原粒醬油渣脫酸工藝研究

朱新貴,李學偉,張宗衛

(1.李錦記(新會)食品有限公司,廣東 江門 529156;2.華南農業大學 食品學院,廣東 廣州 510642)

原粒醬油渣脫酸工藝研究

朱新貴1,李學偉1,張宗衛2

(1.李錦記(新會)食品有限公司,廣東 江門 529156;2.華南農業大學 食品學院,廣東 廣州 510642)

以原粒大豆為主要蛋白質原料釀造的傳統醬油,其剩余醬油渣中油脂氧化和酸敗形成的大量游離脂肪酸,降低了醬油渣的利用價值。該研究通過正交試驗設計研究醬油渣乙醇脫酸處理工藝,得出最佳脫酸條件為:醬油渣和95%乙醇1∶4(g∶mL),處理時間3 h,處理溫度60℃。在此條件下進行3次平行試驗,醬油渣中游離脂肪酸含量降至1.41%,此時醬油渣酸價為6.26 mg KOH/g,與沒脫酸處理醬油渣比較,降低了71.4%。通過氣相色譜-質譜測定,脫酸處理醬油渣中7組游離脂肪酸特征成分峰的峰面積明顯減小,除了3號成分峰的脫除率為52.2%外,其他6組成分峰的脫除率均達到61%以上。結果表明,乙醇在此工藝條件下,對原粒醬油渣脫酸效果明顯。

原粒醬油渣;游離脂肪酸;脫除率;氣相色譜-質譜法

醬油渣是醬油釀造結束后醬醪被壓榨或抽取醬油后剩下的殘渣,原料除了蛋白質和淀粉被大量利用外,其他成分的利用率較低。據調味品協會統計,我國每年用于釀造醬油所消耗的全大豆約為50萬t左右,產生的黃豆醬油渣將近22萬t左右。由于醬油渣的水分、鹽分和氧化油脂含量高,一般生產廠家通常以低價售給養殖企業或農民作為飼料用于豬、家禽、魚類的養殖,或被用作飼料添加物,甚至被丟棄處理,從而造成大量資源浪費,處理不當還會造成環境污染[1-3]。因此,大量的醬油渣已經成為醬油行業迫切需要解決的問題。

以原粒大豆為主要蛋白質原料釀造的傳統醬油,其壓榨提取醬油后剩余醬油渣中油脂的含量非常高,達到36.5%～47.17%(干基)[4-5],其過氧化值和酸價分別為4.52 meq/kg和51.51 mg KOH/g[6]。在醬油渣后續處理中,酸值和過氧化值快速升高。根據油脂的一般氧化機理,游離脂肪酸會進一步的氧化酸敗,產生自由基并裂變成氧化產物,感官指標最明顯的是出現蛤喇味[7-9]。因此,大量游離脂肪酸的存在,導致營養價值下降,降低了醬油渣的利用價值。乙醇是一種常用有機溶劑,因其高效、環保和可循環利用等特性而被廣泛應用到有機產物的提取研究。鑒于此,本項目將應用乙醇對原粒醬油渣進行脫酸處理工藝研究,為醬油渣的綜合利用提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原粒醬油渣(高鹽稀態發酵):李錦記(新會)食品有限公司提供。

氫氧化鉀、體積分數95%乙醇、氯仿、甲醇、乙醚、石油醚(30～60℃)等:中國醫藥(集團)上海化學試劑公司。

1.2 儀器與設備

MA35M快速水分測定儀:德國賽多利斯公司;HH-4數顯恒溫水浴鍋:常州普天儀器制造有限公司;DGG-9620AD電熱恒溫鼓風干燥箱:上海森信實驗儀器有限公司;JB-60高速萬能粉碎機:浙江屹立工貿有限公司;RE52-99旋轉蒸發儀:上海亞榮生化儀器廠;GC-MS-5977B氣相色譜-質譜聯用儀:美國安捷倫公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原粒醬油渣的預處理

利用王帥等[10]的方法,將原粒醬油渣提取色素和黃酮,醬油渣的水分控制在(46±2)%。

1.3.2 原粒醬油渣脫酸處理的單因素試驗

預處理后的原粒醬油渣加入體積分數95%乙醇,分別以料液比、處理時間和處理溫度為評價指標進行單因素試驗。以脫酸后的醬油渣中總脂質的酸價和游離脂肪酸(free fatty acids,FFA)含量為測定指標,計算平均值,比較各因素對原粒醬油渣的脫酸影響。

(1)稱取100g預處理原粒醬油渣5份,按料液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5(g∶mL)分別加入體積分數95%乙醇,然后在溫度60℃條件下,水浴處理3 h。

