原粒醬油渣脫酸工藝研究

朱新貴,李學(xué)偉,張宗衛(wèi)

(1.李錦記(新會)食品有限公司,廣東 江門 529156;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,廣東 廣州 510642)

原粒醬油渣脫酸工藝研究

朱新貴1,李學(xué)偉1,張宗衛(wèi)2

(1.李錦記(新會)食品有限公司,廣東 江門 529156;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,廣東 廣州 510642)

以原粒大豆為主要蛋白質(zhì)原料釀造的傳統(tǒng)醬油,其剩余醬油渣中油脂氧化和酸敗形成的大量游離脂肪酸,降低了醬油渣的利用價值。該研究通過正交試驗設(shè)計研究醬油渣乙醇脫酸處理工藝,得出最佳脫酸條件為:醬油渣和95%乙醇1∶4(g∶mL),處理時間3 h,處理溫度60℃。在此條件下進行3次平行試驗,醬油渣中游離脂肪酸含量降至1.41%,此時醬油渣酸價為6.26 mg KOH/g,與沒脫酸處理醬油渣比較,降低了71.4%。通過氣相色譜-質(zhì)譜測定,脫酸處理醬油渣中7組游離脂肪酸特征成分峰的峰面積明顯減小,除了3號成分峰的脫除率為52.2%外,其他6組成分峰的脫除率均達到61%以上。結(jié)果表明,乙醇在此工藝條件下,對原粒醬油渣脫酸效果明顯。

原粒醬油渣;游離脂肪酸;脫除率;氣相色譜-質(zhì)譜法

醬油渣是醬油釀造結(jié)束后醬醪被壓榨或抽取醬油后剩下的殘渣,原料除了蛋白質(zhì)和淀粉被大量利用外,其他成分的利用率較低。據(jù)調(diào)味品協(xié)會統(tǒng)計,我國每年用于釀造醬油所消耗的全大豆約為50萬t左右,產(chǎn)生的黃豆醬油渣將近22萬t左右。由于醬油渣的水分、鹽分和氧化油脂含量高,一般生產(chǎn)廠家通常以低價售給養(yǎng)殖企業(yè)或農(nóng)民作為飼料用于豬、家禽、魚類的養(yǎng)殖,或被用作飼料添加物,甚至被丟棄處理,從而造成大量資源浪費,處理不當(dāng)還會造成環(huán)境污染[1-3]。因此,大量的醬油渣已經(jīng)成為醬油行業(yè)迫切需要解決的問題。

以原粒大豆為主要蛋白質(zhì)原料釀造的傳統(tǒng)醬油,其壓榨提取醬油后剩余醬油渣中油脂的含量非常高,達到36.5%～47.17%(干基)[4-5],其過氧化值和酸價分別為4.52 meq/kg和51.51 mg KOH/g[6]。在醬油渣后續(xù)處理中,酸值和過氧化值快速升高。根據(jù)油脂的一般氧化機理,游離脂肪酸會進一步的氧化酸敗,產(chǎn)生自由基并裂變成氧化產(chǎn)物,感官指標(biāo)最明顯的是出現(xiàn)蛤喇味[7-9]。因此,大量游離脂肪酸的存在,導(dǎo)致營養(yǎng)價值下降,降低了醬油渣的利用價值。乙醇是一種常用有機溶劑,因其高效、環(huán)保和可循環(huán)利用等特性而被廣泛應(yīng)用到有機產(chǎn)物的提取研究。鑒于此,本項目將應(yīng)用乙醇對原粒醬油渣進行脫酸處理工藝研究,為醬油渣的綜合利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原粒醬油渣(高鹽稀態(tài)發(fā)酵):李錦記(新會)食品有限公司提供。

氫氧化鉀、體積分?jǐn)?shù)95%乙醇、氯仿、甲醇、乙醚、石油醚(30～60℃)等:中國醫(yī)藥(集團)上?；瘜W(xué)試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MA35M快速水分測定儀:德國賽多利斯公司;HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋:常州普天儀器制造有限公司;DGG-9620AD電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海森信實驗儀器有限公司;JB-60高速萬能粉碎機:浙江屹立工貿(mào)有限公司;RE52-99旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:上海亞榮生化儀器廠;GC-MS-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀:美國安捷倫公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原粒醬油渣的預(yù)處理

