高谷维素米糠油二次碱炼脱酸工艺的优化

屈岩峰，韩茜宇，李淑珍

1. 大理大学公共卫生学院（大理 671003）；2. 黑龙江国际旅行卫生保健中心（哈尔滨 150090）；3. 沈阳医学院基础医学院（沈阳 110034）

米糠油具有很高的营养价值，在欧、美、日、韩等发达国家，人们将它作为与橄榄油齐名的健康型油脂，深受心脑血管、高血脂等疾患人群的青睐，并早已成为许多西方家庭必选的日常食用油[1-2]。米糠油的脂肪酸组成、甾醇、维生素E等有利于人体吸收，特别是其毛油中谷维素含量高达1.5%～2.9%[3-4]。谷维素有改善神经失调症状、降血脂、防止脂质氧化等多种生理功能[5-6]。但在精炼时，特别是传统脱酸工艺会造成较多的谷维素流失，使米糠油营养价值下降[7]。为减少精炼对米糠油营养成分的影响，新型脱酸工艺不断出现，武家琪等[8]利用碱炼脱酸、蒸馏脱酸两段脱酸，在最佳工艺参数下操作，产品中谷维素含量高达2.05%。但过高的蒸馏脱酸温度，对油脂脂肪酸会带来影响，高温导致反式脂肪酸含量升高[9]。此外，超声辅助法脱酸、酯化法脱酸等也有较多报道[10-11]。多数企业目前普遍常采用碱炼脱酸工艺，其有着多年的工艺传统，为了提高精炼效果，刘玉兰等[12]对米糠油二次碱炼脱酸进行了研究，产品得率高，谷维素损失率平均降低5.87%，但其并未以酸值及谷维素为主要考察指标，且操作条件未进行优化。

此次试验分别对米糠油二次碱炼脱酸工艺的单因素进行研究，并以酸值及谷维素保留率为主要指标，进行正交优化，期待得到最佳的二次碱炼脱酸工艺条件，生产出低酸值、高谷维素的米糠油产品，为企业的生产实践提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

米糠毛油，酸值12.5 mg KOH/g，谷维素质量分数1.71%，黑龙江北大荒米业有限公司；谷维素标准品，纯度≥98.0%，上海惠诚生物科技有限公司。氢氧化钾、正庚烷、乙醚、异丙醇等均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

HWS-26电热恒温水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司；TG-16W高速离心机，山东博科科学仪器有限公司；DHG-9240A鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；UV-1800紫外可见分光光度计，上海谱元仪器有限公司；FA2004N分析天平，渡扬精密仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 一次碱炼脱酸试验

称取50 g米糠毛油于烧杯中，置于水浴锅中加热至一定温度，在50 r/min条件下搅拌，加入一定质量分数的碱液反应一段时间，进行第一次碱炼脱酸，反应结束后离心除去皂脚，所得上层清油检测其酸值和谷维素含量。

1.3.2 二次碱炼脱酸试验

将经过一次碱炼的米糠上层清油置于烧杯中，在水浴锅中加热至一定温度，在50 r/min条件下搅拌，加入一定质量分数的碱液反应一段时间，进行第二次碱炼脱酸，反应结束后离心除去皂脚，再真空脱水。二次碱炼后检测米糠油的酸值和谷维素的质量分数[12]。

1.3.3 米糠油酸值的测定

参照GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》测定。

1.3.4 米糠油谷维素保留率的计算

米糠油中谷维素参照LST 6121.1—2017《粮油检验植物油中谷维素含量的测定分光光度法》测定[13]。米糠油中谷维素保留率按式（1）计算。

式中：M1为脱酸油中谷维素的质量分数，mg/kg；M2为毛油中谷维素的质量分数，mg/kg。

1.3.5 米糠油脱色率的测定[14]

米糠油脱色率按式（2）计算。

式中：A0为毛油吸光度；A1为脱酸油吸光度。

1.3.6 单因素试验

按照1.3.1的方法，固定其他条件，分别考察一次碱炼碱液质量分数（3%，4%，5%，6%，7%，8%，9%和10%）、一次碱炼脱酸温度（35，40，45，50，55，60，65和70 ℃）、一次碱炼脱酸时间（10，20，30，40，50和60 min）对谷维素保留率和酸值的影响。

按照1.3.2的方法，固定其他条件，分别考察二次碱炼碱液质量分数（6%，8%，10%，12%，14%，16%，18%和20%）、二次碱炼脱酸温度（35，40，45，50，55，60，65和70 ℃）、二次碱炼脱酸时间（10，20，30，40，50和60 min）对谷维素保留率和酸值的影响。

1.3.7 二次碱炼脱酸正交优化

根据单因素试验结果，按照表1所示因素水平进行正交试验。利用极差法分别以酸值和谷维素保留率为指标，分析各自最佳水平组合及因素主次关系。综合2个指标结果，确定最佳工艺参数。

表1 正交试验因素水平表

1.4 数据处理

采用Origin进行图形绘制及数据分析，每组3个平行样品，结果以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 一次碱炼脱酸单因素试验

2.1.1 一次碱炼碱液质量分数的确定

由图1可知，在一次碱炼中，酸值随着碱液质量分数的增加而下降，谷维素保留率也随之降低。当碱液质量分数超过6%时，酸值下降幅度趋缓，但谷维素保留率下降较大，这主要是由于当碱液质量分数过高时，脱酸生成的皂脚量随之增大，大量皂脚提高了其对谷维素的吸附能力，使清油中谷维素的保留率大幅降低。

