響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化玉米油二次脫皂新工藝

王俊國(guó)，鄒德智，王東華，王 彤 ，趙 巖 ，于殿宇(.吉林工商學(xué)院 糧油食品深加工吉林省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春0507；.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，哈爾濱5000； .東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，哈爾濱 5000；.哈爾濱天通農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，哈爾濱5000)

響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化玉米油二次脫皂新工藝

王俊國(guó)1，鄒德智2，王東華3，王 彤2，趙 巖4，于殿宇2
(1.吉林工商學(xué)院 糧油食品深加工吉林省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春130507；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，哈爾濱150030； 3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，哈爾濱 150030；4.哈爾濱天通農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，哈爾濱150001)

利用玉米油含蠟特性，即在低溫脫蠟過(guò)程中，皂粒以晶核狀態(tài)吸附蠟質(zhì)結(jié)晶脫蠟，同時(shí)完成了一次脫皂。在脫色過(guò)程中，加入活性白土脫色，同時(shí)殘余的微量皂被活性白土進(jìn)一步吸附，達(dá)到了二次脫皂的效果?？疾炝藟A煉油中含皂量、堿煉油中含水量、養(yǎng)晶時(shí)間和活性白土添加量對(duì)二次脫皂后脫色油中殘?jiān)砹康挠绊?。通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)確定玉米油精煉脫皂的最優(yōu)工藝條件為：堿煉油中含皂量300 mg/kg，堿煉油中含水量0.4%，養(yǎng)晶時(shí)間24 h，活性白土添加量0.5%。在最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行脫皂，得到脫色油中殘?jiān)砹繛?.19 mg/kg，脫皂率為99.9%。新工藝脫皂效果更好，而且不經(jīng)過(guò)水洗過(guò)程，無(wú)廢水排放，符合節(jié)能環(huán)保的工藝要求，而且簡(jiǎn)化了加工工藝。

玉米油；脫皂；脫皂率；殘?jiān)砹?；無(wú)廢水

常規(guī)精煉過(guò)程中，玉米油在堿煉脫酸并經(jīng)過(guò)離心機(jī)首次分離脫皂后，油中含皂量在400 mg/kg以下，經(jīng)過(guò)水洗工序可進(jìn)一步降低油中的殘?jiān)砹浚员沩樌M(jìn)行后續(xù)的脫色、脫臭工序。油脂精煉產(chǎn)生的水洗廢水嚴(yán)重污染了環(huán)境[1-5]。雖然堿煉脫酸后的玉米油經(jīng)水洗后可以將大部分水溶性鈉皂溶解，但是油中殘存的小部分水不溶性金屬皂會(huì)使油脂容易氧化劣變[6-7]。許良等[8]研究了大豆油的無(wú)水脫皂工藝并應(yīng)用于工業(yè)中，達(dá)到了節(jié)能減排的效果，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。魏貞偉等[9]對(duì)玉米油冷凍吸附法脫皂進(jìn)行了研究，脫蠟過(guò)濾后油中的殘?jiān)砹繛?3.1 mg/kg，脫皂率為92.8%。宋云花等[10]研究了廢白土脫除大豆油中皂腳的方法，脫皂后油中含皂量為25.3 mg/kg。

本文研究的玉米油二次脫皂新工藝改進(jìn)了傳統(tǒng)的水洗、干燥工序[11-12]，在脫皂的過(guò)程中，利用玉米油具有含蠟特性及活性白土對(duì)玉米油脫色的同時(shí)也具有脫皂效果的雙重作用，使玉米油中的殘?jiān)砹窟M(jìn)一步降低，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米毛油，長(zhǎng)春萬(wàn)祥玉米油有限公司。硅藻土(200目)、活性白土及其他試劑均為分析純。埃朗CA-1115A冷卻水循環(huán)裝置，埃朗 DDL-1000流程篩選反應(yīng)裝置，LW400×1200離心機(jī)，DK-98-ⅡA恒溫水浴鍋，F(xiàn)(BS684)型羅維朋比色計(jì)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 玉米油精煉二次脫皂新工藝

玉米油經(jīng)堿煉脫酸后，利用脫皂離心機(jī)不同強(qiáng)度的離心分離和干燥器的干燥處理，獲得具有不同含皂量、含水量的玉米油。將不同含皂量、含水量的玉米油置于250 mL錐形瓶中，加熱到80℃，然后在冷卻室中降溫冷卻一定時(shí)間,保持溫度8～10℃，以12 r/min加入一定量的硅藻土，然后將油加熱到12～15℃(增加其流動(dòng)性)，過(guò)濾分離。然后再加入一定量的活性白土，在真空度大于0.098 MPa、溫度90～100℃下混合25 min，過(guò)濾干燥后得到脫色油，測(cè)定脫色油殘?jiān)砹俊⑸珴?，脫臭后得成品油?/p>

