精煉工藝條件對(duì)菜籽油活性物質(zhì)的影響

宋新陽(yáng)，鞠興榮，陳 沖，紀(jì)佳璐，吳 進(jìn)，徐 燾

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023)

生育酚和植物甾醇是植物油中重要的營(yíng)養(yǎng)成分。生育酚能夠增強(qiáng)人體細(xì)胞的抗氧化作用，維持和促進(jìn)生殖機(jī)能，防止動(dòng)脈硬化，對(duì)于維持人腦認(rèn)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(xì)胞形成的功能，對(duì)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(zhì)的重要環(huán)節(jié)，一方面精煉會(huì)除去磷脂、微量金屬[7]等雜質(zhì)，降低多環(huán)芳烴[8]的含量，提高油脂品質(zhì)，另一方面也會(huì)對(duì)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(jīng)過(guò)脫臭工藝后，甾醇含量下降了13%。Chew等[11]研究了精煉對(duì)洋麻籽油品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)脫酸會(huì)導(dǎo)致洋麻籽油的生育酚含量降低10.35%。雖然油脂加工過(guò)程對(duì)植物甾醇和生育酚造成的損失是無(wú)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(zhì)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上盡可能減少這兩種物質(zhì)的流失。本研究針對(duì)菜籽油精煉各個(gè)工序的條件變化對(duì)生育酚和甾醇的影響進(jìn)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(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

“秦優(yōu)十號(hào)”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(biāo)準(zhǔn)品、BSTFA-TMSS(99∶1)，美國(guó)Sigma公司；無(wú)水乙醇、正己烷、甲醇，色譜純，德國(guó)默克公司；反式脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品(13組分，C14～C22)，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司；氫氧化鈉、氫氧化鉀、磷酸、無(wú)水乙醚、酚酞，分析純，國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

CZR109榨油機(jī)，廣州德海威工業(yè)設(shè)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(shù)顯恒溫磁力攪拌電熱套；安捷倫1260高效液相色譜儀，美國(guó)安捷倫公司；7890-7000C氣質(zhì)聯(lián)用儀，美國(guó)安捷倫公司；SpectraMax M2e多功能酶標(biāo)儀，美國(guó)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(yàn)方法

1.2.1 壓榨制油

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

1.2.2 脫膠

稱(chēng)取50 g毛油于燒杯中并放入轉(zhuǎn)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(shí)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(yàn)的基礎(chǔ)上，取脫膠溫度、磷酸添加量、加水量為因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

1.2.3 脫酸

稱(chēng)取50 g 1.2.2工藝優(yōu)化后的脫膠油于燒杯中并放入轉(zhuǎn)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(zhì)量的0.2%,理論堿根據(jù)預(yù)估酸價(jià)得到)，調(diào)整加熱攪拌器的溫度，反應(yīng)結(jié)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(duì)壓力2.5～4 kPa)，直至脫酸油質(zhì)量基本保持不變。在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，取終溫、堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、時(shí)間為因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

1.2.4 脫色

稱(chēng)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(zhuǎn)子，然后將燒瓶放入集熱式恒溫加熱磁力攪拌器內(nèi)，稱(chēng)取活性白土放入圓形漏斗內(nèi)。打開(kāi)真空泵調(diào)節(jié)壓力，加熱升溫至95℃脫水。脫水后調(diào)整溫度，打開(kāi)圓形漏斗的旋塞，放入活性白土進(jìn)行攪拌，反應(yīng)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(jìn)行真空過(guò)濾，得到脫色油。在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，取溫度、活性白土添加量、時(shí)間為因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

1.2.5 脫臭

稱(chēng)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(shù)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(diào)節(jié)真空度。脫臭結(jié)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(yàn)的基礎(chǔ)上，取溫度、時(shí)間、壓力為因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

1.2.6 甾醇含量的測(cè)定

參考周潤(rùn)松等[12]的方法提取甾醇，采用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行含量測(cè)定。氣相色譜條件：HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，進(jìn)樣口溫度270℃，分流比30∶1，進(jìn)樣量 1 μL，載氣(氮?dú)?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(zhì)譜條件：離子源溫度230℃，四級(jí)桿溫度150℃，傳輸線溫度280℃，質(zhì)量掃描范圍45～550，溶劑延遲時(shí)間8 min。

1.2.7 生育酚含量的測(cè)定

在李柰等[13]方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改測(cè)定生育酚含量。預(yù)處理?xiàng)l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(fù)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(guò)0.22 μm濾膜，使用高效液相色譜儀檢測(cè)[13]。

1.2.8 反式脂肪酸含量的測(cè)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(wú)水硫酸鈉，0.22 μm濾膜過(guò)濾，進(jìn)樣。

氣相色譜條件： SP-2560色譜柱(100 m×0.25 mm×0.2 μm)，進(jìn)樣口溫度260℃，分流比10∶1，進(jìn)樣量1.0 μL，載氣(氮?dú)?流速2 mL/min；升溫程序?yàn)槌跏紲囟?40℃，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(biāo)的測(cè)定

酸價(jià)按照GB 5009.229—2016進(jìn)行測(cè)定，過(guò)氧化值按照GB 5009.227—2016進(jìn)行測(cè)定，磷脂含量按照GB/T 5537—2008進(jìn)行測(cè)定。

1.2.10 脫色率與脫膠率的計(jì)算

取一定量菜籽油用丙酮稀釋?zhuān)员鳛榭瞻讓?duì)照組，用酶標(biāo)儀測(cè)定在483 nm時(shí)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(jié)果與分析