(2)稱取100 g預處理原粒醬油渣5份,按料液比1∶3(g∶mL)加入體積分數95%乙醇,在溫度60℃條件下,分別水浴處理1 h、2 h、3 h、4 h、5 h。

(3)稱取100 g預處理原粒醬油渣5份,按料液比1∶3(g∶mL)加入體積分數95%乙醇,分別在溫度30℃、40℃、50℃、60℃、70℃條件下,水浴處理3 h。

1.3.3 原粒醬油渣脫酸處理的正交試驗

在單因素試驗的基礎上,按料液比(A)、時間(B)、溫度(C)3個因素,設計L9(33)正交試驗,以脫酸后的醬油渣的酸價和FFA含量為測定指標,計算平均值,確定最優脫酸處理工藝。

1.3.4 原粒醬油渣總脂質的提取

醬油渣干燥粉碎,采用氯仿∶甲醇(2∶1,V/V)混合溶劑提取,提取液過濾后用無水硫酸鈉除水,二次過濾后轉入烘干的圓底燒瓶中,45℃真空旋轉蒸干溶劑,殘留物為總脂質。

1.3.5 醬油渣中總脂質的酸價、過氧化值和游離脂肪酸含量的測定

酸價參考GB 5009.229—2016《食品中酸價的測定》中第三法測定;過氧化值參考GB 5009.227—2016《食品中過氧化值的測定》中第一法測定;FFA含量參考GB/T14489.3—2016《油料中油的游離脂肪酸含量測定法》中的方法測定。

1.3.6 醬油渣中游離脂肪酸成分分析

游離脂肪酸提取:根據REGUEIROJ A等[11]的方法稍作修改,稱取50 mg總脂質,溶解于5 mL氯仿-甲醇溶液(2∶1,V/V)中,然后用氨丙基硅柱(VARIAN)分離,先用5 mL的氯仿-異丙醇溶液(2∶1,V/V)洗出中性脂質(油脂),再用5 mL2%乙酸-乙醚(V/V)溶液洗出游離脂肪酸,洗脫下來的游離脂肪酸部分用氮氣吹干其中的溶劑,則得游離脂肪酸。

游離脂肪酸進行甲酯化[12],采用氣相-質譜聯用對其進行分析。氣相色譜條件:安捷倫HP-5毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度:280℃;分流比:10∶1;程序升溫:柱溫60℃,保持1 min,以8℃/min程序升溫至120℃,保持0 min,以8℃/min程序升溫至220℃,保持0 min,以4℃/min程序升溫至250℃,保持2min;氦氣流速1.0mL/min,進樣量1.0 μL。質譜條件:電子電離(electron ionization,EI)離子源,電子能量70 eV,電子倍增器電壓857 V,接口溫度250℃,離子源溫度230℃,掃描方式,質量掃描范圍(m/z)50～400 amu。

1.3.7 正交試驗數據分析

正交試驗數據采用SPSS統計軟件處理,其結果以平均值表示。

2 結果與分析

2.1 預處理原粒醬油渣中主要理化指標

在以全大豆(總脂質含量約19%)為原料的傳統醬油釀造工藝中,因大豆脂質中60%為不飽和脂肪酸,所以醬油渣中脂質極易氧化。這些脂質成分經過醬油釀造過程只有非常小部分形成醬油良好的風味成分,但最后大部分仍然以脂溶性物質形式殘留在醬油渣中。根據王帥等的方法對原粒醬油渣進行預處理,醬油渣預處理前后的游離脂肪酸分別是3.98%和3.22%,結果表明預處理對游離脂肪酸的脫除影響不大。由于預處理的乙醇體積分數為65%,乙醇體積分數越低,越不利于游離脂肪酸的溶出。

對預處理原粒醬油渣進行相關指標分析,醬油渣中脂質的酸價和過氧化值分別(21.91±0.61)mg/g和(1.06±0.08)mmol/kg,對比我國大豆原油的國家標準酸價(4.0mg/g)和過氧化值(7.5 mmol/kg),表明醬油渣的脂質在釀造過程中產生了嚴重的酸敗,預處理原料醬油渣的主要理化指標見表1。

表1 預處理原粒醬油渣中主要理化指標Table 1 Main physicochemical indexes of the whole-soybean soy sauce residue

2.2 料液比對原粒醬油渣脫酸的影響

預處理原粒醬油渣按不同料液比分別加入體積分數95%乙醇,然后在溫度60℃條件下水浴處理3 h,過濾后干燥醬油渣并提取總脂質,醬油渣中的酸價和FFA含量測定結果見圖1。

圖1 料液比對原粒醬油渣脫酸的影響Fig.1 Effect of solid to liquid ratio on deacidification of whole-soybean soy sauce residue

