堿煉脫酸條件對(duì)菜籽油綜合品質(zhì)的影響

周潤(rùn)松，鞠興榮，王 博，吳 瑩，鄒昱成，章 鋮

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)試驗(yàn)室，江蘇 南京210023)

菜籽油是世界上第三大植物油，其消費(fèi)量?jī)H次于棕櫚油、大豆油，每年全世界消耗菜籽油約占總植物油的15%[1]。菜籽毛油主要成分為甘油三酯(約98%)，同時(shí)還含有游離脂肪酸及植物甾醇、多酚、生育酚、胡蘿卜素等營(yíng)養(yǎng)元素[2]?！吨袊?guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量(2013版)》中明確提出了居民每日攝入植物甾醇、生育酚、酚類等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的建議值，同時(shí)也說明了甾醇等營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)人體健康具有重要的作用，植物油是人體攝入上述營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要來源。

油脂生產(chǎn)過程中，菜籽毛油需經(jīng)脫膠、脫酸、脫色、脫臭4個(gè)步驟進(jìn)行精煉。目前，油脂工業(yè)生產(chǎn)中脫酸方法有堿煉脫酸、混合油脫酸、膜法脫酸、超臨界萃取脫酸、溶劑萃取脫酸、吸附脫酸、生物脫酸、化學(xué)酯化脫酸、分子蒸餾脫酸等[3-7]。其中堿煉脫酸是主要的脫酸工藝。在堿煉脫酸過程中，游離脂肪酸被去除的同時(shí)，堿煉條件及皂化反應(yīng)生成的皂腳均對(duì)菜籽油中微量營(yíng)養(yǎng)素以及抗氧化性造成損失。王瑛瑤等[8]研究發(fā)現(xiàn)，堿煉脫酸階段大豆油和菜籽油甾醇含量分別下降了49.33%、63.71%。Zhu等[9]研究了精煉對(duì)花生油理化性質(zhì)、微量營(yíng)養(yǎng)素的影響，指出花生油經(jīng)過脫膠-堿煉脫酸階段后，甾醇含量下降了19.70%，生育酚含量下降了9.61%。Chew等[10]研究指出，堿煉脫酸階段對(duì)洋麻籽油微量營(yíng)養(yǎng)素造成很大損失。近年來，針對(duì)植物油精煉過程中微量營(yíng)養(yǎng)素大量損失，油脂適度精煉是大勢(shì)所趨。

本文研究了堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、堿煉初溫和超堿量對(duì)菜籽油脫酸率、微量營(yíng)養(yǎng)素和抗氧化性損失率的影響，通過多指標(biāo)正交試驗(yàn)以及加權(quán)綜合評(píng)分法對(duì)堿煉脫酸工藝進(jìn)行了優(yōu)化，以期在堿煉脫酸過程中有效脫除游離脂肪酸的同時(shí)，最大程度保留微量營(yíng)養(yǎng)素，為工業(yè)化堿煉脫酸過程中獲得高品質(zhì)油脂提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

脫膠菜籽油為實(shí)驗(yàn)室制?。徊俗宴薮?、菜油甾醇、β-谷甾醇、α-生育酚、β-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚、β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品、BSTFA-TMCS(99∶1)、水溶性維生素E(Trolox 抗氧化標(biāo)準(zhǔn)物)、熒光劑(DCFDH-DA)：美國(guó)Sigma公司；PBS磷酸鹽緩沖液：美國(guó)Gibco公司；其他試劑均為分析純。

安捷倫1260高效液相色譜、安捷倫7890-7000C三重四級(jí)桿氣質(zhì)聯(lián)用儀：美國(guó)安捷倫公司；SpectraMax M2e多功能酶標(biāo)儀：美國(guó)Molecular Devices公司；SHZ-82A水浴恒溫振蕩器。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 菜籽油堿煉脫酸

稱取一定量脫膠菜籽油于燒杯中，水浴恒溫振蕩至設(shè)定溫度，而后加入一定量堿液，攪拌30 min(終溫比初溫高20℃)，完全反應(yīng)結(jié)束后離心(10 000 r/min，30 min)，得上清油，即為脫酸油。理論堿量可由酸價(jià)計(jì)算得到，超堿量為油質(zhì)量的0.20%。

