超声辅助菜籽毛油脱胶工艺研究

代春华 蔡兆海 圣明明 何荣海 黄六容 马海乐

(江苏大学食品与生物工程学院；食品物理加工研究院1，镇江 212013) (江苏禾丰粮油工业有限公司2，盐城 224100) (盐城市大丰区综合检验检测中心3，盐城 224005)

菜籽经压榨或溶剂浸提得到菜籽毛油，其主要成分为甘油三酯，此外还含有色素、糖类、蛋白、磷脂、甾醇以及游离脂肪酸等，需对其精炼处理以达到食用油质量标准[1]。脱胶是油脂精炼最重要的环节之一，毛油中的胶质成分主要是磷脂，故脱胶也称为脱磷[2]。磷脂去除不彻底，对后续的精炼工序产生影响，还会引起返酸及返色的发生[3-5]。另外，磷脂还是食用油回味的前体物质，研究表明，通过水洗及柠檬酸处理使磷脂“失活”能有效防止回味的发生[6]。

磷脂包括水化磷脂和非水化磷脂，水化磷脂在有水存在时会吸水膨胀并沉降，经油水分离可脱除[7]。食用油的传统脱胶方法为水化脱胶和酸法脱胶，水化脱胶只能去除其中的水化磷脂，脱胶后磷含量一般仍较高(约80 mg/kg以上)；酸法脱胶是向毛油中添加柠檬酸、磷酸、硫酸等，使毛油中的非水化磷脂转化为水化磷脂后去除，此方法较水化脱胶效果明显提高[8]。

超声波是一种频率大于20 kHz的声波，在液体介质中传播时方向性好，穿透力强，易于获得较集中的声能。另外，超声波具有其他声波所不具有的空化效应，当空化汽泡在互不相溶的两相边界破裂时，形成的微射流对界面产生搅拌和剪切作用，增加了界面面积和反应过程的传质动力，从而能够提高理化及生物反应进程[9, 10]。目前，已有将超声波应用于油脂精炼的研究，如万楚筠等[11]发现在四级菜子油酶法脱胶过程中施加适当的超声辐射，可显著提高磷脂酶A1对油脂的脱胶速度。程谦伟等[12]优化了大豆毛油超声水化脱胶工艺，在50 ℃、加水量4%、超声功率75 W、超声时间8 min条件下，脱胶油磷含量降低至18.60 mg/kg，精炼率达到95.68%，大大缩短了水化脱胶时间，油脂损耗率低。蒋晓菲[8]研究发现，在超声-机械搅拌反应体系中，脱胶处理2 h能使菜籽油磷含量降至10 mg/kg以内；而在机械搅拌反应体系中，达到相同的脱胶效果需要处理4 h。因此，超声波能有效提高磷脂酶脱胶速率，缩短脱胶所需时间。目前，超声辅助菜籽毛油水化及酸法脱胶的文献较少，本研究将对该内容进行系统研究，以期通过施加超声波提高菜籽毛油的脱胶效率，为超声波这一物理加工手段在油脂加工领域的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

菜籽毛油：初始磷含量112.6 mg/kg，由江苏某公司提供；其他化学试剂均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

TGL-16台式高速冷冻离心机；AF-C紫外可见分光光度计；RE201D旋转蒸发仪；SX2-12-12箱式电阻炉；KQ3200超声波清洗器。

1.2 实验方法

1.2.1 磷脂含量测定

参照GB/T 5537—2008钼蓝比色法。

1.2.2 菜籽毛油脱胶工艺优化

称取50 g菜籽毛油于250 mL锥形瓶中，将一定质量的柠檬酸及所需添加的蒸馏水混合溶解后添加于毛油中，水浴加热并搅拌一定时间。其中柠檬酸添加量为毛油质量0、0.05%、0.10%、0.20%、0.30%、0.40%及0.50%；蒸馏水添加量为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%及5.0%；处理温度40、50、60、70、80 ℃；处理时间5、10、20、30、40、50 min，系统研究不同柠檬酸添加量、水添加量、处理温度及时间对菜籽毛油脱胶率的影响；另外，将在不同脱胶条件下处理后的样品置于频率40 kHz、功率150 W的超声清洗器中常温超声15 min，对比超声与否对菜籽毛油脱胶效果的影响。

