米糠油脫酸過程中保留去甲基甾醇的工藝優化

魏佳麗 馬傳國，2 柴小超

（河南工業大學糧油食品學院1，鄭州 450001）（河南工業大學小麥和玉米深加工國家工程實驗室2，鄭州 450001）

米糠油脫酸過程中保留去甲基甾醇的工藝優化

魏佳麗1馬傳國1，2柴小超1

（河南工業大學糧油食品學院1，鄭州 450001）（河南工業大學小麥和玉米深加工國家工程實驗室2，鄭州 450001）

研究了脫酸溫度、堿液濃度以及超量堿的加入量對高酸價米糠油中去甲基甾醇絕對質量的影響。研究表明：三者對米糠油的精煉率及皂腳吸附去甲基甾醇的損失有不同程度的影響，優化所得最大保留去甲基甾醇在脫酸油中的反應條件為：反應溫度55℃，堿液濃度5.99 mol／L，超量堿的加入量為0.2%，該條件下去甲基甾醇相對百分含量的保留率為86.56%，米糠油酸值為0.69 mgKOH／g，精煉率為51.01%，去甲基甾醇絕對質量的保留率為44.02%。經脫酸，去甲基甾醇主要類型不變，菜油甾醇占總的去甲基甾醇中的比例下降，而β－谷甾醇所占比例略微上升。

米糠油 堿煉脫酸 去甲基甾醇 β－谷甾醇 菜油甾醇 氣相色譜法

我國是米糠油生產大國，然而還有很大的潛力需要挖掘［1］。米糠油含有多種營養物質，例如天然維生素E、谷維素和植物甾醇等。甾醇的種類極其繁多，根據C－4位置上所帶甲基數目的不同可分為去甲基甾醇、4－單甲基甾醇和4，4－二甲基甾醇3類。已有研究證明由于去甲基甾醇與膽固醇結構更為相似，能很好地阻止膽固醇的吸收，因此其在降低血清膽固醇密度中起主要作用［2］，通常在醫藥、化妝品等工業上應用的甾醇即指谷甾醇、豆甾醇這一類的去甲基甾醇。米糠油由于其對心血管健康的益處已成為一種重要的功能性食物［3］。

植物油料的種類、生長環境、植物油加工工藝和運輸、儲藏條件都可能會影響和改變植物油中的植物甾醇的含量［4］。例如油脂精煉的各個階段［5］、油脂改性工藝的酯交換、氫化等。在植物油的精煉過程中，部分植物甾醇會隨油脂中其他組分一同從天然油脂中脫除，可能同時還會發生氧化、異構化和其他的分子轉化反應、脫羥基、水解、脫氫反應等。甾醇的損失量隨加工條件而變［6］，因此，不同的研究報告的損失量不同。市面上所售植物甾醇加強型的植物油大多是通過人為添加而實現的。因此，通過改善特殊油脂的精煉工藝而使得天然的植物甾醇更多的保留在油中，顯得很有必要。

本研究主要采用最普遍使用的堿煉脫酸工藝［7－8］，考察和分析脫酸工藝條件對高酸價米糠油中去甲基甾醇含量的影響，并對反應條件進行優化，以實現米糠油脫酸過程中去甲基甾醇含量的高保留。

1 材料與方法

1.1 主要材料、試劑與儀器

米糠毛油：鄭州遠洋油脂工程技術公司。

α－膽甾烷醇（5α－Cholestan－3β－ol，≥95%）：美國Sigma公司；N，O－雙三甲基硅基三氟乙酰胺（BSTFA）＋1%三甲基氯硅烷（TMCS）：Fluka公司。

7890A－FID氣相色譜儀：美國Agilent公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 油脂前處理

脫膠：米糠毛油經熱過濾后再冷至室溫得到干凈的米糠原油。稱取一定量的米糠毛油置于燒杯中，于恒溫磁力攪拌器上加熱。待加熱油樣至65℃時，快速攪拌下將溫度接近65℃的蒸餾水（油重的2.43%，因磷脂含量為8.05mg／g）逐滴緩慢加入油中，繼續保持恒定溫度攪拌反應30 min。待油脂與膠體雜質呈明顯分離時停止攪拌，靜置沉降后，進行離心分離。收集上層的凈油于90℃抽真空的條件下進行脫水干燥。

