油莎豆餅油的SiO2精煉處理研究

郭婷婷, 萬楚筠, 黃鳳洪, 魏春磊, 胡正華

(中國農業(yè)科學院油料作物研究所1, 武漢 430062)(油料油脂加工技術國家地方聯(lián)合工程實驗室2, 武漢 430062)(農業(yè)部油料加工重點實驗室3, 武漢 430062)

油莎豆是沙草科莎草屬多年生草本植物，近年來因其適應性廣、生長期短、生物量大、含油量高等優(yōu)勢特性[1]引起了廣大學者的關注。研究發(fā)現(xiàn)油莎豆中含油量高達20%～36%[2]，經機械壓榨后，副產物餅中除含一定量殘油外，還富含多種有益脂質伴隨物。因此深入開發(fā)和利用油莎豆餅，對我國油莎豆產業(yè)發(fā)展具有重要意義。

臨界流體萃取是一種新興的高效萃取技術，主要包括超臨界流體萃取和亞臨界流體萃取。超臨界流體是處于臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上的流體，而亞臨界流體是溫度高于沸點但低于Tc，壓力低于Pc 的流體。臨界流體傳質快，擴散性強，對很多物質有很強的溶解能力[3]。隨著臨界流體萃取理論及設備的不斷完善發(fā)展，現(xiàn)已被廣泛應用于植物油料[4，5]、動物原料[6]、微生物原料[7]以及加工副產物[8，9]中的油脂萃取。與壓榨油相似，萃取油中含有膠溶性和脂溶性等雜質，嚴重影響油脂品質和穩(wěn)定性，需進行精煉加工。SiO2表面存在硅羥基，具有較強親水性。含水二氧化硅(SiO2·nH2O)，即硅膠，是一種富含水的非結晶膠體結構，具有較大的表面積、孔容及極化表面積，對油脂中的雜質具有較強的吸附能力[10]。Yao等[11]發(fā)現(xiàn)SiO2吸附可去除菜籽油中高達85%的磷脂，保留96%的總酚含量，還可提高L*和降低a*從而改善菜籽油的色澤。劉玉蘭等[12]研究結果也證實使用硅膠處理于濃香花生油后有較好的脫膠、脫皂和脫色效果。目前SiO2在油莎豆油加工中應用鮮有報道，本實驗對油莎豆餅亞臨界丁烷和超臨界CO2萃取油進行SiO2精煉處理，通過分析比較處理前后油理化性質、脂肪酸組成、微量成分和磷脂含量，研究SiO2精煉處理對其品質的影響，以期為油莎豆餅的高值化加工提供了參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

油莎豆餅由脫皮油莎豆低溫壓榨得到,SiO2食用級(純度為99%)，5-α膽甾醇、生育酚標品、植物甾醇標品，正丁烷(純度99.90%)，二氧化碳(純度為99.99%)，正己烷、異丙醇為色譜純，其他試劑為分析純。

1.1.2 實驗儀器

PLE-5L亞臨界流體萃取裝置，HA221-50—06超臨界CO2萃取裝置，Avanti J—26離心機，Agilent 7890N氣相色譜，Agilent 6890N氣相色譜，UV—1900紫外可見分光光度計，LC -6AD 液相色譜。

1.2 方法

1.2.1 亞臨界丁烷萃取油莎豆餅中油脂

將油莎豆餅粉碎混勻，將樣品置于萃取罐中。將亞臨界萃取系統(tǒng)抽真空，按料液比1∶8加入丁烷溶劑，對物料靜態(tài)萃取50 min。萃取結束后，將萃取液導入分離罐中，開啟壓縮機和真空泵進行脫溶，等系統(tǒng)中壓力降至0.01 MPa后，卸壓，分別從分離罐下端和萃取罐上端收集萃取油和萃取后粕，以4 863 g離心10 min，上層油儲存在4 ℃冰箱中待檢測。

1.2.2 超臨界CO2萃取油莎豆餅中油脂

將油莎豆餅粉碎過篩，每次稱取150 g置于超臨界CO2裝置的萃取筒中，設定分離罐Ⅰ溫度和壓力分別為8 MPa和50 ℃，分離罐Ⅱ壓力為CO2儲罐壓力，溫度為35 ℃。保持萃取溫度和壓力分別為40 ℃和28 MPa萃取90 min，萃取結束后，收集分離罐中油，離心取上層放入冰箱(4 ℃) 保存待檢測。然后，卸壓，將萃取后粕裝入自封袋中，密封保存。

