米糠油脫膠和酸化凹凸棒土脫色工藝研究

陳雪芳，王 璨，張海榮，郭海軍，陳新德

(1.中國科學(xué)院廣州能源研究所，中國科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2.中國科學(xué)院廣州能源所盱眙凹土研發(fā)中心，江蘇 盱眙 211700)

油脂加工

米糠油脫膠和酸化凹凸棒土脫色工藝研究

陳雪芳1，2，王 璨1，2，張海榮1，2，郭海軍1，2，陳新德1，2

(1.中國科學(xué)院廣州能源研究所，中國科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2.中國科學(xué)院廣州能源所盱眙凹土研發(fā)中心，江蘇 盱眙 211700)

采用正交實(shí)驗(yàn)研究了米糠毛油脫膠工藝，得到的酸法脫膠工藝最佳條件為磷酸添加量0.3%、脫膠溫度70℃、加水量3%、反應(yīng)時間40 min，此時米糠油脫膠率為87.7%。在此基礎(chǔ)上，采用單因素實(shí)驗(yàn)考察了酸化凹凸棒土添加量、脫色溫度、脫色時間對脫色率的影響。結(jié)果表明：在酸化凹凸棒土添加量5%、脫色溫度110℃、脫色時間30 min條件下，米糠油脫色率達(dá)到96.6%。

米糠油；酸化凹凸棒土；脫膠；脫色

米糠是大米加工過程中的副產(chǎn)物，占大米總質(zhì)量7%左右。米糠含20%左右的油脂[1]。米糠油中富含維生素E、谷維素、谷甾醇等，具有很高的營養(yǎng)價值[2-3]。由于米糠中含有活性較高的解脂酶，導(dǎo)致米糠容易發(fā)生酸敗，直接壓榨得到的米糠毛油顏色較深，酸值較高，雜質(zhì)較多，富含色素、膠質(zhì)和多環(huán)芳烴等[4-5]，因此米糠毛油必須經(jīng)過過濾沉降、脫膠、脫色、脫蠟、脫酸、脫臭等一系列的精煉過程才能得到成品米糠油[6]。其中，米糠毛油的脫膠和脫色處理是非常重要的兩道工序。

脫膠主要是脫除米糠毛油中以磷脂為主的膠質(zhì)物質(zhì)，降低脫色工序能耗，提高脫色效果，防止脫色后回色。目前，應(yīng)用最廣泛的脫膠方法是酸法脫膠[7]和水化脫膠。近年來，酶催化脫膠工藝由于能更好地降低油品色澤，得到了研究者的關(guān)注[8]。但此類脫膠技術(shù)成本較高，因此尚未得到普及。

米糠毛油顏色深，色素含量高，嚴(yán)重影響油品的外觀和性能，因此常需要利用吸附劑去除油中的大量色素及部分殘留膠質(zhì)和其他雜質(zhì)。新型脫色技術(shù)硅膠脫色受到了關(guān)注[9]，但其缺點(diǎn)是脫色速率緩慢，耗時較長。傳統(tǒng)的吸附劑為活性白土，屈巖峰等[10]利用活性白土對米糠脫膠油進(jìn)行脫色，使米糠油色澤得到了較大的改善。

膨潤土、凹凸棒土、海泡石、高嶺土等均可作為制備活性白土的原料，但目前常用膨潤土相對其他礦土而言，價格比較高。凹凸棒土是一種晶質(zhì)含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，具有較高的吸附脫色能力[11-12]。天然凹凸棒土原礦因含有大量雜質(zhì)，嚴(yán)重影響其脫色、吸附等性能。通過酸活化改性能顯著提高凹凸棒土的比表面積和吸附能力，增強(qiáng)其對油脂色素的吸附能力[13]。關(guān)于酸活化改性對凹凸棒土的孔道結(jié)構(gòu)及吸附脫色性能的影響方面的研究已有很多，但酸活化改性凹凸棒土對米糠油脫色效果的研究還相對較少。因此，筆者通過對米糠毛油脫膠工藝及脫色工藝的優(yōu)化，旨在為制備高品質(zhì)的米糠油提供有益的參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

米糠毛油，由江西省合實(shí)實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司提供；凹凸棒土，采自江蘇盱眙豬咀山礦；酸化凹凸棒土，由中國科學(xué)院廣州能源所盱眙凹土研發(fā)中心提供；85%磷酸；濃硫酸，工業(yè)級；檸檬酸，分析純。

