制取高不飽和度亞麻籽油的方法研究

張 歡，姜 洋，張 魯，王文華，于殿宇，劉天一

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，哈爾濱150030)

制取高不飽和度亞麻籽油的方法研究

張 歡，姜 洋，張 魯，王文華，于殿宇，劉天一

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，哈爾濱150030)

以亞麻籽油為原料，采用干法分提對其進行了分離改性，進一步分離出富含高不飽和脂肪酸的亞麻籽油。研究了攪拌速率、冷卻速率、養(yǎng)晶時間、結(jié)晶溫度對亞麻籽油液態(tài)油得率、碘值的影響。得到最佳的工藝條件為：攪拌速率15 r/min，冷卻速率4℃/h，養(yǎng)晶時間12 h，結(jié)晶溫度-8℃。在最佳工藝條件下所得液態(tài)油碘值(I)為198 g/100 g，液態(tài)油得率為89.2%。通過分析樣品油與成品油的脂肪酸組成、含量和0℃固體脂肪含量發(fā)現(xiàn)，成品油的飽和脂肪酸和固體脂肪含量較樣品油明顯降低。

亞麻籽油；物理降溫；冷凍分離；干法分提；高不飽和脂肪酸

亞麻籽又稱胡麻籽，是亞麻科、亞麻屬的一年生或多年生草本植物亞麻的種子[1]。亞麻籽油中不飽和脂肪酸含量在80%左右，其中以亞麻酸、油酸和亞油酸為主[2]。亞麻酸是人體必需的一種不飽和脂肪酸，是合成DHA與EPA的前體，有利于人體大腦發(fā)育和視網(wǎng)膜光感細胞的成熟，具有降血脂、降膽固醇、降血壓、抗癌和抗炎等功效[3-7]，多用于醫(yī)藥、食用油產(chǎn)品、化妝品及功能保健食品中[8-10]。由于亞麻籽油具有多種生理保健功能，使其成為備受青睞的保健油之一。為了更好地應(yīng)用亞麻籽油，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，可以對其進行改性，以滿足更多的市場需求。

改性的方法有氫化，酯交換，分提。分提是常用的油脂改性方法之一，其是利用油脂中各種甘三酯的熔點不同，通過控制溫度將其分為固、液兩部分，從而達到改性的目的[11-12]。分提工藝一般包括：干法分提、溶劑分提、表面活性劑分提[13]。其中溶劑分提分提效率高，但是投資成本高。表面活性劑分提會污染產(chǎn)品。而干法分提無有機溶劑污染、操作簡單且不產(chǎn)生反式脂肪酸[14]。

本文采用干法分提對亞麻籽油進行分離改性，主要研究干法分提的最佳工藝條件，進而分離出富含高不飽和脂肪酸的亞麻籽油，使亞麻籽油的不飽和度明顯提高，以期擴展其應(yīng)用范圍，對其工業(yè)化應(yīng)用起到一定的指導(dǎo)作用。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

亞麻籽油(碘值(I)為176 g/100 g)，錫林郭勒蒙草堂亞麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司；GC-14C型氣相色譜儀，美國安捷倫公司；脈沖式核磁共振儀，英國 Oxford 公司；DFY - 5 L/20型低溫恒溫反應(yīng)浴，上海百典儀器設(shè)備有限公司；Beckman Avanti J -26XP 高速冷凍離心機，美國貝克曼庫爾特公司；分析天平，上海精科天美貿(mào)易有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 亞麻籽油的干法分提

將亞麻籽油加熱至45℃保持30 min，以消除結(jié)晶記憶，之后置于10℃水浴中靜置30 min，備用。對處理好的油樣再以相應(yīng)的分提條件進行處理，結(jié)晶、養(yǎng)晶，之后進行離心分離，得到高不飽和度亞麻籽油和亞麻籽固脂。取液態(tài)油進行稱重，按下式計算高不飽和度亞麻籽油得率(即液態(tài)油得率y)。

式中：m1為高不飽和度亞麻籽油的質(zhì)量，g；m2為分提前樣品油的質(zhì)量，g。

1.2.2 碘值的測定

參照GB/T5532—2008《動植物油脂 碘值的測定》進行。

1.2.3 固體脂肪含量(SFC)的測定

參照GB/T31743—2015《動植物油脂 脈沖核磁共振法測定固體脂肪含量 直接法》進行。

1.2.4 脂肪酸組成和含量的測定

脂肪酸甲酯的制備：參照GB/T17376—2008《動植物油脂 脂肪酸甲酯制備》進行。

脂肪酸組成和含量測定：參照GB/T17377—2008《動植物油脂 脂肪酸甲酯的氣相色譜分析》進行。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

每組實驗重復(fù)3次，采用Origin8.5軟件進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理、分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 攪拌速率

