鈉基膨潤土對富含酚酸菜籽油的吸附脫磷效果及品質(zhì)的影響

王未君， 楊 博， 李文林， 鄭 暢， 劉昌盛， 李黃祥

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所，農(nóng)業(yè)部油料作物生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，油料脂質(zhì)化學(xué)與營養(yǎng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，武漢 430062) (湖南湘山生物科技有限公司2，婁底 417000)

菜籽油是我國主要的食用油之一，菜籽油營養(yǎng)豐富，其不飽和脂肪酸含量很高，還含有大量的酚酸、生育酚和植物甾醇等微量生物活性物質(zhì)。其中酚酸包括游離酚酸和結(jié)合酚酸，游離酚酸中主要是芥子酸，占其總量的70%～85%，另外還含有少量水楊酸、香草酸、龍膽酸、原兒茶酸、丁香酸、香豆酸、阿魏酸、咖啡酸和綠原酸等[1]；結(jié)合酚酸中主要是芥子堿和芥子酸葡萄糖苷，經(jīng)堿水解會產(chǎn)生少量的水楊酸、香草酸和咖啡酸等[2]。酚酸具有抗氧化、抗菌、抗癌、降血脂、防治心血管疾病等生理功能，有利于人體健康[3，4]。Koski等[5]和Wakamatsu等[6]先后報(bào)道和鑒定出菜籽油中存在一種新的多酚，即canolol(2，6-二甲氧基-4-乙烯基苯酚)，它因具有抗腫瘤、抗炎癥活性[7]和很好的抗氧化能力[8]而成為了近些年來的研究熱點(diǎn)。

菜籽油加工過程中，為了去除其中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)，延長貨架期，通常會對菜籽油進(jìn)行精煉。傳統(tǒng)的精煉工藝條件較為苛刻，常常會造成菜籽油中生育酚、多酚和植物甾醇等微量營養(yǎng)成分大量損失[9]。如果能在精煉過程中最大限度地保留這些營養(yǎng)成分，對提升菜籽油的品質(zhì)將具有重要的意義。

膨潤土是一種天然的細(xì)粒黏土，它的主要成分是蒙脫石。蒙脫石的層狀二維網(wǎng)格形結(jié)構(gòu)使得膨潤土具有很多優(yōu)良特性，如較強(qiáng)的吸附能力、離子交換能力及較好的膨脹性等[10]。膨潤土遍布我國20多個(gè)省份，資源豐富且價(jià)格低廉，其開發(fā)利用研究越來越受到重視[11]。鈉基膨潤土是鈣基膨潤土經(jīng)過鈉化改性之后得到的，具有更優(yōu)異的性能，如更高的陽離子交換容量、更好的分散性、再生性和熱穩(wěn)定性[12]，此外，它吸水率和膨脹倍數(shù)大，膠體懸浮液的觸變性、黏度和潤滑性好，可以說鈉基膨潤土是膨潤土深加工的基礎(chǔ)[13]。鈉基膨潤土已經(jīng)有效地用于處理廢水中的各種污染物[14]，尤其適用于大體積廢水中重金屬的富集和固定[15]，它也有效地用于吸附土壤中的苯胺[16]和煙堿[17]以及空氣中的甲醛[18]等。膨潤土在油中的應(yīng)用也有所報(bào)道，如李琪琳等[19]研究了堿性鈣基膨潤土對油茶籽油的精煉作用，劉元法等[20]研究了鈣基膨潤土對大豆油中色素的吸附作用，劉昌盛等[21]研究了鈉基蒙脫石對菜籽油中磷脂的吸附行為等。

研究發(fā)現(xiàn)，對菜籽進(jìn)行微波熱處理能鈍化種子中酶的活性，加速細(xì)胞壁的滲透性，在壓榨時(shí)能促進(jìn)菜籽中微量成分的釋放，極大增加油中的多酚含量[22，23]。因此，本研究以微波-壓榨所得的富含酚酸菜籽油為研究對象，分析菜籽油在鈉基膨潤土吸附脫磷處理中酚酸的變化規(guī)律，著重考察吸附溫度、吸附劑添加量和吸附時(shí)間等因素對酚酸的影響，同時(shí)考察了其吸附脫磷效果和對菜籽油品質(zhì)的影響，以期為菜籽油的適度精煉工藝提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

微波-壓榨菜籽油，四級，含磷量為4.179 mg/g，總酚含量為2 411.2 mg/kg，canolol含量為1 311.1 mg/kg；鈉基膨潤土。

甲醇、乙酸為色譜純；甾醇、生育酚、canolol均為標(biāo)準(zhǔn)品；其他試劑均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

