反胶束萃取大豆油脂及其与浸出法的比较研究

杨颖莹 布冠好 陈复生 廖志雄 高艳秀 李润洁

(河南工业大学粮油食品学院1，郑州 450001)

(河南科技学院新科学院2，新乡 453003)

反胶束是指分散于连续有机溶剂介质中的、包含有水分子内核的表面活性剂的聚集体。当表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中时，它的浓度超过临界胶束浓度后，将形成极性头向里、非极性尾向外的、与正常胶束相反的纳米尺度结构［1－3］。利用反胶束技术可以同时萃取蛋白质和油脂，使资源得到了合理利用，并且产品大豆蛋白和油脂中残留的表面活性剂较易分离［4］。

目前工业化生产大豆油的主要方法是压榨法和浸出法，但2种方法都存在一定的缺陷［5－6］，压榨法的缺陷是压榨后的饼残油量高，出油效率低，动力消耗大，零件易损耗，不适用于低脂油料，浸出法的缺陷是浸出一次性投资较大，浸出溶剂一般为易燃、易爆和有毒物质，生产安全性差，而且蒸气对人体中枢神经系统有毒害作用，沸点范围较宽，溶剂回收相对较外难，浸出制得的毛油含有非脂成分数量较多，色泽深，质量较差［7］。而反胶束萃取技术克服了上述的一些缺点，反胶束萃取得到的毛油，酸价及过氧化值比压榨法和浸出法要低的多，构成较好的脂肪酸成分几乎不变，油脂品质较好［8］。

本试验研究了超声波辅助萃取2种不同的反胶束体系萃取大豆油脂，对比出了反胶束法相对于传统浸出法的优势，说明了此法的可行性。研究了时间、温度、功率、加料量对前萃取率的影响，并将2种反胶束体系后萃得到的油脂与传统浸出法得到的油脂进行比较，通过测定其理化指标等考察所得油脂品质的差异。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

全脂大豆粉:安阳漫天雪食品制造有限公司;丁二酸二异辛酯磺酸钠(AOT):上海海曲化工厂;吐温85(Tween－85):上海丽臣商贸有限公司;异辛烷、甲醇、卡尔费休试剂、氯化钾、氢氧化钾、碘化钾、正己烷、甲醇、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾、氯仿、三氯甲烷、亚甲基蓝、硫代硫酸钠、冰乙酸、碘化钾、碘等(以上均为分析纯);所用水为去离子水。

1.2 仪器和设备

THZ－82B型气浴恒温振荡器、85－2控温磁力搅拌器:江苏省金坛市医疗仪器厂;ZSD－2J型自动水分滴定仪:上海安亭科学仪器厂;PH211型pH计:HANNA公司;超声波清洗器:昆山市超声仪器有限公司;移液枪:Eppendorf公司;气相色谱仪:安捷伦科技有限公司;WSL－2罗维朋比色计:上海易测仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 基本分析

水分测定:105℃恒重法(GB 5497—1985);粗脂肪测定:索氏抽提法(GB 5512—1985);酸价测定:GB 5530—1985;过氧化值测定:GB/T 5538—1995;碘值测定:GB/T 5532—2008;脂肪酸成分测定:GB/T 17376—1998;油脂色泽测定:GB/T 5525—85;油脂含皂量测定:GB/T 5533—85。

1.3.2 反胶束溶液的配制

分别配制2种不同的反胶束体系:按照反胶束浓度为0.08 g/mL称取表面活性剂AOT，及AOT和Tween－85，分别将其置于锥型瓶中，加入异辛烷。磁力搅拌使表面活性剂完全溶解，待溶液透明后，加入一定体积的0.1 mol/L KCl的KH2PO4－Na2HPO4缓冲溶液，摇床振荡，室温下静置12 h，溶液若透明则为反胶束，反之则不是［9］。

1.3.3 反胶束法前萃大豆油脂

称取一定量的全脂大豆粉，置于盛放反胶束溶液的锥形瓶中，在超声波清洗器中萃取，萃取的温度保持60℃，然后5 000 r/min离心10 min，得到前萃液和固体残渣，将固体残渣烘干后，通过索氏抽提法来测定残渣中油脂含量，从而得到萃入反胶束溶液的油脂。

