降低延邊黃牛脂飽和脂肪酸含量的分提研究

仇宏圖， 王家鑌， 張 華

(延邊大學農學院，吉林 延吉133002)

延邊黃牛脂具有較高含量的飽和脂肪酸，其占比在50%左右，攝入過高的飽和脂肪酸使得血液中的三酰甘油、膽固醇、低密度脂蛋白增加，并引起動脈管腔狹窄，形成動脈粥樣硬化，患冠心病的風險增加[1]。因此，對人體攝入飽和脂肪酸的量應予以嚴格控制。油脂由不同的甘油三酯混合而成。并以不同的脂肪酸組成。構成甘油三酯的脂肪酸飽和程度(飽和、單不飽和、多不飽和)、脂肪酸碳鏈長度(短鏈、中鏈、長鏈)、脂肪酸碳鏈上雙鍵結構以及位置的不同，脂肪酸與甘油結合位點的不同均會使得甘油三酯的化學性質(過氧化值、油脂酸價、皂化值、碘價等)與物理性質(溶解性、同質多晶、油脂塑性、熔點、固體脂肪含量等)表現出差異[2]。甘油三酯的種類差異會使不同組成油脂有不一致的熔點范圍。在一定的溫度范圍內，利用不同溫度下結晶的甘油三酯種類的不同，可以使得油脂分離為2部分，即液態油脂和固態脂肪，即油脂分提[3]。油脂分提工藝又可分為干法分提、溶劑分提法、表面活性劑法、分子蒸餾法、密度法與液-液萃取法、尿素包埋法等[3]。其中，干法分提優點主要反映為：1) 操作安全、簡便；2) 不需要溶劑，生產成本相對較低；3) 不存在任何溶劑污染，有較高質量；4) 不會產生廢水。尿素包埋法具有投資少、成本低、操作簡便且環境污染少等優點，主要利用于脂肪酸的分提[4-6]。由于尿素包合過程中的條件控制對分提效果影響非常大，而在以往的研究中都是分析討論在較長時間和低溫的情況下的分提效果[7]。

因此，本試驗首先利用干法分提的方法將延邊黃牛脂進行固液分離。使副產物延邊黃牛脂液油中飽和脂肪酸含量降低，隨之碘值升高，熔點接近體溫，固脂具有更好的儲藏性能，可利用于起酥油、人造奶油、代可可脂的生產。其次，利用尿素對飽和脂肪酸甲酯包埋的原理，對飽和度較高的延邊黃牛酯進行分提，提高溶劑中不飽和脂肪酸甲酯的含量，改善低溫流動性。主要對結晶溫度、結晶時間、結晶速率以及對減少尿素用量、降低包合反應時間、包合反應溫度進行研究，降低工業生產成本，提高廢棄物的利用率，為農產品涂膜保鮮材料的開發奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

延邊黃牛脂(自制)；氫氧化鉀(KOH)，碘，硫代硫酸鈉，碘化鉀，無水硫酸鈉，尿素；甲醇，正己烷，無水乙醇均為分析純；蒸餾水，正己烷為色譜純。

1.2 儀器與設備

HJ-4多頭磁力加熱攪拌器；直立式N-1100 D-W旋轉蒸發儀；SI-0246漩渦混合器；氮氣吹掃儀；恒溫水浴鍋；恒溫干燥箱等。磁力攪拌器(IT-09B-15 上海一恒科學儀器有限公司)；恒溫水浴鍋(DK-8D 上海精宏實驗設備有限公司)；電子天平(JA1003J，上海雷韻試驗儀器制造有限公司，上海，中國)；氣相色譜儀GC System 7890A(美國安捷倫公司)

1.3 方法

1.3.1 延邊黃牛脂制備

對延邊黃牛脂肪進行切割，使其呈細小塊狀，與適量水同入鍋中，進行2 h的加熱熬制，然后撈出懸浮于表層的油，并導入燒杯中。在燒杯內加入正己烷，使兩者比例為1∶1，使用無水硫酸鈉作為媒介抽濾，最后使用旋轉蒸發儀來去除抽濾所得牛脂中的溶劑，獲取純凈牛脂[8]。

