超聲輔助菜籽毛油脫膠工藝研究

代春華 蔡兆海 圣明明 何榮海 黃六容 馬海樂

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院；食品物理加工研究院1，鎮(zhèn)江 212013) (江蘇禾豐糧油工業(yè)有限公司2，鹽城 224100) (鹽城市大豐區(qū)綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心3，鹽城 224005)

菜籽經(jīng)壓榨或溶劑浸提得到菜籽毛油，其主要成分為甘油三酯，此外還含有色素、糖類、蛋白、磷脂、甾醇以及游離脂肪酸等，需對(duì)其精煉處理以達(dá)到食用油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[1]。脫膠是油脂精煉最重要的環(huán)節(jié)之一，毛油中的膠質(zhì)成分主要是磷脂，故脫膠也稱為脫磷[2]。磷脂去除不徹底，對(duì)后續(xù)的精煉工序產(chǎn)生影響，還會(huì)引起返酸及返色的發(fā)生[3-5]。另外，磷脂還是食用油回味的前體物質(zhì)，研究表明，通過水洗及檸檬酸處理使磷脂“失活”能有效防止回味的發(fā)生[6]。

磷脂包括水化磷脂和非水化磷脂，水化磷脂在有水存在時(shí)會(huì)吸水膨脹并沉降，經(jīng)油水分離可脫除[7]。食用油的傳統(tǒng)脫膠方法為水化脫膠和酸法脫膠，水化脫膠只能去除其中的水化磷脂，脫膠后磷含量一般仍較高(約80 mg/kg以上)；酸法脫膠是向毛油中添加檸檬酸、磷酸、硫酸等，使毛油中的非水化磷脂轉(zhuǎn)化為水化磷脂后去除，此方法較水化脫膠效果明顯提高[8]。

超聲波是一種頻率大于20 kHz的聲波，在液體介質(zhì)中傳播時(shí)方向性好，穿透力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能。另外，超聲波具有其他聲波所不具有的空化效應(yīng)，當(dāng)空化汽泡在互不相溶的兩相邊界破裂時(shí)，形成的微射流對(duì)界面產(chǎn)生攪拌和剪切作用，增加了界面面積和反應(yīng)過程的傳質(zhì)動(dòng)力，從而能夠提高理化及生物反應(yīng)進(jìn)程[9, 10]。目前，已有將超聲波應(yīng)用于油脂精煉的研究，如萬楚筠等[11]發(fā)現(xiàn)在四級(jí)菜子油酶法脫膠過程中施加適當(dāng)?shù)某曒椛?，可顯著提高磷脂酶A1對(duì)油脂的脫膠速度。程謙偉等[12]優(yōu)化了大豆毛油超聲水化脫膠工藝，在50 ℃、加水量4%、超聲功率75 W、超聲時(shí)間8 min條件下，脫膠油磷含量降低至18.60 mg/kg，精煉率達(dá)到95.68%，大大縮短了水化脫膠時(shí)間，油脂損耗率低。蔣曉菲[8]研究發(fā)現(xiàn)，在超聲-機(jī)械攪拌反應(yīng)體系中，脫膠處理2 h能使菜籽油磷含量降至10 mg/kg以內(nèi)；而在機(jī)械攪拌反應(yīng)體系中，達(dá)到相同的脫膠效果需要處理4 h。因此，超聲波能有效提高磷脂酶脫膠速率，縮短脫膠所需時(shí)間。目前，超聲輔助菜籽毛油水化及酸法脫膠的文獻(xiàn)較少，本研究將對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期通過施加超聲波提高菜籽毛油的脫膠效率，為超聲波這一物理加工手段在油脂加工領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

菜籽毛油：初始磷含量112.6 mg/kg，由江蘇某公司提供；其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

TGL-16臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)；AF-C紫外可見分光光度計(jì)；RE201D旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；SX2-12-12箱式電阻爐；KQ3200超聲波清洗器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 磷脂含量測(cè)定

參照GB/T 5537—2008鉬藍(lán)比色法。

1.2.2 菜籽毛油脫膠工藝優(yōu)化

稱取50 g菜籽毛油于250 mL錐形瓶中，將一定質(zhì)量的檸檬酸及所需添加的蒸餾水混合溶解后添加于毛油中，水浴加熱并攪拌一定時(shí)間。其中檸檬酸添加量為毛油質(zhì)量0、0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%及0.50%；蒸餾水添加量為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%及5.0%；處理溫度40、50、60、70、80 ℃；處理時(shí)間5、10、20、30、40、50 min，系統(tǒng)研究不同檸檬酸添加量、水添加量、處理溫度及時(shí)間對(duì)菜籽毛油脫膠率的影響；另外，將在不同脫膠條件下處理后的樣品置于頻率40 kHz、功率150 W的超聲清洗器中常溫超聲15 min，對(duì)比超聲與否對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響。

1.2.3 菜籽毛油脫膠正交實(shí)驗(yàn)

為獲得較好的菜籽毛油脫膠效果，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過L9(34)正交實(shí)驗(yàn)確定最佳脫膠工藝，以脫膠率為指標(biāo)，各因素和水平的選擇見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與討論

