菜籽油酶法脱胶的研究
2016-01-03毛程鑫李桂华薛武军康雪梅
毛程鑫 李桂华 薛武军 孙 勤 康雪梅 祝 品
菜籽油酶法脱胶的研究
毛程鑫1李桂华1薛武军2孙 勤3康雪梅1祝 品1
(河南工业大学粮油食品学院1,郑州 450001)
(厦门银祥油脂有限公司2,厦门 361100)
(安徽粮食工程职业学院3,合肥 230031)
研究磷脂酶对菜籽油脱胶及品质的影响,通过单因素、正交试验并结合生产成本确定最佳工艺条件。结果表明最佳工艺参数为:酸碱比(V/V)1∶4.5,加酶量88 mg/kg,反应温度50℃,反应时间4 h。在此条件下,菜籽油的磷含量可由原来的406.66 mg/kg降到3.42 mg/kg;采用棒状薄层色谱—氢火焰离子化检测器测菜籽毛油与脱胶油的甘油酯含量,脱胶油的甘油酯中甘一酯的含量变化不太明显,甘二酯的质量分数从毛油的2.50%增加到6.51%,而甘三酯的质量分数从96.08%降到90.46%。Rancimat法测定氧化稳定性后发现,脱胶油的氧化诱导时间由毛油的5.37 h增加到6.10 h,表明酶法脱胶后的菜籽油的氧化稳定性高于菜籽毛油;同时对水化脱胶磷脂与酶法脱胶磷脂中的溶血磷脂进行对比分析,其质量分数分别为10.71%和65.76%,酶法脱胶的酶解率达65.72%。
菜籽油 酶法脱胶 甘油酯 氧化稳定性
植物油精炼的目的是除去影响油脂品质和储藏期的不良杂质,根据除去游离脂肪酸方式的不同,精炼方法分为化学精炼和物理精炼2种[1]。化学精炼产生大量的工业废水和精炼损失较高,特别是游离脂肪酸含量较高的植物油脂。物理精炼产生的废水和碱耗明显低于化学精炼,因此更具经济性和环保性。但物理精炼对脱胶油中磷脂含量要求较为严格,物理精炼要想达到较为理想的效果,磷含量要降到5 mg/kg以下[2]。这样对脱胶过程就要有一个较高的要求。
脱胶是植物油精炼过程中的一个非常重要环节,脱胶效果的好坏对油脂的后序加工有着直接性的影响。植物油脱胶主要是为了去除磷脂,其可分为2种,一种是水化磷脂,可以通过常规的水化脱胶、超级脱胶、联合脱胶等传统脱胶方法去除;另一种是非水化磷脂,这些磷脂用传统脱胶方法很难脱除[3]。油菜籽成熟时受气候、成熟程度及生产加工过程中各因素的影响,使得菜籽毛油中含有较高的非水化磷脂,传统的水化工艺无法去除,很难达到物理精炼对磷含量的要求[4]。
酶法脱胶[5]是油脂精炼的一项高新技术,利用磷脂酶将毛油中的非水化磷脂水解掉一个脂肪酸,生成溶血磷脂,溶血磷脂具有良好的亲水性,遇水时可形成液态水和结晶,从油中析出脱除[6]。同传统脱胶方法相比,酶法脱胶可大大节约化学物质的消耗,不产生废水,经济环保[7]。同时与酸法脱胶相比,酶法脱胶所得的磷脂具有较好的品质。
本研究针对磷脂酶(Lecitase Ultra)对菜籽油脱胶过程进行了研究,考察了酶法脱胶的效果及工艺条件的优化。在其基础上,进一步探究了菜籽毛油与酶法脱胶油两者之间甘油酯组成及氧化稳定性的差异;同时对水化脱胶、酶法脱胶后的磷脂进行了对比分析。
1 材料与方法
1.1 材料
菜籽油:厦门银祥集团有限公司,实测磷含量为406.66 mg/kg;磷脂酶Lecitase Ultra:诺维信生物技术有限公司。
1.2 试剂与仪器装置
1.2.1 主要试剂
柠檬酸、盐酸、氢氧化钾、氢氧化钠、正己烷(色谱纯)。
1.2.2 主要仪器
棒状薄层色谱—氢火焰离子化检测器(TLCFID):日本岛津公司;永磁直流电动机:北京市伟欣业电器有限公司;SRJX-4-13电阻炉:北京市永光明医疗仪器厂;LD5-10低速离心机:北京京立离心机有限公司;FM-200高速均质机:上海弗鲁克;Rancimat 743型油脂氧化测定仪:瑞士万通公司。
1.3 原料基本理化指标分析
磷含量分析参照GB/T 5537—2008;相对密度按照GB/T 5526—1985 执行;折射指数按照GB/T 5527—2010执行;色泽按照GB/T 22460—2008执行;酸价参照GB/T 5530—2005执行;水分及可挥发物参照GB/T 5528—2008执行;皂化值按照GB/T 5534—20088执行;过氧化值参照GB/T 5538—2005执行;碘价参照GB/T 5532—2008执行。
1.4 酶法脱胶方法
