米糠油酸法脫膠工藝及對(duì)γ-谷維素、β-谷甾醇損失的影響研究

李俊杰，李 珂，莫玉花，李羅明

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128； 2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410128)

米糠油酸法脫膠工藝及對(duì)γ-谷維素、β-谷甾醇損失的影響研究

李俊杰1,2，李 珂1,2，莫玉花1,2，李羅明1,2

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128； 2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410128)

采用磷酸脫膠法對(duì)米糠毛油進(jìn)行脫膠，考察了磷酸添加量、水添加量、脫膠溫度、脫膠時(shí)間對(duì)米糠毛油脫膠率、γ-谷維素和β-谷甾醇損失率的影響。結(jié)果表明：在磷酸添加量0.15%、水添加量5.0%、脫膠溫度65℃、脫膠時(shí)間40 min的條件下，米糠毛油脫膠率最高，為91.13%，γ-谷維素和β-谷甾醇損失率相對(duì)較小，分別為12.22%、5.99%；脫膠后油中磷含量為22.07 mg/kg，脫膠油中飽和脂肪酸含量比脫膠前提高了1.6個(gè)百分點(diǎn),不飽和脂肪酸含量比脫膠前降低了1.6個(gè)百分點(diǎn)，而油酸與亞油酸含量比例約1.09∶1，變化微小。

米糠油；脫膠；磷酸；γ-谷維素；β-谷甾醇

脫膠主要是將毛油中的磷脂以及脂蛋白和糖脂等膠質(zhì)物脫除的過(guò)程[1]。米糠油中的膠質(zhì)以磷脂為主，植物油中膠質(zhì)的含量隨原料產(chǎn)地、成熟度、品種的不同而不同，也隨制油方法發(fā)生變化，一般含蛋白質(zhì)越豐富的油料，磷脂含量越高[2-4]。

目前國(guó)內(nèi)就脫膠過(guò)程對(duì)谷維素和甾醇損失的影響的報(bào)道相對(duì)較少。Yoon等[5]在對(duì)不同米糠油進(jìn)行脫膠時(shí)發(fā)現(xiàn)，谷維素?fù)p失率為12%～51%；Rajam等[6]用CaCl2輔助米糠油冷析進(jìn)行同時(shí)脫蠟脫膠實(shí)驗(yàn)證明谷維素、甾醇等功能成分均保留80%左右。本文選擇酸法脫膠工藝，此工藝原理主要是采用有機(jī)酸或者無(wú)機(jī)酸與毛油中的磷脂有效接觸，將在水化脫膠中不能脫除的非水化磷脂轉(zhuǎn)換為水化磷脂，使油脂中的磷脂吸水絮凝成固體，再經(jīng)過(guò)離心或過(guò)濾進(jìn)行分離，從而達(dá)到改善精煉效果、提高精煉米糠油的品質(zhì)、最大程度保留其中功能成分(谷維素、谷甾醇)和降低生產(chǎn)成本的目的。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

米糠毛油(龍粳46稻谷品種，實(shí)驗(yàn)室提取)；磷酸、鹽酸、氧化鋅、氫氧化鉀、濃硫酸、鉬酸鈉、硫酸聯(lián)氨、磷酸二氫鉀均為分析純，購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；γ-谷維素標(biāo)準(zhǔn)品，純度99%，購(gòu)于上海將來(lái)試劑有限公司；β-谷甾醇標(biāo)準(zhǔn)品，純度98%，購(gòu)于上海源葉生物科技有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

RE-52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；WFJ 7200紫外分光光度計(jì)，尤尼柯(上海)儀器有限公司；TG 16-WS臺(tái)式高速離心機(jī)，長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；Testo 205精密pH計(jì)，Test AG Germany；GCMS-QP 2010 plus氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、AOC-20 i自動(dòng)進(jìn)樣器、GC-2010氣相色譜儀，日本島津公司；Waters 2695高效液相色譜儀，Waters Corporation。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 米糠毛油脫膠方法

