青豆油脫膠工藝研究

楊佳佳 鹿保鑫

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，大慶 163319）

目前，我國(guó)仍以植物油為主要食用油脂，其中大豆油占有很大的比例，但由于受氣候、土壤等自然因素和人為因素的影響，大豆在收割時(shí)會(huì)含有不能完全成熟的籽粒，俗稱青豆，若大豆中含有大量的青豆，一方面會(huì)導(dǎo)致大豆大幅減產(chǎn)，品質(zhì)下降，另一方面對(duì)大豆油脂加工工藝及產(chǎn)品品質(zhì)等方面有很大的影響。

水化脫膠是脫除毛油中所含的磷脂、蛋白質(zhì)、糖基甘油二酯等膠溶性雜質(zhì)，其中以脫除磷脂為主，磷脂可以分為水化磷脂和非水化磷脂，因此脫膠也常被稱為脫磷。以成熟大豆為原料，加工所得的毛油中含有的磷脂多為水化磷脂；以青豆為原料，加工所得的毛油中含有的磷脂多為非水化磷脂［1－3］。青豆的存在會(huì)造成毛油中非水化磷脂增多，采用常規(guī)的水化脫膠法不能將膠質(zhì)脫除徹底，而磷脂的存在將影響成品油的煙點(diǎn)和風(fēng)味，還會(huì)在后續(xù)的堿煉脫酸工序中造成乳化現(xiàn)象，增加煉耗和燒堿量［4］。常規(guī)的水化脫膠只能除去水化磷脂，非水化磷脂卻很難脫除［5］，但酸的存在可利于中和磷脂膠粒表面的電荷，可促使磷脂膠粒之間緊密凝聚，加速沉降分離，使得在后續(xù)水化時(shí)脫膠徹底［6］。

本試驗(yàn)以青豆毛油為原料，采用常規(guī)水化脫膠法，以添加酸為輔助手段，通過(guò)單因素試驗(yàn)及二次回歸正交旋轉(zhuǎn)［7］組合試驗(yàn)，以脫膠率指標(biāo)為響應(yīng)值，探討脫除青豆油中脫體的適宜方法，以期得到最佳脫膠工藝條件，為大豆油脂加工業(yè)提供基礎(chǔ)性研究數(shù)據(jù)。

1　材料與方法

1.1　原料與試劑

青豆毛油：實(shí)驗(yàn)室自制。檸檬酸、醋酸、磷酸：沈陽(yáng)市華東試劑廠；鹽酸：北京化工廠；以上均為分析純。

1.2　主要儀器

JJ－1電動(dòng)攪拌器：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；L420高速離心機(jī)：長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；H－4數(shù)顯恒溫水浴鍋：蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司。

1.3　方法

1.3.1 青豆油水化脫膠的工藝流程

稱取毛油→加熱→加入酸→攪拌→加去離子水→脫水干燥→離心分離→脫膠油→稱重

1.3.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取檸檬酸、磷酸、檸檬酸：磷酸為1∶1混合液、醋酸、鹽酸等幾種酸進(jìn)行試驗(yàn)，確定水化脫膠最佳酸的種類。選擇對(duì)脫膠率有影響的4個(gè)主要因素：水化時(shí)間X1，水化溫度X2，酸添加量X3，加水量X4，以脫膠率為考核標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.3.3 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)［8］

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定中心組合因素（水化溫度、水化時(shí)間、酸添加量、加水量）與水平。以青豆毛油的脫膠率為響應(yīng)值，通過(guò)二次回歸正交旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)對(duì)脫膠條件進(jìn)行優(yōu)化。變量參數(shù)P＝4；星號(hào)臂值R＝2；±1水平的因素點(diǎn)試驗(yàn)全部實(shí)施為Mc＝2P＝16；±R水平的星號(hào)臂點(diǎn)為MR＝2P＝8；為了使得二次旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)具有正交性，各因素是零水平的中心為M0＝12；總試驗(yàn)點(diǎn)N＝MC＋MR＋M0＝36。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

采用SASSystem 8.2軟件對(duì)二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理。

1.3.5 280℃加熱試驗(yàn)

加熱試驗(yàn)就是將油樣加熱至280℃，觀察有無(wú)析出物以及油脂色澤的變化情況。按GB 5531—2008，280℃加熱試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1　單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 酸的種類對(duì)青豆油脫膠率的影響