图1 一次碱炼的碱液质量分数对酸值和谷维素保留率的影响

2.1.2 一次碱炼脱酸温度的确定

从图2可以看出，随着一次碱炼温度的提高，谷维素保留率变化并不明显，整体略有上升，这与温度提高后，谷维素在油中溶解度增大有关[15]。酸值呈现出先降低再升高的趋势，可见适当地提高反应体系温度，可以较好地提高碱炼脱酸的反应效率，降低酸值，但温度过高，不利于游离脂肪酸的脱除。在45 ℃和50 ℃的条件下，酸值均低于5 mg KOH/g，50 ℃时相对更低，但由表2可知，随着反应温度的升高，脱色率逐渐降低，当温度高于45 ℃时，脱色率降低较大。综合考虑脱色脱酸效果，一次碱炼温度选择45 ℃较为合适。

图2 一次碱炼的脱酸温度对酸值和谷维素保留率的影响

表2 一次碱炼的脱酸温度对脱色率的影响

2.1.3 一次碱炼脱酸时间的确定

从图3可以看出，随着脱酸时间的延长，产品的酸值先降低再升高，谷维素保留率逐渐下降。当脱酸时间超过40 min后，酸值开始升高，其原因可能是反应时间过长，部分中性油被水解、皂化，脱酸效果反而受到影响。40 min后，谷维素保留率下降的幅度也有所提高，这应该与皂脚的大量产生，提高了其吸附谷维素的性能有关。

图3 一次碱炼的脱酸时间对酸值和谷维素保留率的影响

2.2 二次碱炼单因素试验

2.2.1 二次碱炼碱液质量分数的确定

由图4可知，随着二道碱炼中碱液质量分数的增加，产品的酸值降低，谷维素保留率也降低。当碱液质量分数超过12%时，谷维素保留率降低的幅度更大，和一次碱炼相同，这与皂脚量的增加有关，大量的皂脚导致其对谷维素的吸附能力增强，由于一次碱炼已经脱除了较多皂脚，二次碱炼时，碱液质量分数超过12%，谷维素保留率才表现出明显降低趋势。

图4 二次碱炼的碱液质量分数对酸值和谷维素保留率的影响

2.2.2 二次碱炼脱酸温度的确定

从图5可以看出，随着温度的提高，谷维素保留率逐渐提高，但提高幅度不大。酸值呈现先降低再升高的趋势，在50 ℃和55 ℃时，酸值均降低至0.825 mg KOH/g。由表3可知，碱炼温度对油脂色泽的影响较大，温度越高，脱色率越低，为了减轻后续脱色工段的负担，二次碱炼温度选择50 ℃为宜。

表3 二次碱炼的脱酸温度对脱色率的影响

图5 二次碱炼的脱酸温度对酸值和谷维素保留率的影响

2.2.3 二次碱炼脱酸时间的确定

从图6可以看出，前20 min谷维素保留率逐渐下降，50 min后下降幅度更大。随着时间的延长，酸值呈先下降后升高的趋势，30 min时达到最低点，其后酸值的升高可能是由于中性油被水解和皂化的概率增加导致的[16]。

图6 二次碱炼的脱酸时间对酸值和谷维素保留率的影响

2.3 二次碱炼脱酸正交试验

分别以脱酸后油脂酸值和谷维素保留率为指标进行正交试验，结果如表4和表5所示。结果显示，以酸值为指标时，二次碱炼脱酸最佳组合为A2B2C2，即碱液浓度为12%，碱炼脱酸温度为50 ℃，碱炼脱酸时间为30 min。其中，对酸值影响最大的因素是碱炼脱酸温度，其次是碱液浓度，影响最小的因素是碱炼脱酸时间；以谷维素保留率为指标时，二次碱炼脱酸最佳组合为A2B3C2，即碱液浓度为12%，碱炼脱酸温度为55 ℃，碱炼脱酸时间为30 min。其中，碱液质量分数对谷维素保留率影响最大，其次为碱炼脱酸时间，碱炼脱酸温度影响最小。

表4 以酸值为指标的正交试验结果

表5 以谷维素保留率为指标的正交试验结果

两组正交试验结果中，碱液浓度、碱炼脱酸时间均一致，而在碱炼脱酸温度上略有不同。结合单因素试验，条件为50 ℃和55 ℃的脱酸，在酸值上和谷维素保留率上差别均很小，但55 ℃脱酸，油脂的脱色率较低，色泽较深，这样将对后续米糠油精炼中的脱色工艺带来较大压力，所以，综合几个因素考虑，碱炼脱酸温度定为50 ℃较为适宜。综上，最终确定的二次碱炼脱酸的最优条件为碱液质量分数12%、碱炼脱酸温度50 ℃、碱炼脱酸时间30 min。

2.4 验证试验

按照2.3所得最优反应条件进行3次米糠油碱炼脱酸试验，并对脱酸油进行相应的指标测定，结果见表6。由最佳工艺条件所生产的米糠油酸值为0.79±0.02 mg KOH/g，谷维素保留率为89.8%±0.3%，脱色率为43.4%±0.3%，色泽略浅，从而证实所得工艺参数最优。

表6 验证试验结果

3 结论

通过对米糠油进行二次碱炼脱酸，得到了品质较好的米糠油脂产品。分别以油脂酸值和谷维素保留率为指标，利用单因素试验得到米糠油一次碱炼脱酸的最佳工艺参数，并通过三因素三水平的正交试验确定米糠油二次碱炼的最佳工艺条件：碱液质量分数12%，碱炼脱酸温度50 ℃，碱炼脱酸时间30 min。在此工艺条件下生产的米糠油具有酸值低、谷维素含量高、色泽浅等优点。