酶法酯化脫酸米糠油產(chǎn)品質(zhì)量與安全性評價

趙晨偉 王 勇 李明祺 李 明 李 磊 金青哲

(江南大學(xué)食品學(xué)院；食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室1，無錫 214022) (豐益(上海)生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司2，上海 200137) (諾維信(中國)投資有限公司3，北京 100085)

米糠油是從稻米加工的副產(chǎn)物米糠中制取的植物油，因其營養(yǎng)物質(zhì)豐富、含量高被世界衛(wèi)生組織列為最健康的三種食用植物油之一[1]。

受稻米生產(chǎn)企業(yè)運輸、存放條件的限制，現(xiàn)階段國內(nèi)米糠毛油的酸價普遍在20 mgKOH/g左右，有的甚至高達40 mgKOH/g以上[2]。為此，GB 2716—2018《食品安全國家標準 植物油》中將米糠毛油的酸價限定在25 mgKOH/g以下[3]。

對于如此高酸價的米糠毛油，若采用傳統(tǒng)的堿煉脫酸和物理脫酸，普遍存在煉耗高，得率低，有益營養(yǎng)物損失大等缺陷[4-6]，而近年發(fā)展起來的酶法酯化脫酸新工藝可有效避免這些問題。

酶法酯化脫酸利用脂肪酶的催化作用，使游離脂肪酸與毛油中存在的甘油、甾醇類物質(zhì)(內(nèi)源性酰基受體)發(fā)生酯化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)轷サ男问剑_到降低油脂中酸價的目的。當內(nèi)源性酰基受體不夠時，可以適當添加外源性物質(zhì)(如甘油)[7]。目前酶法酯化脫酸研究主要集中于工藝條件優(yōu)化上[8-16]，鮮見關(guān)于酶法脫酸油品的質(zhì)量及安全性的報道。本研究對酶法酯化脫酸米糠油進行質(zhì)量和安全性評估，并和傳統(tǒng)化學(xué)工藝進行對比，為新工藝的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

米糠毛油：酸價17.38 mgKOH/g，已脫膠處理；成品米糠油：市售，采用傳統(tǒng)方法精煉；固定化脂肪酶：CALB酶；其他試劑為分析純。

1.2 儀器和設(shè)備

IKA880高速剪切機；TG18G臺式高速離心機；7820A氣相色譜儀； UV-2100分光光度計；1525高效液相色譜儀；TRACE GC Ultra TSQ Quantum XLS氣相色譜三重四級桿質(zhì)譜聯(lián)用儀。

1.3 方法

1.3.1 酶法酯化脫酸

稱取一定量米糠毛油于三口燒瓶中，用堿液調(diào)pH至6附近，反應(yīng)條件：甘油與游離脂肪酸摩爾比1∶3，加入甘油后利用高速剪切機進行剪切，剪切線速度25 m/s，剪切時間20 min，CALB酶添加量50 mg/kg，反應(yīng)溫度70 ℃，反應(yīng)時間6 h，真空度<1 000 Pa，通氮氣。反應(yīng)結(jié)束后取樣10 000 r/min離心，收集油相并真空干燥得酶法酯化脫酸油。

式中：m1為精煉后所得成品油質(zhì)量/g；m2為毛油質(zhì)量/g。

式中：M1為精煉成品油伴隨物質(zhì)量濃度/mg/kg；M2為毛油伴隨物質(zhì)量濃度/mg/kg。

1.3.2 堿煉脫酸

稱取一定量米糠毛油于燒杯中，在攪拌狀態(tài)下加熱至80 ℃，然后加入濃度為12°Bè的液堿，總加堿量為理論加堿量及0.3%油重的超量堿，反應(yīng)30 min后停止攪拌，離心分離油和皂，將分離獲得的油真空干燥，得到堿煉脫酸油。

