冷榨胡萝卜籽油酸法脱胶工艺优化

朱涵彬，李 靓，郝修振，林志立

(河南牧业经济学院食品与生物工程学院，河南 郑州 450046)

0 引言

胡萝卜，又名甘荀，为一年或两年生的草本植物[1]。原产于亚洲西南地区，适宜在砂质土层中生长，在世界各地均有种植，我国对于胡萝卜的种植历史长达千年，且种植面积大，覆盖广。目前，胡萝卜籽在我国除了做种子和药材以外大部分没有得到充分利用。对它的研究开发主要集中在医疗和香辛料的研究领域，以实验室小试为主，对其综合开发和产业化的研究报道甚少。

胡萝卜籽中含有黄酮，黄酮具有消除炎症和预防肿瘤的作用，对治疗动脉粥样硬化和心绞痛等疾病也非常有效[2]。除此之外，胡萝卜籽中可分离出抗氧化肽，这种物质可对人体内的自由基进行清除，并可防止脂类物质的过度氧化，同时又起到为人体内提供额外营养物质的作用[3]。胡萝卜籽油中不饱和脂肪酸含量丰富，且具有多种生理活性成分，可作为一种新的食用油脂加以推广[4-7]。作为一种具有良好保健功能和食用价值的油脂，胡萝卜籽油的开发研究对于提高胡萝卜籽的利用率、拓宽我国食用油资源，满足市场需求，减少我国对油料的进口都有重要意义。

本文以冷榨胡萝卜籽油为原料，优化其酸法脱胶工艺，可为冷榨胡萝卜籽油脱胶工艺提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冷榨胡萝卜籽油，购于江西金源有限公司；丙酮，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；柠檬酸，分析纯，天津市光复科技发展有限公司；磷酸，分析纯，太仓沪试剂有限公司。

DHG-9140型电热鼓风干燥箱(上海三发科学仪器有限公司)；HH-6型数显恒温水浴锅(方科仪器有限公司)；SHB-III型循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)；TDZA-WS型离心机(上海卢湘仪离心机仪器有限公司)；FA2104型分析天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 胡萝卜籽油的酸法脱胶方法

参考孙辰茹[8]磷酸脱胶过程的操作，准确称取50 g胡萝卜籽毛油置于250 mL锥形瓶中，置于水浴锅中加热，待加热至脱胶温度时，加入酸，并不断搅拌，反应一段时间后，再加入与油温相当的适量蒸馏水，继续搅拌一段时间后，静置30 min，再用离心机3 000 r/min分离5 min，上层即为脱胶后的冷榨胡萝卜籽油。

1.2.2 单因素试验方法

对冷榨胡萝卜籽毛油的酸法脱胶工艺进行优化研究。以酸的种类及添加量、水的添加量、脱胶时间和脱胶温度为试验因素，以脱胶率为试验因素选取的依据，对单一因素的不同水平进行单因素试验，计算冷榨胡萝卜籽毛油的酸法脱胶率，做3次平行试验，取平均值。

(1)酸的种类及添加量对脱胶率的影响。设置水的添加量为毛油的3%、反应时间20 min、脱胶温度60 ℃，分别考虑柠檬酸和磷酸这两种酸的选择以及它们的不同添加量对毛油脱胶率的影响，分别将毛油质量0.10%、0.15%、0.20%、0.25%和0.30%的酸加入毛油中进行脱胶反应。

(2)水的添加量对脱胶率的影响。设置酸的添加量0.2%、脱胶温度60 ℃、脱胶时间20 min，分别将毛油质量1.0%、2.0%、3.0%、4.0%和5.0%的水加入毛油中进行脱胶反应。

(3)温度对脱胶率的影响。设置酸和水在油中的添加量分别为0.2%和3.0%、脱胶时间20 min，分别用40、50、60、70和80 ℃的温度进行脱胶反应。

(4)时间对脱胶率的影响。设置酸和水在毛油中的添加量分别为0.2%和3.0%、脱胶温度60 ℃，将脱胶过程中的反应时间分别设为10、20、30、40和50 min进行脱胶反应。

