高谷維素米糠油二次堿煉脫酸工藝的優化

屈巖峰，韓茜宇，李淑珍

1. 大理大學公共衛生學院（大理 671003）；2. 黑龍江國際旅行衛生保健中心（哈爾濱 150090）；3. 沈陽醫學院基礎醫學院（沈陽 110034）

米糠油具有很高的營養價值，在歐、美、日、韓等發達國家，人們將它作為與橄欖油齊名的健康型油脂，深受心腦血管、高血脂等疾患人群的青睞，并早已成為許多西方家庭必選的日常食用油[1-2]。米糠油的脂肪酸組成、甾醇、維生素E等有利于人體吸收，特別是其毛油中谷維素含量高達1.5%～2.9%[3-4]。谷維素有改善神經失調癥狀、降血脂、防止脂質氧化等多種生理功能[5-6]。但在精煉時，特別是傳統脫酸工藝會造成較多的谷維素流失，使米糠油營養價值下降[7]。為減少精煉對米糠油營養成分的影響，新型脫酸工藝不斷出現，武家琪等[8]利用堿煉脫酸、蒸餾脫酸兩段脫酸，在最佳工藝參數下操作，產品中谷維素含量高達2.05%。但過高的蒸餾脫酸溫度，對油脂脂肪酸會帶來影響，高溫導致反式脂肪酸含量升高[9]。此外，超聲輔助法脫酸、酯化法脫酸等也有較多報道[10-11]。多數企業目前普遍常采用堿煉脫酸工藝，其有著多年的工藝傳統，為了提高精煉效果，劉玉蘭等[12]對米糠油二次堿煉脫酸進行了研究，產品得率高，谷維素損失率平均降低5.87%，但其并未以酸值及谷維素為主要考察指標，且操作條件未進行優化。

此次試驗分別對米糠油二次堿煉脫酸工藝的單因素進行研究，并以酸值及谷維素保留率為主要指標，進行正交優化，期待得到最佳的二次堿煉脫酸工藝條件，生產出低酸值、高谷維素的米糠油產品，為企業的生產實踐提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

米糠毛油，酸值12.5 mg KOH/g，谷維素質量分數1.71%，黑龍江北大荒米業有限公司；谷維素標準品，純度≥98.0%，上?；菡\生物科技有限公司。氫氧化鉀、正庚烷、乙醚、異丙醇等均為分析純。

1.2 主要儀器與設備

HWS-26電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學儀器有限公司；TG-16W高速離心機，山東博科科學儀器有限公司；DHG-9240A鼓風干燥箱，上海一恒科技有限公司；UV-1800紫外可見分光光度計，上海譜元儀器有限公司；FA2004N分析天平，渡揚精密儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 一次堿煉脫酸試驗

稱取50 g米糠毛油于燒杯中，置于水浴鍋中加熱至一定溫度，在50 r/min條件下攪拌，加入一定質量分數的堿液反應一段時間，進行第一次堿煉脫酸，反應結束后離心除去皂腳，所得上層清油檢測其酸值和谷維素含量。

1.3.2 二次堿煉脫酸試驗

將經過一次堿煉的米糠上層清油置于燒杯中，在水浴鍋中加熱至一定溫度，在50 r/min條件下攪拌，加入一定質量分數的堿液反應一段時間，進行第二次堿煉脫酸，反應結束后離心除去皂腳，再真空脫水。二次堿煉后檢測米糠油的酸值和谷維素的質量分數[12]。

1.3.3 米糠油酸值的測定

參照GB 5009.229—2016《食品中酸價的測定》測定。

1.3.4 米糠油谷維素保留率的計算

米糠油中谷維素參照LST 6121.1—2017《糧油檢驗植物油中谷維素含量的測定分光光度法》測定[13]。米糠油中谷維素保留率按式（1）計算。

式中：M1為脫酸油中谷維素的質量分數，mg/kg；M2為毛油中谷維素的質量分數，mg/kg。

1.3.5 米糠油脫色率的測定[14]