1.2.2 含皂量的測(cè)定及脫皂率的計(jì)算

含皂量的測(cè)定參照GB/T 5533—2008。按下式計(jì)算脫皂率。

Y=(X1-X2)/X1×100%

式中：Y為油脂脫皂率，%；X1為堿煉油中含皂量，%；X2為脫色油中殘?jiān)砹浚?。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 堿煉油中含皂量對(duì)脫色油中殘?jiān)砹康挠绊?/p>

在堿煉油中含水量0.4%、養(yǎng)晶時(shí)間24 h、活性白土添加量0.5%的條件下，研究堿煉油中含皂量對(duì)玉米油二次脫皂效果的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 堿煉油中含皂量對(duì)脫色油中殘?jiān)砹康挠绊?/p>

由圖1可知，隨著堿煉油中含皂量的不斷上升，脫色油中的殘?jiān)砹块_始時(shí)沒有明顯的變化，當(dāng)含皂量為300 mg/kg時(shí)，脫色油中殘?jiān)砹繛?.15 mg/kg；但當(dāng)含皂量大于300 mg/kg時(shí)，脫色油中殘?jiān)砹砍尸F(xiàn)明顯上升趨勢(shì)。這可能是堿煉油中含皂量過(guò)大時(shí)，油脂中均勻分布著大量皂，當(dāng)對(duì)堿煉油進(jìn)行低溫冷卻處理后，蠟脂會(huì)以皂為晶核形成晶體，形成的晶體過(guò)多，過(guò)濾效果不好，導(dǎo)致后續(xù)脫色油中殘?jiān)砹吭黾印＞C合考慮，堿煉油中含皂量確定為300 mg/kg。

2.1.2 堿煉油中含水量對(duì)脫色油中殘?jiān)砹康挠绊?/p>

在堿煉油中含皂量300 mg/kg、養(yǎng)晶時(shí)間24 h、活性白土添加量0.5%的條件下，研究堿煉油中含水量對(duì)玉米油二次脫皂效果的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 堿煉油中含水量對(duì)脫色油中殘?jiān)砹康挠绊?/p>

由圖2可知，當(dāng)含水量在0.2%～0.4%時(shí)，隨著含水量增大，脫色油中殘?jiān)砹坑邢陆第厔?shì)，但殘?jiān)砹績(jī)H從0.21 mg/kg降低至0.15 mg/kg。如果堿煉油中含水量過(guò)高，活性白土?xí)剿?，影響活性白土?duì)油中殘?jiān)淼奈侥芰?，并可能?dǎo)致油脂酸值升高[13]。綜合考慮，堿煉油中含水量確定為0.4%。

2.1.3 養(yǎng)晶時(shí)間對(duì)脫色油中殘?jiān)砹康挠绊?/p>

在堿煉油中含皂量300 mg/kg、堿煉油中含水量0.4%、活性白土添加量0.5%的條件下，研究養(yǎng)晶時(shí)間對(duì)玉米油二次脫皂效果的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 養(yǎng)晶時(shí)間對(duì)脫色油中殘?jiān)砹康挠绊?/p>

由圖3可知，16～24 h內(nèi)隨著養(yǎng)晶時(shí)間的延長(zhǎng)，脫色油中殘?jiān)砹砍尸F(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)養(yǎng)晶時(shí)間達(dá)到24 h時(shí)，脫色油中殘?jiān)砹繛?.15 mg/kg，繼續(xù)延長(zhǎng)養(yǎng)晶時(shí)間，殘?jiān)砹肯陆第厔?shì)不明顯。為了結(jié)晶易于分離，當(dāng)溫度逐漸下降到預(yù)定溫度后，還需要保證適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)晶時(shí)間以利于皂粒結(jié)晶，從而得到顆粒大、結(jié)構(gòu)緊密的結(jié)晶，更有利于后續(xù)的晶核過(guò)濾分離過(guò)程。綜合考慮，選擇養(yǎng)晶時(shí)間為24 h。

2.1.4 活性白土添加量對(duì)脫色油中殘?jiān)砹康挠绊?/p>

在堿煉油中含皂量300 mg/kg、堿煉油中含水量0.4%、養(yǎng)晶時(shí)間24 h的條件下，研究活性白土添加量對(duì)玉米油二次脫皂效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 活性白土添加量對(duì)脫色油中殘?jiān)砹康挠绊?/p>

