米糠油脫酸過(guò)程中保留去甲基甾醇的工藝優(yōu)化

魏佳麗 馬傳國(guó)，2 柴小超

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院1，鄭州 450001）（河南工業(yè)大學(xué)小麥和玉米深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室2，鄭州 450001）

米糠油脫酸過(guò)程中保留去甲基甾醇的工藝優(yōu)化

魏佳麗1馬傳國(guó)1，2柴小超1

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院1，鄭州 450001）（河南工業(yè)大學(xué)小麥和玉米深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室2，鄭州 450001）

研究了脫酸溫度、堿液濃度以及超量堿的加入量對(duì)高酸價(jià)米糠油中去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量的影響。研究表明：三者對(duì)米糠油的精煉率及皂腳吸附去甲基甾醇的損失有不同程度的影響，優(yōu)化所得最大保留去甲基甾醇在脫酸油中的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度55℃，堿液濃度5.99 mol／L，超量堿的加入量為0.2%，該條件下去甲基甾醇相對(duì)百分含量的保留率為86.56%，米糠油酸值為0.69 mgKOH／g，精煉率為51.01%，去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量的保留率為44.02%。經(jīng)脫酸，去甲基甾醇主要類(lèi)型不變，菜油甾醇占總的去甲基甾醇中的比例下降，而β－谷甾醇所占比例略微上升。

米糠油 堿煉脫酸 去甲基甾醇 β－谷甾醇 菜油甾醇 氣相色譜法

我國(guó)是米糠油生產(chǎn)大國(guó)，然而還有很大的潛力需要挖掘［1］。米糠油含有多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，例如天然維生素E、谷維素和植物甾醇等。甾醇的種類(lèi)極其繁多，根據(jù)C－4位置上所帶甲基數(shù)目的不同可分為去甲基甾醇、4－單甲基甾醇和4，4－二甲基甾醇3類(lèi)。已有研究證明由于去甲基甾醇與膽固醇結(jié)構(gòu)更為相似，能很好地阻止膽固醇的吸收，因此其在降低血清膽固醇密度中起主要作用［2］，通常在醫(yī)藥、化妝品等工業(yè)上應(yīng)用的甾醇即指谷甾醇、豆甾醇這一類(lèi)的去甲基甾醇。米糠油由于其對(duì)心血管健康的益處已成為一種重要的功能性食物［3］。

植物油料的種類(lèi)、生長(zhǎng)環(huán)境、植物油加工工藝和運(yùn)輸、儲(chǔ)藏條件都可能會(huì)影響和改變植物油中的植物甾醇的含量［4］。例如油脂精煉的各個(gè)階段［5］、油脂改性工藝的酯交換、氫化等。在植物油的精煉過(guò)程中，部分植物甾醇會(huì)隨油脂中其他組分一同從天然油脂中脫除，可能同時(shí)還會(huì)發(fā)生氧化、異構(gòu)化和其他的分子轉(zhuǎn)化反應(yīng)、脫羥基、水解、脫氫反應(yīng)等。甾醇的損失量隨加工條件而變［6］，因此，不同的研究報(bào)告的損失量不同。市面上所售植物甾醇加強(qiáng)型的植物油大多是通過(guò)人為添加而實(shí)現(xiàn)的。因此，通過(guò)改善特殊油脂的精煉工藝而使得天然的植物甾醇更多的保留在油中，顯得很有必要。

本研究主要采用最普遍使用的堿煉脫酸工藝［7－8］，考察和分析脫酸工藝條件對(duì)高酸價(jià)米糠油中去甲基甾醇含量的影響，并對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)米糠油脫酸過(guò)程中去甲基甾醇含量的高保留。

1 材料與方法

1.1 主要材料、試劑與儀器

米糠毛油：鄭州遠(yuǎn)洋油脂工程技術(shù)公司。

α－膽甾烷醇（5α－Cholestan－3β－ol，≥95%）：美國(guó)Sigma公司；N，O－雙三甲基硅基三氟乙酰胺（BSTFA）＋1%三甲基氯硅烷（TMCS）：Fluka公司。

