高谷維素米糠油二次堿煉脫酸工藝的優(yōu)化

屈巖峰，韓茜宇，李淑珍

1. 大理大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院（大理 671003）；2. 黑龍江國(guó)際旅行衛(wèi)生保健中心（哈爾濱 150090）；3. 沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院（沈陽(yáng) 110034）

米糠油具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，在歐、美、日、韓等發(fā)達(dá)國(guó)家，人們將它作為與橄欖油齊名的健康型油脂，深受心腦血管、高血脂等疾患人群的青睞，并早已成為許多西方家庭必選的日常食用油[1-2]。米糠油的脂肪酸組成、甾醇、維生素E等有利于人體吸收，特別是其毛油中谷維素含量高達(dá)1.5%～2.9%[3-4]。谷維素有改善神經(jīng)失調(diào)癥狀、降血脂、防止脂質(zhì)氧化等多種生理功能[5-6]。但在精煉時(shí)，特別是傳統(tǒng)脫酸工藝會(huì)造成較多的谷維素流失，使米糠油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值下降[7]。為減少精煉對(duì)米糠油營(yíng)養(yǎng)成分的影響，新型脫酸工藝不斷出現(xiàn)，武家琪等[8]利用堿煉脫酸、蒸餾脫酸兩段脫酸，在最佳工藝參數(shù)下操作，產(chǎn)品中谷維素含量高達(dá)2.05%。但過(guò)高的蒸餾脫酸溫度，對(duì)油脂脂肪酸會(huì)帶來(lái)影響，高溫導(dǎo)致反式脂肪酸含量升高[9]。此外，超聲輔助法脫酸、酯化法脫酸等也有較多報(bào)道[10-11]。多數(shù)企業(yè)目前普遍常采用堿煉脫酸工藝，其有著多年的工藝傳統(tǒng)，為了提高精煉效果，劉玉蘭等[12]對(duì)米糠油二次堿煉脫酸進(jìn)行了研究，產(chǎn)品得率高，谷維素?fù)p失率平均降低5.87%，但其并未以酸值及谷維素為主要考察指標(biāo)，且操作條件未進(jìn)行優(yōu)化。

此次試驗(yàn)分別對(duì)米糠油二次堿煉脫酸工藝的單因素進(jìn)行研究，并以酸值及谷維素保留率為主要指標(biāo)，進(jìn)行正交優(yōu)化，期待得到最佳的二次堿煉脫酸工藝條件，生產(chǎn)出低酸值、高谷維素的米糠油產(chǎn)品，為企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

米糠毛油，酸值12.5 mg KOH/g，谷維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.71%，黑龍江北大荒米業(yè)有限公司；谷維素標(biāo)準(zhǔn)品，純度≥98.0%，上?；菡\(chéng)生物科技有限公司。氫氧化鉀、正庚烷、乙醚、異丙醇等均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

HWS-26電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；TG-16W高速離心機(jī)，山東博科科學(xué)儀器有限公司；DHG-9240A鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科技有限公司；UV-1800紫外可見分光光度計(jì)，上海譜元儀器有限公司；FA2004N分析天平，渡揚(yáng)精密儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 一次堿煉脫酸試驗(yàn)

稱取50 g米糠毛油于燒杯中，置于水浴鍋中加熱至一定溫度，在50 r/min條件下攪拌，加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的堿液反應(yīng)一段時(shí)間，進(jìn)行第一次堿煉脫酸，反應(yīng)結(jié)束后離心除去皂腳，所得上層清油檢測(cè)其酸值和谷維素含量。

1.3.2 二次堿煉脫酸試驗(yàn)

將經(jīng)過(guò)一次堿煉的米糠上層清油置于燒杯中，在水浴鍋中加熱至一定溫度，在50 r/min條件下攪拌，加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的堿液反應(yīng)一段時(shí)間，進(jìn)行第二次堿煉脫酸，反應(yīng)結(jié)束后離心除去皂腳，再真空脫水。二次堿煉后檢測(cè)米糠油的酸值和谷維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[12]。

1.3.3 米糠油酸值的測(cè)定

參照GB 5009.229—2016《食品中酸價(jià)的測(cè)定》測(cè)定。

1.3.4 米糠油谷維素保留率的計(jì)算

米糠油中谷維素參照LST 6121.1—2017《糧油檢驗(yàn)植物油中谷維素含量的測(cè)定分光光度法》測(cè)定[13]。米糠油中谷維素保留率按式（1）計(jì)算。