Avanti J-26XP高效離心機(jī)，Du800紫外/分光光度計(jì)，超高效液相色譜儀，GC6890 氣相色譜儀，GC7890 氣相色譜儀。

1.3 方法

1.3.1 鈉基膨潤土應(yīng)用于菜籽油吸附脫磷工藝的實(shí)驗(yàn)

1.3.1.1 單因素實(shí)驗(yàn)

鈉基膨潤土添加量對脫磷率及酚酸的影響：在脫磷溫度為40 ℃、脫磷時(shí)間為30 min條件下，考察添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的鈉基膨潤土對脫磷率及酚酸的影響。吸附脫磷溫度對脫磷率及酚酸的影響：在鈉基膨潤土添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、吸附脫磷時(shí)間為30 min條件下，考察30、40、50、 60 ℃溫度對脫磷率及酚酸的影響。吸附脫磷時(shí)間對脫磷率及酚酸的影響：在鈉基膨潤土添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、吸附脫磷溫度為40 ℃條件下，考察10、20、30、40、50、60 min時(shí)長對脫磷率及酚酸的影響。

1.3.1.2 正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以脫磷率、總酚保留率和canolol保留率的加權(quán)得分為考察值進(jìn)行下一步的正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，加權(quán)系數(shù)分別為0.4、0.3、0.3。

1.3.2 磷脂含量的測定

參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5537—2008《糧油檢驗(yàn) 磷脂含量的測定》。

1.3.3 多酚的提取與canolol 含量的測定

參照Khattab等[24]的方法并稍作修改。準(zhǔn)確稱取1.25 g油樣于塑料離心管中，加入1.5 mL正己烷和1.5 mL 80%甲醇溶液，在漩渦混合儀中混合5 min，再在5 000 r/min條件下離心10 min，將上層油樣轉(zhuǎn)移至另一個(gè)塑料離心管，在相同的條件下重復(fù)提取3次，將3次的提取液合并在一起混勻。將提取液過0.22 μm濾膜，濾液用于超高效液相色譜分析。分析條件為：色譜柱為Acquity BEH Shield RP18柱(100 mm×2.1 mm×1.7 μm)，以甲醇為流動相A，2%乙酸溶液為流動相B，流速為0.21 mL/min，柱溫30 ℃，進(jìn)樣量3 μL，進(jìn)行梯度洗脫。洗脫程序?yàn)椋?～7.4 min, 95%～75% B; 7.4～0.07 min, 75%～71% B; 10.07～16.73 min, 71%～64% B; 16.73～23.4 min, 64%～55% B; 23.4～25.4 min, 55%～35% B; 25.4～27.4 min, 35%～95% B; 27.4～30.4 min, 95% B; 30.4～35 min, 95% B。檢測波長為280 nm，采用canolol外標(biāo)法。標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：根據(jù)樣品中canolol 的含量范圍，配制canolol 標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度為5、10、50、250、500 μg/mL，用液相條件測定其色譜峰面積，用濃度與其對應(yīng)的峰面積作圖，得到canolol 的標(biāo)準(zhǔn)曲線為：

Y=50 404X+288 373(R2=0.998)

式中：Y為峰面積；X為質(zhì)量濃度。

1.3.4 總酚的測定

采用Folin-Ciocalteau法[25]。取0.5 mL菜籽多酚提取液加入到10 mL比色管中，然后加入5 mL蒸餾水、0.5 mL福林酚試劑，混合均勻，放置3 min，再加入1 mL澄清的飽和碳酸鈉溶液并用蒸餾水定容至10 mL，混勻后于室溫下靜置60 min，在765 nm處測定樣品的吸光度，結(jié)果用芥子酸當(dāng)量表示為mg/kg樣品。

1.3.5 脂肪酸組成的測定

采用EN14103的方法。滴管取3滴待測油樣于10 mL離心管中，加入4 mL正己烷和800 μL 0.5 mol/L甲醇鈉溶液，旋渦混合5 min，在5 000 r/min條件下離心10 min，取上清液待測。氣相色譜分析條件：色譜柱為HP-INNOWAX毛細(xì)管柱(30.0 m×0.32 mm×0.25 μm)，進(jìn)樣器溫度為250 ℃，柱溫為210 ℃，保持9 min，然后以20 ℃/min升溫到250 ℃，保留10 min，載氣為氮?dú)猓魉贋?.5 mL/min，分流比為80∶1，分流流量為120 mL/min。