7890A－FID氣相色譜儀：美國(guó)Agilent公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 油脂前處理

脫膠：米糠毛油經(jīng)熱過(guò)濾后再冷至室溫得到干凈的米糠原油。稱(chēng)取一定量的米糠毛油置于燒杯中，于恒溫磁力攪拌器上加熱。待加熱油樣至65℃時(shí)，快速攪拌下將溫度接近65℃的蒸餾水（油重的2.43%，因磷脂含量為8.05mg／g）逐滴緩慢加入油中，繼續(xù)保持恒定溫度攪拌反應(yīng)30 min。待油脂與膠體雜質(zhì)呈明顯分離時(shí)停止攪拌，靜置沉降后，進(jìn)行離心分離。收集上層的凈油于90℃抽真空的條件下進(jìn)行脫水干燥。

1.2.2 油脂脫酸

稱(chēng)取20.0 g脫膠米糠油于小燒杯內(nèi)，放入轉(zhuǎn)子和控溫計(jì)，置于磁力攪拌加熱器上攪拌加熱。待加熱至一定溫度時(shí)，加快攪拌速度，將計(jì)算好的含有一定量超量堿的特定濃度的氫氧化鈉溶液（已加熱至所需溫度）逐滴緩慢加入油中，攪拌30 min。待油皂離析時(shí)，降低攪拌速度并迅速升至終溫。而后降低攪拌速度恒溫保持10 min促使絮凝，待油皂分離時(shí)停止攪拌并離心分離。隨后，將離心得到的上層半凈油再次進(jìn)行上述堿煉脫酸過(guò)程。其反應(yīng)條件固定，操作溫度分別為：初溫25℃、終溫40℃，堿液濃度為3.08 mol／L，超量堿的加入量為油重的0.25%，其他操作與第1步脫酸相同。最終得到的上層半凈油再經(jīng)熱水洗滌，并進(jìn)行減壓干燥。

干燥后的產(chǎn)品冷至室溫后可進(jìn)行分析。反應(yīng)的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為米糠油的精煉率和去甲基甾醇的保留率（相比于脫膠油）。改變不同的反應(yīng)條件（反應(yīng)溫度、堿液濃度、超量堿的加入量）分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出米糠油脫酸過(guò)程中保留去甲基甾醇的最佳工藝條件。

1.3 主要檢測(cè)方法

1.3.1 酸值的測(cè)定

酸值的測(cè)定按照GB／T 5530—2009。

1.3.2 去甲基甾醇含量的測(cè)定［9］

參照《氣相色譜法測(cè)定甾醇組成及甾醇含量》，利用內(nèi)標(biāo)法計(jì)算出主要去甲基甾醇的含量，油樣中總的去甲基甾醇的含量為幾種單一去甲基甾醇含量之和。

去甲基甾醇相對(duì)含量的保留率＝脫酸油中去甲基甾醇的百分含量／脫膠油中去甲基甾醇的百分含量 ×100% （1）

去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量的保留率＝脫酸油中去甲基甾醇的絕對(duì)質(zhì)量／脫膠油中去甲基甾醇的絕對(duì)質(zhì)量 ×100% （2）

某單一去甲基甾醇在油中的含量＝單一甾醇的質(zhì)量／mg／稱(chēng)取的油樣質(zhì)量／g （3）

某單一甾醇在總?cè)ゼ谆薮贾械暮浚絾我荤薮嫉馁|(zhì)量／總?cè)ゼ谆薮嫉馁|(zhì)量×100% （4）

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理所得脫膠油的分析

按照2.2.1進(jìn)行前處理，經(jīng)脫膠后米糠油酸價(jià)為49.75 mgKOH／g，去甲基甾醇的量為1 410.45 mg／100 g。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 堿液濃度對(duì)去甲基甾醇含量的影響

