反膠束萃取大豆油脂及其與浸出法的比較研究

楊穎瑩 布冠好 陳復生 廖志雄 高艷秀 李潤潔

(河南工業大學糧油食品學院1，鄭州 450001)

(河南科技學院新科學院2，新鄉 453003)

反膠束是指分散于連續有機溶劑介質中的、包含有水分子內核的表面活性劑的聚集體。當表面活性劑溶于非極性的有機溶劑中時，它的濃度超過臨界膠束濃度后，將形成極性頭向里、非極性尾向外的、與正常膠束相反的納米尺度結構［1－3］。利用反膠束技術可以同時萃取蛋白質和油脂，使資源得到了合理利用，并且產品大豆蛋白和油脂中殘留的表面活性劑較易分離［4］。

目前工業化生產大豆油的主要方法是壓榨法和浸出法，但2種方法都存在一定的缺陷［5－6］，壓榨法的缺陷是壓榨后的餅殘油量高，出油效率低，動力消耗大，零件易損耗，不適用于低脂油料，浸出法的缺陷是浸出一次性投資較大，浸出溶劑一般為易燃、易爆和有毒物質，生產安全性差，而且蒸氣對人體中樞神經系統有毒害作用，沸點范圍較寬，溶劑回收相對較外難，浸出制得的毛油含有非脂成分數量較多，色澤深，質量較差［7］。而反膠束萃取技術克服了上述的一些缺點，反膠束萃取得到的毛油，酸價及過氧化值比壓榨法和浸出法要低的多，構成較好的脂肪酸成分幾乎不變，油脂品質較好［8］。

本試驗研究了超聲波輔助萃取2種不同的反膠束體系萃取大豆油脂，對比出了反膠束法相對于傳統浸出法的優勢，說明了此法的可行性。研究了時間、溫度、功率、加料量對前萃取率的影響，并將2種反膠束體系后萃得到的油脂與傳統浸出法得到的油脂進行比較，通過測定其理化指標等考察所得油脂品質的差異。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

全脂大豆粉:安陽漫天雪食品制造有限公司;丁二酸二異辛酯磺酸鈉(AOT):上海海曲化工廠;吐溫85(Tween－85):上海麗臣商貿有限公司;異辛烷、甲醇、卡爾費休試劑、氯化鉀、氫氧化鉀、碘化鉀、正己烷、甲醇、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、氯仿、三氯甲烷、亞甲基藍、硫代硫酸鈉、冰乙酸、碘化鉀、碘等(以上均為分析純);所用水為去離子水。

1.2 儀器和設備

THZ－82B型氣浴恒溫振蕩器、85－2控溫磁力攪拌器:江蘇省金壇市醫療儀器廠;ZSD－2J型自動水分滴定儀:上海安亭科學儀器廠;PH211型pH計:HANNA公司;超聲波清洗器:昆山市超聲儀器有限公司;移液槍:Eppendorf公司;氣相色譜儀:安捷倫科技有限公司;WSL－2羅維朋比色計:上海易測儀器設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 基本分析

水分測定:105℃恒重法(GB 5497—1985);粗脂肪測定:索氏抽提法(GB 5512—1985);酸價測定:GB 5530—1985;過氧化值測定:GB/T 5538—1995;碘值測定:GB/T 5532—2008;脂肪酸成分測定:GB/T 17376—1998;油脂色澤測定:GB/T 5525—85;油脂含皂量測定:GB/T 5533—85。

1.3.2 反膠束溶液的配制

分別配制2種不同的反膠束體系:按照反膠束濃度為0.08 g/mL稱取表面活性劑AOT，及AOT和Tween－85，分別將其置于錐型瓶中，加入異辛烷。磁力攪拌使表面活性劑完全溶解，待溶液透明后，加入一定體積的0.1 mol/L KCl的KH2PO4－Na2HPO4緩沖溶液，搖床振蕩，室溫下靜置12 h，溶液若透明則為反膠束，反之則不是［9］。

1.3.3 反膠束法前萃大豆油脂

稱取一定量的全脂大豆粉，置于盛放反膠束溶液的錐形瓶中，在超聲波清洗器中萃取，萃取的溫度保持60℃，然后5 000 r/min離心10 min，得到前萃液和固體殘渣，將固體殘渣烘干后，通過索氏抽提法來測定殘渣中油脂含量，從而得到萃入反膠束溶液的油脂。