1.3.3 脫酸油的后續(xù)常規(guī)精煉

脫色：將兩類脫酸油分別放入三口燒瓶中，加入2%的活性白土，在真空狀態(tài)下加熱至105 ℃，反應(yīng)30 min后停止加熱，待物料溫度降低至60 ℃以下時抽濾除去白土，得到脫色油。

脫臭：將脫色油分別放入三口燒瓶，在通氮氣抽真空狀態(tài)下(真空度<100 Pa)加熱至240 ℃，反應(yīng)2 h后停止加熱，繼續(xù)在通氮氣真空狀態(tài)下降溫至60 ℃，得脫臭油。

脫蠟脫脂：分別將脫臭油放入4 ℃冰箱中冷凍24 h，然后保溫過濾得成品油。

1.4 檢測方法

特征指標：包括脂肪酸組成在內(nèi)的特征指標按GB/T 19112—2003要求進行測定。

質(zhì)量指標：氣滋味、水分及揮發(fā)物、不溶性雜質(zhì)、酸值、過氧化值、煙點等質(zhì)量指標按GB/T 19112—2003要求進行測定。

維生素E的含量測定按照GB 5009.82—2016執(zhí)行，甾醇含量測定按照GB/T 25223—2010執(zhí)行，谷維素的含量測定按照LS/T 6121.2—2017執(zhí)行，角鯊烯的含量測定按照LS/T 6120—2017執(zhí)行，甘油酯組成的測定按照AOCS Official Method Cd 11b-91執(zhí)行，甘油三酯組成的測定按照AOCS-TAG Ce5-86執(zhí)行，反式脂肪酸的含量測定按照GB 5009.257—2016執(zhí)行，3-氯丙醇酯(3-MCPD)和縮水甘油酯(GE)的含量測定按照AOCS official method Cd 29a-13執(zhí)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 特征指標

酶法、化學(xué)法脫酸油分別經(jīng)后續(xù)常規(guī)精煉處理，得到成品米糠油，測定它們的折光指數(shù)、相對密度，碘值、皂化值和不皂化物含量，并與米糠毛油、市售成品米糠油、現(xiàn)行米糠油國家標準[17]進行對比，結(jié)果見表1。

由表1可知，酶法酯化脫酸成品米糠油的折光指數(shù)、相對密度，碘值、皂化值和不皂化物含量都在國標所規(guī)定的范圍內(nèi)，均符合國標要求。

酶法酯化脫酸成品米糠油的折光指數(shù)、相對密度，碘值、皂化值與化學(xué)法脫酸成品米糠油、市售米糠油成品均無差異，但不皂化物含量比化學(xué)法高，米糠油的不皂化物主要包括維生素E、甾醇等營養(yǎng)物質(zhì)，這說明酶法酯化脫酸過程更好保留了米糠油中的各種有益伴隨物，有利于提升米糠油的營養(yǎng)價值。

2.2 脂肪酸組成

酶法、化學(xué)法脫酸油分別經(jīng)后續(xù)常規(guī)精煉處理，即得到成品米糠油，測定其脂肪酸組成，并與米糠毛油、市售成品米糠油、現(xiàn)行米糠油國家標準[17]以及已進入報批程序的米糠油新國家標準[18]進行對比，結(jié)果見表2。

脂肪酸組成是植物油的主要特征指標之一，由表2可知，酶法精煉成品米糠油的脂肪酸組成除亞麻酸外均符合現(xiàn)行國標要求，且與毛油、化學(xué)精煉產(chǎn)品米糠油、市售米糠油成品均無明顯差異；其亞麻酸含量也符合新國標報批稿的范圍。可見酶法酯化脫酸過程不會改變米糠油的脂肪酸組成。

2.3 甘油酯組成

酶法、化學(xué)法脫酸油分別經(jīng)后續(xù)常規(guī)精煉處理，即得到成品米糠油，測定其甘油酯組成，并與米糠毛油、市售成品米糠油進行對比，結(jié)果見表3。