反應(yīng)條件為：反應(yīng)初始溫度55℃（終溫比初始溫度高出15℃），超量堿用量為0.4%（按油重計(jì)），堿液濃度分別為2.61、3.60、4.72、5.99、7.42 mol／L，考察堿液濃度對(duì)脫酸過(guò)程中去甲基甾醇量的影響（相比于脫膠油）。結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。

堿液濃度在低于5.99 mol／L時(shí)，米糠油的精煉率會(huì)隨著堿液濃度的增大而逐漸增大。其原因是此米糠油游離脂肪酸含量較高，若采用過(guò)稀的堿（如2.61 mol／L）處理超高酸價(jià)的米糠油時(shí)，易形成水皂溶膠，最終增加皂腳乳化中性油的損耗；甚至出現(xiàn)水／油持續(xù)乳化的現(xiàn)象，加大分離操作的困難。而堿液濃度增大到5.99 mol／L及更大后，中性油被皂化的概率也會(huì)隨著堿液濃度的增高而增加，精煉率下降；再者，堿液濃度的增大還會(huì)導(dǎo)致皂腳稠度的增加，皂腳中包含的油珠粒度會(huì)變小，不利于皂腳含油量的降低，因此，堿液濃度不能過(guò)大。而去甲基甾醇的含量的保留率是在5.30 mol／L之前，隨著堿液濃度增大而逐漸減低，而后又略微增加。其原因如下：當(dāng)油脂精煉率增大時(shí)，去甲基甾醇的相對(duì)含量會(huì)隨著減小，存在相對(duì)的變化；另外也與堿煉形成的皂膜具有吸附性有關(guān)。濃度低的堿液反應(yīng)生成的皂腳的表面親和力會(huì)受水膜的影響，對(duì)去甲基甾醇的作用弱，因此會(huì)隨著堿液濃度逐漸增大而吸附越來(lái)越多的去甲基甾醇；但過(guò)濃的堿液形成的皂腳表面積過(guò)小，對(duì)去甲基甾醇的吸附作用會(huì)減弱。

綜合分析得到圖2所示去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量的保留情況。因此最佳堿液濃度選擇5.99 mol／L。

2.2.2 超量堿的用量對(duì)去甲基甾醇含量的影響

反應(yīng)條件為：堿液濃度為5.99 mol／L，反應(yīng)初始溫度55℃（終溫比初始溫度高出15℃），超量堿的用量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%（按油重計(jì)），考察超量堿的用量對(duì)脫酸過(guò)程中去甲基甾醇量的影響（相比于脫膠油）。

同一批米糠毛油，當(dāng)采用同一濃度的堿液進(jìn)行堿煉時(shí)，所得精煉油皂腳中的含油量隨著超量堿的增加而降低，則精煉率會(huì)有上升趨勢(shì)，此試驗(yàn)中0.2%達(dá)到50.99%；但隨著超量堿的增加，中性油被皂化的量也會(huì)增大，則精煉率又存在下降的可能。而去甲基甾醇相對(duì)含量的保留率，隨著超量堿的增加而逐漸下降，在從0.1%增至0.2%時(shí)，該保留率下降較快，當(dāng)超量堿的添加量增至0.3%及更大時(shí)，去甲基甾醇相對(duì)含量的保留率下降速率減小。其原因首先是隨著油脂精煉率而變化，當(dāng)油脂精煉率增大時(shí)，去甲基甾醇相對(duì)含量會(huì)隨著減小，是個(gè)相對(duì)的變化；另外也與堿煉形成的皂膜具有吸附性有關(guān)。超量堿增大，皂腳絮凝好，其對(duì)去甲基甾醇的吸附作用也逐漸增強(qiáng)。

圖3 超量堿的用量對(duì)脫酸效果的影響

去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量的保留情況如圖4所示，最佳超量堿選0.2%（按油重計(jì)）。