1.2.2 油脂脫酸

稱取20.0 g脫膠米糠油于小燒杯內，放入轉子和控溫計，置于磁力攪拌加熱器上攪拌加熱。待加熱至一定溫度時，加快攪拌速度，將計算好的含有一定量超量堿的特定濃度的氫氧化鈉溶液（已加熱至所需溫度）逐滴緩慢加入油中，攪拌30 min。待油皂離析時，降低攪拌速度并迅速升至終溫。而后降低攪拌速度恒溫保持10 min促使絮凝，待油皂分離時停止攪拌并離心分離。隨后，將離心得到的上層半凈油再次進行上述堿煉脫酸過程。其反應條件固定，操作溫度分別為：初溫25℃、終溫40℃，堿液濃度為3.08 mol／L，超量堿的加入量為油重的0.25%，其他操作與第1步脫酸相同。最終得到的上層半凈油再經熱水洗滌，并進行減壓干燥。

干燥后的產品冷至室溫后可進行分析。反應的主要評價指標為米糠油的精煉率和去甲基甾醇的保留率（相比于脫膠油）。改變不同的反應條件（反應溫度、堿液濃度、超量堿的加入量）分別進行單因素試驗，根據單因素試驗結果，進行正交試驗設計，得出米糠油脫酸過程中保留去甲基甾醇的最佳工藝條件。

1.3 主要檢測方法

1.3.1 酸值的測定

酸值的測定按照GB／T 5530—2009。

1.3.2 去甲基甾醇含量的測定［9］

參照《氣相色譜法測定甾醇組成及甾醇含量》，利用內標法計算出主要去甲基甾醇的含量，油樣中總的去甲基甾醇的含量為幾種單一去甲基甾醇含量之和。

去甲基甾醇相對含量的保留率＝脫酸油中去甲基甾醇的百分含量／脫膠油中去甲基甾醇的百分含量 ×100% （1）

去甲基甾醇絕對質量的保留率＝脫酸油中去甲基甾醇的絕對質量／脫膠油中去甲基甾醇的絕對質量 ×100% （2）

某單一去甲基甾醇在油中的含量＝單一甾醇的質量／mg／稱取的油樣質量／g （3）

某單一甾醇在總去甲基甾醇中的含量＝單一甾醇的質量／總去甲基甾醇的質量×100% （4）

2 結果與討論

2.1 前處理所得脫膠油的分析

按照2.2.1進行前處理，經脫膠后米糠油酸價為49.75 mgKOH／g，去甲基甾醇的量為1 410.45 mg／100 g。

2.2 單因素試驗

2.2.1 堿液濃度對去甲基甾醇含量的影響

反應條件為：反應初始溫度55℃（終溫比初始溫度高出15℃），超量堿用量為0.4%（按油重計），堿液濃度分別為2.61、3.60、4.72、5.99、7.42 mol／L，考察堿液濃度對脫酸過程中去甲基甾醇量的影響（相比于脫膠油）。結果見圖1和圖2。

堿液濃度在低于5.99 mol／L時，米糠油的精煉率會隨著堿液濃度的增大而逐漸增大。其原因是此米糠油游離脂肪酸含量較高，若采用過稀的堿（如2.61 mol／L）處理超高酸價的米糠油時，易形成水皂溶膠，最終增加皂腳乳化中性油的損耗；甚至出現水／油持續乳化的現象，加大分離操作的困難。而堿液濃度增大到5.99 mol／L及更大后，中性油被皂化的概率也會隨著堿液濃度的增高而增加，精煉率下降；再者，堿液濃度的增大還會導致皂腳稠度的增加，皂腳中包含的油珠粒度會變小，不利于皂腳含油量的降低，因此，堿液濃度不能過大。而去甲基甾醇的含量的保留率是在5.30 mol／L之前，隨著堿液濃度增大而逐漸減低，而后又略微增加。其原因如下：當油脂精煉率增大時，去甲基甾醇的相對含量會隨著減小，存在相對的變化；另外也與堿煉形成的皂膜具有吸附性有關。濃度低的堿液反應生成的皂腳的表面親和力會受水膜的影響，對去甲基甾醇的作用弱，因此會隨著堿液濃度逐漸增大而吸附越來越多的去甲基甾醇；但過濃的堿液形成的皂腳表面積過小，對去甲基甾醇的吸附作用會減弱。

