蕩，室溫下靜置12 h，溶液若透明則為反膠束，反之則不是［9］。

1.3.3 反膠束法前萃大豆油脂

稱取一定量的全脂大豆粉，置于盛放反膠束溶液的錐形瓶中，在超聲波清洗器中萃取，萃取的溫度保持60℃，然后5 000 r/min離心10 min，得到前萃液和固體殘?jiān)瑢⒐腆w殘?jiān)娓珊?，通過索氏抽提法來測(cè)定殘?jiān)杏椭?，從而得到萃入反膠束溶液的油脂。

1.3.4 從前萃液中后萃大豆油脂

將2種反膠束制得的前萃液分別加入等體積的KCl的KH2PO4－Na2HPO4緩沖溶液后，在超聲波清洗器中萃取，萃取溫度為50℃，時(shí)間為1 h，功率為100%，然后以5 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min，取上層油相，將上層油相按1∶2.5(V∶V)的比例與 NaCl溶液混合，在30℃條件下攪拌1 h，靜置分層后，取上層有機(jī)相，在90℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除異辛烷，得到油脂產(chǎn)品［10］。其中 NaCl溶液為 0.1 mol/L的70%乙醇溶液，且pH值為4，pH通過0.1 mol/L的HCl溶液和0.1 mol/L 的 NaOH 溶液來調(diào)節(jié)［11］。

1.3.5 浸出法提取大豆油脂

將全脂大豆粉用石油醚脫脂12 h，水浴使溫度保持在50～60℃，然后回收石油醚，石油醚回收完畢后，剩下的即為油脂。

1.3.6 反膠束法萃取大豆油脂表面活性劑含量的測(cè)定

向反膠束法萃取得到的大豆油脂產(chǎn)品中加入5 mL中性亞甲基藍(lán)溶液和10 mL磷酸洗液，搖勻后加入15 mL三氯甲烷，振蕩30 s，靜置分層，若水層中藍(lán)色褪盡，則應(yīng)再加入5 mL中性亞甲基藍(lán)溶液，再振蕩，靜置分層。將三氯甲烷層放入另一250 mL分液漏斗中，振蕩1 min，分出氯仿層。用塞上棉絨的漏斗將氯仿層過濾至50 mL的容量瓶中，用10 mL氯仿萃取2次后，稀釋至刻度，混勻，同時(shí)做空白試驗(yàn)［12］。以空白試驗(yàn)的三氯甲烷萃取液做參比，用分光光度計(jì)于波長(zhǎng)650 nm測(cè)定試樣三氯甲烷萃取液的吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料主要成分分析

表1即為原料大豆蛋白粉的主要成分含量分析，蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(42.17±0.07)%，油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(24.69 ±0.09)%。

表1 原料主要成分含量

2.2 2種反膠束體系前萃大豆油脂的工藝研究

2.2.1 超聲時(shí)間對(duì)前萃率的影響

由圖1可知，2種反膠束體系的變化趨勢(shì)基本一致，隨著時(shí)間的增加，萃取率逐漸增加，萃取時(shí)間達(dá)到1 h后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，變化緩慢，基本趨于平緩。這表明在萃取時(shí)間達(dá)到1 h時(shí)，油脂的萃取基本達(dá)到平衡。其原因可能是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，原料中的油脂逐漸減少，油脂的遷移速率降低，溶解在反膠束溶液極性核里的蛋白質(zhì)逐漸增多［13］，溶解在異辛烷中的油脂也逐漸增多，蛋白質(zhì)和油脂的傳質(zhì)推動(dòng)力減小，傳質(zhì)速率下降［14］。從圖1得知，1 h后，萃取率增加趨勢(shì)緩慢，從經(jīng)濟(jì)和節(jié)能方面及同時(shí)萃取大豆蛋白來考慮，時(shí)間1 h最為合適。

圖1 時(shí)間對(duì)前萃率的影響

2.2.2 超聲功率對(duì)前萃率的影響

由圖2可知，隨著超聲功率的增強(qiáng)，萃取率隨之增大，這主要是由于超聲的空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。由動(dòng)力學(xué)研究可知［15－16］，在萃取過程中存在較大的界面阻力，使用超聲波技術(shù)起到強(qiáng)化作用，超聲的空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)均可增大界面間的湍動(dòng)程度，同時(shí)空化所產(chǎn)生的微射流會(huì)促進(jìn)油脂的擴(kuò)散，降低了油脂擴(kuò)散的阻力，因此可以促進(jìn)油脂的浸出和傳質(zhì)，提高油脂的萃取率。選取最佳功率為300 W。