式中：M1為脫酸油中谷維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；M2為毛油中谷維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg。

1.3.5 米糠油脫色率的測(cè)定[14]

米糠油脫色率按式（2）計(jì)算。

式中：A0為毛油吸光度；A1為脫酸油吸光度。

1.3.6 單因素試驗(yàn)

按照1.3.1的方法，固定其他條件，分別考察一次堿煉堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)（3%，4%，5%，6%，7%，8%，9%和10%）、一次堿煉脫酸溫度（35，40，45，50，55，60，65和70 ℃）、一次堿煉脫酸時(shí)間（10，20，30，40，50和60 min）對(duì)谷維素保留率和酸值的影響。

按照1.3.2的方法，固定其他條件，分別考察二次堿煉堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)（6%，8%，10%，12%，14%，16%，18%和20%）、二次堿煉脫酸溫度（35，40，45，50，55，60，65和70 ℃）、二次堿煉脫酸時(shí)間（10，20，30，40，50和60 min）對(duì)谷維素保留率和酸值的影響。

1.3.7 二次堿煉脫酸正交優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，按照表1所示因素水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。利用極差法分別以酸值和谷維素保留率為指標(biāo)，分析各自最佳水平組合及因素主次關(guān)系。綜合2個(gè)指標(biāo)結(jié)果，確定最佳工藝參數(shù)。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin進(jìn)行圖形繪制及數(shù)據(jù)分析，每組3個(gè)平行樣品，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 一次堿煉脫酸單因素試驗(yàn)

2.1.1 一次堿煉堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

由圖1可知，在一次堿煉中，酸值隨著堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而下降，谷維素保留率也隨之降低。當(dāng)堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)6%時(shí)，酸值下降幅度趨緩，但谷維素保留率下降較大，這主要是由于當(dāng)堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí)，脫酸生成的皂腳量隨之增大，大量皂腳提高了其對(duì)谷維素的吸附能力，使清油中谷維素的保留率大幅降低。

圖1 一次堿煉的堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)酸值和谷維素保留率的影響

2.1.2 一次堿煉脫酸溫度的確定

從圖2可以看出，隨著一次堿煉溫度的提高，谷維素保留率變化并不明顯，整體略有上升，這與溫度提高后，谷維素在油中溶解度增大有關(guān)[15]。酸值呈現(xiàn)出先降低再升高的趨勢(shì)，可見適當(dāng)?shù)靥岣叻磻?yīng)體系溫度，可以較好地提高堿煉脫酸的反應(yīng)效率，降低酸值，但溫度過(guò)高，不利于游離脂肪酸的脫除。在45 ℃和50 ℃的條件下，酸值均低于5 mg KOH/g，50 ℃時(shí)相對(duì)更低，但由表2可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，脫色率逐漸降低，當(dāng)溫度高于45 ℃時(shí)，脫色率降低較大。綜合考慮脫色脫酸效果，一次堿煉溫度選擇45 ℃較為合適。

圖2 一次堿煉的脫酸溫度對(duì)酸值和谷維素保留率的影響

表2 一次堿煉的脫酸溫度對(duì)脫色率的影響

2.1.3 一次堿煉脫酸時(shí)間的確定

從圖3可以看出，隨著脫酸時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)品的酸值先降低再升高，谷維素保留率逐漸下降。當(dāng)脫酸時(shí)間超過(guò)40 min后，酸值開始升高，其原因可能是反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，部分中性油被水解、皂化，脫酸效果反而受到影響。40 min后，谷維素保留率下降的幅度也有所提高，這應(yīng)該與皂腳的大量產(chǎn)生，提高了其吸附谷維素的性能有關(guān)。

圖3 一次堿煉的脫酸時(shí)間對(duì)酸值和谷維素保留率的影響

2.2 二次堿煉單因素試驗(yàn)

2.2.1 二次堿煉堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

由圖4可知，隨著二道堿煉中堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，產(chǎn)品的酸值降低，谷維素保留率也降低。當(dāng)堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)12%時(shí)，谷維素保留率降低的幅度更大，和一次堿煉相同，這與皂腳量的增加有關(guān)，大量的皂腳導(dǎo)致其對(duì)谷維素的吸附能力增強(qiáng)，由于一次堿煉已經(jīng)脫除了較多皂腳，二次堿煉時(shí)，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)12%，谷維素保留率才表現(xiàn)出明顯降低趨勢(shì)。