由圖4可知，當(dāng)活性白土添加量在0.3%～0.4%時(shí)，隨著活性白土添加量增大，脫色油中的殘?jiān)砹棵黠@下降，當(dāng)活性白土添加量繼續(xù)增加時(shí)，殘?jiān)砹肯陆第厔?shì)不明顯。這是因?yàn)榛钚园淄镣ㄟ^(guò)較強(qiáng)的物理吸附作用將殘?jiān)砦皆谄浔砻?，隨著活性白土添加量的增加，其吸附表面積也隨之增加，殘?jiān)砹坎粩嘟档?，?dāng)活性白土的添加量持續(xù)增加時(shí)，活性白土的有效吸附表面積增加不明顯，從而使脫色油中殘?jiān)砹肯陆第厔?shì)緩慢。綜合考慮，活性白土添加量確定為0.5%。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，固定堿煉油中含水量為0.4%，采用Box-Behnken方法，以堿煉油中含皂量(A)、養(yǎng)晶時(shí)間(B)和活性白土添加量(C)為自變量，以脫色油中殘?jiān)砹?Y)為響應(yīng)值設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平見表1，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到脫色油中殘?jiān)砹?Y)的回歸方程為：Y=0.130-1.250E-003A+1.250E-003B-5.000E-003C-7.500E-003AB+5.000E-003AC+5.000E-003BC+0.023A2+0.013B2+0.015C2。

應(yīng)用Design-Expert 8.0軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 方差分析

注：*差異顯著(Plt;0.05)， **差異極顯著(Plt;0.01)。

對(duì)回歸方程求一階偏導(dǎo)數(shù)，當(dāng)響應(yīng)值殘?jiān)砹咳∽钚≈禃r(shí)，所得3個(gè)因素的最優(yōu)值分別為堿煉油中含皂量299.64 mg/kg、養(yǎng)晶時(shí)間23.66 h、活性白土添加量0.52%，脫色油中殘?jiān)砹康念A(yù)測(cè)值為0.13 mg/kg。對(duì)3個(gè)因素的最優(yōu)值進(jìn)行整理得到相應(yīng)的整理值：堿煉油中含皂量300 mg/kg，養(yǎng)晶時(shí)間24 h，活性白土添加量0.5%。按照上述整理值進(jìn)行3次重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，得到脫色油中殘?jiān)砹繛?.19 mg/kg。預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間具有良好的擬合性，從而證實(shí)了模型的有效性。堿煉玉米油通過(guò)二次脫皂新工藝，其脫皂率為99.9%，脫皂效果較好。

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)以玉米油二次脫皂新工藝代替常規(guī)水洗工藝對(duì)堿煉玉米油進(jìn)行微量皂的去除，通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化得到玉米油二次脫皂新工藝的最優(yōu)條件：堿煉油中含皂量300 mg/kg，堿煉油中含水量0.4%，養(yǎng)晶時(shí)間24 h，活性白土添加量0.5%。在最優(yōu)條件下進(jìn)行脫皂處理，得到殘?jiān)砹繛?.19 mg/kg、脫皂率為99.9%的脫色油，與常規(guī)水洗脫皂工藝相比，殘?jiān)砹拷咏?，可滿足脫臭的工藝要求。玉米油二次脫皂新工藝無(wú)廢水排放，符合節(jié)能環(huán)保的工藝要求，減少了中間過(guò)程的油脂損耗，進(jìn)而降低了生產(chǎn)成本。

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Optimizationoftwiceremovalofsoapfromcornoilbyresponsesurfacemethodology

WANG Junguo1, ZOU Dezhi2, WANG Donghua3, WANG Tong2, ZHAO Yan4, YU Dianyu2
(1. Key Laboratory of Grain and Oil Processing of Jilin Province, Jilin Business and Technology College, Changchun 130507, China; 2. College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 3. College of Horticulture, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 4. Harbin Tiantong Agriculture Science and Technology Development Co., Ltd．，Harbin 150001，China)

Using the wax characteristics in corn oil, in the process of low temperature dewaxing, the soap adsorbed wax in the state of crystal nucleus, at the same time of crystallization dewaxing, the once soap removal was completed. In the bleaching process, activated clay was added to bleach and the residual traces of soap was further adsorbed by activated clay, so the twice soap removal was completed. The effects of soap content in alkali refined oil, water content in alkali refined oil, crystallization time, and dosage of activated clay on the residual soap content in bleached oil after twice soap removal were investigated. Using single factor experiment and response surface methodology, the optimal process conditions of removing soap from corn oil were obtained as follows: soap content in alkali refined oil 300 mg/kg, water content in alkali refined oil 0.4%, crystallization time 24 h, and dosage of activated clay 0.5%. Under these conditions, the residual soap content in bleached oil was 0.19 mg/kg and the soap removal rate was 99.9%. The new process had a better effect on soap removal, and there was no water washing process and no waste water discharge. It could meet the requirements of energy saving and environmental protection, and the processing craft was simplified.

corn oil; soap removal; soap removal rate; residual soap content; no waste water

2017-03-03；

2017-07-20

吉林省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目(2016125)；哈爾濱市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)資金項(xiàng)目(2014DB3AN033)

王俊國(guó)(1964)，男，教授，研究方向?yàn)橛椭庸?E-mail)596528016@qq.com。

于殿宇，教授(E-mail)38755144@qq.com。

油脂加工

TS224.6;TS225.1

A

1003-7969(2017)10-0018-04