圖4 超量堿的用量對(duì)去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量保留率的影響

2.2.3 溫度對(duì)去甲基甾醇含量的影響

反應(yīng)條件為：堿液濃度5.99 mol／L，超量堿用量0.2%（按油重計(jì)），初始溫度分別為 25、40、55、70、85℃（終溫均比初溫高出15℃），考察溫度對(duì)脫酸過(guò)程中去甲基甾醇量的影響（相比于脫膠油）。

圖5 反應(yīng)溫度對(duì)脫酸效果的影響

由于米糠油堿煉過(guò)程中采用離心機(jī)進(jìn)行油皂分離，當(dāng)分離溫度相對(duì)較高時(shí)，油的黏度較低且皂腳具有良好的流動(dòng)性，油皂易于分離，初始溫度較低階段尤其明顯。因此在考察的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)初始溫度為70℃（此時(shí)終溫為85℃）時(shí)，皂腳與油的密度差最明顯，且皂腳黏度下降較明顯，精煉率最高。然而初始溫度85℃時(shí)，精煉率略有下降，是由于堿液溫度較高時(shí)，中性油被皂化的幾率上升。該過(guò)程中，去甲基甾醇相對(duì)含量總體逐漸降低，因?yàn)橹泻头磻?yīng)后通過(guò)加熱來(lái)破壞分散相（皂粒）的狀態(tài)，以釋放皂粒的表面親和力實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步絮凝，完成油皂更好分離的過(guò)程中，去甲基甾醇隨其他雜質(zhì)等一同被吸附；再者，考察的是去甲基甾醇相對(duì)含量的保留情況，總是會(huì)隨著精煉率的升高而有所下降的。

結(jié)合米糠油的精煉率和去甲基甾醇相對(duì)含量的變化情況，綜合分析可以得到圖6去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量的保留情況。因此，最佳脫酸溫度選擇70℃。

圖6 反應(yīng)溫度對(duì)去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量保留率的影響

2.3 正交試驗(yàn)

2.3.1 正交試驗(yàn)的因素水平選取

根據(jù)脫酸工藝單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)。如表2所示。

表2 脫酸工藝正交試驗(yàn)因素水平表

2.3.2 正交試驗(yàn)的結(jié)果及方差分析

按照因素水平表2進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3，結(jié)果方差分析見(jiàn)表4。根據(jù)表3進(jìn)行試驗(yàn)，所得樣品都達(dá)到三級(jí)油酸價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（且酸價(jià)均低于0.7 mgKOH／g）。

表3 脫酸工藝正交試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)一步由表3和表4分析可以得出：反應(yīng)所用堿液濃度和超量堿對(duì)脫酸過(guò)程中去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量的保留率影響是顯著的，影響去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量保留率的因素大小依次為：C（超量堿的量）＞B（堿液濃度）＞A（反應(yīng)溫度），最大的保留去甲基甾醇的脫酸工藝條件為：C（超量堿）為主要因素，并以水平 C2（0.2%）為最好；B（堿液濃度）為主要因素，并以水平B2（5.99 mol／L）為最好；A（反應(yīng)溫度）的作用較小，可任意取一個(gè)水平，從能耗較小的角度選取A1（55℃）。因此最好的方案為A1B2C2，即反應(yīng)溫度55℃，堿液濃度5.99 mol／L，超量堿的加入量為0.2%。

表4 脫酸工藝正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析表

以最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量的保留率的均值為44.02%，去甲基甾醇相對(duì)含量的保留率為86.56%，精煉率為51.01%，酸值為0.69 mgKOH／g，最佳工藝條件下的GC－FID圖如圖7所示。

