超聲輔助菜籽毛油脫膠工藝研究

代春華 蔡兆海 圣明明 何榮海 黃六容 馬海樂

(江蘇大學食品與生物工程學院；食品物理加工研究院1，鎮江 212013) (江蘇禾豐糧油工業有限公司2，鹽城 224100) (鹽城市大豐區綜合檢驗檢測中心3，鹽城 224005)

菜籽經壓榨或溶劑浸提得到菜籽毛油，其主要成分為甘油三酯，此外還含有色素、糖類、蛋白、磷脂、甾醇以及游離脂肪酸等，需對其精煉處理以達到食用油質量標準[1]。脫膠是油脂精煉最重要的環節之一，毛油中的膠質成分主要是磷脂，故脫膠也稱為脫磷[2]。磷脂去除不徹底，對后續的精煉工序產生影響，還會引起返酸及返色的發生[3-5]。另外，磷脂還是食用油回味的前體物質，研究表明，通過水洗及檸檬酸處理使磷脂“失活”能有效防止回味的發生[6]。

磷脂包括水化磷脂和非水化磷脂，水化磷脂在有水存在時會吸水膨脹并沉降，經油水分離可脫除[7]。食用油的傳統脫膠方法為水化脫膠和酸法脫膠，水化脫膠只能去除其中的水化磷脂，脫膠后磷含量一般仍較高(約80 mg/kg以上)；酸法脫膠是向毛油中添加檸檬酸、磷酸、硫酸等，使毛油中的非水化磷脂轉化為水化磷脂后去除，此方法較水化脫膠效果明顯提高[8]。

超聲波是一種頻率大于20 kHz的聲波，在液體介質中傳播時方向性好，穿透力強，易于獲得較集中的聲能。另外，超聲波具有其他聲波所不具有的空化效應，當空化汽泡在互不相溶的兩相邊界破裂時，形成的微射流對界面產生攪拌和剪切作用，增加了界面面積和反應過程的傳質動力，從而能夠提高理化及生物反應進程[9, 10]。目前，已有將超聲波應用于油脂精煉的研究，如萬楚筠等[11]發現在四級菜子油酶法脫膠過程中施加適當的超聲輻射，可顯著提高磷脂酶A1對油脂的脫膠速度。程謙偉等[12]優化了大豆毛油超聲水化脫膠工藝，在50 ℃、加水量4%、超聲功率75 W、超聲時間8 min條件下，脫膠油磷含量降低至18.60 mg/kg，精煉率達到95.68%，大大縮短了水化脫膠時間，油脂損耗率低。蔣曉菲[8]研究發現，在超聲-機械攪拌反應體系中，脫膠處理2 h能使菜籽油磷含量降至10 mg/kg以內；而在機械攪拌反應體系中，達到相同的脫膠效果需要處理4 h。因此，超聲波能有效提高磷脂酶脫膠速率，縮短脫膠所需時間。目前，超聲輔助菜籽毛油水化及酸法脫膠的文獻較少，本研究將對該內容進行系統研究，以期通過施加超聲波提高菜籽毛油的脫膠效率，為超聲波這一物理加工手段在油脂加工領域的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

菜籽毛油：初始磷含量112.6 mg/kg，由江蘇某公司提供；其他化學試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設備

TGL-16臺式高速冷凍離心機；AF-C紫外可見分光光度計；RE201D旋轉蒸發儀；SX2-12-12箱式電阻爐；KQ3200超聲波清洗器。

1.2 實驗方法

1.2.1 磷脂含量測定

參照GB/T 5537—2008鉬藍比色法。

1.2.2 菜籽毛油脫膠工藝優化

稱取50 g菜籽毛油于250 mL錐形瓶中，將一定質量的檸檬酸及所需添加的蒸餾水混合溶解后添加于毛油中，水浴加熱并攪拌一定時間。其中檸檬酸添加量為毛油質量0、0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%及0.50%；蒸餾水添加量為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%及5.0%；處理溫度40、50、60、70、80 ℃；處理時間5、10、20、30、40、50 min，系統研究不同檸檬酸添加量、水添加量、處理溫度及時間對菜籽毛油脫膠率的影響；另外，將在不同脫膠條件下處理后的樣品置于頻率40 kHz、功率150 W的超聲清洗器中常溫超聲15 min，對比超聲與否對菜籽毛油脫膠效果的影響。