称取100 g原菜籽油于250 mL的三口烧瓶中,水浴加热到80℃,加入0.12 mL 45%的柠檬酸后,11 000 r/min 均质1 min,在80 ℃ 、350 r/min 的机械搅拌下维持30 min。加入一定量4%氢氧化钠和3 mL的水,将温度降至预设温度后,加入一定量的稀释10倍的酶液,11 000 r/min均质1 min,在预设温度、350 r/min的机械搅拌下进行反应。反应结束后,在80℃条件下保温10 min,4 500 r/min离心20 min,取一定量的样品进行磷含量分析。
1.5 甘油酯含量的测定
试验采用棒状薄层色谱—氢火焰离子化检测器(TLC-FID)定量检测菜籽油中甘油酯的含量。取1滴油样于小试管中,将样品用1 mL的正己烷溶解,取1μL样品点于薄层色谱棒上,在正己烷/无水乙醚/冰乙酸(55∶15∶1)溶剂体系中展开,然后放入FID装置中进行分析。
TLC-FID 分析条件:氢气流速:90 mL/min;空气流速:2.0 L/min;扫描速度:30 s/棒。
1.6 氧化稳定性的测定
试验采用743型Rancimat油脂氧化稳定测定仪测定样品氧化稳定性[8]。分析条件:样品用量:5.0 g;温度:120 ℃;空气流量:20 L/h;电导率范围:0~500 μS/cm。
1.7 溶血磷脂的检测
水化脱胶、酶法脱胶后的磷脂先用丙酮进行纯化处理,采用棒状薄层色谱—氢火焰离子化检测器(TLC-FID)定量检测溶血磷脂的含量。取0.30 g纯化样品于小试管中,将样品用1 mL的正己烷溶解,取1μL样品点于薄层色谱棒上,在氯仿/甲醇/水(65∶35∶5)溶剂体系中展开,然后放入FID装置中进行分析,TLC-FID分析条件同1.5所示。
酶解率:以水化脱胶磷脂为基准,酶法脱胶磷脂中溶血磷脂和肌醇磷脂增加的百分含量,公式如下:
式中:Δm1为相对水化脱胶,酶法脱胶磷脂中溶血磷脂增加的量;Δm2为相对水化脱胶脱胶,酶法脱胶磷脂中溶血磷脂增加的量。
2 结果与讨论
2.1 原料理化指标的测定
测定菜籽毛油和酶法脱胶油的各项理化特性指标,结果如表1所示。
表1 菜籽毛油及脱胶油的理化指标
菜籽毛油在脱胶前后,大部分理化指标基本没变,色泽有了很大的改观,用罗维朋比色(25.4槽)法测得色泽从毛油的黄35红3降到黄35红1.8;而脱胶油的酸值和过氧化值相对于菜籽毛油有一定的升高,可能是磷脂酶除了作用于非水化磷脂外,对甘油酯也存在一定的水解作用,从而使得脱胶油的酸值升高。
2.2 单因素试验结果分析
2.2.1 酸碱比对脱胶效果的影响
在加入0.12 mL柠檬酸,66 mg/kg酶液,反应温度50 ℃的条件下,NaOH 按0.42、0.48、0.54、0.60、0.66、0.72 mL加入反应体系。按1.4方法进行脱胶试验,反应4 h(以加入酶液为0点),测定油样的磷含量,结果如表2所示。
表2 酸碱比对酶脱胶的影响
不同的酸碱比对最后的脱胶效果有很大的影响,随着碱添加量的增加,脱胶效果有着很大的提高,当酸碱体积比达到1∶4.5时效果比较理想,此时油脂磷含量可降至3.60 mg/kg。继续增加碱量磷含量反而升高,主要是因为随着加碱量的增加反应体系的pH值升高,导致酶活性降低所致。
2.2.2 酶添加量对脱胶效果的影响
在加入0.12 mL柠檬酸,0.54 mL NaOH溶液,反应温度50 ℃ 的条件下,酶液按22、44、66、88、110 mg/kg加入反应体系。按照1.4所述方法进行脱胶试验,反应4 h(以加入酶液为0点),测定油脂磷含量,结果如图1所示。
图1 酶添加量对酶脱胶的影响
随着加酶量的增加磷含量逐渐降低,酶添加量为66 mg/kg 时磷含量可降至3.60 mg/kg;继续增加加酶量,磷含量虽然有所降低,但整体变化不大,当酶添加量达110 mg/kg时,磷含量降至3.11 mg/kg。考虑到生产成本,最适酶添加量可选66 mg/kg。
2.2.3 反应温度对脱胶效果的影响
在加入0.12 mL柠檬酸,66 mg/kg酶液,0.54 mL NaOH 溶液的条件下,分别在40、45、50、55、60 ℃下进行脱胶试验,反应4 h(以加入酶液为0点)后测其磷含量。由图2可知,随温度的升高磷含量先降低后升高,在50℃达到最低点,此时油脂磷含量可降至3.60 mg/kg。由于温度过低或过高都会影响酶的活性,因此可以得出此酶在50℃具有较好的活性,脱胶试验的最适反应温度为50℃。