先將毛油置于燒杯中預(yù)熱到45～85℃，添加油質(zhì)量0.05%～0.25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的磷酸，充分混勻后保溫?cái)嚢?0～60 min，加入油質(zhì)量3%～5%的熱水繼續(xù)攪拌30 min以上，當(dāng)磷脂膠粒開始聚集，應(yīng)慢速攪拌，當(dāng)液面有明顯的油路且膠質(zhì)聚集完全，即停止攪拌，靜置2 h。在沉降時(shí)使油樣維持在70℃左右，在5 000 r/min下進(jìn)行油膠離心分離。水化脫膠油中還有部分水分殘留，采用常壓脫水，將油升溫至95～105℃干燥2 h進(jìn)行脫水，冷卻，計(jì)算脫膠率以及測(cè)定脫膠油中的γ-谷維素和β-谷甾醇的含量。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)操作3次。

1.2.2 磷脂含量測(cè)定

參照GB/T 5537—2008鉬藍(lán)比色法。

1.2.3γ-谷維素和β-谷甾醇含量的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[7-8]。

1.2.4 脂肪酸組成的測(cè)定

參考GB/T 17376—2008、GB/T 17377—2008。

1.2.5 排隊(duì)評(píng)分法

采用常用的多指標(biāo)正交實(shí)驗(yàn)分析方法——排隊(duì)評(píng)分法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[9-10]。最終以綜合評(píng)分最高的實(shí)驗(yàn)號(hào)看作是最優(yōu)方案[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 磷酸添加量的影響

當(dāng)脫膠溫度為65℃、脫膠時(shí)間為40 min、水添加量為3%時(shí)，磷酸添加量對(duì)脫膠率、γ-谷維素和β-谷甾醇損失率的影響如圖1所示。

圖1 磷酸添加量對(duì)脫膠率、γ-谷維素和β-谷甾醇損失率的影響

由圖1可知，反應(yīng)開始隨著磷酸添加量的增加，脫膠率迅速提高，主要是由于磷酸添加量的增加加大了油脂中的非水化磷脂向水化磷脂的轉(zhuǎn)化，即磷酸促使油脂中鈣鎂復(fù)鹽式磷脂、N-酰基腦磷脂和對(duì)稱式結(jié)構(gòu)(β)磷脂轉(zhuǎn)變成親水性磷脂[12]。磷酸添加量大于0.15%后脫膠率上升趨勢(shì)變緩，磷酸添加量達(dá)到0.20%左右時(shí)，脫膠率基本不變，可能因?yàn)橛椭械姆撬字坑邢藁蛘咂渌蛩刂g的影響所導(dǎo)致。γ-谷維素和β-谷甾醇的損失率也隨著磷酸添加量的增加而增大，而且變化趨勢(shì)跟脫膠率基本一致，可能因?yàn)槊撃z過(guò)程中析出來(lái)的磷脂和其他絮狀油腳具有的吸附作用使得γ-谷維素和β-谷甾醇隨油腳被除去，從而導(dǎo)致?lián)p失率增大。從數(shù)量上來(lái)看，γ-谷維素的損失率平均要比β-谷甾醇的損失率高6.32個(gè)百分點(diǎn)，可能因?yàn)檫@兩種物質(zhì)在油脂中有濃度差，絮凝的膠質(zhì)與濃度較高的γ-谷維素接觸更加頻繁，從而導(dǎo)致γ-谷維素的損失率比β-谷甾醇的損失率大。

