山核桃油脫色工藝及脫色效果研究

彭彰文，馬 添，馬浩瑞，唐 琦，麻成金，2

（1.吉首大學(xué)植物資源保護與利用湖南省高校重點實驗室，湖南吉首416000；2.吉首大學(xué)食品科學(xué)研究所，湖南吉首416000）

山核桃油脫色工藝及脫色效果研究

彭彰文1，馬 添1，馬浩瑞1，唐 琦1，*麻成金1，2

（1.吉首大學(xué)植物資源保護與利用湖南省高校重點實驗室，湖南吉首416000；2.吉首大學(xué)食品科學(xué)研究所，湖南吉首416000）

利用可見分光光度法研究硅藻土、活性白土、活性炭、大孔樹脂、沸石等不同吸附劑的脫色效果，并運用Box-Behnken Design方法對山核桃油脫色工藝進行優(yōu)化。結(jié)果表明，采用活性白土作為脫色吸附劑，在吸附劑添加量3.5%，脫色溫度70℃，脫色時間35 min，攪拌速度170 r/min的條件下，山核桃毛油脫色率達到81.85%。脫色后的山核桃油呈淺檸檬黃色，色素類物質(zhì)含量較低。

山核桃油；吸附劑；脫色效果

0 引言

山核桃（Carya cathayensis）屬于胡桃科山胡桃屬（Catrya），是我國眾多干果中營養(yǎng)價值較高的品種之一[1]。我國雖是山核桃生產(chǎn)大國，但山核桃深加工產(chǎn)業(yè)較為落后，山核桃油的開發(fā)尚處于起步階段[2]。近年來，山核桃新的營養(yǎng)保健作用不斷被發(fā)現(xiàn)，其在改善Ⅱ型糖尿病、調(diào)節(jié)體質(zhì)和輔助治療精神類疾病、改善睡眠和預(yù)防前列腺癌及肺癌等方面都有一定的作用[3-5]。武陵山區(qū)山核桃以其極高的營養(yǎng)價值和獨特的口感風(fēng)味得到了消費者的認可，逐漸成為一種深受消費者歡迎的高檔堅果。

山核桃油有壓榨法、溶劑浸出法、水酶法等多種提取方法，但所提油脂都會含有一定量影響油品穩(wěn)定性的色素和雜質(zhì)，為了滿足不同用途油品對色澤的要求，必須對毛油進行脫色處理。油脂的脫色方法，目前有加熱脫色、氧化脫色、化學(xué)藥劑脫色法和吸附脫色等。但工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的是吸附脫色法，它是利用某些對色素具有選擇性作用的物質(zhì)（吸附劑）吸附除去油脂內(nèi)色素及其他雜質(zhì)的方法。在吸附脫色中除了脫除油脂中的色素、改善油品外觀外，還可吸附除去微量金屬和微量肥皂、磷脂等膠質(zhì)，甚至還可吸附某些臭味物質(zhì)、多環(huán)芳烴和殘留農(nóng)藥等，從而保證油品的品質(zhì)，有利于油品的深加工，并提高油品的穩(wěn)定性。

國內(nèi)外在對脫色過程的研究中發(fā)現(xiàn)，影響油脂脫色效果最重要的因素是吸附劑，不同種類的吸附劑對不同種類油脂甚至同一種油脂的脫色效果都有所差別。試驗探索山核桃油脫色工藝，通過響應(yīng)面法優(yōu)化工藝參數(shù)，以求獲得更高品質(zhì)的山核桃油。

1 試驗部分

1.1 試劑與儀器

山核桃，從吉首市農(nóng)貿(mào)市場購置；硅藻土、活性白土、活性炭、大孔樹脂、沸石，均為食品級；氫氧化鈉，分析純。

721型分光光度計，上海第二分析儀器廠產(chǎn)品；HH.S11-4型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋，金壇市富華儀器有限公司產(chǎn)品；GZX-9246MBE型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，天津泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；AEL-200型精密電子天平，湘儀天平儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；HJ-3型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器，常州澳華儀器有限公司產(chǎn)品；LXJ-2B型低速大容量離心機，上海金鵬儀器分析有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗過程