1.2.3 菜籽毛油脫膠正交實驗

為獲得較好的菜籽毛油脫膠效果，在單因素實驗基礎上，通過L9(34)正交實驗確定最佳脫膠工藝，以脫膠率為指標，各因素和水平的選擇見表1。

表1 正交實驗因素水平表

2 結果與討論

2.1 檸檬酸添加量對菜籽毛油脫膠效果的影響

在溫度70 ℃、水添加量3%、處理時間30 min條件下，檸檬酸添加量對菜籽毛油脫膠效果的影響如圖1所示。

圖1 檸檬酸添加量對菜籽毛油脫膠效果的影響

由圖1可以看出，當檸檬酸添加量由0增加至0.20%時，菜籽毛油酸法脫膠效率由11.5%增至67.4%；施加超聲波的樣品，脫膠率由23.4%增至73.8%。其原因是檸檬酸能促使毛油中鈣、鎂等復鹽式非水化磷脂向水化磷脂轉變，故脫膠效率顯著增加；繼續增加檸檬酸用量，脫膠率變化不明顯，說明0.2%的檸檬酸添加量已將菜籽毛油中大部分非水化磷脂轉化成了水化磷脂。綜合考慮脫膠效果及成本，在后續實驗中采用檸檬酸添加量0.20%。

2.2 水化溫度對菜籽毛油脫膠效果的影響

溫度高低會影響油脂的黏度、溶液混合程度及毛油膠粒的凝聚狀態等，進而影響毛油的脫膠效果[13]。在檸檬酸添加量0.20%及0、水添加量3%、處理時間30 min條件下，處理溫度以及施加超聲與否對菜籽毛油脫膠效果的影響如圖2所示。

圖2 溫度對菜籽毛油脫膠效果的影響

由圖2可以看出，當檸檬酸添加量為0時，超聲輔助水化脫膠效率在70 ℃時達到23.4%；超聲輔助酸法脫膠在處理溫度60 ℃時達到76.5%，繼續升高溫度，脫膠率略有降低。這可能是在較低的溫度范圍內，溫度升高有利于膠體的凝聚，當溫度升高到一定程度，超過了膠體凝聚的“臨界溫度”時，凝聚的膠體又重新分散開，致使脫膠率降低。因此，后續實驗中毛油脫膠處理溫度采用60 ℃。

2.3 加水量對菜籽毛油脫膠效果的影響

在檸檬酸添加量0.20%及0、溫度60 ℃、時間30 min條件下，加水量以及施加超聲與否對菜籽毛油脫膠效果的影響如圖3所示。

由圖3可知，水添加量對菜籽毛油酸法脫膠效果影響較顯著。加水量在1.0%至3.5%范圍內，水化脫膠效率遠低于其他三種方法。此時，超聲輔助水化脫膠效率由12.4%增加至24.1%；酸法脫膠效率由19.8%增大至74.3%；超聲輔助酸法脫膠效率由23.7%增大至78.8%。在菜籽毛油脫膠過程中，水添加量不足，則磷脂水化不完全；隨著加水量增大，磷脂充分吸水膨脹且易于凝聚，有利于離心分離；但加水量太大又會造成油水乳化，磷脂分離困難[14]。因此，后續實驗選擇3.5%加水量。

圖3 加水量對菜籽毛油脫膠效果的影響

2.4 處理時間對菜籽毛油脫膠效果的影響

在檸檬酸添加量0.20%及0%、溫度60 ℃、加水量3.5%條件下，處理時間以及施加超聲與否對菜籽毛油脫膠效果的影響如圖4所示。

圖4 處理時間對菜籽毛油脫膠效果的影響

由圖4 可以看出，酸法脫膠在處理時間30 min時，脫膠率達到最高為74.3%；超聲輔助酸法脫膠在20 min時，脫膠率達到最大為79.5%。磷脂凝聚需要一定的時間，時間太短磷脂水化不充分且凝聚不完全，反應時間過長易發生油水乳化。因此，酸法脫膠及超聲輔助酸法脫膠的處理時間應分別選擇20 min及30 min。

2.5 正交實驗結果

由于上述單因素實驗未考慮各因素間的交互作用，因此通過正交實驗確定超聲輔助酸法脫膠的最佳條件，正交實驗條件和結果如表2所示。

由表2可以看出，上述四個因素中檸檬酸添加量對脫膠率的影響最大，其次是溫度和時間，而加水量在3.0%～4.0%范圍內影響最小。最佳脫膠條件為:A3B2C2D1，在此條件下進行菜籽毛油超聲輔助酸法脫膠實驗，脫膠率達到82.5%，此時脫膠菜籽油中的磷含量為19.7 mg/kg。

表2 正交實驗結果

3 結論

采用超聲波輔助檸檬酸法對菜籽毛油中的磷脂進行脫除實驗，通過單因素及正交實驗確定菜籽毛油脫膠最佳條件為：檸檬酸添加量0.25%、加水量3.5%、溫度60 ℃、處理時間15 min，在此條件下脫膠率達到82.5%，脫膠菜籽油中磷含量由最初的112.6 mg/kg降低至19.7 mg/kg。通過研究發現，在檸檬酸酸法脫膠過程中施加超聲波，能大幅提高菜籽毛油的脫膠率。