1.2.3 响应面试验方法

在单因素试验的基础上，根据Box-Benhnken中心组合试验设计原理，选取酸的添加量A、水的添加量B、脱胶时间C及脱胶温度D这4个影响因素为试验因素。各个因素以不同的试验水平分别以-1、0、1进行编码，以脱胶率Y为响应值，采用响应面法设计4因素3水平试验，对冷榨胡萝卜籽毛油的酸法脱胶工艺条件进行优化。

1.2.4 数据处理

(1)冷榨胡萝卜籽油脱胶率的测定。

(1)

式中Y——胡萝卜籽油的脱胶率，%

m0——胡萝卜籽毛油中磷脂的含量，g

m1——脱胶后的胡萝卜籽油中磷脂的含量，g

(2)脱胶油中磷脂含量的测定。

磷脂含量测定按GB/T 5537—2008《粮油检验磷脂含量的测定》方法进行。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 酸的种类及其添加量

由图1可知，分别加入柠檬酸和磷酸脱胶，当酸的添加量小于毛油质量的0.25%时，随着酸的不断加入，毛油的脱胶效果均得到提高，原因可能是增大了酸的用量，从而增大了酸与非水化磷脂的接触面积，转化率随之提高。当酸在油中的占比为0.25%时，加入柠檬酸的脱胶率为64.15%，加入磷酸的脱胶率为61.08%，且均达到最大值。继续增加酸的量，毛油的脱胶率并没有提高，反而都下降了，原因可能是继续增加酸破坏了凝聚的胶体。故而选择加入毛油质量0.25%的酸，进行脱胶。

图1 酸的种类及其添加量对脱胶率的影响

由图1还可以看出，加入柠檬酸和磷酸脱胶时，两者的脱胶率相似，但总体来说加入磷酸的脱胶率稍低于加入柠檬酸的脱胶率，另外，采用磷酸脱胶会使脱胶油的色泽受到影响，且由此得到的磷脂可能会出现变性，使油脂丧失部分营养特性[9]。因此，选择用柠檬酸进行脱胶。

2.1.2 水的添加量

由图2可知，当加入小于毛油质量3%的水时，毛油的脱胶率随着水在油中比例的增加而提高，说明水的加入量不足时，水与油脂不能充分接触，此时胶粒与油脂分散开来有一定难度，随着加水比例的不断增大，毛油中的磷脂逐渐得到了充分的水化，所以毛油的脱胶率逐渐提高。当水的加入量达到毛油质量的3%时，毛油的脱胶率达到最高为66.97%，继续增大加水量，毛油的脱胶率反而下降，图2中加水量为毛油质量的5%时，脱胶率降至42.51%。原因可能是水的加入量过大，游离的水会造成油脂的乳化，使得毛油的脱胶率降低[10]。因此，选择加入毛油质量3%的水，进行脱胶。

图2 水的添加量对脱胶率的影响

2.1.3 脱胶温度

从图3中可以看出，不同温度对毛油脱胶率的影响差异不明显，这与JIANG Xiaofei等[11]对菜籽毛油脱胶工艺的研究结果相似。当脱胶温度为60 ℃时，毛油的脱胶率高于其他温度下的脱胶率，此时的脱胶率最高为61.97%。在试验过程中，脱胶温度较低时柠檬酸不容易在油脂中溶解，增加了其与磷脂的反应难度，而胶粒形成的过程是可逆的，如果脱胶温度过高，可能会导致已经形成的胶体再次分散，从而导致脱胶率降低。虽然在试验中脱胶温度的影响不大，但经综合考虑，最终选择60 ℃为反应温度。

图3 温度对脱胶率的影响

2.1.4 脱胶时间

从图4中可以看出，当脱胶时间为10 min时，毛油的脱胶率为42.25%，脱胶效果不明显。脱胶时间在10～30 min时，随着脱胶时间的不断增加，脱胶率呈上升趋势，当脱胶时间为30 min时，毛油的脱胶率最高，达到67.22%，这与沈淇元等[12]对牡丹籽油的精炼研究中的结果相似。说明磷脂需要一段时间才能达到水化的目的，凝聚为胶体，这时磷脂与柠檬酸的结合会达到一个较好的临界状态[13]。当脱胶时间>30 min时，由于油脂与酸和水的作用时间过长，打破了反应的最佳状态，可能会出现逆反应，使已经凝聚成胶体的磷脂重新分散开来，毛油脱胶率也会因此降低[14]。所以，选择30 min作为脱胶时间最好。

