乙醇萃取米糠油脫酸脫蠟工藝研究

胡曉軍 李 群 許光映 高忠東

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，太原 030031)

稻谷是我國產(chǎn)量最大的大宗農(nóng)產(chǎn)品，近5年稻谷產(chǎn)量在1.75－1.99億噸之間，占全國糧食總產(chǎn)量的1/3以上，占世界稻谷總產(chǎn)量的31%，居世界首位[1]。米糠是稻谷加工精米時的主要副產(chǎn)品，由種皮、果皮、外胚乳和糊粉層組成。目前，我國米糠年產(chǎn)量超過1 000萬噸，是一種產(chǎn)量較大的可再生資源。米糠營養(yǎng)豐富，其中富含蛋白質(zhì)、脂肪、水溶性多糖、維生素、纖維素以及各種礦物質(zhì)，米糠的營養(yǎng)成分為大米營養(yǎng)價值的60%。米糠一般含油量為15%～20%，若將這些米糠完全利用，可生產(chǎn)約140萬噸米糠油。米糠油是一種營養(yǎng)豐富的植物油，其中含豆蔻酸0.5%～1%、軟脂肪酸17%～18%、硬脂肪酸1%～3%、油酸40%～50%、亞油酸29%～35%、亞麻酸0.1%～1%等[2]，最為突出的是米糠油含有2%～3%具有降低人體血清膽固醇、防治心血管疾病的功能的谷維素[3]。然而，由于我國稻谷處于小規(guī)模、分散加工，實際米糠有效利用在10%左右，因此，國內(nèi)所生產(chǎn)的米糠油產(chǎn)品不足20萬噸[4]。

米糠含活性很強的脂肪酶，能很快水解米糠脂質(zhì)，使毛油酸價迅速升高，因此米糠毛油酸價很高，通常為 10～30 mgKOH/g，有的甚至更高[5]；米糠毛油還含有3%～5%的蠟、以及磷脂、色素、臭氣等雜質(zhì)，必須通過精煉后，才能作為食用油脂。但精煉對谷維素的損失有影響，特別是脫酸工序?qū)染S素的保留起決定性的影響[6－7]。目前在生產(chǎn)上脫酸采用較多的是化學(xué)堿煉脫酸和物理脫酸，但是，堿煉脫酸存在煉耗大的問題，物理脫酸存在處理高酸價油時成本高、且對油品質(zhì)量影響大的缺陷[8]。而且兩種脫酸方法對谷維素均有較大的流失，物理精煉脫酸時谷維素破壞率為60%，化學(xué)精煉脫酸，谷維素流失率更高[9]。為解決米糠油脫酸和谷維素保存的問題，本研究利用乙醇、丙酮和甲醇與游離脂肪酸和蠟的介電常數(shù)接近、與油脂與谷維素的介電常數(shù)相差較大的特點[10]，用乙醇等溶劑萃取米糠油進行脫酸、脫蠟的工藝及條件進行了研究，對生產(chǎn)富含谷維素的營養(yǎng)米糠油具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料及主要儀器設(shè)備

米糠毛油:市售，米糠毛油的酸值為18.9 mgKOH/g，谷維素質(zhì)量分數(shù)為2.4%。

乙醇:分析純，淄博市臨淄東方紅化工廠；丙酮:分析純，常州市雙良化工有限公司；甲醇:分析純，連云港巨佳化工科技有限公司；乙醚:分析純，淄博市臨淄東方紅化工廠；酚酞:分析純，天津希恩思生化科技有限公司；氫氧化鉀:分析純，萊州市興泰化工有限公司；飲用純凈水:怡寶食品飲料(深圳)有限公司；活性炭:TS－702，南通通森活性炭有限公司。

RE－3000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器:上海亞榮生化儀器廠；BCD－215DK冰箱:青島海爾股份有限公司；ZNHW－II電加熱套:上海遠懷化工科技有限公司；堿式滴定管:鄭州市中原區(qū)興華玻璃儀器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 不同溶劑萃取米糠毛油對萃取率和酸值的影響

用95%乙醇、丙酮和甲醇3種弱極性溶劑為供試溶劑。按米糠毛油與溶劑為1∶3質(zhì)量/體積比的比例，取100 g米糠毛油和300 mL各種溶劑倒入3個燒杯中，常溫下充分攪拌后，倒入3個分液漏斗，靜置6 h，上層的溶液與下層的米糠油分離，然后將溶液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上真空減壓回收溶劑，得游離脂肪酸和蠟混合物，在4～8℃條件下使蠟結(jié)晶、過慮，分別得游離脂肪酸和蠟；下層為酸值較低、保留谷維素較多的的萃取后米糠油。重復(fù)3次，比較各處理萃取后米糠油的酸值、谷維素保留率、米糠油得率、游離脂肪酸得率、蠟得率和溶劑回收率。

米糠油得率＝萃取后米糠油的質(zhì)量/供試米糠毛油的質(zhì)量×100%

谷維素保留率＝萃取后米糠油中谷維素的質(zhì)量/供試米糠毛油中谷維素的質(zhì)量×100%

游離脂肪酸得率＝回收游離脂肪酸的質(zhì)量/供試米糠毛油的質(zhì)量×100%

蠟得率＝回收蠟的質(zhì)量/供試米糠毛油的質(zhì)量×100%

溶劑回收率＝回收溶劑的體積/供試溶劑的體積×100%

1.2.2 不同乙醇濃度萃取米糠毛油對酸值和乙醇回收率的影響

設(shè)乙醇體積分數(shù)分別為50%、60%、70%、80%、90%和95%6個處理進行試驗。按米糠毛油與乙醇的質(zhì)量/體積比為1∶3，取100 g米糠毛油和300 mL不同濃度的乙醇倒入容器中，其他同1.2.1。重復(fù)3次，比較各處理萃取后米糠油的酸值和乙醇回收率。