1.2.3 SiO2精煉處理

稱取一定量的油樣于玻璃燒杯中，添加2%SiO2，45 ℃水浴中攪拌60 min，反應完成后，進行抽濾分離，得到SiO2處理油，放入冰箱中(4 ℃) 保存待檢測。

1.2.4 指標測定方法

1.2.4.1 脂肪酸組成

參照Teixeira等[4]的方法并做略微修改。吸取2～3滴待測樣于10 mL離心管中，加入2.5 mL正己烷(分析純)和0.5 mL0.5 mol/L甲醇鈉溶液，漩渦5 min，離心取上清液于氣相進樣瓶中待測。

氣相色譜條件：色譜柱為DB-FRAP柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)；載氣：氮氣，流速1.5 mL/min，分流比80∶1；進樣口溫度：260 ℃；進樣量：1 μL；升溫程序：初始溫度為210 ℃，保持9 min，以20 ℃/min的升溫速率升至350 ℃，繼續(xù)保持10 min。

1.2.4.2 生育酚

參照Cong等[13]的方法并做部分修改，準確稱取0.8 g的油樣于10 mL棕色容量瓶中，用正己烷(色譜純)定容至刻度，漩渦5 min，過0.22 μm濾膜。液相色譜條件：色譜柱為SIL100A柱(250 mm×4.6 mm×5 μm)；流動相為正己烷∶異丙醇(99.5∶0.5)；流速1 mL/min；進樣體積20 μL。

1.2.4.3 植物甾醇

參照Yeboah等[14]方法并做部分修改，準確稱樣品0.2 g(精確到0.000 g)，加0.5 mL 5-α膽甾醇溶液(0.5 mg/mL)，充分溶解。加10 mL 2 mol/L乙醇氫氧化鉀溶液，置于60 ℃水浴搖床中反應1 h。冷卻后先后加入4 mL去離子水和10 mL正己烷，漩渦2 min，離心收集上層液。用正己烷重復萃取3次，合并上層液，用無水硫酸鈉進行脫水。取萃取液15 mL，于80 ℃烘箱中至溶劑完全蒸干，加100 μL 衍生化試劑，105 ℃條件下反應15 min。取出冷卻至室溫，加1 mL正己烷溶解待測。

氣相色譜分析條件：色譜柱：DB-5HT (30 m×0.22 mm×0.1 μm)；進樣口、檢測器溫度：320 ℃；進樣量：1 μL；載氣：氦氣，流速2 mL/min，分流比25∶1；升溫程序：保持初始溫度60 ℃ 1 min，以40 ℃/min升溫速率升至310 ℃，繼續(xù)保持10 min。

1.2.4.4 其他

色澤：參照GB/T 22460—2008；酸價:參照GB/T 5009.229—2016; 過氧化值: 參照GB/T 5009.227—2016；磷脂總量：參照GB/T 5537—2008；磷脂分量：參照GB/T 21493—2008；β-胡蘿卜素：測定參照GB 5009.83—2016。

1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有實驗設3個平行，結果以平均值±標準差表示。使用SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，均值間的差異用Duncan多重范圍檢驗，顯著性水平為5%(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油理化性質的影響

SiO2精煉處理前后油莎豆餅萃取油理化性質結果如表1所示，油莎豆餅亞臨界丁烷萃取油(SBEO)和超臨界CO2萃取油(SCO2EO)色澤無顯著性差異，但SCO2EO酸價、過氧化值顯著高于SBEO。SiO2精煉處理后，油的黃值保持不變，紅值、酸價和過氧化值均顯著降低，其中酸價分別降低0.51、1.79 mg/g，這主要是由于SiO2可以吸附部分游離脂肪酸。過氧化值均降為0.00 g/100 g，說明SiO2精煉處理可改善油基本理化性質。

表1 SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油理化性質的影響

2.2 SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油脂肪酸組成的影響

SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油脂肪酸組成的影響如表2所示，4個油樣中脂肪酸組成相近，各脂肪酸組成碳鏈為16～18，其中油酸質量分數(shù)最高(73.66%～73.88%)，這與Hu等[15]報道結果一致。飽和脂肪酸(Saturated fatty acids，SFA)質量分數(shù)為16.94%～17.01%，主要是由棕櫚酸和硬脂酸組成。不飽和脂肪酸(Unsaturated fatty acids，UFA)質量分數(shù)為82.99%～83.06%，油酸是唯一檢測出的單不飽和脂肪酸(Monounsaturated fatty acids，MUFA)，其在心血管疾病的預防和治療中發(fā)揮著重要的作用[16]。多不飽和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acids，PUFA)主要是亞油酸，而亞麻酸含量較低。