HH-2數(shù)字恒溫油浴鍋；JJ-1精密增力電動攪拌器；LG10-2.4A高速臺式離心機(jī)；723可見光分光光度計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 米糠油脫膠

水化脫膠：米糠毛油加熱至70℃，加入3%同溫?zé)崴?，攪?0 min，離心分離。

酸法脫膠：米糠毛油加熱至70℃，加入0.2% 85%磷酸，充分混合，反應(yīng)20 min后，加入3%熱水，攪拌30 min，離心分離。

Unilever脫膠[14]：70℃米糠毛油中，加入0.2% 50%檸檬酸，混合均勻后，加入3%同溫水混合20 min，再冷卻到25℃，保持3 h以上，待磷脂形成結(jié)晶，再將其加熱至60℃進(jìn)行分離。

1.2.2 酸化凹凸棒土對米糠油的脫色

準(zhǔn)確稱取一定量的酸化凹凸棒土于100 mL三口圓底燒瓶中，然后加入一定量的米糠脫膠油，置于油浴中加熱，控制一定轉(zhuǎn)速攪拌，反應(yīng)結(jié)束后移出混合液體，離心，利用分光光度計(jì)測定液體吸光度。

1.2.3 米糠油脫膠率及脫色率的測定

磷脂含量根據(jù)GB/T 5537—1985測定。

式中：P0、P1分別為米糠毛油脫膠前、后磷脂含量。

米糠油脫色率的測定[10]：采用可見光分光光度計(jì)于665nm波長處測定米糠油脫色前、后吸光度，脫色率計(jì)算公式如下：

式中：A0、A1分別為米糠油脫色前、后吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫膠工藝優(yōu)化

2.1.1 脫膠方法的確定

按照1.2.1采用3種脫膠方法對米糠毛油進(jìn)行脫膠，然后在100℃下利用酸化凹凸棒土對3種脫膠油脫色2h。3種方法的脫膠率和脫色率見表1。

表1 3種脫膠方法的脫膠率和脫色率比較 %

從表1可以看出，相對于水化脫膠和Unilever脫膠，酸法脫膠對磷脂的脫除效果最好，Unilever脫膠次之，水化脫膠效果最差。同時，通過后續(xù)的脫色實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較可以發(fā)現(xiàn)，磷脂脫除越多，脫色效果越好，最好為酸法脫膠。因此，酸法脫膠比較適合本實(shí)驗(yàn)用米糠毛油。

2.1.2 脫膠工藝的優(yōu)化

報道和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以影響酸法脫膠效果的主要因素磷酸添加量(A)、脫膠溫度(B)、加水量(C)及反應(yīng)時間(D)為考察因素，脫膠率為考察指標(biāo)，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)對脫膠工藝進(jìn)行優(yōu)化。正交實(shí)驗(yàn)因素水平見表2，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

續(xù)表3

實(shí)驗(yàn)號ABCD脫膠率/%8321345.09332145.4K1191.2207.4171.1189.6K2236.8196.5201.0192.5K3149.5173.6205.4195.4R87.333.834.35.8

從表3可以看出，最佳工藝條件為A2B1C3D3，考慮到C因素的K2與K3相差不大，因此正交實(shí)驗(yàn)選擇最優(yōu)組合A2B1C2D3，即磷酸添加量為0.3%，脫膠溫度為70℃，加水量為3%，反應(yīng)時間為40 min。在此條件下，脫膠率達(dá)87.7%，經(jīng)酸化凹凸棒土脫色后脫色率達(dá)到93.4%。由表3還可以看出，磷酸添加量、加水量和脫膠溫度對脫膠效果的影響遠(yuǎn)大于脫膠反應(yīng)時間。這主要是因?yàn)榱姿峥梢园延椭械姆怯H水性β-磷脂和磷脂金屬復(fù)合物轉(zhuǎn)變成可水化的磷脂，有效降低油脂中膠質(zhì)和微量金屬的含量，促使磷脂聚合沉降，達(dá)到與油分離目的[15]。另一方面，脫膠溫度越高，脫膠效果越差。因此，應(yīng)維持脫膠溫度在70～80℃。

2.2 脫色工藝優(yōu)化

2.2.1 脫色時間對米糠油脫色效果的影響

在脫色溫度100℃、酸化凹凸棒土添加量4%的條件下，考察脫色時間對米糠油脫色效果的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 脫色時間對米糠油脫色效果的影響