表1 米糠油的特征指標

注:酶法、化學(xué)法脫酸油分別經(jīng)過了后續(xù)常規(guī)精煉處理。下同。

表2 米糠油的脂肪酸組成/%

表3 米糠油的甘油酯組成(以甘油酯總量計)/%

精煉植物油的主要成分是甘油酯，一般其含量在油脂質(zhì)量的98%以上。在甘油酯中，甘油三酯又是主要成分，而甘油二酯、甘油一酯則是微量成分，其含量隨著精煉工藝而異。由表3可看出，通過酶法與化學(xué)法獲得的成品米糠油中，甘油一酯的含量與毛油沒有明顯差異。

酶法獲得的油品中甘油二酯含量相較于毛油有所提高，這是由于酶法酯化脫酸過程中，脂肪酶催化甘油、甘油一酯等與游離脂肪酸反應(yīng)，可生成一定量的甘油二酯，且較多地保留在油中。當然，油中甘油二酯的含量也可以采用特殊精煉工藝來降低。但實際生產(chǎn)中對甘油二酯一般予以保留，這樣一方面可以提高油脂的精煉得率，另一方面，甘油二酯在降血脂、減少內(nèi)臟脂肪、抑制體重增加等方面有重要功能[19]，不必刻意去除之。

兩種方法獲得的成品米糠油的甘油三酯含量與毛油沒有明顯差異，說明這兩種方法均沒有改變米糠油的甘油三酯組成。

2.4 甘油三酯組成

酶法、化學(xué)法脫酸油分別經(jīng)后續(xù)常規(guī)精煉處理，即得到成品米糠油，測定它們的甘油三酯組成，并與米糠毛油、市售成品米糠油進行對比，結(jié)果見表4。

盡管目前國家標準并沒有規(guī)定植物油的甘油三酯組成情況，但甘油三酯組成反映了植物油的甘油三酯結(jié)構(gòu)特征，可用于評判油脂真實性。由表4可看出，與市售成品米糠油和毛油相比，酶法脫酸沒有改變米糠毛油的甘油三酯組成。

表4 米糠油的甘油三酯組成/%

注：P-棕櫚酸，O-油酸，L-亞油酸，S-硬脂酸。

2.5 品質(zhì)指標

酶法、化學(xué)法脫酸油分別經(jīng)后續(xù)常規(guī)精煉處理，即得到成品米糠油，測定其各項品質(zhì)指標，并與米糠毛油、市售成品米糠油、現(xiàn)行米糠油國家標準進行對比，結(jié)果見表5。

表5 米糠油的品質(zhì)指標

米糠油的品質(zhì)指標與精煉程度有很重要的關(guān)系[20]。二級油屬于高級食用油，精煉程度較深，從表5可看出，酶法酯化脫酸并經(jīng)后續(xù)常規(guī)精煉處理得到的成品米糠油，其質(zhì)量指標符合國標二級油要求。加熱實驗(280 ℃)和冷凍實驗(0 ℃儲藏5.5 h)在現(xiàn)行二級米糠油的國標中未作要求[17]，故未予以評價。新國標報批稿對煙點的要求放寬至190 ℃[18]，酶法獲得的產(chǎn)品的煙點為195 ℃以上，符合新國標的要求。

AOM值是反映油脂氧化穩(wěn)定性的一個指標，數(shù)值越大說明油脂的氧化穩(wěn)定性越好[21]。從表5可看出，酶法酯化脫酸的成品油較化學(xué)法高，這是由于酶法脫酸獲得的米糠油較大程度的保留了內(nèi)源性的抗氧化物質(zhì)，提高氧化穩(wěn)定性。

2.6 油脂伴隨物組成

酶法、化學(xué)法脫酸油分別經(jīng)后續(xù)常規(guī)精煉處理，即得到成品米糠油，測定其維生素E、植物甾醇、角鯊烯、谷維素等含量，并與米糠毛油、市售成品米糠油進行對比，結(jié)果見表6。