圖2 超聲功率對(duì)前萃率的影響

2.2.3 超聲溫度對(duì)前萃率的影響

溫度對(duì)前萃率的影響如圖3所示，隨著溫度的升高，萃取率增大，當(dāng)溫度達(dá)到60℃后，變化緩慢。原因是溫度升高時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)加快，相互作用增強(qiáng)，油脂的前萃率也相應(yīng)的增大。溫度過高，對(duì)油脂的過氧化值有影響［17－18］，故選取萃取溫度為60℃較為合適。

圖3 溫度對(duì)前萃率的影響

2.2.4 豆粉加入量對(duì)前萃率的影響

豆粉加入量對(duì)前萃率的影響如圖4所示，隨著豆粉加入量的增多，前萃率逐漸下降。這是因?yàn)榧尤肓考哟?，過多的油脂無法溶入有機(jī)溶劑，造成了提取率的下降。但過小的加樣量，萃取油脂的量過低，沒有實(shí)際意義，綜合考慮，加入量取為0.04 g/mL最為合適。

2.2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)

圖4 豆粉加入量對(duì)前萃率的影響

根據(jù)以上單因素的研究，并且根據(jù)實(shí)際情況稍作調(diào)整，選取兩種反膠束的最佳萃取條件為:超聲時(shí)間1 h，超聲功率300 W，溫度60℃，豆粉加入量為0.04 g/mL，在此條件下AOT反膠束法的前萃率為81.39%，AOT－Tween85反膠束法的前萃率為84.17%。

2.3 反膠束法與浸出法制得油脂的比較

2.3.1 不同反膠束法油脂得率的比較

由表2可知，反膠束萃取油脂的得率較高，AOTTween85反膠束萃取油脂的得率稍高于AOT反膠束萃取油脂的得率。這可能是因?yàn)楸砻婊钚詣㏕ween85的黏度比AOT的黏度要低，造成了AOT反膠束溶液的界面阻力大于AOT－Tween85反膠束溶液，因此油脂更容易進(jìn)入AOT－Tween85反膠束溶液的異辛烷中。

表2 2種反膠束法萃取油脂萃取率的比較

2.3.2 不同提取法油脂基本理化指標(biāo)的比較

過氧化值是衡量油脂酸敗程度，一般來說過氧化值越高其酸敗就越厲害。因?yàn)橛椭趸釘‘a(chǎn)生的一些小分子物質(zhì)在體內(nèi)對(duì)人體產(chǎn)生不良的影響，如產(chǎn)生自由基，所以過氧化值太高的油對(duì)身體不好。酸價(jià)是脂肪中游離脂肪酸含量的標(biāo)志，在脂肪生產(chǎn)的條件下，酸價(jià)可作為水解程度的指標(biāo)，在其保藏的條件下，則可作為酸敗的指標(biāo)。酸價(jià)越小，說明油脂質(zhì)量越好。由表3可以看出，反膠束萃取得到的毛油，酸價(jià)及過氧化值比浸出法要低，因此反膠束法得到的油脂品質(zhì)較好。3種方法得到的油脂的色澤、皂化值基本相同。但碘值有所不同，AOT－吐溫反膠束法要略微低于另兩種方法得到的毛油。反膠束法萃取的油脂產(chǎn)品中殘留的表面活性劑較易分離［4］，浸出法得到的油脂殘留的溶劑對(duì)油脂的品質(zhì)造成一定的影響［19］。

表3 不同方法對(duì)油脂基本性質(zhì)的影響

2.3.3 不同提取法油脂脂肪酸成分的比較

浸出法、AOT反膠束法、AOT－Tween85反膠束法提取的大豆油脂的氣相色譜圖如圖5至圖7所示。

圖5 浸出法提取的大豆油脂的氣相色譜圖

圖6 AOT反膠束法提取的大豆油脂的氣相色譜圖

圖7 AOT－Tween85反膠束法提取的大豆油脂的氣相色譜圖

表4是通過氣相色譜圖得到的脂肪酸成分和組成，從表4可以看出浸出法、AOT反膠束法、AOTTween85反膠束法3種方法提取的大豆油脂脂肪酸組成和含量基本相同，AOT－Tween85反膠束法萃取的油脂多不飽和脂肪酸成分偏高，而單不飽和脂肪酸成分偏低。總體來說，3種方法提取的油脂的脂肪酸構(gòu)成較好，含有豐富的亞油酸，亞油酸是人體必需的脂肪酸，具有重要的生理功能，有顯著的降低血清膽固醇含量，預(yù)防心血管疾病的功效［20］。

表4 不同方法提取的油脂脂肪酸成分的含量

2.4 油脂中殘留表面活性劑

通過試驗(yàn)測(cè)定，AOT反膠束法萃取得到的大豆油脂表面活性劑殘留率為(0.48±0.04)%，AOTTween85反膠束法的殘留率為(0.39±0.05)%。由試驗(yàn)結(jié)果可知，表面活性劑的殘留量較小，對(duì)油脂的純度影響不大，對(duì)人體健康也基本無影響。