2.1 菜籽毛油的理化指標(biāo)

“秦優(yōu)十號(hào)”油菜籽壓榨后所得菜籽毛油的理化指標(biāo)如表1所示。

表1 菜籽毛油理化指標(biāo)

由表1可知，菜籽毛油中甾醇、生育酚、磷脂含量較高，同時(shí)過(guò)氧化值、酸價(jià)較低，不含反式脂肪酸。

2.2 脫膠正交試驗(yàn)

多數(shù)情況下菜籽毛油的磷脂含量較高，為了后續(xù)精煉過(guò)程達(dá)到良好效果需要先對(duì)毛油進(jìn)行脫膠，因此脫膠被認(rèn)為是精煉過(guò)程的第一步[14]。脫膠階段的正交試驗(yàn)主要為了探究脫膠溫度、磷酸添加量、加水量對(duì)生育酚和甾醇保留率的影響，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表2所示。

表2 脫膠正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表2可知，影響生育酚保留率的主次因素順序?yàn)槊撃z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(wèn)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?yàn)槊撃z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(yàn)

成熟油菜籽會(huì)因?yàn)榄h(huán)境條件的變化導(dǎo)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(yàn)主要探究終溫、時(shí)間、堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)生育酚和甾醇保留率的影響，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表3所示。

表3 脫酸正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由于各脫酸試驗(yàn)組的酸價(jià)(KOH)皆低于0.2 mg/g，故此處未將酸價(jià)納入評(píng)價(jià)指標(biāo)。由表3可知，影響生育酚保留率的主次因素順序?yàn)榻K溫>堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)>時(shí)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(shí)間30 min，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)11.06%。

影響甾醇保留率的主次因素順序?yàn)榻K溫>堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)>時(shí)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(shí)間30 min,堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)間30 min、初溫30℃、終溫40℃、堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(guān)于精煉對(duì)大豆油和菜籽油抗氧化活性影響的研究結(jié)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(yàn)

脫色是提升油脂色澤品質(zhì)的重要精煉工序。彭彰文等[17]研究了不同脫色工藝對(duì)山核桃油的脫色效果，結(jié)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(guò)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(duì)米糠油的脫色效果，結(jié)果表明：當(dāng)凹凸棒土添加量為油質(zhì)量的5%、溫度110℃、時(shí)間30 min時(shí)，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(guān)的研究很多，但少有學(xué)者針對(duì)保證脫色率的同時(shí)保留油脂營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的方向進(jìn)行研究。脫色正交試驗(yàn)主要是為了探究活性白土添加量、時(shí)間、溫度對(duì)生育酚及甾醇保留率的影響，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表4所示。

表4 脫色正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)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?yàn)闇囟?活性白土添加量>時(shí)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(shí)間20 min。

脫色階段影響甾醇保留率的主次因素順序?yàn)闀r(shí)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(shí)間10 min。但由于脫色時(shí)間過(guò)短，該條件下的脫色效果較差，脫色率僅為70.93%。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脫色率達(dá)到80%以上時(shí)，脫色油的色澤才達(dá)到高品質(zhì)油的標(biāo)準(zhǔn)。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(shí)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(yàn)

脫臭是使食用油綜合品質(zhì)進(jìn)一步上升的關(guān)鍵步驟，也是產(chǎn)生反式脂肪酸最多的一個(gè)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(shí)，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(diǎn)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(yàn)主要是為了探究溫度、時(shí)間、壓力對(duì)生育酚和甾醇保留率的影響，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表5所示。

表5 脫臭正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由于脫臭階段的過(guò)氧化值和酸價(jià)皆符合國(guó)家一級(jí)菜籽油的標(biāo)準(zhǔn)(過(guò)氧化值<5 mmol/kg，酸價(jià)(KOH)<0.2 mg/g)，故此處并未進(jìn)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?yàn)闀r(shí)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(shí)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?yàn)闀r(shí)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(shí)間80 min，溫度220℃，壓力200～300 Pa。

雖然溫度在220℃時(shí)的脫臭效果不佳，但時(shí)間的延長(zhǎng)可以彌補(bǔ)這一點(diǎn)。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(shí)間80 min、溫度220℃、壓力400～500 Pa，該條件下的甾醇保留率可達(dá)79.49%，生育酚保留率達(dá)68.15%，油脂損耗(4個(gè)階段的總和)為4.9%，反式脂肪酸含量為0.52%，酸價(jià)(KOH)為0.160 6 mg/g，過(guò)氧化值為0.176 mmol/kg，油脂基礎(chǔ)品質(zhì)達(dá)標(biāo)，相較于丁新杰[15]的研究結(jié)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(jié) 論

本文研究了不同精煉條件對(duì)菜籽油品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：脫膠階段影響生育酚保留率的主次因素順序?yàn)槊撃z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?yàn)榻K溫>堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)>時(shí)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?yàn)闇囟?活性白土添加量>時(shí)間，影響甾醇保留率的主次因素順序?yàn)闀r(shí)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?yàn)闀r(shí)間>壓力>溫度，甾醇與之相同。試驗(yàn)在保證油脂品質(zhì)的基礎(chǔ)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(shí)間30 min，初溫30℃，終溫40℃，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)11.06%；脫色溫度85℃，活性白土添加量3.5%，時(shí)間20 min；脫臭時(shí)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(jià)(KOH)為0.160 6 mg/g，過(guò)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(méi)有明顯變化，菜籽油品質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)，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。