1.3.4 從前萃液中后萃大豆油脂

將2種反膠束制得的前萃液分別加入等體積的KCl的KH2PO4－Na2HPO4緩沖溶液后，在超聲波清洗器中萃取，萃取溫度為50℃，時間為1 h，功率為100%，然后以5 000 r/min的轉速離心10 min，取上層油相，將上層油相按1∶2.5(V∶V)的比例與 NaCl溶液混合，在30℃條件下攪拌1 h，靜置分層后，取上層有機相，在90℃條件下旋轉蒸發去除異辛烷，得到油脂產品［10］。其中 NaCl溶液為 0.1 mol/L的70%乙醇溶液，且pH值為4，pH通過0.1 mol/L的HCl溶液和0.1 mol/L 的 NaOH 溶液來調節［11］。

1.3.5 浸出法提取大豆油脂

將全脂大豆粉用石油醚脫脂12 h，水浴使溫度保持在50～60℃，然后回收石油醚，石油醚回收完畢后，剩下的即為油脂。

1.3.6 反膠束法萃取大豆油脂表面活性劑含量的測定

向反膠束法萃取得到的大豆油脂產品中加入5 mL中性亞甲基藍溶液和10 mL磷酸洗液，搖勻后加入15 mL三氯甲烷，振蕩30 s，靜置分層，若水層中藍色褪盡，則應再加入5 mL中性亞甲基藍溶液，再振蕩，靜置分層。將三氯甲烷層放入另一250 mL分液漏斗中，振蕩1 min，分出氯仿層。用塞上棉絨的漏斗將氯仿層過濾至50 mL的容量瓶中，用10 mL氯仿萃取2次后，稀釋至刻度，混勻，同時做空白試驗［12］。以空白試驗的三氯甲烷萃取液做參比，用分光光度計于波長650 nm測定試樣三氯甲烷萃取液的吸光度。

1.4 數據處理

采用Excel對數據進行統計分析。

2 結果與討論

2.1 原料主要成分分析

表1即為原料大豆蛋白粉的主要成分含量分析，蛋白質量分數為(42.17±0.07)%，油脂質量分數為(24.69 ±0.09)%。

表1 原料主要成分含量

2.2 2種反膠束體系前萃大豆油脂的工藝研究

2.2.1 超聲時間對前萃率的影響

由圖1可知，2種反膠束體系的變化趨勢基本一致，隨著時間的增加，萃取率逐漸增加，萃取時間達到1 h后，隨著時間的延長，變化緩慢，基本趨于平緩。這表明在萃取時間達到1 h時，油脂的萃取基本達到平衡。其原因可能是隨著時間的延長，原料中的油脂逐漸減少，油脂的遷移速率降低，溶解在反膠束溶液極性核里的蛋白質逐漸增多［13］，溶解在異辛烷中的油脂也逐漸增多，蛋白質和油脂的傳質推動力減小，傳質速率下降［14］。從圖1得知，1 h后，萃取率增加趨勢緩慢，從經濟和節能方面及同時萃取大豆蛋白來考慮，時間1 h最為合適。

圖1 時間對前萃率的影響

2.2.2 超聲功率對前萃率的影響

由圖2可知，隨著超聲功率的增強，萃取率隨之增大，這主要是由于超聲的空化效應和機械效應。由動力學研究可知［15－16］，在萃取過程中存在較大的界面阻力，使用超聲波技術起到強化作用，超聲的空化效應和機械效應均可增大界面間的湍動程度，同時空化所產生的微射流會促進油脂的擴散，降低了油脂擴散的阻力，因此可以促進油脂的浸出和傳質，提高油脂的萃取率。選取最佳功率為300 W。

圖2 超聲功率對前萃率的影響

2.2.3 超聲溫度對前萃率的影響

溫度對前萃率的影響如圖3所示，隨著溫度的升高，萃取率增大，當溫度達到60℃后，變化緩慢。原因是溫度升高時，分子運動加快，相互作用增強，油脂的前萃率也相應的增大。溫度過高，對油脂的過氧化值有影響［17－18］，故選取萃取溫度為60℃較為合適。