图2 温度对酶脱胶的影响
2.2.4 反应时间对脱胶效果的影响
在加入0.12 mL柠檬酸,66 mg/kg酶液,0.54 mL NaOH溶液,反应温度50℃的条件下,脱胶试验分别进行0、1、2、3、4、5 h(以加入酶液为0 点),测其磷含量,结果如表3所示。
表3 反应时间对酶脱胶的影响
由表3可知,酶反应1 h内,菜籽油的磷含量下降得很快,由开始的382.12 mg/kg降到21.46 mg/kg。反应2 h后再增加反应时间,磷含量的变化不显著。2 ~4 h 磷含量仅由4.39 mg/kg降至3.60 mg/kg,故将正交试验的反应时间选在2~4 h。
2.3 正交试验结果分析
根据单因素试验结果,选择不同水平的酸碱比、酶添加量、反应温度和时间为影响因素,进行L9(34)正交试验,结果如表4所示。
表4 试验因素水平及实验结果
根据表4可知,理论最佳反应条件组合为A2B3C2D3,即酸碱比1∶4.5,酶添加量88 mg/kg,反应温度50 ℃,反应时间4 h。由极差R分析可得知,各因素对脱胶效果的影响大小排列顺序为:反应温度>加酶量>酸碱比>反应时间,但4个因素的影响都很大。由直接观察可知,当酸碱比1∶4.0、加酶量88 mg/kg、温度55℃、反应时间4 h时,即A1B3C3D3,菜籽油磷含量可降至3.92 mg/kg。对A2B3C2D3组合进行验证,菜籽油磷含量可降至3.42 mg/kg,同样可达到物理精炼对磷含量的要求。
2.4 甘油酯含量的测定
菜籽油经酶法脱胶后,为了进一步了解其甘油酯的组成变化,测定菜籽毛油及酶法脱胶油中甘油酯的含量。结果见表5。
表5 菜籽毛油及脱胶油甘油酯的含量
由表5可以看出菜籽毛油经酶法脱胶后,甘油酯中甘一酯的含量变化不太明显,甘二酯的质量分数从原来的2.50%增加到6.51%,而甘三酯的质量分数从原来的96.08%降到90.46%。甘二酯含量的增加有助于提高油脂的营养功能,整体来看甘三酯的含量和其他食用油脂相比,并没有太大区别。然而,酶法脱胶油的酸值有一定的增加,这样对菜籽油后序脱酸部分将增加一定的负担。
2.5 氧化稳定性分析
在温度120℃,通气量20 L/h条件下,采用Rancimat 743型氧化酸败仪测定菜籽毛油及酶法脱胶油的氧化稳定性,测定结果为菜籽毛油及酶法脱胶油的氧化诱导时间分别为5.37、6.10 h,由此可见菜籽油脱胶后其氧化稳定性增加,有可能因为脱胶除去了部分金属离子及可溶性杂质,从而改善了菜籽油的氧化稳定性。
2.6 溶血磷脂含量的测定
根据溶血磷脂标样进行定性,峰面积归一化法定量,得到水化脱胶与酶法脱胶后磷脂中溶血磷脂的含量,结果见表6。水化脱胶磷脂与酶法脱胶磷脂相比,溶血磷脂质量分数分别为10.71%和65.76%,
酶法脱胶所得溶血磷脂含量比水化脱胶高出55.05%,酶解率高达65.72%。表明磷脂酶能够使得菜籽油中的其他磷脂转化为溶血磷脂和肌醇磷脂,而这两种磷脂为水化磷脂,很容易除去。体现了酶法脱胶不但使菜籽油磷含量,而且所得油脚中溶血磷脂含量很高。
表6 溶血磷脂含量分析
3 结论
3.1 磷脂酶对菜籽油脱胶条件进行优化,确定最佳工艺条件为A2B3C2D3,即酸碱比1∶4.5,酶添加量88 mg/kg,反应温度50 ℃,反应时间4 h,在此条件下,菜籽油磷含量可降至3.42 mg/kg。
3.2 酶法脱胶油与菜籽毛油相比,脱胶油的甘油酯中甘一酯的含量变化不太明显,甘二酯的质量分数从原来的2.50%增加到6.51%,而甘三酯的质量分数从原来的96.08%降到90.46%。同时脱胶油的氧化诱导时间由原来的5.37 h增加到6.10 h,增加了菜籽油的氧化稳定性。
3.3 对两种不同脱胶方法所得的磷脂进行分析,水化脱胶磷脂与酶法脱胶磷脂相比,溶血磷脂质量分数分别为10.71%和65.76%,酶解率高达65.72%。
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Enzymatic Degumming of Rapeseed Oil