固定水化溫度70℃、水化時(shí)間40 min、酸的添加量0.3%、加水量7%，提取2次，探討不同種類的酸對(duì)青豆油脫膠率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1　不同種類的酸對(duì)青豆油脫膠率的影響

由圖1可知，每種酸對(duì)青豆油的脫膠率各不相同。加入鹽酸時(shí)，水化脫膠率最低，說(shuō)明鹽酸對(duì)脫膠率的影響較低。加入檸檬酸、磷酸、醋酸這3種酸時(shí)，水化脫膠率分別是7.26%、7.62%、7.13%，脫膠效果相差不大。而加入檸檬酸和磷酸的1∶1混合液時(shí)，水化脫膠率較高，說(shuō)明二者混合液對(duì)脫膠率的影響最大。因此確定試驗(yàn)所用的酸為檸檬酸和磷酸的1∶1混合溶液。

2.1.2 水化溫度的影響

固定所添加的酸為檸檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化時(shí)間40 min、酸的添加量0.3%、加水量7%，提取2次，探討不同水化溫度對(duì)青豆油脫膠率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2　溫度對(duì)青豆油脫膠率的影響

由圖2可知，青豆油的脫膠率隨著溫度的升高而升高，這是因?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi)溫度高有利于磷脂分離，有利于提高脫膠率。當(dāng)脫膠的溫度范圍在50～70℃時(shí)，脫膠率上升較明顯，而隨著溫度繼續(xù)升高，其脫膠率還在上升，但上升趨勢(shì)較慢，這是由于大豆脂肪酶的活性溫度為40～70℃，超過(guò)70℃，酶被鈍化，對(duì)磷脂的作用減弱［9］，使磷脂不易脫除?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的能耗和便于控制等問(wèn)題，因此確定脫膠溫度在70℃左右為宜。

2.1.3 水化時(shí)間的影響

固定所添加的酸為檸檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化溫度70℃、酸的添加量0.3%、加水量7%，提取2次，探討不同水化時(shí)間對(duì)青豆油脫膠率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3　時(shí)間對(duì)青豆油脫膠率的影響

由圖3可知，青豆油脫膠率隨著時(shí)間增加而增加，說(shuō)明較長(zhǎng)的水化時(shí)間能夠更完全地除去膠質(zhì)。當(dāng)脫膠時(shí)間超過(guò)50 min，脫膠率雖然仍在上升，但脫膠率的上升較緩，幾乎保持平穩(wěn)?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的能耗等問(wèn)題，確定脫膠時(shí)間在50 min左右為宜。

2.1.4 酸的添加量的影響

固定所添加的酸為檸檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化時(shí)間50 min、水化溫度70℃、加水量7%，提取2次，探討酸的不同添加量對(duì)青豆油脫膠率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4　酸的添加量對(duì)青豆油脫膠率的影響

從圖4可以看出，酸的添加量為油重的0.1%時(shí)脫膠率最低，隨著添加量的增加脫膠率上升較明顯，這是由于所加入的酸將毛油中的非水化磷脂轉(zhuǎn)化成了水化磷脂，使水化徹底。當(dāng)酸的添加量達(dá)到油重的0.4%時(shí)，隨著酸添加量的繼續(xù)增加，脫膠率仍然上升，但是上升的趨勢(shì)較小。這說(shuō)明在其他條件不變的情況下，酸添加量增加有益于青豆油的脫膠。因此確定脫膠時(shí)酸的添加量在0.4%左右為宜。

2.1.5 加水量的影響

固定所添加的酸為檸檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化時(shí)間50 min、水化溫度70℃、酸的添加量是0.4%，提取2次，探討不同加水量對(duì)青豆油脫膠率的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5　加水量對(duì)青豆油脫膠率的影響

由圖5可以看出，在一定范圍內(nèi)隨著加水量的增加青豆油的脫膠率不斷升高，當(dāng)加水量達(dá)到7%時(shí)，脫膠率最高，即脫膠效果最好，這是因?yàn)榧铀坎蛔悖煌耆?，膠粒絮凝不好，使得膠粒與毛油不易分離。之后隨著加水量的繼續(xù)增加，脫膠率又不斷下降，這是因?yàn)榧铀窟^(guò)多，有可能形成局部的水／油或油／水乳化現(xiàn)象，難以分離。因此確定脫膠加水量在7%左右為宜。