從圖1可以看出,原粒醬油渣和乙醇在不同料液比下進行脫酸處理,隨著料液比中乙醇比例的增加,醬油渣酸價和醬油渣中FFA含量呈下降趨勢。當料液比從1∶1(g∶mL)增加到1∶3(g∶mL)時,醬油渣酸價和醬油渣中FFA含量下降明顯,而當料液比＞1∶3(g∶mL)以后,醬油渣酸價和醬油渣中FFA含量的下降趨勢已經變小。因此,當其它提取條件不變時,相對高比例的乙醇提取液能溶出更多的游離脂肪酸,直到溶解平衡狀態。但如果一味提高溶液比例,不僅不能明顯提高提取率,而且造成溶劑浪費和后續的分離困難。綜上,本試驗選擇料液比的合適范圍是1∶2～1∶4(g∶mL)。

2.3 處理時間對原粒醬油渣脫酸的影響

預處理原粒醬油渣按料液比1∶3(g∶mL)加入體積分數95%乙醇,在溫度60℃條件下,分別水浴脫酸處理不同時間,過濾后干燥醬油渣并提取總脂質,研究不同提取時間對原粒醬油渣中的酸價和FFA含量的影響,結果見圖2。

圖2 脫酸時間對原粒醬油渣脫酸的影響Fig.2 Effect of deacidification time on deacidification of whole-soybean soy sauce residue

由圖2可知,在其他提取條件不變時,醬油渣的酸價和FFA含量隨著脫酸時間的延長而降低。當脫酸時間增加到4h時,醬油渣酸價從12.07mgKOH/g下降到7.38mgKOH/g,醬油渣中FFA含量從2.33%下降到1.48%。當脫酸時間超過4 h時,醬油渣中的酸價和FFA含量的變化不大。這是因為隨著脫酸時間的延長,乙醇溶液中溶解的游離脂肪酸越來越多,游離脂肪酸溶解達到平衡,提取的傳質推動力逐漸減小最后消失。此外,較長時間的脫酸處理會增加能耗,增加成本。綜上,本試驗選擇脫酸時間的合適范圍是2～4 h。

2.4 脫酸溫度對原粒醬油渣脫酸的影響

預處理原粒醬油渣按料液比1∶3(g∶mL)加入體積分數95%乙醇,分別在不同的溫度下水浴處理3 h,過濾后干燥醬油渣并提取總脂質,研究不同脫酸溫度對原粒醬油渣中的酸價和FFA含量的影響,結果見圖3。

圖3 脫酸溫度對原粒醬油渣脫酸的影響Fig.3 Effect of deacidification temperature on deacidification of whole-soybean soy sauce residue

由圖3可知,在其他提取條件不變時,醬油渣的酸價和FFA含量隨著脫酸溫度的增加而降低。當脫酸溫度在30～60℃時,醬油渣中的酸價和FFA含量隨溫度的上升而呈現快速下降;當脫酸溫度＞60℃時,醬油渣中的酸價和FFA含量變化幅度不大。這是因為游離脂肪酸在提取液中的溶解度不僅和提取液的極性有關,同時提取溫度也極大地影響著游離脂肪酸在提取液中的溶解度。提取溫度的大小影響流體的密度和分子擴散的能力,進而影響乙醇對FFA的溶解能力。一般來說,溫度越高游離脂肪酸在提取液中的溶解度越大,提取時傳質推動力也越強,醬油渣中的游離脂肪酸能更快地擴散到提取液中,因此在一定范圍內升高處理溫度,游離脂肪酸的溶出量明顯增加,因此脫酸效果明顯;但溫度上升到較高值后,乙醇在處理中容易發生氣化,處理過程中傳質推動力減弱,影響FFA的溶出效果。綜上,本試驗選擇脫酸溫度的合適范圍是40～60℃。

2.5 原粒醬油渣脫酸的正交試驗

根據單因素試驗結果,選取了料液比、時間、溫度3個因素設計L9(33)正交試驗,以醬油渣中FFA含量為測定指標優化脫酸工藝,試驗設計因素與水平見表2。

醬油渣脫酸處理的正交設計進行3次重復試驗,數據取其平均值,正交試驗結果與分析見表3,方差分析見表4。

表2 醬油渣脫酸工藝條件優化正交試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal tests for deacidification process optimization of soy sauce residue

表3 醬油渣脫酸工藝條件優化正交試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests for deacidification process optimization of soy sauce residue

脫酸處理后,醬油渣中FFA含量越低,脫酸效果越好。由表3極差分析可知,在上述因素水平范圍內,影響因素的主次順序為處理溫度＞料液比＞處理時間。醬油渣乙醇脫酸處理的最佳工藝條件為A3B2C3,即料液比1∶4(g∶mL),處理時間3h,處理溫度60℃。在此條件下進行3次平行試驗,醬油渣中FFA含量為1.41%,此時醬油渣酸價為6.26 mg KOH/g。對比我國大豆原油的國家標準酸價(4.0 mg KOH/g)略高,但與沒脫酸處理的原粒醬油渣酸價比較,降低了約71.4%。