1.2.1 工藝流程

原料（山核桃仁）→烘干→粉粹→壓榨→山核桃毛油→水浴加熱→攪拌吸附→抽濾離心→脫色山核桃油。

1.2.2 操作步驟

干山核桃破碎去殼，選取健康飽滿的山核桃仁；于鼓風(fēng)干燥箱中烘干山核桃仁，控制溫度90℃，烘烤20 min；把冷卻的山核桃仁掰碎，置于壓榨機中壓榨，得到山核桃毛油；將錐形瓶中的山核桃毛油于水浴鍋預(yù)熱一段時間，緩慢加入吸附劑；再用數(shù)顯恒溫磁力攪拌器對山核桃毛油進行加熱攪拌，一定時間后，將油樣與脫色劑趁熱抽濾[6]。

1.2.3 脫色率計算

用721型分光光度計于波長475 nm處測定山核桃毛油脫色前后的吸光度，計算脫色率，以蒸餾水作參比，脫色率計算公式如下：

1.2.4 單因素試驗設(shè)計

以脫色率為評價指標，分別考查吸附劑選擇、吸附劑添加量、脫色溫度和脫色時間等因素對脫色效果的影響。

1.2.5 回歸響應(yīng)面分析試驗設(shè)計

在單因素試驗基礎(chǔ)上，根據(jù)響應(yīng)面組合試驗設(shè)計原理，運用Design Expert 8.0.6軟件，以山核桃毛油的脫色率為響應(yīng)值，對脫色條件進行優(yōu)化，同時開展驗證性試驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 山核桃油脫色單因素試驗

2.1.1 吸附劑選擇對山核桃毛油脫色率的影響

山核桃毛油用量30.0 g，吸附劑添加量2%，脫色溫度60℃，攪拌速度100 r/min，脫色時間30 min，離心分離。研究不同吸附劑種類對山核桃毛油脫色率的影響。

吸附劑種類對山核桃毛油脫色率的影響見圖1。

圖1 吸附劑種類對山核桃毛油脫色率的影響

由圖1可知，在相同條件下活性白土脫色效果最好，硅藻土脫色效果最差，活性白土雖然具有吸油性和提高油脂酸價等缺點，但是成本較低、吸附性強。因此，試驗選用活性白土作為油脂脫色的吸附劑。

2.1.2 吸附劑添加量對山核桃毛油脫色率的影響

山核桃毛油用量30.0 g，吸附劑為活性白土，脫色溫度60℃，攪拌速度100 r/min，脫色時間30 min，離心分離。研究吸附劑不同添加量（2.0%，2.5%，3.0%，3.5%，4.0%，4.5%）對山核桃毛油脫色率的影響。

吸附劑添加量對山核桃毛油脫色率的影響見圖2。

圖2 吸附劑添加量對山核桃毛油脫色率的影響

由圖2可知，山核桃毛油的脫色率隨著吸附劑添加量的上升而增加，在4.5%時達到最大脫色率?？紤]到吸附劑添加量超過3.5%后，脫色效果差別不大；另外使用活性白土越多，耗油量會增加，油的品質(zhì)會下降，生產(chǎn)成本也相應(yīng)增加，因此吸附劑添加量選擇2.5%～3.5%。

2.1.3 脫色溫度對山核桃毛油脫色率的影響

山核桃毛油用量30.0 g，吸附劑為活性白土，吸附劑添加量2%，攪拌速度100 r/min，脫色時間30 min，離心分離。研究不同脫色溫度（55，60，65，70，75，80℃）對山核桃毛油脫色率的影響。