2.2　二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 二次回歸正交組合試驗(yàn)結(jié)果

二次回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表1?；貧w方程的方差分析、各項(xiàng)的方差分析和參數(shù)估計(jì)及顯著性分析的主要結(jié)果歸納分別見(jiàn)表2～表5。

表1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表2　回歸方程的方差分析

表3　回歸方程各項(xiàng)的方差分析

由表2和表3可以看出：二次回歸模型的F值為55.62，P值 ＜0.001，大于在0.01水平上的 F（14，21）0.01＝3.07值，而失擬項(xiàng)的F值為1.33，小于在0.05水平上的 F（10，11）0.05＝2.86值，由方程的顯著性檢驗(yàn)可知，該方程達(dá)到極顯著水平，失擬項(xiàng)P值＝0.324＞0.05，該方程無(wú)失擬因素存在，回歸模型和試驗(yàn)值能較好的擬和。而且一次項(xiàng)、二次項(xiàng)和交互項(xiàng)的F值均大于0.01水平上的F值，說(shuō)明各因素對(duì)青豆油脫膠率有極其顯著的影響。

表4　二次回歸模型的參數(shù)

由表4可知，各因素影響程度從大到小的依次排列為加水量，脫膠時(shí)間，酸的添加量，脫膠溫度。建立青豆油脫膠率的回歸方程：

Y＝－55．044＋0．629X1＋0．414X2＋47．108X3＋7．423X4－0．004X12＋0．002X1X2－0．005X22－0．384X1X3＋0．074X2X3－54．250X32－0．025X1X4＋0．014X2X4＋2．350X3X4－0．576X42

式中：Y值為脫膠率；X1為脫膠時(shí)間；X2為脫膠溫度；X3為酸的添加量；X4為加水量。方程的顯著性分析得F1＝55.62，相應(yīng)的概率值P小于0.000 1，失擬性檢驗(yàn)分析得 F2＝1.33，相應(yīng)的P值等于0.324。由方程的顯著性檢驗(yàn)可知，該方程的模型達(dá)到極其顯著；失擬性分析表明，該回歸方程無(wú)失擬因素存在，回歸模型與實(shí)測(cè)值能較好地?cái)M合。根據(jù)SAS System 8.2軟件對(duì)該試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的處理可知，最佳脫膠條件是：脫膠時(shí)間55min.、脫膠溫度64℃、酸的添加量0.4%、加水量6.9%。該條件下得到的青豆油脫膠率為11.08%。

最佳脫膠條件優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證試驗(yàn)：利用得到的最佳脫膠條件對(duì)青豆油進(jìn)行脫膠，其脫膠率為10.89%，與SAS 8.2軟件統(tǒng)計(jì)分析給出的最大脫膠率10.56%的誤差范圍小于0.5%，因此，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果正確。

2.2.2 因素響應(yīng)面及等高線

由表5可知，各個(gè)交互項(xiàng)中，X1X3、X1X4、X3X4極顯著（P＜0．01），X1X2顯著（P＜0.05）。而X2X3、X2X4的交互作用不顯著。為了進(jìn)一步描述因素變化與脫膠率之間的內(nèi)在規(guī)律，采用降維的分析方法，固定其中兩個(gè)因素為0水平（即編碼水平為Xi＝Xj＝0），則可得到另外兩個(gè)因素與脫膠率的關(guān)系。

2.2.2.1 水化時(shí)間與酸的添加量之間的交互作用

由圖6可知，響應(yīng)面曲線和等高線的疏密程度具有一致性，酸的添加量在0.20%～0.45%之間且水化時(shí)間在30.00～55.00min之間變化時(shí)，兩者存在顯著的增效作用，青豆油脫膠率隨酸添加量和水化時(shí)間增加而升高；而酸添加量在0.45%左右，水化時(shí)間在55 min左右時(shí)青豆油脫膠率為最大；當(dāng)酸添加量在0.45%～0.60%之間且水化時(shí)間在55.00～70.00 min之間變化時(shí)，青豆油脫膠率隨兩個(gè)因素的增加而下降，說(shuō)明此時(shí)2個(gè)因素之間交互作用顯著。