利用王帥等[10]的方法,將原粒醬油渣提取色素和黃酮,醬油渣的水分控制在(46±2)%。

1.3.2 原粒醬油渣脫酸處理的單因素試驗

預(yù)處理后的原粒醬油渣加入體積分?jǐn)?shù)95%乙醇,分別以料液比、處理時間和處理溫度為評價指標(biāo)進行單因素試驗。以脫酸后的醬油渣中總脂質(zhì)的酸價和游離脂肪酸(free fatty acids,FFA)含量為測定指標(biāo),計算平均值,比較各因素對原粒醬油渣的脫酸影響。

(1)稱取100g預(yù)處理原粒醬油渣5份,按料液比1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5(g∶mL)分別加入體積分?jǐn)?shù)95%乙醇,然后在溫度60℃條件下,水浴處理3 h。

(2)稱取100 g預(yù)處理原粒醬油渣5份,按料液比1∶3(g∶mL)加入體積分?jǐn)?shù)95%乙醇,在溫度60℃條件下,分別水浴處理1 h、2 h、3 h、4 h、5 h。

(3)稱取100 g預(yù)處理原粒醬油渣5份,按料液比1∶3(g∶mL)加入體積分?jǐn)?shù)95%乙醇,分別在溫度30℃、40℃、50℃、60℃、70℃條件下,水浴處理3 h。

1.3.3 原粒醬油渣脫酸處理的正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上,按料液比(A)、時間(B)、溫度(C)3個因素,設(shè)計L9(33)正交試驗,以脫酸后的醬油渣的酸價和FFA含量為測定指標(biāo),計算平均值,確定最優(yōu)脫酸處理工藝。

1.3.4 原粒醬油渣總脂質(zhì)的提取

醬油渣干燥粉碎,采用氯仿∶甲醇(2∶1,V/V)混合溶劑提取,提取液過濾后用無水硫酸鈉除水,二次過濾后轉(zhuǎn)入烘干的圓底燒瓶中,45℃真空旋轉(zhuǎn)蒸干溶劑,殘留物為總脂質(zhì)。

1.3.5 醬油渣中總脂質(zhì)的酸價、過氧化值和游離脂肪酸含量的測定

酸價參考GB 5009.229—2016《食品中酸價的測定》中第三法測定;過氧化值參考GB 5009.227—2016《食品中過氧化值的測定》中第一法測定;FFA含量參考GB/T14489.3—2016《油料中油的游離脂肪酸含量測定法》中的方法測定。

1.3.6 醬油渣中游離脂肪酸成分分析

游離脂肪酸提取:根據(jù)REGUEIROJ A等[11]的方法稍作修改,稱取50 mg總脂質(zhì),溶解于5 mL氯仿-甲醇溶液(2∶1,V/V)中,然后用氨丙基硅柱(VARIAN)分離,先用5 mL的氯仿-異丙醇溶液(2∶1,V/V)洗出中性脂質(zhì)(油脂),再用5 mL2%乙酸-乙醚(V/V)溶液洗出游離脂肪酸,洗脫下來的游離脂肪酸部分用氮氣吹干其中的溶劑,則得游離脂肪酸。

游離脂肪酸進行甲酯化[12],采用氣相-質(zhì)譜聯(lián)用對其進行分析。氣相色譜條件:安捷倫HP-5毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度:280℃;分流比:10∶1;程序升溫:柱溫60℃,保持1 min,以8℃/min程序升溫至120℃,保持0 min,以8℃/min程序升溫至220℃,保持0 min,以4℃/min程序升溫至250℃,保持2min;氦氣流速1.0mL/min,進樣量1.0 μL。質(zhì)譜條件:電子電離(electron ionization,EI)離子源,電子能量70 eV,電子倍增器電壓857 V,接口溫度250℃,離子源溫度230℃,掃描方式,質(zhì)量掃描范圍(m/z)50～400 amu。

1.3.7 正交試驗數(shù)據(jù)分析

正交試驗數(shù)據(jù)采用SPSS統(tǒng)計軟件處理,其結(jié)果以平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)處理原粒醬油渣中主要理化指標(biāo)