2.1.2 脫膠溫度的影響

當(dāng)磷酸添加量為0.15%、脫膠時(shí)間為40 min、水添加量為3%時(shí)，脫膠溫度對(duì)脫膠率、γ-谷維素和β-谷甾醇損失率的影響如圖2所示。由圖2可知，當(dāng)脫膠溫度從45℃上升到55℃時(shí)，脫膠率上升比較緩慢，而脫膠溫度從55℃升至75℃時(shí)脫膠率上升速度顯著增大，根據(jù)熱力學(xué)原理，水分子和磷脂都有較高的活化溫度，磷脂分子或基團(tuán)加大了破壞水分子間氫鍵的能力，使磷脂分子從水中被排擠出來(lái)并吸附在溶液周圍的界面上[13]。但隨著脫膠溫度的繼續(xù)上升(75℃以上)，脫膠率開始下降，因?yàn)楦邷卮偈顾肿优c油脂形成乳化，脫膠率降低。從總的變化趨勢(shì)來(lái)看，因?yàn)棣?谷維素和β-谷甾醇均受油腳吸附的影響，脫膠越完全產(chǎn)生的油腳越多，被吸附帶出的γ-谷維素和β-谷甾醇也會(huì)增多，因此兩種物質(zhì)的損失率基本隨脫膠率的變化而變化，但變化趨勢(shì)沒(méi)脫膠率變化明顯，當(dāng)脫膠溫度超過(guò)75℃以后，γ-谷維素和β-谷甾醇的損失率變化趨于平緩。

圖2 脫膠溫度對(duì)脫膠率、γ-谷維素和β-谷甾醇損失率的影響

2.1.3 水添加量的影響

當(dāng)磷酸添加量為0.15%、脫膠溫度為65℃、脫膠時(shí)間為40 min時(shí)，水添加量對(duì)脫膠率、γ-谷維素和β-谷甾醇損失率的影響如圖3所示。

圖3 水添加量對(duì)脫膠率、γ-谷維素和β-谷甾醇損失率的影響

由圖3可知，隨著水添加量的增加(3.0%～4.5%)，脫膠率不斷上升，水添加量在4.5%時(shí)脫膠率達(dá)到最大，當(dāng)水添加量超過(guò)4.5%時(shí)，脫膠率有微微下降的趨勢(shì)，這有可能是形成了局部的油水乳化現(xiàn)象，難以分離，導(dǎo)致脫膠率下降，同時(shí)水添加量過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致煉耗增大、廢水量增多等問(wèn)題[14]。γ-谷維素和β-谷甾醇損失率的變化也同時(shí)隨著脫膠率的變化而變化，整個(gè)變化過(guò)程幅度較小，當(dāng)水添加量達(dá)到4.5%時(shí)，兩者損失率幾乎無(wú)變化。

2.1.4 脫膠時(shí)間的影響

當(dāng)磷酸添加量為0.15%、脫膠溫度為65℃、水添加量為3%時(shí)，脫膠時(shí)間對(duì)脫膠率、γ-谷維素和β-谷甾醇損失率的影響如圖4所示。

圖4 脫膠時(shí)間對(duì)脫膠率、γ-谷維素和β-谷甾醇損失率的影響

由圖4可知，脫膠率隨脫膠時(shí)間(20～40 min)的延長(zhǎng)逐漸增大，當(dāng)脫膠時(shí)間超過(guò)40 min后脫膠率幾乎不變，說(shuō)明磷脂已經(jīng)水化完全。γ-谷維素和β- 谷甾醇的損失率在脫膠時(shí)間20～40 min時(shí)隨著膠質(zhì)的脫除而變大，40 min后隨著脫膠時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，γ-谷維素和β-谷甾醇的損失率仍繼續(xù)緩慢增長(zhǎng)，說(shuō)明γ-谷維素和β-谷甾醇在油脂體系中頻繁與絮凝的膠質(zhì)接觸并被其吸附，從而導(dǎo)致?lián)p失率繼續(xù)增大。同時(shí)也說(shuō)明脫膠時(shí)間對(duì)γ-谷維素和β- 谷甾醇的損失比較關(guān)鍵。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，在上述4個(gè)因素中各選出最合適的3個(gè)水平按照L9(34)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，以綜合評(píng)分為最終考察指標(biāo)，優(yōu)化脫膠工藝參數(shù)。正交實(shí)驗(yàn)因素水平見表1，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。由表2可知，主次因子為B>D>A>C，水添加量為最大影響因素，實(shí)驗(yàn)最佳組合是A3B3C1D2，即磷酸添加量0.20%，水添加量5.0%，脫膠溫度65℃，脫膠時(shí)間40 min。在最佳條件下，通過(guò)3組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，脫膠率為92.31%±0.38%，γ-谷維素?fù)p失率為12.85%±0.12%，β-谷甾醇損失率為6.46%± 0.08%。雖然脫膠率比綜合評(píng)分最高的組合A2B3C1D2得到了提高，但是γ-谷維素和β-谷甾醇的損失率也隨之增大，綜合評(píng)分低于A2B3C1D2。因此，最終確定脫膠工藝的最佳條件為：磷酸添加量0.15%，水添加量5.0%，脫膠溫度65℃，脫膠時(shí)間40 min。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.3 脫膠前后米糠油脂肪酸組成(見表3)