圖6　水化時(shí)間（X1）與酸的添加量（X3）的響應(yīng)面圖

2.2.2.2 水化時(shí)間與加水量之間的交互作用

從圖7可看出，響應(yīng)面曲線和等高線的疏密程度具有一致性，加水量在5.00%～7.00%之間且水化時(shí)間在30.00～55.00 min之間變化時(shí)，兩者存在顯著的增效作用，青豆油脫膠率隨著加水量和水化時(shí)間的增加而升高；而加水量在7%左右，水化時(shí)間在55 min左右時(shí)青豆油脫膠率達(dá)到最大；加水量在7.00%～9.00%之間且水化時(shí)間在55.00～70.00 min之間變化時(shí)，青豆油的脫膠率呈下趨勢(shì)，說(shuō)明此時(shí)2個(gè)因素之間交互作用顯著。

圖7　水化時(shí)間（X1）與加水量（X4）的響應(yīng)面圖

2.2.2.3 酸的添加量與加水量之間的交互作用

由圖8可知，響應(yīng)面曲線和等高線的疏密程度具有一致性，酸的添加量在0.20%～0.45%之間且加水量在5.00%～7.00%之間變化時(shí)，兩者之間存在顯著的增效作用，青豆油脫膠率隨著加水量和酸的增加而升高；而酸的添加量在0.45%左右，加水量在7%左右時(shí)青豆油脫膠率達(dá)到最大；酸的添加量在0.45%～0.60%之間和加水量在7.00%～9.00%之間變化時(shí)，青豆油的脫膠率呈下趨勢(shì)，說(shuō)明此時(shí)2個(gè)因素之間交互作用顯著。

圖8　 酸的添加量（X3）與加水量（X4）的響應(yīng)面圖

2.2.3 280℃加熱試驗(yàn)結(jié)果

毛油經(jīng)加熱后并未發(fā)生較大變化，無(wú)析出物。由圖9可知，脫膠后青豆油經(jīng)過(guò)280℃加熱試驗(yàn)，羅維朋色度值黃色值未發(fā)生變化，仍然是70，紅色值升為8，藍(lán)色值升為2.2，但這些變化仍在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)（色澤差值：黃色不變，紅色值增加≤4.0，藍(lán)色值增加≤0.5）。

圖9　脫膠油經(jīng)280℃加熱后的色度值變化

3　結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)的研究得到青豆油脫膠最佳酸的種類為檸檬酸：磷酸為1∶1的混合溶液。再應(yīng)用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，通過(guò)分析得到青豆油最佳脫膠工藝為：脫膠時(shí)間55 min.、脫膠溫度64℃、酸的添加量0.4%、加水量6.9%。在該條件下得到的青豆油最大脫膠率為11.08%，并且280℃加熱試驗(yàn)結(jié)果符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在試驗(yàn)范圍內(nèi)各因素對(duì)青豆油脫膠率作用的大小依次為加水量＞脫膠時(shí)間＞酸的添加量＞脫膠溫度。

［1］涂向輝.成熟度對(duì)大豆油脫膠工藝的影響［J］.糧油加工與食品機(jī)械，2005，1（48）：48－50

［2］馬云肖，周龍長(zhǎng).粗油中非水化磷脂的產(chǎn)生及脫除方法［J］.糧油加工，2009，7（41）：41－42

［3］劉昌盛，楊湄，黃鳳洪.食用植物油脫膠技術(shù)研究進(jìn)展［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工，2010，7（7）：47－49

［4］倪培德.油脂加工技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：12

［5］楊繼國(guó)，楊博，林煒鐵.植物油物理精煉中的脫膠工藝［J］.中國(guó)油脂，2004，29（2）：7－10

［6］高蔭榆，郭磊，丁紅秀，等.植物油脫膠研究進(jìn)展［J］.食品科學(xué)，2006，4（27）：268－270

［7］徐靜，張井，李燕，等.二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)在鳀魚蒸煮液酶解工藝中的應(yīng)用研究［J］.食品科學(xué)，2009，30（22）：221－225

［8］馬文杰，郭玉蓉，魏決.應(yīng)用二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合設(shè)計(jì)提取水溶性蘋果多糖的工藝研究［J］.食品科學(xué)，2009，30（20）：105－108

［9］左青，江金德，陳世榮.論非水化磷脂的變化對(duì)水化脫膠油的影響［J］.中國(guó)油脂，2002，27（5）：36－38.