图4 时间对脱胶率的影响

2.2 脱胶工艺优化试验结果

2.2.1 响应面优化试验结果分析

运用Design-Expert 8.0.6软件进行回归方程分析，响应面因素水平如表1所示，响应面试验设计及结果如表2所示，其方差分析结果如表3所示。

表1 响应面因素水平

表2 响应面试验设计及结果

表3 回归方程方差分析结果

使用Design-Expert 8.0.6软件对试验进行分析，得出以冷榨胡萝卜籽油脱胶率(Y)为响应值的回归方程，如式(2)所示。

脱胶率(Y)=70.61+1.47A+2.38B-0.50C-0.58D-0.33AB-1.51AC-0.30AD-0.75BC+0.53BD-0.28CD-3.69A2-9.05B2-3.94C2-3.24D2

式(2)

由表3还可以得出，一次项B，二次项A2、B2、C2、D2，P值<0.000 1，极显著；一次项A，P值<0.01，高度显著。通过响应面分析得出4个试验因素对冷榨胡萝卜籽毛油脱胶效果的影响大小顺序为B>A>D>C。

2.2.2 响应面各因素交互作用分析

通过Design-Expert 8.0.6软件，得到酸的添加量(A)、水的添加量(B)、脱胶时间(C)及脱胶温度(D)这4个试验因素之间两两相互作用，对冷榨胡萝卜籽油酸法脱胶率的影响情况，如图5～10所示。

由图5～10可以得出，当其他因素取零水平时，冷榨胡萝卜籽油的脱胶率随着各因素的变化均呈现出先升高后降低的趋势，这与单因素试验结果一致。各因素间两两相互作用对毛油脱胶率有一定的影响，结合表3中P值的结果和响应面图中坡面陡峭程度得出各因素间两两相互作用对毛油脱胶率的影响顺序为AC>BC>BD>AB>AD>CD，即水的添加量与脱胶时间的交互作用较明显，对毛油脱胶率的影响较大，而脱胶温度与脱胶时间的交互作用，图10中显示的坡度最平缓，所以对冷榨胡萝卜籽油的脱胶率影响最小。

图5 水和酸添加量的交互作用对脱胶率的影响

图6 酸的添加量和时间的交互作用对脱胶率的影响

图7 酸的添加量和温度的交互作用对脱胶率的影响

图8 水的添加量和时间的交互作用对脱胶率的影响

图9 水的添加量和温度的交互作用对脱胶率的影响

图10 温度和时间的交互作用对脱胶率的影响

2.2.3 最优条件的确定及验证

通过响应面分析得出最佳的脱胶工艺条件：柠檬酸的添加量为毛油质量的0.25%，水的加入量为毛油质量的3%，脱胶温度为59 ℃，脱胶时间为29 min，此时毛油的脱胶率预测值为70.98%。在此条件下，对预测值进行验证，经过3次平行试验，证明应用上述最佳脱胶工艺条件，实际冷榨胡萝卜籽油酸法脱胶率平均达到70.20%，与软件模型预测值相近，表明此工艺较为可靠，有一定的参考价值。

3 结论

采用酸法脱胶工艺对冷榨胡萝卜籽毛油进行脱胶试验，通过单因素试验，选取柠檬酸作为脱胶用酸，经单因素和响应面优化试验得出，影响酸法脱胶率的顺序为水的添加量>酸的添加量>脱胶温度>脱胶时间。当柠檬酸的添加量为毛油质量的0.25%、水的添加量为毛油质量的3%、脱胶温度为59 ℃、脱胶时间为29 min时，毛油的脱胶率最高，此时冷榨胡萝卜籽毛油的脱胶率为70.20%。

胡萝卜籽油中主要是不饱和脂肪酸，具有很高的营养价值，可作为一种新的食用油脂，具有广阔的发展前景，必将带来可观的经济效益和社会效益。