綜合分析得到圖2所示去甲基甾醇絕對質量的保留情況。因此最佳堿液濃度選擇5.99 mol／L。

2.2.2 超量堿的用量對去甲基甾醇含量的影響

反應條件為：堿液濃度為5.99 mol／L，反應初始溫度55℃（終溫比初始溫度高出15℃），超量堿的用量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%（按油重計），考察超量堿的用量對脫酸過程中去甲基甾醇量的影響（相比于脫膠油）。

同一批米糠毛油，當采用同一濃度的堿液進行堿煉時，所得精煉油皂腳中的含油量隨著超量堿的增加而降低，則精煉率會有上升趨勢，此試驗中0.2%達到50.99%；但隨著超量堿的增加，中性油被皂化的量也會增大，則精煉率又存在下降的可能。而去甲基甾醇相對含量的保留率，隨著超量堿的增加而逐漸下降，在從0.1%增至0.2%時，該保留率下降較快，當超量堿的添加量增至0.3%及更大時，去甲基甾醇相對含量的保留率下降速率減小。其原因首先是隨著油脂精煉率而變化，當油脂精煉率增大時，去甲基甾醇相對含量會隨著減小，是個相對的變化；另外也與堿煉形成的皂膜具有吸附性有關。超量堿增大，皂腳絮凝好，其對去甲基甾醇的吸附作用也逐漸增強。

圖3 超量堿的用量對脫酸效果的影響

去甲基甾醇絕對質量的保留情況如圖4所示，最佳超量堿選0.2%（按油重計）。

圖4 超量堿的用量對去甲基甾醇絕對質量保留率的影響

2.2.3 溫度對去甲基甾醇含量的影響

反應條件為：堿液濃度5.99 mol／L，超量堿用量0.2%（按油重計），初始溫度分別為 25、40、55、70、85℃（終溫均比初溫高出15℃），考察溫度對脫酸過程中去甲基甾醇量的影響（相比于脫膠油）。

圖5 反應溫度對脫酸效果的影響

由于米糠油堿煉過程中采用離心機進行油皂分離，當分離溫度相對較高時，油的黏度較低且皂腳具有良好的流動性，油皂易于分離，初始溫度較低階段尤其明顯。因此在考察的溫度范圍內，當初始溫度為70℃（此時終溫為85℃）時，皂腳與油的密度差最明顯，且皂腳黏度下降較明顯，精煉率最高。然而初始溫度85℃時，精煉率略有下降，是由于堿液溫度較高時，中性油被皂化的幾率上升。該過程中，去甲基甾醇相對含量總體逐漸降低，因為中和反應后通過加熱來破壞分散相（皂粒）的狀態，以釋放皂粒的表面親和力實現進一步絮凝，完成油皂更好分離的過程中，去甲基甾醇隨其他雜質等一同被吸附；再者，考察的是去甲基甾醇相對含量的保留情況，總是會隨著精煉率的升高而有所下降的。

結合米糠油的精煉率和去甲基甾醇相對含量的變化情況，綜合分析可以得到圖6去甲基甾醇絕對質量的保留情況。因此，最佳脫酸溫度選擇70℃。

圖6 反應溫度對去甲基甾醇絕對質量保留率的影響

2.3 正交試驗

2.3.1 正交試驗的因素水平選取

根據脫酸工藝單因素試驗設計三因素三水平正交試驗。如表2所示。

表2 脫酸工藝正交試驗因素水平表

2.3.2 正交試驗的結果及方差分析

按照因素水平表2進行試驗，結果見表3，結果方差分析見表4。根據表3進行試驗，所得樣品都達到三級油酸價標準（且酸價均低于0.7 mgKOH／g）。

表3 脫酸工藝正交試驗結果

進一步由表3和表4分析可以得出：反應所用堿液濃度和超量堿對脫酸過程中去甲基甾醇絕對質量的保留率影響是顯著的，影響去甲基甾醇絕對質量保留率的因素大小依次為：C（超量堿的量）＞B（堿液濃度）＞A（反應溫度），最大的保留去甲基甾醇的脫酸工藝條件為：C（超量堿）為主要因素，并以水平 C2（0.2%）為最好；B（堿液濃度）為主要因素，并以水平B2（5.99 mol／L）為最好；A（反應溫度）的作用較小，可任意取一個水平，從能耗較小的角度選取A1（55℃）。因此最好的方案為A1B2C2，即反應溫度55℃，堿液濃度5.99 mol／L，超量堿的加入量為0.2%。

