咖啡油提取及精炼工艺研究
2018-01-17李晓娇保山学院资源环境学院
□ 李晓娇 张 洁 保山学院资源环境学院
咖啡渣是速溶咖啡加工的副产品,约占干咖啡豆重量的2/3。也就是说,每生产1吨速溶咖啡就要排放2吨咖啡渣。咖啡渣富含油脂、糖和蛋白质,其中咖啡油含量超过14%。咖啡油是从咖啡渣中提取的一种有价值的天然香料油。它可以用作食品的调味剂或增香剂,也可以用于制作咖啡香精等香水。随着咖啡豆产量的增加和加工后剩余的咖啡渣数量的增加,咖啡渣的综合利用越来越受到重视。目前,巴西是世界上唯一一个从咖啡渣中提取咖啡油的国家,但其提取工艺和炼油工艺尚未报道。从咖啡渣中提取未精炼的油称为咖啡原油。目前,咖啡原油直接用作肥皂生产原料,但其用途和经济价值有限,咖啡精油用作食品和化妆品的香料,使其具有咖啡特有的香味,利用前景广阔,经济价值提高。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
材料:咖啡渣。试剂:无水乙醇、乙醚、石油醚等为AR级,饱和食盐水,3g∕L KOH溶液,固体KOH,硅藻土。
1.2 仪器
分析天平、RE- 52C型旋转蒸发器、电热恒温水浴锅、GF-2 型鼓风电热恒温干燥箱、低速离心机。
1.3 方法
1.3.1 咖啡油的提取
称取咖啡渣20 g,加入料液比为5∶28 g/mL的溶剂(乙醇、石油醚、丙酮),索氏提取器加热提取,加热的温度以每秒回流2滴溶剂,每小时回流7 次以上为度,然后分别提取4、6、8、10 h,减压蒸馏,回收溶剂,即得咖啡粗油。
1.3.2 咖啡油的精炼
(1)高温水化脱胶。搅拌加热毛油,分别在油温为35、55、75、95 ℃时,量取温度与油温相近,且为油重30%的热水均匀地泼洒到油中,观察油的变化,当油中有颗粒产生时,减慢搅拌,10 min后,停止搅拌,恒温静置,待油水完全分层,分出上层油,即得脱胶油。
(2)高温淡碱脱酸。将脱胶油搅拌加热,配制5%的碱液,待油温分别升至50、60、70、90 ℃左右,将碱液均匀迅速地泼洒到油中,降低搅拌速度,当油中产生颗粒,并出现油水分离线,停止搅拌,保温静置,待皂脚沉淀完全,分出上层脱酸油(按GB 5530-85 植物油脂检验酸价测定法测定,但是因咖啡油色泽较深而难以判断滴定终点,所以在测定时加入饱和氯化钠溶液,以食盐水溶液层的颜色变化来确定终点)。加碱量=0.714×酸价×油重×(1+超碱量%)/碱液浓度×1000。
(3)脱色剂吸附脱色。本实验采用硅藻土、活性炭、硅藻土与活性炭化合物3种脱色剂对脱胶脱酸的咖啡油吸附脱色,以去除油脂中的微量金属离子、皂脚、磷脂及某些臭味物质和芳香烃。
2 结果与分析
2.1 不同提取剂对提取率的影响
当固定料液比为5∶28 g/mL,提取时间都为8 h,咖啡油的提取率分别为乙醇28.68%>丙酮12.31%>石油醚15.7%。可能是由于溶剂的极性为乙醇>丙酮>石油醚,所以溶剂的极性越大所能萃取出来的咖啡油也越多。
2.2 不同时间对咖啡油提取率的影响
固定料液比为5∶28g/mL,提取剂无水乙醇,提取时间为4、6、8、10 h时,提取率分别为20.4%、21%、28.68%、18.2%,随着提取时间的增加,油得率明显增加,溶剂回收率也明显减少并达到8小时时,得油率最佳。
2.3 咖啡油的精炼
2.3.1 不同脱胶温度对脱胶率的影响
脱胶温度为35、55 ℃两个温度的脱胶率均在40%以下,没有达到充分脱胶的目的。当脱胶温度达到75、95℃时,脱胶率可达78%以上,达到脱胶目的,因此选择75 ℃为脱胶温度。
2.3.2 不同脱酸温度对脱酸率的影响
脱酸温度为50、60 ℃时,脱酸率均75%以下没有达到脱酸的要求,当脱酸温度为70、90 ℃时,脱酸率均在85%以上,到达脱酸要求,而70、90℃的脱酸率分别为85.6%和86.1%,差异不显著,因此选择70 ℃进行脱酸,并以此温度进行加碱量实验。
2.3.3 用碱量对脱羧率的影响
在加碱量实验中,选择理论加碱量、超碱量20%和超碱量40%进行加碱量实验,超20%和超40%的加碱量之间没有显著差异,但理论加碱量的脱酸率相对较低,因此采用超碱量20%,为脱酸加碱量。
2.3.4 脱色剂对脱色率的影响
在90 ℃下,3种脱色剂的脱色率均在80%以上,活性炭81%与活硅藻土活性炭的混合脱色剂81.6%之间没有显著差异,脱色油的过氧化值显著下降,但酸值均显著上升。因此可采用活性炭或活性炭与硅藻土的混合脱色剂。
3 结论
油脂精炼工艺复杂,通常需要脱胶、脱酸、脱色、脱臭、脱蜡五个步骤,不同的步骤又涉及温度、时间、脱色剂、用量等条件的影响。本研究以咖啡渣为原料提取咖啡粗油,通过脱胶、脱酸、脱色对粗油进行纯化和精炼,得到最佳精炼工艺为:以乙醇为提取剂,料液比为5∶28g/mL,索氏提取8 h,在75 ℃下脱胶,70 ℃和超碱量20%进行脱酸,90 ℃下,采用活性炭或活性炭与硅藻土的混合脱色。最终纯化率为29.8%。