由圖1可以看出，隨著脫色時間的延長，脫色率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。這是由于脫色前期，隨著脫色時間的延長，脫色劑與米糠油不斷接觸，充分混合吸附，脫色率處于不斷上升階段；30 min時米糠油的脫色效果最好，脫色率為88.7%。之后脫色劑吸附容量達(dá)到飽和，繼續(xù)延長脫色時間不能提高脫色效果，反而會因?yàn)槊撋珓┑拇嬖趯?dǎo)致米糠油的氧化作用增強(qiáng)，油色加重。因此，最佳脫色時間選擇30 min。

2.2.2 脫色溫度對米糠油脫色效果的影響

在酸化凹凸棒土添加量5%、脫色時間30 min的條件下，考察脫色溫度對米糠油脫色效果的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 脫色溫度對米糠油脫色效果的影響

由圖2可以看出，隨著脫色溫度的升高，脫色率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在110℃時脫色率達(dá)最大值，為96.6%。脫色溫度繼續(xù)升高時，會引起米糠油的氧化回色現(xiàn)象，導(dǎo)致脫色率出現(xiàn)下降。因此，最佳脫色溫度選擇110℃。

2.2.3 酸化凹凸棒土添加量對米糠油脫色效果的影響

在脫色溫度110℃、脫色時間30 min的條件下，考察酸化凹凸棒土添加量對米糠油脫色效果的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 酸化凹凸棒土添加量對米糠油脫色效果的影響

由圖3可以看出，隨著酸化凹凸棒土添加量的增加，脫色率快速增加，當(dāng)酸化凹凸棒土添加量達(dá)到5%時，脫色率達(dá)最大值，為96.6%；繼續(xù)增加酸化凹凸棒土添加量時，脫色率不再增加，且緩慢下降。原因在于脫色過程具有催化氧化作用，米糠油的氧化會導(dǎo)致成品油的回色。因此，最佳酸化凹凸棒土添加量選擇5%。

3 結(jié) 論

米糠毛油酸法脫膠工藝優(yōu)于水化脫膠和Unilever法脫膠工藝。酸法脫膠最佳工藝條件為磷酸添加量0.3%、脫膠溫度70℃、加水量3%、反應(yīng)時間40 min，在此條件下，脫膠率達(dá)87.7%。通過單因素實(shí)驗(yàn)確定的最佳脫色工藝條件為酸化凹凸棒土添加量5%、脫色溫度110℃、脫色時間30 min，在此條件下米糠油脫色率達(dá)到96.6%。酸化凹凸棒土適用于米糠油脫色，能有效降低米糠油精煉成本。

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Degumming and bleaching with acid-modified attapulgite of rice bran oil

CHEN Xuefang1，2，WANG Can1，2，ZHANG Hairong1，2，GUO Haijun1，2，CHEN Xinde1，2

(1.Key Laboratory of Renewable Energy，Guangzhou Institute of Energy Conversion，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510640，China;2.Xuyi Center of Attapulgite Applied Technology Research Development & Industrialization，Chinese Academy of Sciences，Xuyi 211700，Jiangsu，China)

The degumming process of crude rice bran oil was studied by orthogonal experiment.And the optimal acid degumming conditions were obtained as follows：dosage of phosphoric acid 0.3%，degumming temperature 70℃，dosage of water 3% and reaction time 40 min.Under these conditions，the degumming rate of rice bran oil was 87.7%.Then the effects of dosage of attapulgite，bleaching temperature and bleaching time on the bleaching rate of rice bran oil were studied by single factor experiment. The results showed that under the conditions of dosage of attapulgite 5%，bleaching temperature 110℃ and bleaching time 30 min, the bleaching rate of rice bran oil reached 96.6%.

rice bran oil; acid-modified attapulgite; degumming; bleaching

2016-05-11；

2016-10-10

淮安市科技創(chuàng)新平臺與產(chǎn)學(xué)研載體建設(shè)計(jì)劃(HAP201418)

陳雪芳(1988)，女，助理研究員，碩士，主要從事非金屬礦開發(fā)與綜合利用、生物質(zhì)資源的綜合利用(E-mail)chenxf@ms.giec.ac.cn。

陳新德，教授級高級工程師(E-mail)cxd_cxd@hotmail.com。

TS224.6;TQ644.4

A

1003-7969(2017)02-0015-04