1.3.4 从前萃液中后萃大豆油脂

将2种反胶束制得的前萃液分别加入等体积的KCl的KH2PO4－Na2HPO4缓冲溶液后，在超声波清洗器中萃取，萃取温度为50℃，时间为1 h，功率为100%，然后以5 000 r/min的转速离心10 min，取上层油相，将上层油相按1∶2.5(V∶V)的比例与 NaCl溶液混合，在30℃条件下搅拌1 h，静置分层后，取上层有机相，在90℃条件下旋转蒸发去除异辛烷，得到油脂产品［10］。其中 NaCl溶液为 0.1 mol/L的70%乙醇溶液，且pH值为4，pH通过0.1 mol/L的HCl溶液和0.1 mol/L 的 NaOH 溶液来调节［11］。

1.3.5 浸出法提取大豆油脂

将全脂大豆粉用石油醚脱脂12 h，水浴使温度保持在50～60℃，然后回收石油醚，石油醚回收完毕后，剩下的即为油脂。

1.3.6 反胶束法萃取大豆油脂表面活性剂含量的测定

向反胶束法萃取得到的大豆油脂产品中加入5 mL中性亚甲基蓝溶液和10 mL磷酸洗液，摇匀后加入15 mL三氯甲烷，振荡30 s，静置分层，若水层中蓝色褪尽，则应再加入5 mL中性亚甲基蓝溶液，再振荡，静置分层。将三氯甲烷层放入另一250 mL分液漏斗中，振荡1 min，分出氯仿层。用塞上棉绒的漏斗将氯仿层过滤至50 mL的容量瓶中，用10 mL氯仿萃取2次后，稀释至刻度，混匀，同时做空白试验［12］。以空白试验的三氯甲烷萃取液做参比，用分光光度计于波长650 nm测定试样三氯甲烷萃取液的吸光度。

1.4 数据处理

采用Excel对数据进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 原料主要成分分析

表1即为原料大豆蛋白粉的主要成分含量分析，蛋白质量分数为(42.17±0.07)%，油脂质量分数为(24.69 ±0.09)%。

表1 原料主要成分含量

2.2 2种反胶束体系前萃大豆油脂的工艺研究

2.2.1 超声时间对前萃率的影响

由图1可知，2种反胶束体系的变化趋势基本一致，随着时间的增加，萃取率逐渐增加，萃取时间达到1 h后，随着时间的延长，变化缓慢，基本趋于平缓。这表明在萃取时间达到1 h时，油脂的萃取基本达到平衡。其原因可能是随着时间的延长，原料中的油脂逐渐减少，油脂的迁移速率降低，溶解在反胶束溶液极性核里的蛋白质逐渐增多［13］，溶解在异辛烷中的油脂也逐渐增多，蛋白质和油脂的传质推动力减小，传质速率下降［14］。从图1得知，1 h后，萃取率增加趋势缓慢，从经济和节能方面及同时萃取大豆蛋白来考虑，时间1 h最为合适。

图1 时间对前萃率的影响

2.2.2 超声功率对前萃率的影响

由图2可知，随着超声功率的增强，萃取率随之增大，这主要是由于超声的空化效应和机械效应。由动力学研究可知［15－16］，在萃取过程中存在较大的界面阻力，使用超声波技术起到强化作用，超声的空化效应和机械效应均可增大界面间的湍动程度，同时空化所产生的微射流会促进油脂的扩散，降低了油脂扩散的阻力，因此可以促进油脂的浸出和传质，提高油脂的萃取率。选取最佳功率为300 W。

图2 超声功率对前萃率的影响

2.2.3 超声温度对前萃率的影响

温度对前萃率的影响如图3所示，随着温度的升高，萃取率增大，当温度达到60℃后，变化缓慢。原因是温度升高时，分子运动加快，相互作用增强，油脂的前萃率也相应的增大。温度过高，对油脂的过氧化值有影响［17－18］，故选取萃取温度为60℃较为合适。

图3 温度对前萃率的影响

2.2.4 豆粉加入量对前萃率的影响

豆粉加入量对前萃率的影响如图4所示，随着豆粉加入量的增多，前萃率逐渐下降。这是因为加入量加大，过多的油脂无法溶入有机溶剂，造成了提取率的下降。但过小的加样量，萃取油脂的量过低，没有实际意义，综合考虑，加入量取为0.04 g/mL最为合适。

2.2.5 验证试验

图4 豆粉加入量对前萃率的影响

根据以上单因素的研究，并且根据实际情况稍作调整，选取两种反胶束的最佳萃取条件为:超声时间1 h，超声功率300 W，温度60℃，豆粉加入量为0.04 g/mL，在此条件下AOT反胶束法的前萃率为81.39%，AOT－Tween85反胶束法的前萃率为84.17%。