在以全大豆(總脂質(zhì)含量約19%)為原料的傳統(tǒng)醬油釀造工藝中,因大豆脂質(zhì)中60%為不飽和脂肪酸,所以醬油渣中脂質(zhì)極易氧化。這些脂質(zhì)成分經(jīng)過醬油釀造過程只有非常小部分形成醬油良好的風(fēng)味成分,但最后大部分仍然以脂溶性物質(zhì)形式殘留在醬油渣中。根據(jù)王帥等的方法對原粒醬油渣進行預(yù)處理,醬油渣預(yù)處理前后的游離脂肪酸分別是3.98%和3.22%,結(jié)果表明預(yù)處理對游離脂肪酸的脫除影響不大。由于預(yù)處理的乙醇體積分?jǐn)?shù)為65%,乙醇體積分?jǐn)?shù)越低,越不利于游離脂肪酸的溶出。

對預(yù)處理原粒醬油渣進行相關(guān)指標(biāo)分析,醬油渣中脂質(zhì)的酸價和過氧化值分別(21.91±0.61)mg/g和(1.06±0.08)mmol/kg,對比我國大豆原油的國家標(biāo)準(zhǔn)酸價(4.0mg/g)和過氧化值(7.5 mmol/kg),表明醬油渣的脂質(zhì)在釀造過程中產(chǎn)生了嚴(yán)重的酸敗,預(yù)處理原料醬油渣的主要理化指標(biāo)見表1。

表1 預(yù)處理原粒醬油渣中主要理化指標(biāo)Table 1 Main physicochemical indexes of the whole-soybean soy sauce residue

2.2 料液比對原粒醬油渣脫酸的影響

預(yù)處理原粒醬油渣按不同料液比分別加入體積分?jǐn)?shù)95%乙醇,然后在溫度60℃條件下水浴處理3 h,過濾后干燥醬油渣并提取總脂質(zhì),醬油渣中的酸價和FFA含量測定結(jié)果見圖1。

圖1 料液比對原粒醬油渣脫酸的影響Fig.1 Effect of solid to liquid ratio on deacidification of whole-soybean soy sauce residue

從圖1可以看出,原粒醬油渣和乙醇在不同料液比下進行脫酸處理,隨著料液比中乙醇比例的增加,醬油渣酸價和醬油渣中FFA含量呈下降趨勢。當(dāng)料液比從1∶1(g∶mL)增加到1∶3(g∶mL)時,醬油渣酸價和醬油渣中FFA含量下降明顯,而當(dāng)料液比＞1∶3(g∶mL)以后,醬油渣酸價和醬油渣中FFA含量的下降趨勢已經(jīng)變小。因此,當(dāng)其它提取條件不變時,相對高比例的乙醇提取液能溶出更多的游離脂肪酸,直到溶解平衡狀態(tài)。但如果一味提高溶液比例,不僅不能明顯提高提取率,而且造成溶劑浪費和后續(xù)的分離困難。綜上,本試驗選擇料液比的合適范圍是1∶2～1∶4(g∶mL)。

2.3 處理時間對原粒醬油渣脫酸的影響

預(yù)處理原粒醬油渣按料液比1∶3(g∶mL)加入體積分?jǐn)?shù)95%乙醇,在溫度60℃條件下,分別水浴脫酸處理不同時間,過濾后干燥醬油渣并提取總脂質(zhì),研究不同提取時間對原粒醬油渣中的酸價和FFA含量的影響,結(jié)果見圖2。

圖2 脫酸時間對原粒醬油渣脫酸的影響Fig.2 Effect of deacidification time on deacidification of whole-soybean soy sauce residue

由圖2可知,在其他提取條件不變時,醬油渣的酸價和FFA含量隨著脫酸時間的延長而降低。當(dāng)脫酸時間增加到4h時,醬油渣酸價從12.07mgKOH/g下降到7.38mgKOH/g,醬油渣中FFA含量從2.33%下降到1.48%。當(dāng)脫酸時間超過4 h時,醬油渣中的酸價和FFA含量的變化不大。這是因為隨著脫酸時間的延長,乙醇溶液中溶解的游離脂肪酸越來越多,游離脂肪酸溶解達到平衡,提取的傳質(zhì)推動力逐漸減小最后消失。此外,較長時間的脫酸處理會增加能耗,增加成本。綜上,本試驗選擇脫酸時間的合適范圍是2～4 h。

