精煉工藝條件對菜籽油活性物質的影響

宋新陽，鞠興榮，陳 沖，紀佳璐，吳 進，徐 燾

(南京財經大學 食品科學與工程學院，南京 210023)

生育酚和植物甾醇是植物油中重要的營養(yǎng)成分。生育酚能夠增強人體細胞的抗氧化作用，維持和促進生殖機能，防止動脈硬化，對于維持人腦認知功能發(fā)揮著重要的作用[1]。植物甾醇具有阻斷致癌物誘發(fā)癌細胞形成的功能，對皮膚癌[2-3]、大腸癌[4]、乳腺癌[5-6]等多種癌癥也有良好的抑制作用。油脂精煉是提高菜籽油品質的重要環(huán)節(jié)，一方面精煉會除去磷脂、微量金屬[7]等雜質，降低多環(huán)芳烴[8]的含量，提高油脂品質，另一方面也會對生育酚、植物甾醇等具有抗氧化活性的有益成分造成損耗[9]。Azadmard-Damirchi等[10]的研究顯示，榛子油經過脫臭工藝后，甾醇含量下降了13%。Chew等[11]研究了精煉對洋麻籽油品質的影響，發(fā)現脫酸會導致洋麻籽油的生育酚含量降低10.35%。雖然油脂加工過程對植物甾醇和生育酚造成的損失是無法避免的，但可以采取適度精煉的方法使精煉后的植物油在品質達標的基礎上盡可能減少這兩種物質的流失。本研究針對菜籽油精煉各個工序的條件變化對生育酚和甾醇的影響進行了系統(tǒng)性分析，以期為今后的油脂適度精煉加工工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

“秦優(yōu)十號”油菜籽，陜西榮華種子公司；菜籽甾醇、菜油甾醇、β-谷甾醇、α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚、37種脂肪酸甲酯混合標準品、BSTFA-TMSS(99∶1)，美國Sigma公司；無水乙醇、正己烷、甲醇，色譜純，德國默克公司；反式脂肪酸甲酯混合標準品(13組分，C14～C22)，上海安譜實驗科技股份有限公司；氫氧化鈉、氫氧化鉀、磷酸、無水乙醚、酚酞，分析純，國藥化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備

CZR109榨油機，廣州德海威工業(yè)設備有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；SHZ-82A水浴恒溫振蕩器；GM-0.33A型隔膜真空泵；數顯恒溫磁力攪拌電熱套；安捷倫1260高效液相色譜儀，美國安捷倫公司；7890-7000C氣質聯用儀，美國安捷倫公司；SpectraMax M2e多功能酶標儀，美國Molecular Devices公司；BSA223S-CW電子天平；SB25-12DTDN超聲波清洗器；0.22 μm尼龍濾膜。

1.2 試驗方法

1.2.1 壓榨制油

稱取1 kg油菜籽，剔除雜質，放入烘箱中烘烤(烘烤溫度120℃，烘烤時間35 min)，然后使用榨油機壓榨，得到毛油。該條件下出油率為44%。

1.2.2 脫膠

稱取50 g毛油于燒杯中并放入轉子，然后將燒杯放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中加熱，隨后加入磷酸和水。脫膠時間為30 min，之后離心(10 000 r/min，30 min)，得到的上清油即脫膠油。在前期試驗的基礎上，取脫膠溫度、磷酸添加量、加水量為因素設計正交試驗。

1.2.3 脫酸

稱取50 g 1.2.2工藝優(yōu)化后的脫膠油于燒杯中并放入轉子，然后將燒杯放入集熱式恒溫加熱攪拌器中加熱至30℃，隨后向油樣加入堿液(超量堿為油質量的0.2%,理論堿根據預估酸價得到)，調整加熱攪拌器的溫度，反應結束后，離心(10 000 r/min，30 min)，得到的上清油即為脫酸油。然后用95℃軟水洗滌，連續(xù)真空干燥脫水(溫度90～95℃，操作絕對壓力2.5～4 kPa)，直至脫酸油質量基本保持不變。在前期試驗的基礎上，取終溫、堿液質量分數、時間為因素設計正交試驗。