2.1 檸檬酸添加量對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響

在溫度70 ℃、水添加量3%、處理時(shí)間30 min條件下，檸檬酸添加量對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響如圖1所示。

圖1 檸檬酸添加量對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響

由圖1可以看出，當(dāng)檸檬酸添加量由0增加至0.20%時(shí)，菜籽毛油酸法脫膠效率由11.5%增至67.4%；施加超聲波的樣品，脫膠率由23.4%增至73.8%。其原因是檸檬酸能促使毛油中鈣、鎂等復(fù)鹽式非水化磷脂向水化磷脂轉(zhuǎn)變，故脫膠效率顯著增加；繼續(xù)增加檸檬酸用量，脫膠率變化不明顯，說明0.2%的檸檬酸添加量已將菜籽毛油中大部分非水化磷脂轉(zhuǎn)化成了水化磷脂。綜合考慮脫膠效果及成本，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中采用檸檬酸添加量0.20%。

2.2 水化溫度對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響

溫度高低會(huì)影響油脂的黏度、溶液混合程度及毛油膠粒的凝聚狀態(tài)等，進(jìn)而影響毛油的脫膠效果[13]。在檸檬酸添加量0.20%及0、水添加量3%、處理時(shí)間30 min條件下，處理溫度以及施加超聲與否對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響如圖2所示。

圖2 溫度對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響

由圖2可以看出，當(dāng)檸檬酸添加量為0時(shí)，超聲輔助水化脫膠效率在70 ℃時(shí)達(dá)到23.4%；超聲輔助酸法脫膠在處理溫度60 ℃時(shí)達(dá)到76.5%，繼續(xù)升高溫度，脫膠率略有降低。這可能是在較低的溫度范圍內(nèi)，溫度升高有利于膠體的凝聚，當(dāng)溫度升高到一定程度，超過了膠體凝聚的“臨界溫度”時(shí)，凝聚的膠體又重新分散開，致使脫膠率降低。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)中毛油脫膠處理溫度采用60 ℃。

2.3 加水量對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響

在檸檬酸添加量0.20%及0、溫度60 ℃、時(shí)間30 min條件下，加水量以及施加超聲與否對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響如圖3所示。

由圖3可知，水添加量對(duì)菜籽毛油酸法脫膠效果影響較顯著。加水量在1.0%至3.5%范圍內(nèi)，水化脫膠效率遠(yuǎn)低于其他三種方法。此時(shí)，超聲輔助水化脫膠效率由12.4%增加至24.1%；酸法脫膠效率由19.8%增大至74.3%；超聲輔助酸法脫膠效率由23.7%增大至78.8%。在菜籽毛油脫膠過程中，水添加量不足，則磷脂水化不完全；隨著加水量增大，磷脂充分吸水膨脹且易于凝聚，有利于離心分離；但加水量太大又會(huì)造成油水乳化，磷脂分離困難[14]。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇3.5%加水量。

圖3 加水量對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響

2.4 處理時(shí)間對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響

在檸檬酸添加量0.20%及0%、溫度60 ℃、加水量3.5%條件下，處理時(shí)間以及施加超聲與否對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響如圖4所示。

圖4 處理時(shí)間對(duì)菜籽毛油脫膠效果的影響

由圖4 可以看出，酸法脫膠在處理時(shí)間30 min時(shí)，脫膠率達(dá)到最高為74.3%；超聲輔助酸法脫膠在20 min時(shí)，脫膠率達(dá)到最大為79.5%。磷脂凝聚需要一定的時(shí)間，時(shí)間太短磷脂水化不充分且凝聚不完全，反應(yīng)時(shí)間過長易發(fā)生油水乳化。因此，酸法脫膠及超聲輔助酸法脫膠的處理時(shí)間應(yīng)分別選擇20 min及30 min。

2.5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由于上述單因素實(shí)驗(yàn)未考慮各因素間的交互作用，因此通過正交實(shí)驗(yàn)確定超聲輔助酸法脫膠的最佳條件，正交實(shí)驗(yàn)條件和結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，上述四個(gè)因素中檸檬酸添加量對(duì)脫膠率的影響最大，其次是溫度和時(shí)間，而加水量在3.0%～4.0%范圍內(nèi)影響最小。最佳脫膠條件為:A3B2C2D1，在此條件下進(jìn)行菜籽毛油超聲輔助酸法脫膠實(shí)驗(yàn)，脫膠率達(dá)到82.5%，此時(shí)脫膠菜籽油中的磷含量為19.7 mg/kg。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

采用超聲波輔助檸檬酸法對(duì)菜籽毛油中的磷脂進(jìn)行脫除實(shí)驗(yàn)，通過單因素及正交實(shí)驗(yàn)確定菜籽毛油脫膠最佳條件為：檸檬酸添加量0.25%、加水量3.5%、溫度60 ℃、處理時(shí)間15 min，在此條件下脫膠率達(dá)到82.5%，脫膠菜籽油中磷含量由最初的112.6 mg/kg降低至19.7 mg/kg。通過研究發(fā)現(xiàn)，在檸檬酸酸法脫膠過程中施加超聲波，能大幅提高菜籽毛油的脫膠率。