表4 脫酸工藝正交試驗結果方差分析表

以最佳工藝條件進行驗證試驗，去甲基甾醇絕對質量的保留率的均值為44.02%，去甲基甾醇相對含量的保留率為86.56%，精煉率為51.01%，酸值為0.69 mgKOH／g，最佳工藝條件下的GC－FID圖如圖7所示。

圖7 脫酸最佳工藝條件下米糠油去甲基甾醇GC－FID圖

2.3.3 脫酸油去甲基甾醇的組成分析

由表5分析可以得出，米糠油經脫酸工藝后，相比于脫膠油而言，其去甲基甾醇的主要組成不變，均為菜油甾醇、豆甾醇和β－谷甾醇。

對比脫膠油和脫酸油可知，主要的3種單一甾醇的比例發生了變化，菜油甾醇占總去甲基甾醇的比例從31.78%（脫膠油）降低為25.60%（脫酸油），β－谷甾醇占總去甲基甾醇的比例從54.46%（脫膠油）增大到59.58%（脫酸油），豆甾醇所占比例只有略微增加，從13.76%增加為14.82%。然而，通常情況下，植物油精煉脫酸過程中單一甾醇的比例是不發生變化的，而米糠油的該研究表明：相比于谷甾醇而言，菜油甾醇更多的以構成阿魏酸酯的形式存在于米糠毛油或脫膠油中。

表5 最佳脫酸工藝條件下去甲基甾醇中單一甾醇的含量情況表

3 結論

化學堿煉法完成高酸價米糠油脫酸，以油脂精煉率和去甲基甾醇的相對含量兩者綜合考察反應，進行單因素試驗和正交試驗，得出最大保留去甲基甾醇在脫酸油中的工藝條件為：反應溫度55℃，堿液濃度5.99 mol／L，超量堿的加入量為0.2%，此條件下去甲基甾醇相對含量的保留率為86.56%，去甲基甾醇絕對質量的保留率為44.02%。結果表明采用該脫酸工藝，去甲基甾醇保留率高，且達到脫酸油的品質要求。其中，影響去甲基甾醇絕對質量的保留率的因素大小依次為：超量堿的量、堿液濃度、反應溫度。此外，經脫酸反應，去甲基甾醇主要類型不變，但由于菜油甾醇比谷甾醇更易于以阿魏酸酯的形式存在，因此去甲基甾醇的組成比例發生變化，其中菜油甾醇占總的去甲基甾醇中的比例下降，而β－谷甾醇所占比例有所上升。

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Optimization of Alkali Refining to Produce Rice Bran OilWith High Retain of Des－methyl Phytosterol

Wei Jiali1Ma Chuanguo1，2Chai Xiaochao1
（College of Food Science and Technology，Henan University of Technology1，Zhengzhou 450001）（National Engineering Laboratory forWheat＆Corn Further Processing2，Zhengzhou 450001）

The influences of deacidification temperature，alkali concentration and the amount of excess alkalion the absolutemass of des－methyl phytosterol these three elements in rice bran oilwith high acid value have been studied in the paper.The results showed that all three had varying degrees effects on refining yield and soapstock absorption on the desmethyl phytosterol.The optimization conditions of alkali refining to produce rice bran oil with high retain of des－methyl phytosterol were as follows：deacidification temperature of55℃，alkali concentration of5.99mol／L，the amountof excess alkali of 0.2%.On the conditions，the relative percentage retention rate of desmethyl phytosterol was of 86.56%，acid value of 0.69 mgKOH／g，refining yield of 51.01%，the absolute quality retention rate of desmethyl phytosterol of 44.02%.After deacidification，the forms of desmethyl phytosterol in rice bran oil had no alteration，however，the proportion of campesterol in desmethyl phytosterol decreased while the proportion ofβ－sitosterol increased.

rice bran oil，alkali refining，des－methyl phytosterol，β－sitosterol，campesterol，gas chromatography

TS224.6

A

1003－0174（2015）11－0076－05

河南省財政廳糧食專項（ZX20110014）

2014－05－01

魏佳麗，女，1989年出生，碩士，食品科學與工程

馬傳國，男，1966年出生，教授，油脂化學與工藝學