1.3.6 生育酚含量的測定

采用AOCS Official Method Ce 8-89的方法。稱取約2 g待測油樣于25 mL的棕色容量瓶中，用正己烷定容至刻度，充分搖勻，過0.22 μm濾膜，濾液用于高效液相色譜分析。液相色譜分析條件：流動相為正己烷∶異丙醇=99∶5∶0.5，進(jìn)樣量20 μL，流速為1.0 mL/min。

1.3.7 甾醇含量的測定

甾醇提取方法參考Azadmard-Damirchi等[26]的方法。準(zhǔn)確稱取0.03 g油樣于玻璃管中，加入3 mL 2 mol/L KOH-95%乙醇溶液、150 μL 5α-膽甾醇內(nèi)標(biāo)溶液，旋渦混合30 s，然后在60℃水浴搖床(160 r/min)中皂化20 min，冷卻，加蒸餾水2 mL、正己烷1.5 mL，旋渦5 min后在5 000 r/min條件下離心10 min，取上層清液。重復(fù)提取3次，合并3次上清液進(jìn)行氣相色譜分析，分析條件參考楊春英等[27]的方法并稍作修改。色譜柱為DB-5HT毛細(xì)管柱(30.0 m×320 mm×0.10 μm)，進(jìn)樣器溫度為260 ℃，柱溫為60 ℃，保持1 min，然后以40 ℃/min升溫到310 ℃，保留6 min，載氣為氦氣，流速為2 mL/min，分流比為25∶1，分流流量為37.5 mL/min。

1.3.8 數(shù)據(jù)分析和處理

采用Origin 8.0軟件畫圖，采用SPSS 18.0軟件分析處理數(shù)據(jù)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次并取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈉基膨潤土不同脫磷條件對菜籽油脫磷率及總酚和canolol的影響

2.1.1 鈉基膨潤土添加量對菜籽油脫磷率及總酚和canolol的影響

由圖1a可知，隨著鈉基膨潤土添加量的增加，脫磷率逐漸升高，當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，脫磷率為79.2%。而當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1.0%后，脫磷率幾乎不再明顯變化，這可能是因?yàn)榇藯l件下體系中吸附已達(dá)到飽和。由圖1b可知，隨著鈉基膨潤土添加量的增加，菜籽油中的總酚和canolol保留率均逐漸降低，但總的來說，總酚保留率均在85%以上，canolol保留率均在90%以上。

圖1 鈉基膨潤土添加量對菜籽油脫磷率及總酚和canolol保留率的影響

2.1.2 吸附溫度對菜籽油脫磷率及總酚和canolol的影響

由圖2a可知，隨著吸附溫度的升高，脫磷率先升高后降低，當(dāng)吸附溫度為40 ℃時(shí)，脫磷率為75.9%，繼續(xù)升高溫度脫磷率反而下降。由圖2b可知，不同吸附溫度下菜籽油中總酚和canolol含量均有所減少，隨著吸附溫度的升高，保留率先升高后降低，但總的來說，總酚保留率均在80%以上，canolol保留率均在90%以上。

圖2 吸附溫度對菜籽油脫磷率及總酚和canolol保留率的影響

2.1.3 吸附時(shí)間對菜籽油脫磷率及總酚和canolol的影響

由圖3a可知，隨著吸附時(shí)間的增加，脫磷率先升高后降低，當(dāng)吸附時(shí)間為30 min時(shí)，脫磷率為75.1%。進(jìn)一步延長時(shí)間可能會導(dǎo)致反應(yīng)體系中的解析作用大于吸附作用[28]，而使得脫磷率下降。由圖3b可知，不同吸附時(shí)間下總酚和canolol含量均有所減少，但總酚和canolol的保留率均在95%以上。

圖3 吸附時(shí)間對菜籽油脫磷率及總酚和canolol保留率的影響

2.1.4 基于酚酸高保留率的脫磷正交實(shí)驗(yàn)