1.2.2 菜籽油酸價(jià)的測(cè)定

參照GB 5009.229—2016。

1.2.3 菜籽油微量營(yíng)養(yǎng)素的測(cè)定

1.2.3.1 菜籽油中植物甾醇的測(cè)定

甾醇測(cè)定參照文獻(xiàn)[11]。前處理?xiàng)l件：取0.2 g菜籽油樣品于50 mL離心管中，加入4 mL氫氧化鉀乙醇溶液(2 mol/L)，于恒溫振蕩(90℃，1 h)進(jìn)行皂化反應(yīng)。皂化反應(yīng)完全之后，向50 mL離心管中加入5 mL正己烷和1 mL去離子水提取不皂化物，離心取上清液。氮?dú)獯蹈桑尤?00 μL BSTFA-TMCS (99∶1)，放入恒溫?fù)u床中衍生化(90℃，30 min)，加入正己烷稀釋至2 mL，0.22 μm微濾膜過濾。

GC條件：HP-5MS色譜柱，進(jìn)樣口溫度270℃，分流比30∶1，進(jìn)樣量1 μL，流速1 mL/min，程序升溫為初始溫度180℃，10℃/min升至280℃，保持15 min。

MS條件：離子源溫度230℃，四級(jí)桿溫度150℃，傳輸線溫度280℃，質(zhì)量掃描范圍(m/z)45～550，溶劑延遲8 min。

1.2.3.2 菜籽油中生育酚的測(cè)定

生育酚測(cè)定參照文獻(xiàn)[12-13]。油樣前處理：取1 g菜籽油于50 mL離心管中，加入25 mL甲醇，渦旋振蕩2 min，超聲提取25 min，超聲結(jié)束后，離心取上清液，按照以上方法重復(fù)提取2次，合并上清液。氮?dú)獯蹈?，加?.5 mL甲醇溶解，0.22 μm微濾膜過濾。

高效液相檢測(cè)條件：流動(dòng)相為乙腈-水(體積比98∶2)，等度洗脫，洗脫時(shí)間45 min，色譜柱為C18反向色譜柱，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)292 nm，進(jìn)樣量20 μL。

1.2.3.3 菜籽油中總酚的測(cè)定

總酚的測(cè)定參照文獻(xiàn)[14]。油樣前處理：準(zhǔn)確稱取2.5 g菜籽油，加入5 mL正己烷，5 mL甲醇水混合液(3∶2)，攪拌2 min，離心(3 600 r/min，10 min)，取下層甲醇提取液。樣品溶液總酚含量的測(cè)定：準(zhǔn)確量取制備好的甲醇提取液5 mL于25 mL 容量瓶中，再加入0.5 mL福林酚試劑，混勻，在5 min后加入1.5 mL 20%的Na2CO3溶液，充分混合后定容，30℃避光放置0.5 h，以甲醇水溶液為空白對(duì)照，760 nm下測(cè)定吸光值。

1.2.3.4 菜籽油中β-胡蘿卜素的測(cè)定

β-胡蘿卜素的測(cè)定參照文獻(xiàn)[15]。油樣前處理：將200 mg菜籽油和4 g氫氧化鉀乙醇溶液(2 mol/L)放入離心管中，于恒溫振蕩(80℃，1 h)進(jìn)行皂化反應(yīng)。待皂化完全之后，向離心管中加入5 mL正己烷以及1 mL去離子水，振蕩2 min，提取上清液。氮?dú)獯蹈?，再溶解? mL甲醇中，待測(cè)。使用反向高效液相色譜法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)波長(zhǎng)450 nm，流動(dòng)相為甲醇-二氯甲烷(體積比7∶3)，流速1 mL/min。

1.2.4 菜籽油抗氧化性的測(cè)定

采用ORAC法進(jìn)行菜籽油抗氧化性的測(cè)定，具體參照文獻(xiàn)[16]。熒光素反應(yīng)液、AAPH反應(yīng)液均用75 mmol/L磷酸鹽緩沖溶液(pH 7.4)配制。在96孔板中依次加入120 μL熒光素(0.96 μmol/L)和20 μL的樣品或者濃度分別為50、25、12.5、6.25 μmol/L抗氧化劑Trolox，在37℃下保溫30 min后，向每個(gè)樣品孔中加60 μL AAPH(150 mmol/L)以啟動(dòng)反應(yīng)，熒光酶標(biāo)儀在60 min內(nèi)每隔1 min記錄一次樣品的熒光強(qiáng)度(λex=485 nm,λem=530 nm)?？寡趸瘎┳饔脮r(shí)熒光衰減曲線下的積分面積，扣除無抗氧化劑的空白曲線下面積，得出抗氧化劑的保護(hù)面積(AUC)。通過對(duì)比樣品熒光衰退曲線的AUC與標(biāo)準(zhǔn)抗氧化劑Trolox的AUC，計(jì)算樣品的ORAC值。