2.3 反胶束法与浸出法制得油脂的比较

2.3.1 不同反胶束法油脂得率的比较

由表2可知，反胶束萃取油脂的得率较高，AOTTween85反胶束萃取油脂的得率稍高于AOT反胶束萃取油脂的得率。这可能是因为表面活性剂Tween85的黏度比AOT的黏度要低，造成了AOT反胶束溶液的界面阻力大于AOT－Tween85反胶束溶液，因此油脂更容易进入AOT－Tween85反胶束溶液的异辛烷中。

表2 2种反胶束法萃取油脂萃取率的比较

2.3.2 不同提取法油脂基本理化指标的比较

过氧化值是衡量油脂酸败程度，一般来说过氧化值越高其酸败就越厉害。因为油脂氧化酸败产生的一些小分子物质在体内对人体产生不良的影响，如产生自由基，所以过氧化值太高的油对身体不好。酸价是脂肪中游离脂肪酸含量的标志，在脂肪生产的条件下，酸价可作为水解程度的指标，在其保藏的条件下，则可作为酸败的指标。酸价越小，说明油脂质量越好。由表3可以看出，反胶束萃取得到的毛油，酸价及过氧化值比浸出法要低，因此反胶束法得到的油脂品质较好。3种方法得到的油脂的色泽、皂化值基本相同。但碘值有所不同，AOT－吐温反胶束法要略微低于另两种方法得到的毛油。反胶束法萃取的油脂产品中残留的表面活性剂较易分离［4］，浸出法得到的油脂残留的溶剂对油脂的品质造成一定的影响［19］。

表3 不同方法对油脂基本性质的影响

2.3.3 不同提取法油脂脂肪酸成分的比较

浸出法、AOT反胶束法、AOT－Tween85反胶束法提取的大豆油脂的气相色谱图如图5至图7所示。

图5 浸出法提取的大豆油脂的气相色谱图

图6 AOT反胶束法提取的大豆油脂的气相色谱图

图7 AOT－Tween85反胶束法提取的大豆油脂的气相色谱图

表4是通过气相色谱图得到的脂肪酸成分和组成，从表4可以看出浸出法、AOT反胶束法、AOTTween85反胶束法3种方法提取的大豆油脂脂肪酸组成和含量基本相同，AOT－Tween85反胶束法萃取的油脂多不饱和脂肪酸成分偏高，而单不饱和脂肪酸成分偏低。总体来说，3种方法提取的油脂的脂肪酸构成较好，含有丰富的亚油酸，亚油酸是人体必需的脂肪酸，具有重要的生理功能，有显著的降低血清胆固醇含量，预防心血管疾病的功效［20］。

表4 不同方法提取的油脂脂肪酸成分的含量

2.4 油脂中残留表面活性剂

通过试验测定，AOT反胶束法萃取得到的大豆油脂表面活性剂残留率为(0.48±0.04)%，AOTTween85反胶束法的残留率为(0.39±0.05)%。由试验结果可知，表面活性剂的残留量较小，对油脂的纯度影响不大，对人体健康也基本无影响。

3 结论

3.1 2种反胶束萃取大豆油脂影响因素主要有超声时间、超声温度、超声功率及全脂豆粉加入量，本试验所选取的最佳条件分别是1 h、60℃、300 W、0.04 g/mL，在此条件下，AOT反胶束法的前萃率为81.39%，AOT－吐温反胶束法的前萃率为84.17% 。

3.2 2种不同反胶束体系萃取大豆油脂的萃取率差别不大，AOT－吐温反胶束法要略高于AOT反胶束法。

3.3 反胶束萃取得到的毛油，酸价及过氧化值比浸出法要低，因此反胶束法得到的油脂品质较好。并且得到的表面活性剂残留量较低，对油脂的纯度影响不大。

3.4 浸出法、AOT反胶束法、AOT－Tween85反胶束法3种方法提取的大豆油脂脂肪酸组成和含量基本相同，AOT－Tween85反胶束法萃取的油脂多不饱和脂肪酸成分偏高，而单不饱和脂肪酸成分偏低。总体来说，3种方法提取的油脂的脂肪酸构成较好，符合人体健康的需要。

志谢:郑州市创新型科技人才队伍建设工程资助。

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