響應面優化冷榨胡蘿卜籽油吸附脫色工藝

符勝男，朱涵彬，李 靚，郝修振

河南牧業經濟學院 食品與生物工程學院 (鄭州 450046)

胡蘿卜，為傘形科草本植物，在我國分布面積遼闊，南北均有栽培[1]。胡蘿卜含有大量營養物質，具有清熱解毒等藥用價值，常被稱為“小人參”，其大量的生理活性成分，具有良好的保健功能[2]，在化痰止咳、消炎殺菌和美容養膚等醫療美容方面有很好的療效[3]。胡蘿卜籽油具有較濃的辛香和甜的辛辣味，油中不飽和脂肪酸含量豐富，且富含油酸和亞麻酸[4]，具有降低膽固醇、促進人體生長和提高免疫力等功效[5-6]，具有較高的醫用價值。胡蘿卜籽油不僅可以直接食用，還可以與其他油脂進行調配，改善其它油脂的質量[7]，是一種極具開發價值的食用油，擁有廣闊的市場前景。

油脂脫色常用的吸附劑有活性炭、凹凸棒土和活性白土。活性白土表面有較大的孔隙度，吸附活性較高，且價格低廉，脫色效果理想[8-9]，本實驗采用活性白土作為脫色劑對冷榨胡蘿卜籽油進行吸附脫色，分析了活性白土添加量、脫色時間和脫色溫度這3個因素對脫色率的影響，并采用響應面法優化了脫色工藝，為后續研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷榨胡蘿卜籽油，購于江西金源有限公司；活性白土，純度98.12%，上海麥克林生化科技有限公司；正己烷，分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司。

FA224型分析天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；HH-S型單列雙孔電熱恒溫水浴鍋，上海新苗醫療器械制造有限公司；BlueStarB型紫外、可見分光光度計，北京萊伯泰儀器股份有限公司；TDZ4-WS型離心機，上海盧湘儀離心機儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1冷榨胡蘿卜籽油的脫色工藝

準確稱取50 g冷榨胡蘿卜籽毛油，于250 mL錐形瓶中，在水浴鍋里加熱至一定溫度后，保持恒溫，加入一定量的活性白土，用玻璃棒不斷進行攪拌。待活性白土發揮吸附作用后，停止攪拌，靜置。用離心機以4 000 r/min的轉速離心20 min，取出上層脫色后的冷榨胡蘿卜籽油。待其降至室溫后，測定脫色率[10-11]。

1.2.2單因素實驗

1.2.2.1 不同活性白土添加量對冷榨胡蘿卜籽油脫色效果的影響

在脫色溫度70 ℃、脫色時間20 min條件下，分別加入油重1%、2%、3%、4%、5%、6%的活性白土，進行吸附脫色，考察不同活性白土添加量對冷榨胡蘿卜籽油脫色效果的影響。

1.2.2.2 不同脫色時間對冷榨胡蘿卜籽油脫色效果的影響

在脫色溫度70 ℃、活性白土添加量為油重3%的條件下，分別吸附脫色10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min，考察不同脫色時間對冷榨胡蘿卜籽油脫色效果的影響。

1.2.2.3 不同脫色溫度對冷榨胡蘿卜籽油脫色效果的影響

在脫色時間20 min、活性白土添加量為油重3%的條件下，分別用40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃的溫度進行吸附脫色，考察不同脫色溫度對冷榨胡蘿卜籽油脫色效果的影響。

1.2.3響應面實驗

在單因素實驗結果基礎上，運用Design-Expert 8.0.6軟件，設計Box-Behnken三因素三水平響應面優化實驗。選擇活性白土添加量、脫色時間、脫色溫度作為響應因素，以冷榨胡蘿卜籽油的脫色率Y為響應值，對冷榨胡蘿卜籽油吸附脫色的工藝條件進行優化。響應面實驗設計因素水平表，如表1所示。

表1 響應面實驗設計因素水平表

1.2.4脫色率的計算

采用分光光度法檢測油脂色澤的變化。以正己烷為溶劑和參比溶液，測定冷榨胡蘿卜籽油在305 nm波長[12]處的吸光度值，脫色率計算公式如下。

式中：Y表示冷榨胡蘿卜籽油的脫色率，%；a表示脫色前冷榨胡蘿卜籽油的吸光度；b表示脫色后冷榨胡蘿卜籽油的吸光度。

1.3 數據處理

單因素實驗每個實驗 3 次重復，數據以平均值顯示，采用 Excel 軟件進行數據分析處理并作圖。響應面實驗運用Design-Expert 8.0.6軟件優化實驗因素并作出平面等高線圖和 3D 曲面圖。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗結果

2.1.1不同活性白土添加量對冷榨胡蘿卜籽油脫色效果的影響

由圖1可見，冷榨胡蘿卜籽油的脫色率整體呈上升趨勢。當活性白土添加量小于油重的4%時，隨著白土添加量的增加，脫色率增加得很快。當活性白土添加量為油重的4%時，脫色率達到最大，繼續增加活性白土的添加量，脫色率增加緩慢。活性白土的用量并非越多越好，用量過高，導致油脂得率下降，造成油脂中白土味過重，影響油脂品質，且增加脫色成本。因此，綜合脫色效果和脫色成本來看，活性白土最適添加量為油重的4%。