以脫磷率、總酚保留率和canolol保留率為考察值，基于酚酸高保留率的脫磷正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表1所示。吸附溫度、鈉基膨潤土添加量和吸附時(shí)間這3個(gè)工藝參數(shù)中，對總酚保留率和canolol保留率的影響大小順序均為鈉基膨潤土添加量>吸附時(shí)間>吸附溫度，對脫磷率的影響大小順序?yàn)槲綔囟?吸附劑添加量>吸附時(shí)間。以脫磷率(0.4)、總酚保留率(0.3)和canolol保留率(0.3)的綜合加權(quán)得分為考察值，得出鈉基膨潤土的最優(yōu)脫磷條件參數(shù)為：溫度40 ℃、添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.75%、時(shí)間30 min，在此條件下，綜合加權(quán)得分為90.1分，脫磷率為82.5%，總酚和canolol保留率分別為97.2%和93.2%。鈉基膨潤土此脫磷率遠(yuǎn)高于劉翔等[29]報(bào)道的吸附脫磷劑對菜籽油的吸附脫磷率46.6%、鄭學(xué)斌等[30]報(bào)道的稻殼灰二氧化硅對菜籽油的吸附脫磷率57.8%以及王未君等[31]報(bào)道的蔗糖脂肪酸三酯對菜籽油的吸附脫磷率37.2%。然而，此脫磷率低于Sabah等[32]報(bào)道的活性海泡石對菜籽油的吸附脫磷率96.3%，但其處理溫度高達(dá)100 ℃，能耗太高且不利于保證油的品質(zhì)；此脫磷率與Yao等[33]報(bào)道的二氧化硅對菜籽油的脫磷率85%基本相當(dāng)，總酚保留率也比之(96%)略高，且二氧化硅過高的價(jià)格必然會阻礙其推廣應(yīng)用。因此，鈉基膨潤土用于菜籽油吸附脫磷是具有一定的優(yōu)勢的。

表1 基于酚酸高保留率的脫磷正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2 鈉基膨潤土吸附脫磷對菜籽油品質(zhì)的影響

2.2.1 鈉基膨潤土吸附脫磷對菜籽油脂肪酸組成的影響

菜籽油中脂肪酸組成及含量是其品質(zhì)的重要影響因素，直接決定了其營養(yǎng)水平和保健功能[34]。由表2可知，菜籽油脂肪酸主要包括棕櫚酸C16∶0(3.87%)、硬脂酸 C18∶0(1.73)、油酸C18∶1(65.03%)、亞油酸C18∶2(18.32%)、亞麻酸C18∶3(7.96 %)，花生烯酸C20∶1(2.27%)和芥酸C22∶1(0.82%)。鈉基膨潤土吸附脫磷后，菜籽油中的脂肪酸種類和百分含量沒有發(fā)生明顯變化，飽和脂肪酸含量總和與不飽和脂肪酸含量總和均沒有發(fā)生明顯變化，因此，鈉基膨潤土吸附脫磷對菜籽油的脂肪酸組成無顯著影響。

表2 鈉基膨潤土吸附脫磷對菜籽油脂肪酸組成的影響

2.2.2 鈉基膨潤土吸附脫磷對菜籽油中生育酚含量的影響

生育酚是菜籽油中的一種天然抗氧化劑，它可以改變自由基鏈的自氧化過程，進(jìn)而起到抑制油中脂質(zhì)氧化的作用[35]。由表3可知，菜籽油中主要含有α-生育酚和γ-生育酚這兩種生育酚，且油中α-生育酚的含量較γ-生育酚低，這與Schwartz等[36]的研究結(jié)果一致。鈉基膨潤土吸附脫磷之后，α-生育酚、γ-生育酚和總生育酚的含量均有所降低，但總的來說損失很小，保留率分別為97.9%、98.4%和98.2%。這表明鈉基膨潤土吸附精煉在脫磷的同時(shí)，也可以很好地保留住菜籽油中的生育酚。

表3 鈉基膨潤土吸附脫磷對菜籽油中生育酚含量的影響

2.2.3 鈉基膨潤土吸附脫磷對菜籽油中植物甾醇含量的影響

植物甾醇是菜籽油中一種重要的天然微量活性成分，它具有降低膽固醇和抗腫瘤等生理功能以及較好的抗氧化作用[23]。由表4可知，菜籽油中檢測到了三種植物甾醇，從高到低分別為β-谷甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇。鈉基膨潤土吸附脫磷之后，菜籽甾醇、菜油甾醇和β-谷甾醇的含量均有所降低，但總的來說損失不大，保留率分別為91.3%、93.7%和95.4%，總植物甾醇含量的保留率為94.2%。這表明鈉基膨潤土吸附精煉在脫磷的同時(shí)，也可以很好地保留住菜籽油中的植物甾醇。

表4 鈉基膨潤土吸附脫磷對菜籽油中植物甾醇含量的影響

3 結(jié)論

通過正交實(shí)驗(yàn)，得出鈉基膨潤土對富含酚酸菜籽油的最優(yōu)脫磷條件參數(shù)為：吸附溫度40 ℃、鈉基膨潤土添加量0.75%、吸附時(shí)間30 min，在此條件下，脫磷率為82.5%，菜籽油中總酚和canolol保留率分別為97.2%和93.2%。與此同時(shí)，鈉基膨潤土吸附脫磷對菜籽油的脂肪酸組成無顯著影響，并能很好地保留住菜籽油中的生育酚和植物甾醇，總生育酚和總植物甾醇含量的保留率分別為98.2%和94.2%。