攪拌是為了在較高的剪切速率下，使樣品產(chǎn)生最小和分布最均勻的晶粒。在結(jié)晶溫度-8℃、養(yǎng)晶時間12h、冷卻速率2℃/h條件下，考察了攪拌速率分別為0、5、10、15、20r/min時，對高不飽和度亞麻籽油的碘值和得率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 攪拌速率對高不飽和度亞麻籽油碘值和得率的影響

適當(dāng)?shù)臄嚢枘艽龠M油脂的傳熱，使油脂溫度更加均勻，有利于油脂中晶核的形成。如果攪拌速率小，油脂局部形成晶核，如果攪拌速率過大，油脂中的結(jié)晶會被破壞，不利于油脂分離[15-16]。由圖1可以看出，隨攪拌速率的增加，亞麻籽油的碘值逐漸增加，并在攪拌速率為15r/min時，碘值最高，液態(tài)油得率在15r/min時最小，分提效果最好。故最佳攪拌速率為15r/min。

2.1.2 冷卻速率

冷卻速率和結(jié)晶溫度決定了油脂的最穩(wěn)定晶型，冷卻速率過快，油脂中會產(chǎn)生無法分離的玻璃質(zhì)體[17]，不利于油脂的分離，油脂在緩慢降溫時才會獲得穩(wěn)定的晶核[18]。在結(jié)晶溫度-8℃、養(yǎng)晶時間12h、攪拌速率15r/min條件下，考察了冷卻速率分別為1、2、4、6、8℃/h時，對高不飽和度亞麻籽油的碘值和得率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 冷卻速率對高不飽和度亞麻籽油碘值和得率的影響

油脂在緩慢冷卻過程中晶核會經(jīng)歷如下過程：α→β′→β，其中β′型和β型屬于穩(wěn)定型，易于分離[17]。在低冷卻速率下，晶體較小、分布較均勻，很少發(fā)生聚集，而在中等或較高冷卻速率下，形成了不規(guī)則晶體的聚集，脂肪晶體的進一步聚集會形成晶束，晶束間的交互作用形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)，所以應(yīng)進行緩慢冷卻，才有利于油脂分離。冷卻速率很大時，成核較少，晶體較大，晶體內(nèi)包含的液態(tài)油較多，致使分提得到的固脂也包含一部分液態(tài)油，分提效果不理想。由圖2可以看出，在冷卻速率為6℃/h時，液態(tài)油的碘值趨于穩(wěn)定，而得率達到較低，說明亞麻籽油中飽和脂肪酸甘三酯的晶體大部分都已經(jīng)析出，液態(tài)油中不飽和成分高。故最佳冷卻速率為6℃/h。

2.1.3 養(yǎng)晶時間

固脂的養(yǎng)結(jié)晶時間與體系黏度、多晶性、某甘三酯穩(wěn)定晶型的性質(zhì)、冷卻速率以及達到平衡的速度等因素有關(guān)，而且還與結(jié)晶容器的選擇有關(guān)。在結(jié)晶溫度-8℃、冷卻速率6℃/h、攪拌速率15r/min條件下，考察了養(yǎng)晶時間分別為4、8、12、16、20h時，對高不飽和度亞麻籽油的碘值和得率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 養(yǎng)晶時間對高不飽和度亞麻籽油碘值和得率的影響

由圖3可以看出，亞麻籽油的碘值隨養(yǎng)晶時間的延長而增加，但是碘值增加的速度不同，在4～16h內(nèi)碘值增加速度快，而在16h后，碘值增加緩慢。養(yǎng)晶時間影響晶體的成長，養(yǎng)晶時間短，產(chǎn)生的晶體不穩(wěn)定，養(yǎng)晶時間越長，晶體成長得越好且穩(wěn)定體系黏度增加，但養(yǎng)晶時間過長分子自由度減小，晶體生長變緩，同時因為黏度的原因給分離帶來了困難。高不飽和度亞麻籽油得率隨著養(yǎng)晶時間的延長逐漸下降。亞麻籽油中的飽和脂肪酸先以晶體的形式逐漸析出，使得亞麻籽油的碘值升高，隨著養(yǎng)晶時間的延長，晶體大量析出致使得率下降。在16h后，晶體聚集平衡，養(yǎng)晶時間對于碘值和得率的影響變小。養(yǎng)晶時間16h和20h的碘值和得率變化幅度很小，出于時間成本考慮，故最佳養(yǎng)晶時間為16h。