1.2.5 脫酸率、微量營(yíng)養(yǎng)素及抗氧化性損失率的計(jì)算

脫酸率=(脫膠菜籽油酸價(jià)-脫酸菜籽油酸價(jià))/脫膠菜籽油酸價(jià)×100%；總甾醇損失率=(脫膠菜籽油總甾醇含量-脫酸菜籽油總甾醇含量)/脫膠菜籽油總甾醇含量×100%；總生育酚損失率=(脫膠菜籽油總生育酚含量-脫酸菜籽油總生育酚含量)/脫膠菜籽油總生育酚含量×100%；總酚損失率=(脫膠菜籽油總酚含量-脫酸菜籽油總酚含量)/脫膠菜籽油總酚含量×100%；β-胡蘿卜素?fù)p失率=(脫膠菜籽油β-胡蘿卜素含量-脫酸菜籽油β-胡蘿卜素含量)/脫膠菜籽油β-胡蘿卜素含量×100%；抗氧化性損失率=(脫膠菜籽油ORAC值-脫酸菜籽油ORAC值)/脫膠菜籽油ORAC值×100%。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)設(shè)置3組平行，采用Origin 8.5軟件繪圖，采用SPSS V17.0軟件進(jìn)行正交試驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫膠菜籽油酸價(jià)、微量營(yíng)養(yǎng)素及抗氧化性(見表1)

表1 脫膠菜籽油酸價(jià)、微量營(yíng)養(yǎng)素含量及ORAC值

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)菜籽油脫酸率、微量營(yíng)養(yǎng)素及抗氧化性損失率的影響

將堿煉初溫設(shè)置為45℃，超堿量設(shè)置為油質(zhì)量的0.20%，研究不同堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)(6.57%、8.00%、9.50%、11.06%、12.68%、14.36%、16.09%)對(duì)菜籽油脫酸率，總甾醇、總生育酚、總酚、β-胡蘿卜素和抗氧化性損失率的影響。結(jié)果見圖1。

圖1 堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)菜籽油脫酸率、微量營(yíng)養(yǎng)素及抗氧化性損失率的影響

由圖1A1可知，隨著堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，菜籽油脫酸率呈先增大后減小的趨勢(shì)，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.50%時(shí)，脫酸率最高，可能是因?yàn)閴A液質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低或過高時(shí)，均不能與游離脂肪酸充分接觸，酸堿中和反應(yīng)不完全，游離脂肪酸很難被充分脫除[17]。

由圖1A2可知，隨著堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，總甾醇損失率呈先減小后增大的趨勢(shì)，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.50%時(shí)，總甾醇損失率最低，因?yàn)閴A液質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低會(huì)造成體系乳化，使甾醇更多進(jìn)入皂腳[18]，而堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，生成黏稠皂腳對(duì)甾醇的吸附增強(qiáng)，甾醇損失增大。

由圖1A3可知，在堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)9.50%時(shí)，總生育酚損失率最低，而后繼續(xù)增大堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，總生育酚損失率逐漸增大。由圖1A4可知，隨著堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，菜籽油總酚損失率呈先增大后減小的趨勢(shì)，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.50%時(shí)，總酚損失率最高。由圖1A5可知，隨著堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，β-胡蘿卜素?fù)p失率呈上升趨勢(shì)，因?yàn)閴A液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，生成黏稠的皂腳對(duì)β-胡蘿卜素吸附增強(qiáng)。由圖1A6可知，隨著堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，抗氧化性損失率逐漸增大，因?yàn)榭寡趸該p失率與微量營(yíng)養(yǎng)素(甾醇、生育酚、總酚、β-胡蘿卜素)的損失率具有很高的正相關(guān)性[9]。綜合考慮，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇9.50%。

2.2.2 堿煉初溫對(duì)菜籽油脫酸率、微量營(yíng)養(yǎng)素及抗氧化性損失率的影響

將堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置為9.50%，超堿量設(shè)置為油質(zhì)量的0.20%，研究不同堿煉初溫(15、25、35、45、55、65、75℃)對(duì)菜籽油脫酸率，總甾醇、總生育酚、總酚、β-胡蘿卜素和抗氧化性損失率的影響。結(jié)果見圖2。

圖2 堿煉初溫對(duì)菜籽油脫酸率、微量營(yíng)養(yǎng)素及抗氧化性損失率的影響

由圖2B1可知，隨著堿煉初溫升高，脫酸率呈先增大后減小的趨勢(shì)。堿煉初溫為35℃時(shí)，脫酸率最高，因?yàn)闇囟冗^低，堿液與游離脂肪酸的酸堿中和反應(yīng)進(jìn)行緩慢，堿煉不徹底，脫酸率比較低；溫度過高，會(huì)引起中性油的水解加速，使得游離脂肪酸增多，脫酸率下降。