1.2.4 脫色

稱取50 g 1.2.3工藝優(yōu)化后的脫酸油于三口燒瓶中，放入轉子，然后將燒瓶放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器內，稱取活性白土放入圓形漏斗內。打開真空泵調節(jié)壓力，加熱升溫至95℃脫水。脫水后調整溫度，打開圓形漏斗的旋塞，放入活性白土進行攪拌，反應完畢后停止加熱和攪拌。待油溫降至70℃左右破除真空。將油和白土的混合物倒入布氏漏斗中，進行真空過濾，得到脫色油。在前期試驗的基礎上，取溫度、活性白土添加量、時間為因素設計正交試驗。

1.2.5 脫臭

稱取50 g 1.2.4工藝優(yōu)化后的脫色油放入三口燒瓶中，將三口燒瓶放入數顯恒溫磁力攪拌電熱套中加熱，將三口燒瓶與冷凝管連接，使用真空度控制器調節(jié)真空度。脫臭結束后，待油溫降至70℃左右破除真空，離心(10 000 r/min，30 min)，得到的上清油即為脫臭油。在前期試驗的基礎上，取溫度、時間、壓力為因素設計正交試驗。

1.2.6 甾醇含量的測定

參考周潤松等[12]的方法提取甾醇，采用氣相色譜質譜聯用儀進行含量測定。氣相色譜條件：HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，進樣口溫度270℃，分流比30∶1，進樣量 1 μL，載氣(氮氣)流速1 mL/min；程序升溫為初始溫度180℃，10℃/min升至280℃，保持15 min。質譜條件：離子源溫度230℃，四級桿溫度150℃，傳輸線溫度280℃，質量掃描范圍45～550，溶劑延遲時間8 min。

1.2.7 生育酚含量的測定

在李柰等[13]方法的基礎上進行修改測定生育酚含量。預處理條件：向離心管中加入0.1 g菜籽油及2.5 mL甲醇，渦旋振蕩2 min，然后超聲提取30 min，離心，取上清液，此步驟重復2次，合并上清液。使用氮吹將上清液吹干，加入甲醇溶解稀釋至2 mL，過0.22 μm濾膜，使用高效液相色譜儀檢測[13]。

1.2.8 反式脂肪酸含量的測定

甲酯化：取0.1 g油樣加入到離心管中，向離心管中加入3 mL氫氧化鉀甲醇溶液(1 mol/L)，渦旋振蕩2 min，再放入50℃恒溫振蕩器中振蕩30 min，每10 min取出渦旋振蕩2 min。甲酯化完全后，向離心管中加入5 mL正己烷，渦旋振蕩3 min，離心，取上清液2 mL，加入少許無水硫酸鈉，0.22 μm濾膜過濾，進樣。

氣相色譜條件： SP-2560色譜柱(100 m×0.25 mm×0.2 μm)，進樣口溫度260℃，分流比10∶1，進樣量1.0 μL，載氣(氮氣)流速2 mL/min；升溫程序為初始溫度140℃，保持5 min，然后以4℃/min的速率升至240℃，保持30 min。

1.2.9 理化指標的測定

酸價按照GB 5009.229—2016進行測定，過氧化值按照GB 5009.227—2016進行測定，磷脂含量按照GB/T 5537—2008進行測定。

1.2.10 脫色率與脫膠率的計算

取一定量菜籽油用丙酮稀釋，以丙酮作為空白對照組，用酶標儀測定在483 nm時的吸光度。

脫色率=(脫色前菜籽油吸光度-脫色后菜籽油吸光度)/脫色前菜籽油吸光度×100%。

脫膠率=(菜籽毛油磷脂含量-脫膠油磷脂含量)/菜籽毛油磷脂含量×100%。

2 結果與分析

2.1 菜籽毛油的理化指標

“秦優(yōu)十號”油菜籽壓榨后所得菜籽毛油的理化指標如表1所示。

表1 菜籽毛油理化指標

由表1可知，菜籽毛油中甾醇、生育酚、磷脂含量較高，同時過氧化值、酸價較低，不含反式脂肪酸。

2.2 脫膠正交試驗

多數情況下菜籽毛油的磷脂含量較高，為了后續(xù)精煉過程達到良好效果需要先對毛油進行脫膠，因此脫膠被認為是精煉過程的第一步[14]。脫膠階段的正交試驗主要為了探究脫膠溫度、磷酸添加量、加水量對生育酚和甾醇保留率的影響，正交試驗設計及結果如表2所示。