2.4 脫酸溫度對原粒醬油渣脫酸的影響

預(yù)處理原粒醬油渣按料液比1∶3(g∶mL)加入體積分?jǐn)?shù)95%乙醇,分別在不同的溫度下水浴處理3 h,過濾后干燥醬油渣并提取總脂質(zhì),研究不同脫酸溫度對原粒醬油渣中的酸價和FFA含量的影響,結(jié)果見圖3。

圖3 脫酸溫度對原粒醬油渣脫酸的影響Fig.3 Effect of deacidification temperature on deacidification of whole-soybean soy sauce residue

由圖3可知,在其他提取條件不變時,醬油渣的酸價和FFA含量隨著脫酸溫度的增加而降低。當(dāng)脫酸溫度在30～60℃時,醬油渣中的酸價和FFA含量隨溫度的上升而呈現(xiàn)快速下降;當(dāng)脫酸溫度＞60℃時,醬油渣中的酸價和FFA含量變化幅度不大。這是因為游離脂肪酸在提取液中的溶解度不僅和提取液的極性有關(guān),同時提取溫度也極大地影響著游離脂肪酸在提取液中的溶解度。提取溫度的大小影響流體的密度和分子擴散的能力,進而影響乙醇對FFA的溶解能力。一般來說,溫度越高游離脂肪酸在提取液中的溶解度越大,提取時傳質(zhì)推動力也越強,醬油渣中的游離脂肪酸能更快地擴散到提取液中,因此在一定范圍內(nèi)升高處理溫度,游離脂肪酸的溶出量明顯增加,因此脫酸效果明顯;但溫度上升到較高值后,乙醇在處理中容易發(fā)生氣化,處理過程中傳質(zhì)推動力減弱,影響FFA的溶出效果。綜上,本試驗選擇脫酸溫度的合適范圍是40～60℃。

2.5 原粒醬油渣脫酸的正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果,選取了料液比、時間、溫度3個因素設(shè)計L9(33)正交試驗,以醬油渣中FFA含量為測定指標(biāo)優(yōu)化脫酸工藝,試驗設(shè)計因素與水平見表2。

醬油渣脫酸處理的正交設(shè)計進行3次重復(fù)試驗,數(shù)據(jù)取其平均值,正交試驗結(jié)果與分析見表3,方差分析見表4。

表2 醬油渣脫酸工藝條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of orthogonal tests for deacidification process optimization of soy sauce residue

表3 醬油渣脫酸工藝條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal tests for deacidification process optimization of soy sauce residue

脫酸處理后,醬油渣中FFA含量越低,脫酸效果越好。由表3極差分析可知,在上述因素水平范圍內(nèi),影響因素的主次順序為處理溫度＞料液比＞處理時間。醬油渣乙醇脫酸處理的最佳工藝條件為A3B2C3,即料液比1∶4(g∶mL),處理時間3h,處理溫度60℃。在此條件下進行3次平行試驗,醬油渣中FFA含量為1.41%,此時醬油渣酸價為6.26 mg KOH/g。對比我國大豆原油的國家標(biāo)準(zhǔn)酸價(4.0 mg KOH/g)略高,但與沒脫酸處理的原粒醬油渣酸價比較,降低了約71.4%。

表4 正交試驗結(jié)果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal test results

由方差分析(表4)可知,3種因素對醬油渣脫酸處理的影響程度各不相同,在料液比、處理時間和處理溫度的設(shè)定范圍條件內(nèi),因素A(料液比)和因素C(處理時間)對醬油渣中FFA含量均有顯著影響(P＜0.05),而因素B(處理時間)對醬油渣中FFA含量無顯著影響(P＞0.05)。2.6醬油渣脫酸處理前后的FFA成分GC-MS分析