由圖2B2可知，隨著堿煉初溫升高，總甾醇損失率呈增大趨勢(shì)，因?yàn)闇囟壬撸行杂捅辉砘目赡苄栽龃?，皂腳增多，使得皂腳對(duì)植物甾醇的吸附增強(qiáng)，總甾醇損失率增大。由圖2B3可知，隨著堿煉初溫升高，總生育酚損失率變化不顯著，可能是因?yàn)樵谝欢囟确秶鷥?nèi)生育酚對(duì)熱是穩(wěn)定的。由圖2B4可知，隨著堿煉初溫升高，總酚損失率呈先增大后減小的趨勢(shì)。由圖2B5可知，隨著堿煉初溫升高，β-胡蘿卜素?fù)p失率逐漸增大，因?yàn)闇囟壬?，中性油被皂化的可能性增大，皂腳增多，使得皂腳對(duì)β-胡蘿卜素吸附增強(qiáng)，同時(shí)，溫度較高，β-胡蘿卜素不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)[19]。由圖2B6可知，隨著堿煉初溫的升高，抗氧化性損失率逐漸增大。綜合考慮，堿煉初溫選擇35℃。

2.2.3 超堿量對(duì)菜籽油脫酸率、微量營(yíng)養(yǎng)素及抗氧化性損失率的影響

將堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置為9.50%，堿煉初溫設(shè)置為35℃，研究不同超堿量(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%)對(duì)菜籽油脫酸率，總甾醇、總生育酚、總酚、β-胡蘿卜素和抗氧化性損失率的影響。結(jié)果見圖3。

由圖3C1可知，隨著超堿量逐漸增大，脫酸率逐漸升高。因?yàn)殡S著超堿量的增加，游離脂肪酸被中和的量逐漸增多，脫酸率逐漸升高。

圖3 超堿量對(duì)菜籽油脫酸率、微量營(yíng)養(yǎng)素及抗氧化性損失率的影響

由圖3C2～圖3C5可知，隨著超堿量的增加，微量營(yíng)養(yǎng)素?fù)p失率呈上升趨勢(shì)，超堿量為0.05%～0.15%時(shí)，微量營(yíng)養(yǎng)素?fù)p失率變化很小，超堿量為0.15%～0.35%時(shí)，微量營(yíng)養(yǎng)素?fù)p失率上升較快。由圖3C6可知，隨著超堿量的增大，抗氧化性損失率逐漸增大。綜合考慮，超堿量選擇0.15%。

2.3 正交試驗(yàn)

為了得到最優(yōu)菜籽油脫酸工藝，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用多指標(biāo)正交試驗(yàn)，以堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、堿煉初溫、超堿量為考核因素，以菜籽油脫酸率，總甾醇、總生育酚、總酚、β-胡蘿卜素和抗氧化性損失率加權(quán)綜合評(píng)分[20]為考核指標(biāo)，設(shè)計(jì)三因素三水平的正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平見表2，正交試驗(yàn)結(jié)果見表3，綜合評(píng)分方差分析見表4。

由表3可知，影響綜合評(píng)分因素順序?yàn)槌瑝A量>堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)>堿煉初溫。由表4可知，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、堿煉初溫、超堿量都對(duì)綜合評(píng)分影響極顯著(P<0.01)。A2B2C1為優(yōu)化試驗(yàn)組合?？紤]綜合評(píng)分，最優(yōu)的工藝組合為堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)9.50%、堿煉初溫35℃、超堿量0.10%。在最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，測(cè)得脫膠菜籽油脫酸率為80.23%，總甾醇損失率為4.12%，總生育酚損失率為5.89%，總酚損失率為46.12%，β-胡蘿卜素?fù)p失率為16.34%，抗氧化性損失率為35.56%。

表2 正交試驗(yàn)因素水平

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

表4 綜合評(píng)分方差分析

3 結(jié) 論

本文通過單因素試驗(yàn)、多指標(biāo)正交試驗(yàn)以及加權(quán)綜合評(píng)分對(duì)菜籽油堿煉脫酸過程進(jìn)行工藝優(yōu)化。結(jié)果表明：以綜合評(píng)分為考核指標(biāo)，最佳工藝條件為堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)9.50%、堿煉初溫35℃、超堿量0.10%，在此工藝條件下菜籽油脫酸率為80.23%，總甾醇損失率為4.12%，總生育酚損失率為5.89%，總酚損失率為46.12%，β-胡蘿卜素?fù)p失率為16.34%，抗氧化性損失率為35.56%。