表2 脫膠正交試驗設計及結果

由表2可知，影響生育酚保留率的主次因素順序為脫膠溫度>磷酸添加量>加水量，以生育酚保留率最大化為目的的最佳脫膠工藝組合為A1B3C2或者A1B3C3，考率到成本問題，取A1B3C2為最佳工藝組合，即脫膠溫度40℃，磷酸添加量0.2%，加水量4%。

影響甾醇保留率的主次因素順序為脫膠溫度>磷酸添加量>加水量，以甾醇保留率最大化為目的的最佳脫膠工藝組合為A3B1C2，即脫膠溫度60℃，磷酸添加量0.1%，加水量4%。

綜合考慮脫膠效果、生育酚和甾醇保留率，取最佳脫膠條件為脫膠溫度60℃、磷酸添加量0.2%、加水量4%，在此條件下生育酚保留率為96.38%，甾醇保留率為89.33%，脫膠率為93.47%，油脂損耗為2.9%。

2.3 脫酸正交試驗

成熟油菜籽會因為環(huán)境條件的變化導致其所含油脂中甘三酯的酯鍵被水解，這使得壓榨得到的菜籽油游離脂肪酸含量增高[15]，脫酸的主要目的是降低菜籽油中游離脂肪酸含量。脫酸階段的正交試驗主要探究終溫、時間、堿液質量分數對生育酚和甾醇保留率的影響，正交試驗設計及結果如表3所示。

表3 脫酸正交試驗設計及結果

由于各脫酸試驗組的酸價(KOH)皆低于0.2 mg/g，故此處未將酸價納入評價指標。由表3可知，影響生育酚保留率的主次因素順序為終溫>堿液質量分數>時間，以生育酚保留率最大化為目的的最佳工藝組合為A2B1C1，即終溫50℃，時間30 min，堿液質量分數11.06%。

影響甾醇保留率的主次因素順序為終溫>堿液質量分數>時間，以甾醇保留率最大化為目的的最佳工藝組合為A1B1C2，即終溫40℃，時間30 min,堿液質量分數14.29%。

綜合考慮生育酚和甾醇保留率，脫酸最佳工藝條件為時間30 min、初溫30℃、終溫40℃、堿液質量分數11.06%，在此條件下生育酚保留率為83.29%，甾醇保留率為78.29%，油脂損耗約為1%。相較于方冰等[16]關于精煉對大豆油和菜籽油抗氧化活性影響的研究結果，該工藝條件下的甾醇保留率得到顯著提高。

2.4 脫色正交試驗

脫色是提升油脂色澤品質的重要精煉工序。彭彰文等[17]研究了不同脫色工藝對山核桃油的脫色效果，結果表明：活性白土添加量3.5%，溫度70℃為最佳工藝條件，此條件下的脫色率超過80%。陳雪芳等[18]使用凹凸棒土為吸附劑，研究了酸化凹凸棒土對米糠油的脫色效果，結果表明：當凹凸棒土添加量為油質量的5%、溫度110℃、時間30 min時，脫色效果最佳，此條件下的脫色率為96%。盡管與油脂脫色相關的研究很多，但少有學者針對保證脫色率的同時保留油脂營養(yǎng)價值的方向進行研究。脫色正交試驗主要是為了探究活性白土添加量、時間、溫度對生育酚及甾醇保留率的影響，正交試驗設計及結果如表4所示。

表4 脫色正交試驗設計及結果

由表4可知，脫色階段影響生育酚保留率的主次因素順序為溫度>活性白土添加量>時間，以生育酚保留率最大化為目的的最佳脫色工藝組合為A3B2C2，即活性白土添加量3.5%，溫度75℃，時間20 min。

脫色階段影響甾醇保留率的主次因素順序為時間>活性白土添加量>溫度，以甾醇保留率最大化為目的的最佳脫色工藝組合為A3B2C1，即活性白土添加量3.5%，溫度75℃，時間10 min。但由于脫色時間過短，該條件下的脫色效果較差，脫色率僅為70.93%。