根據(jù)已建立的乙醇最佳脫酸處理工藝,對預(yù)處理后的原粒醬油渣進行脫酸處理,然后提取總脂質(zhì)并分離其中游離脂肪酸,FFA甲酯化反應(yīng)后通過氣相色譜-質(zhì)譜測定FFA成分,與原粒醬油渣的FFA進行比較,對比總離子流色譜圖見圖4。

圖4 原粒醬油渣脫酸前后游離脂肪酸成分對比的總離子流色譜圖Fig.4 Total ion chromatograms of free fatty acids components comparison before and after deacidification of whole-soybean soy sauce residue

由圖4對比可知,原粒醬油渣脫酸處理后,FFA成分的峰型明顯變小。根據(jù)峰面積歸一法比較醬油渣脫酸處理后FFA的含量差異。在同等條件下,脫酸處理后的醬油渣中FFA成分峰面積越小,說明脫酸效果越好。篩選7組特征成分峰進行含量差異比較,結(jié)果見表5。

表5 原粒醬油渣脫酸處理前后游離脂肪酸成分的比較Table 5 Comparison of free fatty acids components before and after deacidification of whole-soybean soy sauce residue

根據(jù)油脂的一般氧化機理,油脂受氧、水、光、熱、微生物等的作用,會逐漸水解或氧化而變質(zhì)酸敗,使中性脂肪分解為甘油和脂肪酸,或使脂肪酸中的不飽和鏈斷開形成過氧化物,再依次分解為低級脂肪酸、醛類、酮類等物質(zhì)。油脂酸敗表現(xiàn)為過氧化值、羰基價和酸價的升高,即會發(fā)生酸敗和氧化,感官指標(biāo)最敏感的是出現(xiàn)哈喇味[7-9]。在以原粒大豆為原料的傳統(tǒng)醬油釀造工藝中,大豆脂質(zhì)中60%為不飽和脂肪酸,更容易氧化和酸敗,雖然有小部分脂質(zhì)成分經(jīng)轉(zhuǎn)化形成醬油良好的風(fēng)味成分[13-14],但大部分仍然以脂溶性物質(zhì)殘留在醬油渣中[15]。大量存在的游離脂肪酸及其產(chǎn)物嚴(yán)重影響醬油渣的品質(zhì)和利用價值,因此通過對醬油渣脫酸處理具有非常重要的意義。由表5可知,脫酸處理后的醬油渣中FFA成分的峰面積明顯減小,除了3號成分FFA的脫除率為52.2%外,其他6組成分FFA的脫除率均超過61%,結(jié)果表明乙醇在此工藝條件下,對原粒醬油渣脫酸效果明顯。

3 結(jié)論

以原粒大豆為主要蛋白質(zhì)原料釀造的傳統(tǒng)醬油,其剩余醬油渣中油脂的含量非常高,在醬油渣后續(xù)處理中,油脂氧化和酸敗嚴(yán)重影響了醬油渣的利用價值。因此,通過對原粒醬油渣脫酸處理,對后續(xù)醬油渣的無害化利用具有非常重要的意義。

通過正交試驗,醬油渣乙醇脫酸處理的最佳工藝為料液比1∶4(g∶mL),處理時間3 h,處理溫度60℃。在此條件下進行3次平行試驗,醬油渣中FFA含量為1.41%,此時醬油渣酸價為6.26 mg KOH/g。對比我國大豆原油的國家標(biāo)準(zhǔn)酸價(4.0 mg KOH/g)略高,但與沒脫酸處理的原粒醬油渣酸價比較,降低了約71.4%。通過GC-MS測定,原粒醬油渣具有7組FFA特征成分峰,脫酸處理后的醬油渣中FFA成分峰面積明顯減小,除了3號成分峰的脫除率為52.2%外,其他6組成分峰的脫除率均達到61%以上,結(jié)果表明乙醇在此工藝條件下,對原粒醬油渣脫酸效果明顯。

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ZHU Xingui1,LI Xuewei1,ZHANG Zongwei2
(1.Lee Kum Kee(Xinhui)Foods Co.,Ltd.,Jiangmen 529156,China;2.College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)

TS 225.1

0254-5071(2017)11-0033-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.11.008

2017-07-11

廣東省科技項目(2015A010107012)

朱新貴(1967-),男,副教授,博士,研究方向為調(diào)味品科學(xué)與技術(shù)。