Mao Chengxin1Li Guihua1Xue Wujun2Sun Qin3Kang Xuemei1Zhu Pin1
(College of Food Science and Technology,Henan University of Technology College1,Zhengzhou 450001)
(Xiamen Yinxiang Oil Co.Ltd2,Xiamen 361100)
(Anhui vocational College of Grain Engineering3,Hefei 230031)
Effects of phospholipase on rapeseed oil degumming and quality were studied,and the optimum process conditions were determined by doing single factor experiments,orthogonal experiment and production costs.The results showed that the optimum process parameters:pH ratio(V/V)was1∶4.5,enzyme dosage was88 mg/kg,the reaction temperature was 50 ℃,and reaction time was 4 h.Under the conditions,the phosphorus content of rapeseed oil decreased from 406.66 mg/kg to 3.42 mg/kg;crude oil of rapeseed oil and glyceride content of degumming oil were measured by rodlike thin layer chromatography - hydrogen flame ionization detector,the change of content of the monoglycerides was not obvious,the diacylglycerols increased from 2.50%to 6.51%,while the triglycerides decreased from 96.08%to 90.46%.It was found that after determining oxidation stability by Rancimat method the oxidation induction time of degummed oil increased from5.37 h of crude oil to 6.10 h,which indicated that the oxidative stability of rapeseed oil after the enzymatic degumming was more higher than the crude rapeseed oil;the comparative analysis of lysophosphatidic in hydrate degumming phospholipid and enzymatic degumming phospholipid was Comparatively analysed.The contents were 10.71%and 65.76%,and enzymatic hydrolysis ratio of enzymatic degumming was 65.72%.
rapeseed oil,enzymatic degumming,glyceride,oxidation stability
TS222.1;TQ644.4
文章编号:1003-0174(2016)08-0075-05
厦门市重大科技计划(3502z20131013),国家农业科技成果转化基金(2013c4102001)
2014-12-19
毛程鑫,男,1987年出生,硕士,粮食、油脂与植物蛋白工程
李桂华,男,1952年出生,教授、油脂蛋白综合研究