表3 脫膠前后米糠油的脂肪酸組成 %

注：選定的實(shí)驗(yàn)條件下脂肪酸含量低于0.05%者未列出。

由表3可知，米糠毛油通過(guò)磷酸脫膠后的脫膠油的脂肪酸組成與脫膠前相比，脂肪酸的種類未發(fā)生變化，C16和C18脂肪酸的含量發(fā)生了輕微的變化，脫膠后C16脂肪酸含量為14.9%，比脫膠前的13.8%提高了1.1個(gè)百分點(diǎn)；脫膠后C18脂肪酸含量為82.4%，比脫膠前的83.6%降低了1.2個(gè)百分點(diǎn)。脫膠后飽和脂肪酸含量為19.0%，比脫膠前的17.4%提高了1.6個(gè)百分點(diǎn),不飽和脂肪酸含量為80.5%，比脫膠前的82.1%降低了1.6個(gè)百分點(diǎn)，脫膠前后油酸與亞油酸含量比例約1.09∶1，說(shuō)明磷酸脫膠法對(duì)脂肪酸含量變化影響較小。

3 結(jié) 論

采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)米糠油酸法脫膠工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得出最佳工藝條件為：磷酸添加量0.15%，水添加量5.0%，脫膠溫度65℃，脫膠時(shí)間40 min。在最佳工藝條件下，米糠毛油脫膠率為91.13%，γ-谷維素?fù)p失率為12.22%，β-谷甾醇損失率為5.99%。脫膠后油中磷含量為22.07 mg/kg，且脫膠油中飽和脂肪酸含量比脫膠前提高了1.6個(gè)百分點(diǎn),不飽和脂肪酸含量比脫膠前降低了1.6個(gè)百分點(diǎn)，而油酸與亞油酸含量比例約1.09∶1，變化微小，基本符合國(guó)際衛(wèi)生組織推薦的油酸和亞油酸含量1∶1的最佳比例。

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Acid degumming process of rice bran oil and its effect on loss ofγ-oryzanol andβ-sitosterol

LI Junjie1,2，LI Ke1,2， MO Yuhua1,2， LI Luoming1,2

(1.College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Hunan Province Key Laboratory of Food Science and Biotechnology, Changsha 410128, China)

The acid degumming technology was used in crude rice bran oil degumming ,and the effects of dosages of phosphoric acid, dosage of water,degumming temperature and degumming time on the degumming rate and loss rates ofγ-oryzanol andβ-sitosterol were studied.The results showed that under the conditions of dosages of phosphoric acid 0.15%, dosage of water 5.0%,degumming temperature 65℃ and degumming time 40 min, the degumming rate of crude rice bran oil was the highest,reaching 91.13%, while the loss rates ofγ-oryzanol andβ-sitosterol were relatively lower, reaching 12.22% and 5.99%, respectively.The content of phosphorus in degummed oil was 22.07 mg/kg, and the content of saturated fatty acid increased by 1.6 percentage points, while the content of unsaturated fatty acid decreased by 1.6 percentage points, and the ratio of oleic acid to linoleic acid was about 1.09∶1 with a slight change.

rice bran oil; degumming; phosphoric acid;γ-oryzanol;β-sitosterol

2016-06-12;

2016-11-23

糧油深加工與品質(zhì)控制湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心(湘教通【2013】448號(hào))

李俊杰(1990)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称芳庸づc安全(E-mail)405673287@qq.com。

李羅明，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士生導(dǎo)師(E-mail)378542784@qq.com。

TS224.6;TQ644.4

A

1003-7969(2017)04-0016-05

油脂加工