脫色溫度對山核桃毛油脫色率的影響見圖3。

由圖3可知，隨著脫色溫度的升高，分子間運動加劇，脫色率增加，但是達到70℃后，脫色率變化趨于平緩，這與溫度過高會使油脂生成新的成色物質(zhì)有關(guān)。確定脫色溫度的范圍為65～75℃。

2.1.4 脫色時間對山核桃毛油脫色率的影響

山核桃毛油用量30.0 g，吸附劑為活性白土，吸附劑添加量2%，脫色溫度60℃，攪拌速度100 r/min，離心分離。研究不同脫色時間（15，20，25，30，35，40 min）對山核桃毛油脫色率的影響。

脫色時間對山核桃毛油脫色率的影響見圖4。

圖3 脫色溫度對山核桃毛油脫色率的影響

圖4 脫色時間對山核桃毛油脫色率的影響

在脫色的開始階段，油脂中的色素被吸附劑吸附，隨著脫色時間的增加，會出現(xiàn)解析，導(dǎo)致油脂色素加深。吸附劑對色素的吸附在15～20 min即可達到吸附平衡，但是由于吸附劑的存在，脫色過程伴隨著對油脂的催化氧化，導(dǎo)致油色加深，故脫色時間應(yīng)適當延長。由圖4可知，脫色時間在25～35 min時效果較好。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化脫色條件試驗結(jié)果

2.2.1 脫色試驗因子水平編碼表

脫色試驗因素與水平設(shè)計見表1。

表1 脫色試驗因素與水平設(shè)計

2.2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

根據(jù)Box-Behnken的中心組合試驗設(shè)計原理，綜合單因素影響試驗結(jié)果，以脫色溫度（A）、吸附劑添加量（B）、脫色時間（C）為考查因素，山核桃毛油的脫色率為響應(yīng)值，作因素水平的響應(yīng)面分析試驗。

脫色Box-Behnken設(shè)計（BBD）試驗結(jié)果見表2。

表2是各個試驗點給出的試驗結(jié)果，17個試驗點分為2類：一是析因點，自變量取值在A，B，C所構(gòu)成的三維頂點，共有12個析因點；二是零點，為區(qū)域中心點。試驗重復(fù)5次，用來估計試驗誤差，以脫色率為響應(yīng)值，采用Design Expert 8.0.6軟件對響應(yīng)值與各因素進行回歸擬合后，得到山核桃毛油脫色率對脫色時間、吸附劑添加量、脫色溫度的多元回歸方程為：

表2 脫色Box-Behnken設(shè)計（BBD）試驗結(jié)果

2.2.3 響應(yīng)面回歸統(tǒng)計分析結(jié)果

回歸統(tǒng)計分析結(jié)果見表3。

表3 回歸統(tǒng)計分析結(jié)果

由表3可知，模型具有很好的顯著性，說明此模型擬合程度較好，同時A，B，C，AB，BC，B2是具有顯著性的；p＞0.05的是屬于影響不顯著的，舍去影響不顯著的項，最終預(yù)測的回歸方程為：

其中，Y為山核桃毛油脫色率的預(yù)測值，A，B，C分別為上述3個自變量的編碼值。

從方差分析結(jié)果可知，模型p＜0.000 1，表明回歸模型極顯著，因變量與所有自變量之間的線性關(guān)系顯著（R2=0.987 6）和變異系數(shù)（CV）為0.61%，失擬項F=6.4＜（F0.05(9,3)=8.81），p＞0.05，影響不顯著，模型的調(diào)整確定系數(shù)Radj2=0.971 6，說明該模型擬合程度良好、誤差小，可用此模型來分析和預(yù)測山核桃毛油脫色的結(jié)果。模型的信噪比為27.930，遠大于4，說明模型完全可以用來對試驗結(jié)果進行擬合。

根據(jù)表3，影響山核桃毛油脫色率的因素主次為吸附劑添加量＞脫色時間＞脫色溫度，且脫色溫度、吸附劑添加量、脫色時間都極顯著，3個因素中脫色溫度和吸附劑添加量及吸附劑添加量和脫色時間有交互作用。