圖7 脫酸最佳工藝條件下米糠油去甲基甾醇GC－FID圖

2.3.3 脫酸油去甲基甾醇的組成分析

由表5分析可以得出，米糠油經(jīng)脫酸工藝后，相比于脫膠油而言，其去甲基甾醇的主要組成不變，均為菜油甾醇、豆甾醇和β－谷甾醇。

對(duì)比脫膠油和脫酸油可知，主要的3種單一甾醇的比例發(fā)生了變化，菜油甾醇占總?cè)ゼ谆薮嫉谋壤龔?1.78%（脫膠油）降低為25.60%（脫酸油），β－谷甾醇占總?cè)ゼ谆薮嫉谋壤龔?4.46%（脫膠油）增大到59.58%（脫酸油），豆甾醇所占比例只有略微增加，從13.76%增加為14.82%。然而，通常情況下，植物油精煉脫酸過(guò)程中單一甾醇的比例是不發(fā)生變化的，而米糠油的該研究表明：相比于谷甾醇而言，菜油甾醇更多的以構(gòu)成阿魏酸酯的形式存在于米糠毛油或脫膠油中。

表5 最佳脫酸工藝條件下去甲基甾醇中單一甾醇的含量情況表

3 結(jié)論

化學(xué)堿煉法完成高酸價(jià)米糠油脫酸，以油脂精煉率和去甲基甾醇的相對(duì)含量?jī)烧呔C合考察反應(yīng)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，得出最大保留去甲基甾醇在脫酸油中的工藝條件為：反應(yīng)溫度55℃，堿液濃度5.99 mol／L，超量堿的加入量為0.2%，此條件下去甲基甾醇相對(duì)含量的保留率為86.56%，去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量的保留率為44.02%。結(jié)果表明采用該脫酸工藝，去甲基甾醇保留率高，且達(dá)到脫酸油的品質(zhì)要求。其中，影響去甲基甾醇絕對(duì)質(zhì)量的保留率的因素大小依次為：超量堿的量、堿液濃度、反應(yīng)溫度。此外，經(jīng)脫酸反應(yīng)，去甲基甾醇主要類(lèi)型不變，但由于菜油甾醇比谷甾醇更易于以阿魏酸酯的形式存在，因此去甲基甾醇的組成比例發(fā)生變化，其中菜油甾醇占總的去甲基甾醇中的比例下降，而β－谷甾醇所占比例有所上升。

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Optimization of Alkali Refining to Produce Rice Bran OilWith High Retain of Des－methyl Phytosterol

Wei Jiali1Ma Chuanguo1，2Chai Xiaochao1
（College of Food Science and Technology，Henan University of Technology1，Zhengzhou 450001）（National Engineering Laboratory forWheat＆Corn Further Processing2，Zhengzhou 450001）

The influences of deacidification temperature，alkali concentration and the amount of excess alkalion the absolutemass of des－methyl phytosterol these three elements in rice bran oilwith high acid value have been studied in the paper.The results showed that all three had varying degrees effects on refining yield and soapstock absorption on the desmethyl phytosterol.The optimization conditions of alkali refining to produce rice bran oil with high retain of des－methyl phytosterol were as follows：deacidification temperature of55℃，alkali concentration of5.99mol／L，the amountof excess alkali of 0.2%.On the conditions，the relative percentage retention rate of desmethyl phytosterol was of 86.56%，acid value of 0.69 mgKOH／g，refining yield of 51.01%，the absolute quality retention rate of desmethyl phytosterol of 44.02%.After deacidification，the forms of desmethyl phytosterol in rice bran oil had no alteration，however，the proportion of campesterol in desmethyl phytosterol decreased while the proportion ofβ－sitosterol increased.

rice bran oil，alkali refining，des－methyl phytosterol，β－sitosterol，campesterol，gas chromatography

TS224.6

A

1003－0174（2015）11－0076－05

河南省財(cái)政廳糧食專(zhuān)項(xiàng)（ZX20110014）

2014－05－01

魏佳麗，女，1989年出生，碩士，食品科學(xué)與工程

馬傳國(guó)，男，1966年出生，教授，油脂化學(xué)與工藝學(xué)