米糠油脫色率按式（2）計算。

式中：A0為毛油吸光度；A1為脫酸油吸光度。

1.3.6 單因素試驗

按照1.3.1的方法，固定其他條件，分別考察一次堿煉堿液質量分數（3%，4%，5%，6%，7%，8%，9%和10%）、一次堿煉脫酸溫度（35，40，45，50，55，60，65和70 ℃）、一次堿煉脫酸時間（10，20，30，40，50和60 min）對谷維素保留率和酸值的影響。

按照1.3.2的方法，固定其他條件，分別考察二次堿煉堿液質量分數（6%，8%，10%，12%，14%，16%，18%和20%）、二次堿煉脫酸溫度（35，40，45，50，55，60，65和70 ℃）、二次堿煉脫酸時間（10，20，30，40，50和60 min）對谷維素保留率和酸值的影響。

1.3.7 二次堿煉脫酸正交優化

根據單因素試驗結果，按照表1所示因素水平進行正交試驗。利用極差法分別以酸值和谷維素保留率為指標，分析各自最佳水平組合及因素主次關系。綜合2個指標結果，確定最佳工藝參數。

表1 正交試驗因素水平表

1.4 數據處理

采用Origin進行圖形繪制及數據分析，每組3個平行樣品，結果以“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 一次堿煉脫酸單因素試驗

2.1.1 一次堿煉堿液質量分數的確定

由圖1可知，在一次堿煉中，酸值隨著堿液質量分數的增加而下降，谷維素保留率也隨之降低。當堿液質量分數超過6%時，酸值下降幅度趨緩，但谷維素保留率下降較大，這主要是由于當堿液質量分數過高時，脫酸生成的皂腳量隨之增大，大量皂腳提高了其對谷維素的吸附能力，使清油中谷維素的保留率大幅降低。

圖1 一次堿煉的堿液質量分數對酸值和谷維素保留率的影響

2.1.2 一次堿煉脫酸溫度的確定

從圖2可以看出，隨著一次堿煉溫度的提高，谷維素保留率變化并不明顯，整體略有上升，這與溫度提高后，谷維素在油中溶解度增大有關[15]。酸值呈現出先降低再升高的趨勢，可見適當地提高反應體系溫度，可以較好地提高堿煉脫酸的反應效率，降低酸值，但溫度過高，不利于游離脂肪酸的脫除。在45 ℃和50 ℃的條件下，酸值均低于5 mg KOH/g，50 ℃時相對更低，但由表2可知，隨著反應溫度的升高，脫色率逐漸降低，當溫度高于45 ℃時，脫色率降低較大。綜合考慮脫色脫酸效果，一次堿煉溫度選擇45 ℃較為合適。

圖2 一次堿煉的脫酸溫度對酸值和谷維素保留率的影響

表2 一次堿煉的脫酸溫度對脫色率的影響

2.1.3 一次堿煉脫酸時間的確定

從圖3可以看出，隨著脫酸時間的延長，產品的酸值先降低再升高，谷維素保留率逐漸下降。當脫酸時間超過40 min后，酸值開始升高，其原因可能是反應時間過長，部分中性油被水解、皂化，脫酸效果反而受到影響。40 min后，谷維素保留率下降的幅度也有所提高，這應該與皂腳的大量產生，提高了其吸附谷維素的性能有關。

圖3 一次堿煉的脫酸時間對酸值和谷維素保留率的影響

2.2 二次堿煉單因素試驗

2.2.1 二次堿煉堿液質量分數的確定

由圖4可知，隨著二道堿煉中堿液質量分數的增加，產品的酸值降低，谷維素保留率也降低。當堿液質量分數超過12%時，谷維素保留率降低的幅度更大，和一次堿煉相同，這與皂腳量的增加有關，大量的皂腳導致其對谷維素的吸附能力增強，由于一次堿煉已經脫除了較多皂腳，二次堿煉時，堿液質量分數超過12%，谷維素保留率才表現出明顯降低趨勢。