1.3.2 延邊黃牛脂干法分提及熔點和碘值測定

1) 稱取適量延邊黃牛脂加熱到85 ℃，使其完全融化，水浴30 min;2) 快速冷卻到70 ℃;3) 以一定的冷卻速率緩慢冷卻至結晶溫度;4) 在結晶溫度下養晶一段時間;5) 用紗布過濾出液油，并將液油和固脂裝瓶稱重;6) 測出產品的熔點和碘價，并計算得率[9]。熔點按照GB/T 24892-2010方法測定，碘值使用碘酊法進行測定。

1.3.3 延邊黃牛脂脂肪酸甲酯制備

延邊黃牛脂溶于氫氧化甲醇溶液并置于圓底燒瓶中，放入攪拌子磁力攪拌，恒溫水浴反應，將反應液加正己烷和蒸餾水，在分液漏斗中靜置分層，取上層液體通過無水硫酸鈉干燥、旋蒸得到脂肪酸甲酯[10]。

1.3.4 尿素包合法分提

尿素與甲醇1 g∶5 mL比例混合制備成尿素溶劑，加入脂肪酸甲酯，一定溫度下放置一段時間進行包埋。包埋完成后，取溶液層通過無水硫酸鈉干燥、氮吹儀吹干有機溶劑，得到較低飽和度脂肪酸甲酯。

1.3.5 氣相分析[11]

氣相色譜分析條件： SPTM-2560毛細管柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；載氣He流速為0.7 mL/min，H2流速為30 mL/min，空氣流速300 mL/min；柱溫150 ℃，進樣溫度250 ℃，氣化溫度260 ℃，檢測溫度220 ℃，進樣量3 μL。

1.3.6 計算公式

采用F檢驗法以及SPSS 19.0軟件中的Duncan檢驗法進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 不同養晶溫度對分提產物的影響

稱取15 g延邊黃牛脂完全融化后，以4 ℃/h的冷卻速率緩慢冷卻到養晶溫度42、45、58 ℃，養晶12 h，最后進行固液分離。測得各項指標如表1。

表1 不同養晶溫度對分提的影響Table 1 Influence of different crystallization temperatures on extraction

注：a～c字母不同表示同一列養晶溫度內得率、碘值差異顯著(P<0.05)。

由表1可知，養晶溫度在42 ℃時,液油得率為35.06%,顯著低于48 ℃時的65.14%，固體脂的得率隨著養晶溫度的增高而降低。隨著養晶溫度升高液油的碘值顯著降低(P<0.05)，這是因為結晶溫度降低時會有更多的含有飽和脂肪酸的甘油三酯被結晶析出，因而碘值升高，固體脂的碘值在42 ℃時顯著低于45和48 ℃(P<0.05)。液油在42 ℃分提時，熔點為38 ℃，最接近體溫，綜合考慮選擇42 ℃設為接下來試驗的養晶溫度。

2.2 不同養晶時間對分提產物的影響

稱取15 g延邊黃牛脂完全融化后，在養晶溫度42 ℃條件下養晶3、6、9 h，進行固液分離。測得各項指標如表2。

表2 養晶時間對分提的影響Table 2 Influence of the crystallization time on extraction

注：a～c字母不同表示同一列養晶時間內得率、碘值差異顯著(P<0.05)。

由表2可知，隨著養晶時間的升高,液油的得率降低，固脂的得率升高。養晶時間為9 h時,液油碘值27.21 g/100 g,顯著高于3和6 h(P<0.05)，產率為50.36%，熔點為38 ℃，最接近分提目的，固選擇9 h為最佳分提時間。

2.3 不同冷卻速度對分提產物的影響

稱取15 g延邊黃牛脂完全融化后，以7、10 ℃/h的冷卻速率緩慢冷卻到養晶溫度42 ℃，養晶9 h，最后進行固液分離。測得各項指標如表3。

表3 不同冷卻速率對分提影響Table 3 Effect of different cooling rates on extraction

注：a～b字母不同表示同一列冷卻速率內得率、碘值差異顯著(P<0.05)

由表3可知，隨著冷卻速率的升高,液油的得率升高，固脂的得率降低。碘值無顯著性差異(P>0.05)。在表2中冷卻速率在4 ℃/h，養晶時間9 h和表3中冷卻速率在7 ℃/h，養晶時間9 h相比，得率和碘值有些變化，但熔點都在38 ℃，在低冷卻速率4 ℃/h下形成的晶體較小，分布比較均勻，晶體發生聚集的少，得到的產品質量優質。