米糠油之所以被世界衛(wèi)生組織列為最健康的3種食用植物油之一，正是因為其含有豐富的營養(yǎng)伴隨物，如谷維素、角鯊烯等。由表6可以看出，酶法很好地保留了米糠油中谷維素，保留率達到84.37%，而化學(xué)法僅37.72%，這是因為化學(xué)法中加入的堿可與谷維素反應(yīng)，破壞谷維素的結(jié)構(gòu)，堿煉時形成的皂膜則吸附谷維素(以及其他不皂化物)，造成谷維素大量損失。

酶法避免了化學(xué)法的缺陷，并使后續(xù)脫色、脫臭等精煉處理的程度降低，減少了甾醇、角鯊烯、維生素E等不皂化物的損失。由表3可算得酶法的維生素E保留率為86.05%，甾醇保留率為81.81%，角鯊烯保留率為84.35%，而化學(xué)法的維生素E保留率為75.98%，甾醇保留率為46.11%，角鯊烯保留率為73.51%。與化學(xué)法相比，酶法中有益伴隨物得到了更好保留，體現(xiàn)出優(yōu)勢。

2.7 食品安全指標

酶法、化學(xué)法脫酸油分別經(jīng)后續(xù)常規(guī)精煉處理，即得到成品米糠油，測定其反式脂肪酸、3-MCPD、GE等風(fēng)險因子含量，并與米糠毛油、市售成品米糠油進行對比，結(jié)果見表7。

表7 米糠油的安全指標

米糠和米糠油本身不含有毒有害成分，若在油脂加工過程中操作得當，就可以有效控制食品風(fēng)險因子的引入。由表7可看出，與市售油品和化學(xué)法獲得的成品米糠油相比，酶法獲得的成品米糠油中反式脂肪酸、3-MCPD、GE等風(fēng)險因子的含量均較低，這是因為酶法脫酸過程操作條件柔和，前期有效去除了油中的游離脂肪酸，降低了后期后續(xù)常規(guī)精煉處理的負荷和脫色脫臭工段的溫度、時間，從而能夠有效避免反式脂肪酸、3-MCPD、GE等安全風(fēng)險因子的大量生成[20]。

2.8 工藝指標

由于米糠中含有較高活力的解脂酶，使得米糠毛油具有較高的酸價，普遍在20 mgKOH/g左右，有的甚至高達40 mgKOH/g以上，為此，GB 2716—2018中將米糠毛(原)油的酸價限定在25 mgKOH/g以下[3]，而其他植物毛油酸價一般均限定在4 mgKOH/g以下，以保證米糠制煉油生產(chǎn)的順利進行。

對于酸價為17.8 mgKOH/g的毛油，對比了2種精煉方式的得率、輔料消耗、能耗等，結(jié)果見表8。

表6 米糠油的油脂伴隨物/mg/kg

注：TP-生育酚，TT-生育三烯酚。

表8 2種精煉方式的得率、輔料消耗、能耗對比

由表8可以看出，與傳統(tǒng)的化學(xué)法相比，在保證米糠油質(zhì)量前提下，酶法煉油的得率提高了24.89%，噸汽耗降11.8%，噸電耗降25.81%，白土用量減少50%，軟水消耗降15.5%，尤其用堿量降78.6%，具有明顯的經(jīng)濟與社會效益。

3 結(jié)論

米糠毛油采用酶法酯化脫酸工藝并經(jīng)后續(xù)常規(guī)精煉處理，可獲得高質(zhì)量的成品米糠油，成品米糠油的特征指標、質(zhì)量指標均符合我國米糠油國家標準的要求。與傳統(tǒng)的化學(xué)法相比，酶法有效保留了生育酚、甾醇、角鯊烯、谷維素等營養(yǎng)伴隨物，而反式脂肪酸、3-MCPD、GE等風(fēng)險因子生成量減少，使油品的營養(yǎng)價值和安全性提高，精煉得率大幅度提高，輔料消耗、能耗下降，具有很好的經(jīng)濟和社會效益。