Y=f（A，B，30 min）的等高線和響應(yīng)面見圖5，Y=f（65℃，B，C）的等高線和響應(yīng)面見圖6。

圖5 Y=f（A，B，30 min）的等高線和響應(yīng)面

圖6 Y=f（65℃，B，C）的等高線和響應(yīng)面

由圖5可知，隨著脫色溫度和吸附劑添加量的增加，山核桃毛油的脫色率升高?？梢?，適當?shù)脑黾用撋珳囟群臀絼┨砑恿浚欣谔岣呙撋?；但當吸附劑添加量一定時，脫色溫度繼續(xù)增加，脫色率增幅減緩。因為色素在吸附劑表面上的吸附過程是放熱反應(yīng)，溫度過高不利于色素吸附，而且過高的溫度會使無色的色原體生成難于除去的新色素，故脫色率增幅減緩。由圖6可知，隨著吸附劑添加量和脫色時間的增加，脫色率升高；但是吸附劑添加量不變，當脫色時間增加到一定程度后，脫色率變化不大。這是由于在較高的溫度下，隨著時間的延長，部分色素將會解析，吸附平衡就會被打破；另一方面由于吸附劑的存在，脫色過程始終伴隨著對油脂的催化氧化，導(dǎo)致油色加深，這都不利于脫色效果的提高[7-10]。

2.2.4 模型的優(yōu)化和驗證

結(jié)合方程與響應(yīng)面圖可得到脫色的優(yōu)化條件為脫色溫度70℃，吸附劑添加量3.5%，脫色時間35 min；脫色率預(yù)測值為82.34%。在此條件下進行3組驗證試驗，測定山核桃毛油的平均脫色率為81.85%，與理論預(yù)測值誤差小于0.49%，證明了模型的可行性。

3 結(jié)論

通過單因素試驗考查了吸附劑種類和吸附劑添加量、脫色時間、脫色溫度、攪拌速度對山核桃毛油脫色率的影響并通過響應(yīng)面法優(yōu)化分析，建立了山核桃毛油脫色率的數(shù)學(xué)模型；得到的最佳脫色工藝提取條件為吸附劑活性白土，脫色溫度70℃，吸附劑添加量3.5%，脫色時間35 min，攪拌速度170 r/min。實測脫色率為81.85%，與理論預(yù)測值誤差小于0.49%，差異不顯著，表明所建立的數(shù)學(xué)模型可行；且脫色后的山核桃油呈淺檸檬黃色，色素類物質(zhì)含量較低，所優(yōu)化的工藝具備較高推廣價值。

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Decoloring Technique and Efficiency for Carya cathayensis Oil

PENG Zhangwen1，MA Tian1，MA Haorui1，TANG Qi1，*MA Chengjin1，2
（1.Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Utilization，College of Hu'nan Province，Jishou Univerusity，Jishou，Hu'nan 416000，China；2.Institute of Food Science，Jishou University，Jishou，Hu'nan 416000，China）

Using the visible spectrophotometry，decoloring efficiency of diatomite，activated clay，activated carbon，macroporous resin，and zeolite is explored for Carya cathayensis oil.Parameters of Carya cathayensis oil are optimized by Box-Behnken Design.The result shows that the optimum extraction condition is obtained as follows：the additive amount of activated clay 3.5%，the temperature 70℃，the time 35 min and agitation speed 170 r/min，which can make the decoloring rate add to 81.85%.After decoloring，the Carya cathayensis oil is light lemon yellow and the pigment content is lower.

Carya cathayensis oil；adsorbent；decoloring efficiency

TS224.6

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.05.036

1671-9646（2017）05b-0030-04

2017-04-11

吉首大學(xué)校級科技項目（2014ZXCX10）。

彭彰文（1997—），男，在讀本科，教授，研究方向為食品資源開發(fā)與利用。*

麻成金（1963—），男，碩士，教授，研究方向為食品資源開發(fā)與利用。