表4 正交試驗結果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal test results

由方差分析(表4)可知,3種因素對醬油渣脫酸處理的影響程度各不相同,在料液比、處理時間和處理溫度的設定范圍條件內,因素A(料液比)和因素C(處理時間)對醬油渣中FFA含量均有顯著影響(P＜0.05),而因素B(處理時間)對醬油渣中FFA含量無顯著影響(P＞0.05)。2.6醬油渣脫酸處理前后的FFA成分GC-MS分析

根據已建立的乙醇最佳脫酸處理工藝,對預處理后的原粒醬油渣進行脫酸處理,然后提取總脂質并分離其中游離脂肪酸,FFA甲酯化反應后通過氣相色譜-質譜測定FFA成分,與原粒醬油渣的FFA進行比較,對比總離子流色譜圖見圖4。

圖4 原粒醬油渣脫酸前后游離脂肪酸成分對比的總離子流色譜圖Fig.4 Total ion chromatograms of free fatty acids components comparison before and after deacidification of whole-soybean soy sauce residue

由圖4對比可知,原粒醬油渣脫酸處理后,FFA成分的峰型明顯變小。根據峰面積歸一法比較醬油渣脫酸處理后FFA的含量差異。在同等條件下,脫酸處理后的醬油渣中FFA成分峰面積越小,說明脫酸效果越好。篩選7組特征成分峰進行含量差異比較,結果見表5。

表5 原粒醬油渣脫酸處理前后游離脂肪酸成分的比較Table 5 Comparison of free fatty acids components before and after deacidification of whole-soybean soy sauce residue

根據油脂的一般氧化機理,油脂受氧、水、光、熱、微生物等的作用,會逐漸水解或氧化而變質酸敗,使中性脂肪分解為甘油和脂肪酸,或使脂肪酸中的不飽和鏈斷開形成過氧化物,再依次分解為低級脂肪酸、醛類、酮類等物質。油脂酸敗表現為過氧化值、羰基價和酸價的升高,即會發生酸敗和氧化,感官指標最敏感的是出現哈喇味[7-9]。在以原粒大豆為原料的傳統醬油釀造工藝中,大豆脂質中60%為不飽和脂肪酸,更容易氧化和酸敗,雖然有小部分脂質成分經轉化形成醬油良好的風味成分[13-14],但大部分仍然以脂溶性物質殘留在醬油渣中[15]。大量存在的游離脂肪酸及其產物嚴重影響醬油渣的品質和利用價值,因此通過對醬油渣脫酸處理具有非常重要的意義。由表5可知,脫酸處理后的醬油渣中FFA成分的峰面積明顯減小,除了3號成分FFA的脫除率為52.2%外,其他6組成分FFA的脫除率均超過61%,結果表明乙醇在此工藝條件下,對原粒醬油渣脫酸效果明顯。

3 結論

以原粒大豆為主要蛋白質原料釀造的傳統醬油,其剩余醬油渣中油脂的含量非常高,在醬油渣后續處理中,油脂氧化和酸敗嚴重影響了醬油渣的利用價值。因此,通過對原粒醬油渣脫酸處理,對后續醬油渣的無害化利用具有非常重要的意義。

通過正交試驗,醬油渣乙醇脫酸處理的最佳工藝為料液比1∶4(g∶mL),處理時間3 h,處理溫度60℃。在此條件下進行3次平行試驗,醬油渣中FFA含量為1.41%,此時醬油渣酸價為6.26 mg KOH/g。對比我國大豆原油的國家標準酸價(4.0 mg KOH/g)略高,但與沒脫酸處理的原粒醬油渣酸價比較,降低了約71.4%。通過GC-MS測定,原粒醬油渣具有7組FFA特征成分峰,脫酸處理后的醬油渣中FFA成分峰面積明顯減小,除了3號成分峰的脫除率為52.2%外,其他6組成分峰的脫除率均達到61%以上,結果表明乙醇在此工藝條件下,對原粒醬油渣脫酸效果明顯。

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ZHU Xingui1,LI Xuewei1,ZHANG Zongwei2
(1.Lee Kum Kee(Xinhui)Foods Co.,Ltd.,Jiangmen 529156,China;2.College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)

TS 225.1

0254-5071(2017)11-0033-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.11.008

2017-07-11

廣東省科技項目(2015A010107012)

朱新貴(1967-),男,副教授,博士,研究方向為調味品科學與技術。