試驗發(fā)現，當脫色率達到80%以上時，脫色油的色澤才達到高品質油的標準。因此，綜合考慮脫色效果、生育酚和甾醇保留率，脫色最佳工藝條件為活性白土添加量3.5%、溫度85℃、時間20 min，此條件下的脫色率為90.24%，生育酚保留率為79.54%，甾醇保留率為71.64%，油脂損耗為0.8%。

2.5 脫臭正交試驗

脫臭是使食用油綜合品質進一步上升的關鍵步驟，也是產生反式脂肪酸最多的一個精煉階段。蘇德森[19]、趙昕[20]等的研究表明，加熱溫度高于260℃時，油脂中的反式脂肪酸含量急劇增加。此外，脫臭階段壓力越低，生育酚的沸點越低，生育酚相比較于甾醇更容易揮發(fā)，甾醇需要在高溫(250℃以上)低壓(100～200 Pa)的條件下才能有效脫除[21]。脫臭階段的正交試驗主要是為了探究溫度、時間、壓力對生育酚和甾醇保留率的影響，正交試驗設計及結果如表5所示。

表5 脫臭正交試驗設計及結果

由于脫臭階段的過氧化值和酸價皆符合國家一級菜籽油的標準(過氧化值<5 mmol/kg，酸價(KOH)<0.2 mg/g)，故此處并未進行討論。由表5可知，脫臭階段影響生育酚保留率主次因素順序為時間>壓力>溫度，以生育酚保留率最大化為目的的最佳脫臭工藝組合為A1B1C3，即時間40 min，溫度220℃，壓力400～500 Pa。

脫臭階段影響甾醇保留率的主次因素順序為時間>壓力>溫度，以甾醇保留率最大化為目的的最佳脫臭工藝組合為A3B1C1，即時間80 min，溫度220℃，壓力200～300 Pa。

雖然溫度在220℃時的脫臭效果不佳，但時間的延長可以彌補這一點。綜合考慮脫臭效果、生育酚和甾醇保留率，選取最佳脫臭工藝條件為時間80 min、溫度220℃、壓力400～500 Pa，該條件下的甾醇保留率可達79.49%，生育酚保留率達68.15%，油脂損耗(4個階段的總和)為4.9%，反式脂肪酸含量為0.52%，酸價(KOH)為0.160 6 mg/g，過氧化值為0.176 mmol/kg，油脂基礎品質達標，相較于丁新杰[15]的研究結果(傳統(tǒng)精煉工藝下菜籽油中生育酚總損失率為50.38%，甾醇總損失率為50.40%)，本優(yōu)化工藝條件下菜籽油中甾醇和生育酚保留率得到顯著提升。

3 結 論

本文研究了不同精煉條件對菜籽油品質的影響。結果表明：脫膠階段影響生育酚保留率的主次因素順序為脫膠溫度>磷酸添加量>加水量，甾醇與之相同；脫酸階段影響生育酚保留率主次因素順序為終溫>堿液質量分數>時間，甾醇與之相同；脫色階段影響生育酚保留率的主次因素順序為溫度>活性白土添加量>時間，影響甾醇保留率的主次因素順序為時間>活性白土添加量>溫度；脫臭階段影響生育酚保留率的主次因素順序為時間>壓力>溫度，甾醇與之相同。試驗在保證油脂品質的基礎上，得到了以保留生育酚和甾醇為目的的最佳精煉工藝：脫膠溫度60℃，磷酸添加量0.2%，加水量4%；脫酸時間30 min，初溫30℃，終溫40℃，堿液質量分數11.06%；脫色溫度85℃，活性白土添加量3.5%，時間20 min；脫臭時間80 min，溫度220℃，壓力400～500 Pa。在最佳條件下，生育酚保留率為68.15%，甾醇保留率為79.49%，酸價(KOH)為0.160 6 mg/g，過氧化值為0.176 mmol/kg，油脂損耗為4.9%。相較于傳統(tǒng)精煉工藝，優(yōu)化后的工藝油脂損耗沒有明顯變化，菜籽油品質符合標準，甾醇和生育酚保留率得到顯著提升，為油脂適度精煉加工工藝優(yōu)化提供了重要參考。