2.4 尿素包合法分提不飽和脂肪酸

2.4.1 不同反應溫度對動植物脂肪酸甲酯分提率的影響

料液比1∶3(5 g樣品/15 mL尿素溶劑)，反應時間為4 h，在反應溫度不同的情況下，溶劑層分提物的質量百分比結果如圖1。延邊黃牛酯在10和20 ℃時,溶劑層得率不存在顯著性差異，但顯著高于-10 ℃，0 ℃試驗組。表明在低溫中尿素包合率更佳，由于已知2種油飽和脂肪酸比例，理論上完全去除飽和脂肪酸得率應在50%左右，因此,選取得率較高的10 ℃做以下試驗。

注：a～c字母不同表示不同反應溫度，溶劑層分提物質量百分比差異顯著(P<0.05)。

圖1反應溫度對延邊黃牛酯和溶劑層得率的影響

Fig.1EffectofreactiontemperatureontheyieldofsolventlayerofYanbianYellowCattlemethylester

2.4.2 不同反應時間對動植物脂肪酸甲酯分提率的影響

由圖2可知，料液比為1∶3(g/mL)，反應溫度為10 ℃，在尿素包埋時間不同的情況下，延邊黃牛酯在8 h時溶劑層分提率(32.3%)顯著低于2 h(37.8%)，4 h(36.3%)，6 h(32.3%)分提組，表明8 h時包合物晶體繼續形成，2～6 h未達到飽和[12]，考慮分提得率理論值，故選取4 h進行以下試驗。

注：a～b字母不同表示不同反應時間，溶劑層分提物質量百分比差異顯著(P<0.05)。

圖2反應時間對延邊黃牛酯酯溶劑層得率的影響

Fig.2EffectofreactiontimeontheyieldofYanbianYellowCattleestersolventlayer

2.4.3 不同料液比對動植物脂肪酸甲酯分提率的影響

由圖3可知，反應溫度為10 ℃，反應時間為4 h，在尿素溶劑添加量不同的情況下，延邊黃牛酯各組的得率均存在顯著性差異。料液比為1∶2(g/mL)時,延邊黃牛酯的得率最高,為42.9%，這可能是因為尿素溶劑含量增加不僅包埋飽和脂肪酸，也增加了不飽和脂肪酸的包合率，從而降低得率。選取得率最高的樣品，料液比為1∶2，反應溫度為10 ℃，反應時間為4 h的延邊黃牛酯進行脂肪酸分析并與原油進行對比。

注：a～d字母不同表示不同料液比，溶劑層分提物質量百分比差異顯著(P<0.05)。

圖3料液比對延邊黃牛酯溶劑層得率的影響

Fig.3Effectofsolid-liquidratioontheyieldofsolventlayerofYanbianYellowCattleester

2.5 尿素包合前后延邊黃牛酯脂肪酸含量變化

延邊黃牛脂脂肪酸組成見表4。延邊黃牛脂包含肉豆蔻酸(C14∶0)、 棕櫚酸(C16∶0)、 棕櫚油酸(C16∶1)、硬脂酸(C18∶0)、 油酸(C18∶1)、亞油酸(C18∶2)等。原料油與選取的得率相對較高的試驗組溶劑層分提物(即料液比為1∶2，反應溫度為10 ℃，反應時間為4 h)脂肪酸組成對比棕櫚酸從25.33%降低到23.09%，硬脂酸從21.38%降低到15.01%，油酸從37.59%提高到45.96%。尿素包合法分提后延邊黃牛酯不飽和脂肪酸含量(USFA)從50.2%達到58.49%，提高了8.29百分點。

表4 尿素包合前后延邊黃牛酯脂肪酸組成Table 4 Tallow fatty acid composition of Yanbian Yellow Cattle before and after urea inclusion

注：SFA-saturated fatty acid；USFA-unsaturated fatty acid。

3 結論

通過研究影響牛脂干法分提的3個因素,分提出低熔點的液油和高熔點的固脂。試驗中選取最佳養晶溫度為42 ℃，養晶時間為9 h，冷卻速率為7 ℃/h，此時得率為44.11%，熔點為38 ℃，碘價為27.21 g/100 g。延邊黃牛脂經尿素包合后，溶劑層不飽和脂肪酸甲酯含量提高了8.29百分點，為延邊黃牛脂副產物開發利用奠定了理論基礎。