表2 SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油脂肪酸組成的影響/%

統(tǒng)計學分析得出SBEO和SCO2EO中各脂肪酸組成有顯著性差異(P<0.05)，但SFA和UFA含量無差異。亞臨界丁烷萃取SiO2精煉處理油中SFA高于SBEO，UFA低于后者。超臨界CO2萃取SiO2精煉處理油中除亞麻酸外，其他脂肪酸組分、SFA、MUFA、PUFA和UFA與SCO2EO相比均無統(tǒng)計學差異。

2.3 SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油微量成分的影響

SiO2精煉處理前后油莎豆餅萃取油中生育酚、植物甾醇和β-胡蘿卜素含量結果見圖1～圖3。從圖1可看出，油莎豆餅油中生育酚主要為α-和r-型，α-生育酚含量為20.24～23.06 mg/100 g，高于r-生育酚(8.19～8.50 mg/100 g)。2種原油中r-生育酚含量無顯著性差異，SBEO中α-生育酚和總生育酚含量高于SCO2EO。植物甾醇含量結果如圖2所示，共檢測到3種植物甾醇，其中以谷甾醇為主(173.83～247.32 mg/100 g)，其次是菜籽甾醇(53.56～71.50 mg/100 g)和菜油甾醇(49.09～69.35 mg/100 g)。SCO2EO中菜籽甾醇、菜油甾醇和谷甾醇含量與總植物甾醇均顯著高于SBEO，相反地，SBEO中β-胡蘿卜素含量顯著高于SCO2EO。

注：不同字母表示有顯著性差異，下同。圖1 SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油生育酚含量的影響

圖2 SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油植物甾醇含量的影響

圖3 SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油β-胡蘿卜素含量的影響

經SiO2精煉處理后，亞臨界萃取油中γ-生育酚無顯著變化，α-生育酚和總生育酚降低，保留率為92.21%和93.46%。超臨界萃取油中生育酚總量及2種分量含量均無顯著性變化，保留率高于98%。SBEO和SCO2EO中β-胡蘿卜素含量保留率分別為82.77%和79.34%，而植物甾醇保留率分別為78.85%～83.72%和74.64%～81.58%。SiO2精煉處理可以較好地保留油產品中微量成分，SiO2精煉處理對3種微量成分含量的影響大小順序為植物甾醇> β-胡蘿卜素>生育酚。

表3 SiO2精煉處理后油莎豆餅萃取油微量成分保留率/%

2.4 SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油磷脂含量的影響

SiO2精煉處理前后油莎豆餅萃取油磷脂及各磷脂分量含量如表4所示。SBEO中磷脂總量為3.65 mg/g，約為SCO2EO的1.34倍。從磷脂分量上看，萃取油中存在磷脂酰膽堿和磷脂酰肌醇2種分量，且SBEO中含量均顯著高于SCO2EO。SiO2精煉處理后油中磷脂總量分別降低了98.90%和98.17%，磷脂分量磷脂酰膽堿和磷脂酰肌醇均降至檢出限以下。說明SiO2精煉處理可顯著降低油中磷含量，從而提高油產品色澤、風味和氧化穩(wěn)定性。

表4 SiO2精煉處理對油莎豆餅萃取油磷脂總量及分量的影響/mg/g

3 結論

本研究分析比較了亞臨界丁烷萃取油和超臨界CO2萃取油SiO2精煉前后理化指標、脂肪酸組成、微量成分和磷脂含量。結果顯示，不同萃取工藝和SiO2處理對脂肪酸組成無選擇性改變。SBEO中生育酚、β-胡蘿卜素、磷脂總量和磷脂分量含量顯著高于SCO2EO(P<0.05)，而酸價、過氧化值和植物甾醇含量低于后者。SiO2精煉后，油色澤變淺，理化性質有所改善。油中微量成分含量降低，但保留率為74.64%～98.34%。此外，SiO2可除去油中98%以上的磷脂。綜合得出SiO2精煉可有效提高油莎豆餅超臨界和亞臨界流體萃取油品質。