1.2.3 不同料液比萃取米糠毛油對酸值和乙醇回收率的影響

設(shè)米糠毛油質(zhì)量與95%乙醇的體積比為:1∶2，1∶2.5、1∶3、1∶3.5和1∶4共5個處理，取100 g米糠毛油和不同處理的95%乙醇倒入容器中，其他同1.2.1。重復(fù)3次，比較各處理萃取后米糠油的酸值和乙醇回收率。

1.2.4 不同次數(shù)萃取米糠毛油對酸值和乙醇回收率的影響

按米糠毛油質(zhì)量與95%乙醇的體積比為1∶2.5，萃取次數(shù)設(shè)3個處理，分別是:1)萃取1次；2)萃取2次；3)萃取3次，其他同1.2.1。重復(fù)3次，重復(fù)3次，比較各處理萃取后米糠油的酸值、谷維素保留率、米糠油得率、游離脂肪酸得率、蠟得率、乙醇回收率和溶耗酸值比。

溶耗酸值比是指每百份溶劑萃取米糠毛油時的溶劑損耗與精煉前后酸值之差之比值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溶劑對萃取率和酸值的影響

由表1可知，用乙醇、丙酮和甲醇3種溶劑萃取米糠毛油后，萃取后米糠油的酸值均有了明顯的下降，經(jīng)統(tǒng)計分析，3種溶劑對萃取后米糠油的酸值、米糠油得率、谷維素保留率、游離脂肪酸得率和蠟得率的差異均不顯著(P＞0.05)，乙醇的回收率極顯著高于丙酮和甲醇的回收率(P＜0.01)，而丙酮與甲醇兩者之間的回收率沒有顯著差異(P＞0.05)。從經(jīng)濟角度考察，用乙醇作為萃取溶劑明顯優(yōu)于丙酮與甲醇。

表1 不同溶劑對萃取率和酸值的影響

2.2 不同乙醇濃度對酸值和乙醇回收率的影響

從表2可以看出，不同乙醇濃度萃取米糠毛油后，在乙醇試驗濃度范圍內(nèi)，乙醇的濃度越高，萃取后米糠油的酸值越低，統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，各處理間的酸值均呈極顯著差異(P＜0.01)，表明用95%的乙醇作為萃取溶劑效果最好；各處理間的乙醇回收率差異均不顯著(P＞0.05)。

表2 不同乙醇濃度對酸值和乙醇回收率的影響

2.3 不同料液比對酸值和乙醇回收率的影響

從表3可知，米糠毛油與乙醇的不同質(zhì)量/體積比例萃取米糠毛油后，處理1萃取后米糠油的酸值極顯著高于處理2～處理5(P＜0.01)，處理2～處理5各處理萃取后米糠油的酸值差異不顯著(P＞0.05)；溶劑回收率在處理1至處理5各處理間差異均不顯著(P＞0.05)。在生產(chǎn)中涉及溶劑回收問題，因此，在同等脫脫酸效果的前提下，溶劑的使用量越低真好，料液比越低生產(chǎn)成本越低，在本試驗的乙醇濃度范圍內(nèi)，料液比為1∶2.5為最佳處理。

表3 米糠毛油與乙醇的不同比例對酸值和乙醇回收率的影響

2.4 不同次數(shù)萃取對酸值和乙醇回收率的影響

試驗結(jié)果表明，不同次數(shù)萃取對酸值和乙醇回收率的影響很大，由表4可見，萃取次數(shù)與萃取后的酸值、米糠油得率、谷維素保留率、乙醇回收率成反比，萃取次數(shù)與游離脂肪酸得率、蠟得率、溶耗酸值比成正比，統(tǒng)計分析顯示，萃取1次、2次、3次3個處理之間對萃取后米糠油酸值、谷維素保留率、乙醇回收率和溶耗酸值比4項指標均呈極顯著差異(P＜0.01)，萃取1次時米糠油得率顯著高于萃取2次和3次兩個處理，萃取1次時游離脂肪酸得率和蠟得率顯著低于萃取2次和3次兩個處理。對米糠毛油增加萃取次數(shù)，可有效降低米糠毛油中的酸值，同時提高副產(chǎn)品游離脂肪酸和蠟的得率，但是，增加萃取次數(shù)就降低了米糠油得率、谷維素保留率、乙醇回收率，提高了溶耗酸值比。綜合考慮萃取后多項指標，認為以萃取2次為宜。

表4 不同次數(shù)萃取對酸值和乙醇回收率的影響

3 結(jié)論

3.1 乙醇萃取米糠油脫酸脫蠟的優(yōu)化工藝是:用95%的乙醇與米糠毛油按2.5∶1體積質(zhì)量比、連續(xù)萃取2次，結(jié)果是:米糠油得率為87.59%，產(chǎn)品的酸值為1.21 mgKOH/g，谷維素保留率為87.10%，得到米糠毛油重8.93%的游離脂肪酸和3.48%的蠟，乙醇回收率為90.05%，溶耗酸值比為0.56。

3.2 乙醇萃取米糠油脫酸脫蠟工藝相比化學(xué)脫酸和物理脫酸工藝，設(shè)備投資少，谷維素保留率高，米糠油得率較高，回收了副產(chǎn)品游離脂肪酸和蠟。不足之處是消耗的乙醇較多，產(chǎn)品的酸值達不到一級油標準。在工業(yè)化生產(chǎn)中可考慮與物理或化學(xué)精煉相結(jié)合，以達到降低米糠毛油精煉成本、提高精煉效益的目的。

參考文獻

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