圖4 二次堿煉的堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)酸值和谷維素保留率的影響

2.2.2 二次堿煉脫酸溫度的確定

從圖5可以看出，隨著溫度的提高，谷維素保留率逐漸提高，但提高幅度不大。酸值呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢(shì)，在50 ℃和55 ℃時(shí)，酸值均降低至0.825 mg KOH/g。由表3可知，堿煉溫度對(duì)油脂色澤的影響較大，溫度越高，脫色率越低，為了減輕后續(xù)脫色工段的負(fù)擔(dān)，二次堿煉溫度選擇50 ℃為宜。

表3 二次堿煉的脫酸溫度對(duì)脫色率的影響

圖5 二次堿煉的脫酸溫度對(duì)酸值和谷維素保留率的影響

2.2.3 二次堿煉脫酸時(shí)間的確定

從圖6可以看出，前20 min谷維素保留率逐漸下降，50 min后下降幅度更大。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，酸值呈先下降后升高的趨勢(shì)，30 min時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，其后酸值的升高可能是由于中性油被水解和皂化的概率增加導(dǎo)致的[16]。

圖6 二次堿煉的脫酸時(shí)間對(duì)酸值和谷維素保留率的影響

2.3 二次堿煉脫酸正交試驗(yàn)

分別以脫酸后油脂酸值和谷維素保留率為指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果如表4和表5所示。結(jié)果顯示，以酸值為指標(biāo)時(shí)，二次堿煉脫酸最佳組合為A2B2C2，即堿液濃度為12%，堿煉脫酸溫度為50 ℃，堿煉脫酸時(shí)間為30 min。其中，對(duì)酸值影響最大的因素是堿煉脫酸溫度，其次是堿液濃度，影響最小的因素是堿煉脫酸時(shí)間；以谷維素保留率為指標(biāo)時(shí)，二次堿煉脫酸最佳組合為A2B3C2，即堿液濃度為12%，堿煉脫酸溫度為55 ℃，堿煉脫酸時(shí)間為30 min。其中，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)谷維素保留率影響最大，其次為堿煉脫酸時(shí)間，堿煉脫酸溫度影響最小。

表4 以酸值為指標(biāo)的正交試驗(yàn)結(jié)果

表5 以谷維素保留率為指標(biāo)的正交試驗(yàn)結(jié)果

兩組正交試驗(yàn)結(jié)果中，堿液濃度、堿煉脫酸時(shí)間均一致，而在堿煉脫酸溫度上略有不同。結(jié)合單因素試驗(yàn)，條件為50 ℃和55 ℃的脫酸，在酸值上和谷維素保留率上差別均很小，但55 ℃脫酸，油脂的脫色率較低，色澤較深，這樣將對(duì)后續(xù)米糠油精煉中的脫色工藝帶來(lái)較大壓力，所以，綜合幾個(gè)因素考慮，堿煉脫酸溫度定為50 ℃較為適宜。綜上，最終確定的二次堿煉脫酸的最優(yōu)條件為堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%、堿煉脫酸溫度50 ℃、堿煉脫酸時(shí)間30 min。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

按照2.3所得最優(yōu)反應(yīng)條件進(jìn)行3次米糠油堿煉脫酸試驗(yàn)，并對(duì)脫酸油進(jìn)行相應(yīng)的指標(biāo)測(cè)定，結(jié)果見表6。由最佳工藝條件所生產(chǎn)的米糠油酸值為0.79±0.02 mg KOH/g，谷維素保留率為89.8%±0.3%，脫色率為43.4%±0.3%，色澤略淺，從而證實(shí)所得工藝參數(shù)最優(yōu)。

表6 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)米糠油進(jìn)行二次堿煉脫酸，得到了品質(zhì)較好的米糠油脂產(chǎn)品。分別以油脂酸值和谷維素保留率為指標(biāo)，利用單因素試驗(yàn)得到米糠油一次堿煉脫酸的最佳工藝參數(shù)，并通過(guò)三因素三水平的正交試驗(yàn)確定米糠油二次堿煉的最佳工藝條件：堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%，堿煉脫酸溫度50 ℃，堿煉脫酸時(shí)間30 min。在此工藝條件下生產(chǎn)的米糠油具有酸值低、谷維素含量高、色澤淺等優(yōu)點(diǎn)。