圖4 二次堿煉的堿液質量分數對酸值和谷維素保留率的影響

2.2.2 二次堿煉脫酸溫度的確定

從圖5可以看出，隨著溫度的提高，谷維素保留率逐漸提高，但提高幅度不大。酸值呈現先降低再升高的趨勢，在50 ℃和55 ℃時，酸值均降低至0.825 mg KOH/g。由表3可知，堿煉溫度對油脂色澤的影響較大，溫度越高，脫色率越低，為了減輕后續脫色工段的負擔，二次堿煉溫度選擇50 ℃為宜。

表3 二次堿煉的脫酸溫度對脫色率的影響

圖5 二次堿煉的脫酸溫度對酸值和谷維素保留率的影響

2.2.3 二次堿煉脫酸時間的確定

從圖6可以看出，前20 min谷維素保留率逐漸下降，50 min后下降幅度更大。隨著時間的延長，酸值呈先下降后升高的趨勢，30 min時達到最低點，其后酸值的升高可能是由于中性油被水解和皂化的概率增加導致的[16]。

圖6 二次堿煉的脫酸時間對酸值和谷維素保留率的影響

2.3 二次堿煉脫酸正交試驗

分別以脫酸后油脂酸值和谷維素保留率為指標進行正交試驗，結果如表4和表5所示。結果顯示，以酸值為指標時，二次堿煉脫酸最佳組合為A2B2C2，即堿液濃度為12%，堿煉脫酸溫度為50 ℃，堿煉脫酸時間為30 min。其中，對酸值影響最大的因素是堿煉脫酸溫度，其次是堿液濃度，影響最小的因素是堿煉脫酸時間；以谷維素保留率為指標時，二次堿煉脫酸最佳組合為A2B3C2，即堿液濃度為12%，堿煉脫酸溫度為55 ℃，堿煉脫酸時間為30 min。其中，堿液質量分數對谷維素保留率影響最大，其次為堿煉脫酸時間，堿煉脫酸溫度影響最小。

表4 以酸值為指標的正交試驗結果

表5 以谷維素保留率為指標的正交試驗結果

兩組正交試驗結果中，堿液濃度、堿煉脫酸時間均一致，而在堿煉脫酸溫度上略有不同。結合單因素試驗，條件為50 ℃和55 ℃的脫酸，在酸值上和谷維素保留率上差別均很小，但55 ℃脫酸，油脂的脫色率較低，色澤較深，這樣將對后續米糠油精煉中的脫色工藝帶來較大壓力，所以，綜合幾個因素考慮，堿煉脫酸溫度定為50 ℃較為適宜。綜上，最終確定的二次堿煉脫酸的最優條件為堿液質量分數12%、堿煉脫酸溫度50 ℃、堿煉脫酸時間30 min。

2.4 驗證試驗

按照2.3所得最優反應條件進行3次米糠油堿煉脫酸試驗，并對脫酸油進行相應的指標測定，結果見表6。由最佳工藝條件所生產的米糠油酸值為0.79±0.02 mg KOH/g，谷維素保留率為89.8%±0.3%，脫色率為43.4%±0.3%，色澤略淺，從而證實所得工藝參數最優。

表6 驗證試驗結果

3 結論

通過對米糠油進行二次堿煉脫酸，得到了品質較好的米糠油脂產品。分別以油脂酸值和谷維素保留率為指標，利用單因素試驗得到米糠油一次堿煉脫酸的最佳工藝參數，并通過三因素三水平的正交試驗確定米糠油二次堿煉的最佳工藝條件：堿液質量分數12%，堿煉脫酸溫度50 ℃，堿煉脫酸時間30 min。在此工藝條件下生產的米糠油具有酸值低、谷維素含量高、色澤淺等優點。