3 結(jié)論

3.1 2種反膠束萃取大豆油脂影響因素主要有超聲時(shí)間、超聲溫度、超聲功率及全脂豆粉加入量，本試驗(yàn)所選取的最佳條件分別是1 h、60℃、300 W、0.04 g/mL，在此條件下，AOT反膠束法的前萃率為81.39%，AOT－吐溫反膠束法的前萃率為84.17% 。

3.2 2種不同反膠束體系萃取大豆油脂的萃取率差別不大，AOT－吐溫反膠束法要略高于AOT反膠束法。

3.3 反膠束萃取得到的毛油，酸價(jià)及過氧化值比浸出法要低，因此反膠束法得到的油脂品質(zhì)較好。并且得到的表面活性劑殘留量較低，對(duì)油脂的純度影響不大。

3.4 浸出法、AOT反膠束法、AOT－Tween85反膠束法3種方法提取的大豆油脂脂肪酸組成和含量基本相同，AOT－Tween85反膠束法萃取的油脂多不飽和脂肪酸成分偏高，而單不飽和脂肪酸成分偏低。總體來說，3種方法提取的油脂的脂肪酸構(gòu)成較好，符合人體健康的需要。

志謝:鄭州市創(chuàng)新型科技人才隊(duì)伍建設(shè)工程資助。

［1］Zhao XH，Li YM，He XW.Study of the factors affecting theextraction of soybean p roteinby reverse micelles［J］.Molecular Biology Reports，2009:9515 －9520

［2］劉曉艷，閆杰.反膠束體系在蛋白質(zhì)萃取中應(yīng)用的研究進(jìn)展［J］.食品工業(yè)科技，2010，31(4):374 －376

［3］Naoea K，Yoshimoto S，Naito N，et al.Imai.Preparation of protein nanoparticles using AOT reverse micelles［J］.Biochemical Engineering Journal，2011，55:140 －143

［4］趙俊廷.利用反膠束溶液同時(shí)萃取油料中油和蛋白的研究［D］.無錫:江南大學(xué)，2000

［5］孫樹坤，富校軼，江連洲，等.大豆油脂工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2001，3(4):49 －51

［6］焦云鵬，蔣長(zhǎng)興.大豆油脂質(zhì)量常規(guī)指標(biāo)監(jiān)控［J］.現(xiàn)代食品科技，2007(9):78－83

［7］劉玉蘭，汪學(xué)德.油脂制取與加工工藝學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2003:73－113

［8］Chung J，Lee J，Choe E.Oxidative stability of soybean and seame oil mixture during frying of flour dough［J］.Journal of Food Science，2004，69(7):574 －578

［9］高亞輝.反膠束后萃大豆蛋白動(dòng)力學(xué)及其體系性能研究［D］.鄭州:河南工業(yè)大學(xué)，2007

［10］李飛.反膠束法同時(shí)提取玉米胚芽油脂和蛋白質(zhì)的研究［D］.無錫:江南大學(xué)，2009

［11］張淑霞，陳復(fù)生，高亞輝.乙醇萃取法去除油脂中殘留表面活性劑的研究［J］.中國(guó)油脂，2007，32(10):46 －49

［12］程小麗.同時(shí)分離大豆蛋白和油脂的反膠束體系研究［D］.鄭州:河南工業(yè)大學(xué)，2010

［13］劉海遠(yuǎn)，布冠好，陳復(fù)生，等.超聲波輔助CTAB反膠束萃取大豆蛋白的研究［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械糧油加工，2011，(20):68－71

［14］趙曉燕，薛文通，陳復(fù)生，等.影響反膠束體系萃取蛋白能力的因素及機(jī)理［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25(11):354－356

［15］陳復(fù)生，程小麗，李里特，等.反膠束萃取大豆蛋白過程中動(dòng)力學(xué)的研究［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2010，2012(5):24－29

［16］高亞輝，陳復(fù)生，趙俊廷，等.反膠束萃取大豆蛋白反萃取過程的動(dòng)力學(xué)研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(7):206－211

［17］Gao YH，Chen FS，Zhao JT，et al.Kinetics of the reextraction process of soybean protein in reversed micelles［J］.Transactions of the CSAE，2007，23(7):206 －211

［18］韓鋒，楊學(xué)軍，劉業(yè)限.大豆油過氧化值測(cè)定的影響因素［J］.生態(tài)科學(xué)，2004，23(1):51 －53

［19］吳曉霞，李建科，張彥宇，等.蠶蛹油超聲波輔助萃取及其抗氧化穩(wěn)定性［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43(8):1677－1687

［20］屈巖峰，李振嵐，于殿宇.制取高不飽和脂肪酸大豆油方法的研究［J］.食品工業(yè)科技，2010，31(1):248 －253.