2.1.4 結(jié)晶溫度

結(jié)晶溫度與養(yǎng)晶及分離時的溫度相同。在養(yǎng)晶時間16h、冷卻速率2℃/h、攪拌速率15r/min條件下，考察了結(jié)晶溫度分別-4、-5、-6、-7、-8、-9℃時，對高不飽和度亞麻籽油的碘值和得率的影響，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，隨著結(jié)晶溫度的降低，碘值逐漸增加，液態(tài)油得率降低。在結(jié)晶溫度為-8℃時，碘值基本達到最大值。當(dāng)結(jié)晶溫度開始下降時，亞麻籽油中的飽和脂肪酸甘三酯的晶核不斷形成，逐漸形成晶體，致使液態(tài)油的碘值升高。在-4～-8℃范圍內(nèi)，晶體大量形成，碘值上升速度增大，超過-8℃后，油脂中形成很多的晶體，使油脂黏度增加，液態(tài)油與晶體較難分離。由于結(jié)晶溫度不斷降低，晶體大量地析出，在結(jié)晶溫度為-9℃時液態(tài)油得率雖然最低，但此時油脂的黏度高，不利于晶體與液態(tài)油的分離，故最佳的結(jié)晶溫度為-8℃。

圖4 結(jié)晶溫度對高不飽和度亞麻籽油碘值和得率的影響

2.2 正交實驗

通過對單因素實驗結(jié)果進行分析，選出影響分提效果的主要因素,即攪拌速率、冷卻速率、結(jié)晶溫度及養(yǎng)晶時間，以液態(tài)油得率為考察指標，選用L9(34) 正交表安排實驗，正交實驗因素水平見表1，正交實驗結(jié)果見表2。

表1 正交實驗因素水平

表2 正交實驗結(jié)果

由表2可以看出，各因素對液態(tài)油得率的影響主次順序為：冷卻速率>攪拌速率>結(jié)晶溫度>養(yǎng)晶時間。由正交實驗結(jié)果得出最佳實驗條件為A2B1C1D2，即攪拌速率15 r/min、冷卻速率4℃/h、養(yǎng)晶時間12 h、結(jié)晶溫度-8℃。

在最佳實驗條件下進行驗證實驗，得液態(tài)油得率為89.2%，此時液態(tài)油碘值(I)為198 g/100 g。

2.3 亞麻籽油的性質(zhì)分析

對分提前的樣品亞麻籽油及分提后的成品亞麻籽油的主要脂肪酸組成、含量和SFC進行分析，結(jié)果分別見表3和表4。

表3 亞麻籽油的主要脂肪酸組成及含量 %

表4 亞麻籽油的SFC

由表3和表4可以看出，成品亞麻籽油的飽和脂肪酸含量及SFC明顯降低，這表明通過控制干法分提的工藝條件，最終得到了富含高不飽和脂肪酸的亞麻籽油。

3 結(jié) 論

亞麻籽油是一種寶貴的食用保健油，本文通過干法分提的方法進一步制取了富含高不飽和脂肪酸的亞麻籽油。該過程沒有化學(xué)反應(yīng)，不產(chǎn)生反式脂肪酸。并確定了最佳干法分提工藝條件為攪拌速率15 r/min、冷卻速率4℃/h、養(yǎng)晶時間12 h、結(jié)晶溫度-8℃。在最佳工藝條件下，液態(tài)油碘值(I)為198 g/100 g，液態(tài)油得率為89.2%，0℃固體脂肪含量為0.1%。最終得到高不飽和度亞麻籽油。

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Preparation of high unsaturated flaxseed oil

ZHANG Huan, JIANG Yang, ZHANG Lu, WANG Wenhua, YU Dianyu, LIU Tianyi

(Food College, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Flaxseed oil was separated and modified by dry fractionation, and flaxseed oil with high unsaturated fatty acids was obtained. The effects of stirring rate, cooling rate, crystallization time and crystallization temperature on yield and iodine value of liquid flaxseed oil were researched. The optimal dry fractionation conditions were obtained as follows: stirring rate 15 r/min, cooling rate 4℃/h, crystallization time 12 h and crystallization temperature -8℃. Under these conditions, the iodine value and the yield of liquid oil were 198 gI/100 g and 89.2% respectively. The fatty acid compositions and contents and the solid fat contents at 0℃ of the sample oil and the product oil were compared and analyzed. The contents of saturated fatty acids and solid fat in product oil were significantly lower than those in sample oil.

flaxseed oil; physical cooling; freezing separation; dry fractionation; high unsaturated fatty acid

2016-09-13;

2016-12-07

哈爾濱市科技創(chuàng)新人才(2015RAXXJ008)

張 歡(1990)，女，碩士研究生，研究方向為糧食加工及植物蛋白(E-mail)626269895@qq.com。

于殿宇，教授，博士生導(dǎo)師(E-mail)dyyu2000@126.com；劉天一，講師，博士(E-mail)47921649@qq.com。

TS224;TQ644.3

A

1003-7969(2017)04-0024-04

油脂加工