圖1 活性白土添加量對冷榨胡蘿卜籽油脫色效果的影響

2.1.2不同脫色時間對冷榨胡蘿卜籽油脫色效果的影響

由圖2可見，當脫色時間小于30 min時，冷榨胡蘿卜籽油的脫色率隨脫色時間的延長而增加，當脫色時間為30 min時，脫色率達到最大值。繼續增加脫色時間，脫色率反而呈現下降趨勢。這可能是由于脫色時間過短，達不到吸附過程的平衡狀態，吸附劑活性白土不能完全發揮作用，而脫色時間過長，會使油脂中已經吸附除去的色素重新解析出來，導致油脂顏色加深，脫色率下降[13]。因此，冷榨胡蘿卜籽油的最適脫色時間為30 min。

圖2 脫色時間對冷榨胡蘿卜籽油脫色率的影響

2.1.3不同脫色溫度對冷榨胡蘿卜籽油脫色效果的影響

由圖3可見，當脫色溫度小于60 ℃時，冷榨胡蘿卜籽油的脫色率隨脫色溫度的升高而增加，當脫色溫度為60 ℃時，脫色率達到最大值。脫色溫度繼續升高，脫色率反而逐漸減小。可能是由于脫色溫度過低，脫色進行的不完全，導致脫色率較低，而脫色溫度過高，油脂中的色素不能被活性白土有效地吸附，從而造成了色素的固定，使得油脂顏色加深，對油脂品質產生不良的影響[14]。因此，冷榨胡蘿卜籽油的最適脫色溫度為60 ℃。

圖3 脫色溫度對冷榨胡蘿卜籽油脫色率的影響

2.2 響應面實驗結果

2.2.1響應面實驗設計與結果

運用Design-Expert 8.0.6軟件，進行三因素三水平的響應面優化實驗。響應面實驗設計結果如表2所示。

表2 響應面實驗設計結果表

由實驗設計方案和結果數據分析，得到二次回歸方程模型和響應面實驗設計方差分析表3，如下：

脫色率Y=68.19+0.64A+0.33B+1.74C+2.500E-003AB+0.035AC-0.070BC-1.24A2-0.51B2-4.44C2

由表3可得，回歸模型的P值小于0.001，極顯著，失擬項P值為0.078 9大于0.05，差異不顯著，說明回歸模型可以擬合實際情況。實驗模型的決定系數R2為0.972 5，說明97.25%的數據都可以用此回歸方程解釋。因此，可以采用該模型進行冷榨胡蘿卜籽油脫色工藝的理論預測。

表3 響應面實驗設計方差分析

由表3還可得，一次項C、二次項B2、C2的P值均小于0.001，極顯著。一次項B的P值小于0.01，高度顯著。通過響應面實驗的方差分析結果可以得出，對冷榨胡蘿卜籽油脫色率影響的大小順序依次為：脫色溫度>脫色時間>活性白土添加量。

2.2.2各因素交互作用的響應曲面分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件，根據二次回歸方程式分別作出各實驗因素之間的交互作用平面等高線圖和曲面圖，見圖4～圖6。

圖4 脫色時間和脫色溫度交互作用對脫色率的影響

圖5 脫色時間和活性白土添加量交互作用對脫色率的影響

圖6 脫色溫度和活性白土添加量交互作用對脫色率的影響

由圖4～圖6可見，影響冷榨胡蘿卜籽油脫色率的實驗因素大小順序為：脫色溫度>脫色時間>活性白土添加量。各實驗因素之間交互作用均不顯著，這與響應面實驗方差分析結果一致，但是線性作用關系較強，對脫色率產生一定影響。

2.3 最佳工藝驗證實驗

參考回歸模型通過軟件分析，得出冷榨胡蘿卜籽油吸附脫色的工藝參數，預測的最優條件為：活性白土添加量4.31%，脫色時間32.62 min，脫色溫度61.94 ℃，理論最高脫色率為68.49%，根據實際情況對數據進行修正得到：活性白土添加量4%，脫色時間33 min，脫色溫度62 ℃。為檢驗分析結果的可靠性，在實際條件下做 3 次平行驗證實驗，得到的實際平均脫色率為68.33%，相對誤差0.2%，與模型預測結果相近，驗證了回歸模型的可靠性。

3 結論

本實驗以活性白土作為脫色劑，對冷榨胡蘿卜籽油進行吸附脫色。利用Box-Behnken響應面法對冷榨胡蘿卜籽油脫色的工藝條件進行優化。經過分析得出，影響冷榨胡蘿卜籽油脫色率的實驗因素大小順序為：脫色溫度>脫色時間>活性白土添加量，冷榨胡蘿卜籽油吸附脫色的最佳工藝條件為：活性白土添加量4%，脫色時間33 min，脫色溫度62 ℃。此時冷榨胡蘿卜籽油的脫色率為68.33%，與理論脫色率68.49%接近，脫色后的油脂澄清透亮，脫色效果良好。表明此工藝較為可靠，有一定的參考價值。