圖3 溫度對前萃率的影響

2.2.4 豆粉加入量對前萃率的影響

豆粉加入量對前萃率的影響如圖4所示，隨著豆粉加入量的增多，前萃率逐漸下降。這是因為加入量加大，過多的油脂無法溶入有機溶劑，造成了提取率的下降。但過小的加樣量，萃取油脂的量過低，沒有實際意義，綜合考慮，加入量取為0.04 g/mL最為合適。

2.2.5 驗證試驗

圖4 豆粉加入量對前萃率的影響

根據以上單因素的研究，并且根據實際情況稍作調整，選取兩種反膠束的最佳萃取條件為:超聲時間1 h，超聲功率300 W，溫度60℃，豆粉加入量為0.04 g/mL，在此條件下AOT反膠束法的前萃率為81.39%，AOT－Tween85反膠束法的前萃率為84.17%。

2.3 反膠束法與浸出法制得油脂的比較

2.3.1 不同反膠束法油脂得率的比較

由表2可知，反膠束萃取油脂的得率較高，AOTTween85反膠束萃取油脂的得率稍高于AOT反膠束萃取油脂的得率。這可能是因為表面活性劑Tween85的黏度比AOT的黏度要低，造成了AOT反膠束溶液的界面阻力大于AOT－Tween85反膠束溶液，因此油脂更容易進入AOT－Tween85反膠束溶液的異辛烷中。

表2 2種反膠束法萃取油脂萃取率的比較

2.3.2 不同提取法油脂基本理化指標的比較

過氧化值是衡量油脂酸敗程度，一般來說過氧化值越高其酸敗就越厲害。因為油脂氧化酸敗產生的一些小分子物質在體內對人體產生不良的影響，如產生自由基，所以過氧化值太高的油對身體不好。酸價是脂肪中游離脂肪酸含量的標志，在脂肪生產的條件下，酸價可作為水解程度的指標，在其保藏的條件下，則可作為酸敗的指標。酸價越小，說明油脂質量越好。由表3可以看出，反膠束萃取得到的毛油，酸價及過氧化值比浸出法要低，因此反膠束法得到的油脂品質較好。3種方法得到的油脂的色澤、皂化值基本相同。但碘值有所不同，AOT－吐溫反膠束法要略微低于另兩種方法得到的毛油。反膠束法萃取的油脂產品中殘留的表面活性劑較易分離［4］，浸出法得到的油脂殘留的溶劑對油脂的品質造成一定的影響［19］。

表3 不同方法對油脂基本性質的影響

2.3.3 不同提取法油脂脂肪酸成分的比較

浸出法、AOT反膠束法、AOT－Tween85反膠束法提取的大豆油脂的氣相色譜圖如圖5至圖7所示。

圖5 浸出法提取的大豆油脂的氣相色譜圖

圖6 AOT反膠束法提取的大豆油脂的氣相色譜圖

圖7 AOT－Tween85反膠束法提取的大豆油脂的氣相色譜圖

表4是通過氣相色譜圖得到的脂肪酸成分和組成，從表4可以看出浸出法、AOT反膠束法、AOTTween85反膠束法3種方法提取的大豆油脂脂肪酸組成和含量基本相同，AOT－Tween85反膠束法萃取的油脂多不飽和脂肪酸成分偏高，而單不飽和脂肪酸成分偏低。總體來說，3種方法提取的油脂的脂肪酸構成較好，含有豐富的亞油酸，亞油酸是人體必需的脂肪酸，具有重要的生理功能，有顯著的降低血清膽固醇含量，預防心血管疾病的功效［20］。

表4 不同方法提取的油脂脂肪酸成分的含量

2.4 油脂中殘留表面活性劑

通過試驗測定，AOT反膠束法萃取得到的大豆油脂表面活性劑殘留率為(0.48±0.04)%，AOTTween85反膠束法的殘留率為(0.39±0.05)%。由試驗結果可知，表面活性劑的殘留量較小，對油脂的純度影響不大，對人體健康也基本無影響。