1.2.3 菜籽毛油脱胶正交实验

为获得较好的菜籽毛油脱胶效果，在单因素实验基础上，通过L9(34)正交实验确定最佳脱胶工艺，以脱胶率为指标，各因素和水平的选择见表1。

表1 正交实验因素水平表

2 结果与讨论

2.1 柠檬酸添加量对菜籽毛油脱胶效果的影响

在温度70 ℃、水添加量3%、处理时间30 min条件下，柠檬酸添加量对菜籽毛油脱胶效果的影响如图1所示。

图1 柠檬酸添加量对菜籽毛油脱胶效果的影响

由图1可以看出，当柠檬酸添加量由0增加至0.20%时，菜籽毛油酸法脱胶效率由11.5%增至67.4%；施加超声波的样品，脱胶率由23.4%增至73.8%。其原因是柠檬酸能促使毛油中钙、镁等复盐式非水化磷脂向水化磷脂转变，故脱胶效率显著增加；继续增加柠檬酸用量，脱胶率变化不明显，说明0.2%的柠檬酸添加量已将菜籽毛油中大部分非水化磷脂转化成了水化磷脂。综合考虑脱胶效果及成本，在后续实验中采用柠檬酸添加量0.20%。

2.2 水化温度对菜籽毛油脱胶效果的影响

温度高低会影响油脂的黏度、溶液混合程度及毛油胶粒的凝聚状态等，进而影响毛油的脱胶效果[13]。在柠檬酸添加量0.20%及0、水添加量3%、处理时间30 min条件下，处理温度以及施加超声与否对菜籽毛油脱胶效果的影响如图2所示。

图2 温度对菜籽毛油脱胶效果的影响

由图2可以看出，当柠檬酸添加量为0时，超声辅助水化脱胶效率在70 ℃时达到23.4%；超声辅助酸法脱胶在处理温度60 ℃时达到76.5%，继续升高温度，脱胶率略有降低。这可能是在较低的温度范围内，温度升高有利于胶体的凝聚，当温度升高到一定程度，超过了胶体凝聚的“临界温度”时，凝聚的胶体又重新分散开，致使脱胶率降低。因此，后续实验中毛油脱胶处理温度采用60 ℃。

2.3 加水量对菜籽毛油脱胶效果的影响

在柠檬酸添加量0.20%及0、温度60 ℃、时间30 min条件下，加水量以及施加超声与否对菜籽毛油脱胶效果的影响如图3所示。

由图3可知，水添加量对菜籽毛油酸法脱胶效果影响较显著。加水量在1.0%至3.5%范围内，水化脱胶效率远低于其他三种方法。此时，超声辅助水化脱胶效率由12.4%增加至24.1%；酸法脱胶效率由19.8%增大至74.3%；超声辅助酸法脱胶效率由23.7%增大至78.8%。在菜籽毛油脱胶过程中，水添加量不足，则磷脂水化不完全；随着加水量增大，磷脂充分吸水膨胀且易于凝聚，有利于离心分离；但加水量太大又会造成油水乳化，磷脂分离困难[14]。因此，后续实验选择3.5%加水量。

图3 加水量对菜籽毛油脱胶效果的影响

2.4 处理时间对菜籽毛油脱胶效果的影响

在柠檬酸添加量0.20%及0%、温度60 ℃、加水量3.5%条件下，处理时间以及施加超声与否对菜籽毛油脱胶效果的影响如图4所示。

图4 处理时间对菜籽毛油脱胶效果的影响

由图4 可以看出，酸法脱胶在处理时间30 min时，脱胶率达到最高为74.3%；超声辅助酸法脱胶在20 min时，脱胶率达到最大为79.5%。磷脂凝聚需要一定的时间，时间太短磷脂水化不充分且凝聚不完全，反应时间过长易发生油水乳化。因此，酸法脱胶及超声辅助酸法脱胶的处理时间应分别选择20 min及30 min。

2.5 正交实验结果

由于上述单因素实验未考虑各因素间的交互作用，因此通过正交实验确定超声辅助酸法脱胶的最佳条件，正交实验条件和结果如表2所示。

由表2可以看出，上述四个因素中柠檬酸添加量对脱胶率的影响最大，其次是温度和时间，而加水量在3.0%～4.0%范围内影响最小。最佳脱胶条件为:A3B2C2D1，在此条件下进行菜籽毛油超声辅助酸法脱胶实验，脱胶率达到82.5%，此时脱胶菜籽油中的磷含量为19.7 mg/kg。

表2 正交实验结果

3 结论

采用超声波辅助柠檬酸法对菜籽毛油中的磷脂进行脱除实验，通过单因素及正交实验确定菜籽毛油脱胶最佳条件为：柠檬酸添加量0.25%、加水量3.5%、温度60 ℃、处理时间15 min，在此条件下脱胶率达到82.5%，脱胶菜籽油中磷含量由最初的112.6 mg/kg降低至19.7 mg/kg。通过研究发现，在柠檬酸酸法脱胶过程中施加超声波，能大幅提高菜籽毛油的脱胶率。