3 結論

3.1 2種反膠束萃取大豆油脂影響因素主要有超聲時間、超聲溫度、超聲功率及全脂豆粉加入量，本試驗所選取的最佳條件分別是1 h、60℃、300 W、0.04 g/mL，在此條件下，AOT反膠束法的前萃率為81.39%，AOT－吐溫反膠束法的前萃率為84.17% 。

3.2 2種不同反膠束體系萃取大豆油脂的萃取率差別不大，AOT－吐溫反膠束法要略高于AOT反膠束法。

3.3 反膠束萃取得到的毛油，酸價及過氧化值比浸出法要低，因此反膠束法得到的油脂品質較好。并且得到的表面活性劑殘留量較低，對油脂的純度影響不大。

3.4 浸出法、AOT反膠束法、AOT－Tween85反膠束法3種方法提取的大豆油脂脂肪酸組成和含量基本相同，AOT－Tween85反膠束法萃取的油脂多不飽和脂肪酸成分偏高，而單不飽和脂肪酸成分偏低。總體來說，3種方法提取的油脂的脂肪酸構成較好，符合人體健康的需要。

志謝:鄭州市創新型科技人才隊伍建設工程資助。

［1］Zhao XH，Li YM，He XW.Study of the factors affecting theextraction of soybean p roteinby reverse micelles［J］.Molecular Biology Reports，2009:9515 －9520

［2］劉曉艷，閆杰.反膠束體系在蛋白質萃取中應用的研究進展［J］.食品工業科技，2010，31(4):374 －376

［3］Naoea K，Yoshimoto S，Naito N，et al.Imai.Preparation of protein nanoparticles using AOT reverse micelles［J］.Biochemical Engineering Journal，2011，55:140 －143

［4］趙俊廷.利用反膠束溶液同時萃取油料中油和蛋白的研究［D］.無錫:江南大學，2000

［5］孫樹坤，富校軼，江連洲，等.大豆油脂工業現狀及發展方向［J］.中國農業科技導報，2001，3(4):49 －51

［6］焦云鵬，蔣長興.大豆油脂質量常規指標監控［J］.現代食品科技，2007(9):78－83

［7］劉玉蘭，汪學德.油脂制取與加工工藝學［M］.北京:科學出版社，2003:73－113

［8］Chung J，Lee J，Choe E.Oxidative stability of soybean and seame oil mixture during frying of flour dough［J］.Journal of Food Science，2004，69(7):574 －578

［9］高亞輝.反膠束后萃大豆蛋白動力學及其體系性能研究［D］.鄭州:河南工業大學，2007

［10］李飛.反膠束法同時提取玉米胚芽油脂和蛋白質的研究［D］.無錫:江南大學，2009

［11］張淑霞，陳復生，高亞輝.乙醇萃取法去除油脂中殘留表面活性劑的研究［J］.中國油脂，2007，32(10):46 －49

［12］程小麗.同時分離大豆蛋白和油脂的反膠束體系研究［D］.鄭州:河南工業大學，2010

［13］劉海遠，布冠好，陳復生，等.超聲波輔助CTAB反膠束萃取大豆蛋白的研究［J］.農業機械糧油加工，2011，(20):68－71

［14］趙曉燕，薛文通，陳復生，等.影響反膠束體系萃取蛋白能力的因素及機理［J］.農業工程學報，2009，25(11):354－356

［15］陳復生，程小麗，李里特，等.反膠束萃取大豆蛋白過程中動力學的研究［J］.中國糧油學報，2010，2012(5):24－29

［16］高亞輝，陳復生，趙俊廷，等.反膠束萃取大豆蛋白反萃取過程的動力學研究［J］.農業工程學報，2007，23(7):206－211

［17］Gao YH，Chen FS，Zhao JT，et al.Kinetics of the reextraction process of soybean protein in reversed micelles［J］.Transactions of the CSAE，2007，23(7):206 －211

［18］韓鋒，楊學軍，劉業限.大豆油過氧化值測定的影響因素［J］.生態科學，2004，23(1):51 －53

［19］吳曉霞，李建科，張彥宇，等.蠶蛹油超聲波輔助萃取及其抗氧化穩定性［J］.中國農業科學，2010，43(8):1677－1687

［20］屈巖峰，李振嵐，于殿宇.制取高不飽和脂肪酸大豆油方法的研究［J］.食品工業科技，2010，31(1):248 －253.