青海菜籽油精炼工艺优化

王兴瑞，陈昀昀，韩玉泽，王进英，2*

（1.青海大学农牧学院，青海 西宁 810016；2.青海大学三江源生态与高原农牧业国家重点实验室，青海 西宁 810016）

菜籽油是国内外的主要食用油之一。富含油酸、维生素E等活性成分，同时还含有丰富的甾醇、生育酚、色素、磷脂、游离脂肪酸等多种微量组分[1-2]，能较好地满足人们对食用油营养成分的需求。但从菜籽中提取的毛油一般都含有较多色素、胶质及游离脂肪酸[3]，这些物质能影响油脂的外观和稳定性，因此需要对菜籽毛油进行精炼。油脂的精炼有脱色、脱酸等工艺，精炼后的油脂色泽透明度高且更易于保存[4-5]。

脱色是指利用强吸附功能的物质对油脂中的天然色素进行吸附，用于提高油的感官效果。脱酸的主要目的是降低油脂中的脂肪酸含量，因为油脂中含有过高浓度的脂肪酸时，会促使油脂的氧化酸败进程，所以必须除去[6-7]。

众多研究者对毛油的精炼工艺展开了研究，赵娟等[8]研究了菜籽油的精炼工艺、李思睿等[9]对黑莓籽油的精炼工艺展开了研究，李婉莹等[10]对松籽油的精炼工艺进行了研究，黄晓冠等[6]对毛油的精炼过程进行了研究，以上学者的研究结果均表明油脂精炼可改善油的品质。因此，为了更有效地利用青海省菜籽油这一油脂资源，有必要对此油料的精炼工艺进行研究，这样不但可以提升青海菜籽油的经济价值和效益，也为菜籽油的进一步开发与应用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂

菜籽毛油：青海省湟中县；活性炭、活性白土、氢氧化钠：天津市河东区红岩试剂厂；酚酞：上海展云化工有限公司；乙醇（95%）：天津市富宇精细化工有限公司。

1.1.2 仪器与设备

恒温振荡器（THZ-82）、数显恒温水浴锅（HH-6）：常州国华电器有限公司；可见光分光光度计（721）、电子天平（FA2004B）：上海佑科仪器仪表有限公司；电子万用炉（DL-1）：浙江省上虞市通州实验仪器厂。

1.2 试验方法

1.2.1 脱色单因素试验设计

1.2.1.1 脱色温度

参照胡新娟等[11]的研究，并做出一定改进。取菜籽毛油100.0 g，预热到不同温度条件后分批次加入3%活性白土和2%活性炭，充分搅拌，过滤，用分光光度计在665 nm处测定不同温度下的吸光度。设定的脱色温度分别为 70、80、90、100、110 ℃。

1.2.1.2 脱色时间

参照李婉莹等[10]的研究，并做出一定改进。取菜籽毛油100.0 g，预热至80℃条件，分批次加入3%活性白土和2%活性炭，逐渐升温，并在90℃温度条件下保温，进行不同时间的搅拌再对其进行过滤。待其冷却至室温（25℃），对不同脱色时间处理的样品在665 nm处测定其吸光度。采用的脱色时间分别为20、25、30、35、40 min。

1.2.1.3 吸附剂质量比

设定活性炭与活性白土的质量比分别为2∶1、2∶2、2 ∶3、2 ∶4、3 ∶4，对不同处理组的样品于 665 nm 处测定其吸光度。

1.2.2 脱色正交试验设计

通过单因素试验分析，选出的各因素优化条件分别为：温度100℃、时间25 min、吸附剂质量比2∶2。在单因素试验的基础条件下，建立三水平三因素的正交试验设计，选用脱色率为考察的指标，根据L9（33）的因素水平表，对9组不同试验组样品的脱色率进行测定，并对其进行极差分析。因素水平见表1。

表1 脱色正交试验因素水平Table 1 Factors and levels of decolorization orthogonal test

1.2.3 脱酸单因素试验设计

1.2.3.1 脱酸温度

参照孙协军等[12]的研究，并稍做改进。取菜籽毛油100.0g，加入油重1%的20%碱液，在不同温度条件下搅拌过滤，测定酸价。脱酸温度设为 50、60、70、80、90 ℃。

1.2.3.2 脱酸时间

取菜籽毛油100.0 g，加入油重1%的20%碱液，在60℃水浴条件下保温，搅拌不同时间，过滤，测定酸价。设定脱酸时间分别为 10、20、30、40、50 min。

1.2.3.3 碱液浓度

取菜籽毛油100.0 g，加入油重1%的不同浓度碱液，在60℃水浴条件下保温，搅拌过滤，测定酸价。碱液浓度分别设定为5%、10%、15%、20%、25%。

1.2.4 脱酸正交试验设计

通过单因素试验分析，选出的各因素优化条件分别为：温度80℃、时间40 min、20%的碱液浓度。在单因素试验的基础条件下，建立三水平三因素的正交试验设计，选用脱酸率为考察指标，根据L9（33）的因素水平表，对9组不同试验组样品的脱酸率进行测定，并对其进行极差分析。因素水平见表2。

表2 脱酸正交试验因素水平Table 2 Factors and levels of deacidification orthogonal test

1.2.5 吸光度测定方法

采用分光光度法对菜籽毛油吸光度进行测定[13]，检测波长665 nm。以蒸馏水作空白参比，测定脱色处理前后各样品的吸光值。

1.2.6 酸价测定方法

参照GB/T 5530—2005《动植物油脂酸值和酸度测定》中的方法测定酸价。酸值（S）按照如下式进行计算。

S/（mg/g）=（V×C×40）/m

式中：S为酸价，mg/g；V为实样测定时消耗的标准滴定溶液的体积，mL；C为标准滴定溶液的摩尔浓度，mol/L；40为氢氧化钠的摩尔质量，g/mol；m为所测菜籽毛油样品的称样质量，g。

1.2.7 脱色率和脱酸率的测定

参照牛玉芝[14]的方法，对菜籽毛油脱色率和脱酸率进行测定，公式如下。

X/%=[（A0-A1）/A0]×100

式中：X为脱色率，%；A0为菜籽毛油的吸光度；A1为脱色处理后的菜籽毛油的吸光度。

L/%=[（A2-A3）/A2]×100

式中：L为脱酸率，%；A2为菜籽毛油的酸价，mg/g；A3为脱酸处理后的菜籽毛油的酸价，mg/g。

1.2.8 数据处理

采用Excel软件处理试验数据，SPSS 19.0软件进行统计和显著性分析，Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 脱色试验

2.1.1 脱色单因素试验结果与分析

2.1.1.1 脱色温度

脱色温度对菜籽油吸光度值的影响见图1。

图1 脱色温度对菜籽油吸光度值的影响Fig.1 Effect of decolorization temperature on absorbance of rapeseed oil

由图1可知，在不同脱色温度下，吸光度出现先下降后上升的趋势，在100℃条件下吸光度最低，有较好的脱色效果。超过100℃时，菜籽油的吸光度呈上升趋势，这与赵士强等[15]的研究结论基本一致。可能是因为高温时油脂发生氧化，产生回色现象[15]。也可能是因为高温使油脂黏度变小，进而导致吸附剂夹带的油脂减少[16]。故选择脱色优化温度条件为100℃。

2.1.1.2 脱色时间

脱色时间对菜籽油吸光度值的影响见图2。

图2 脱色时间对菜籽油吸光度值的影响Fig.2 Effect of decolorization time on absorbance of rapeseed oil

从图2可知，在不同脱色时间内，菜籽油吸光度先下降后上升。当脱色处理时间为25 min时，样品脱色效果较好。脱色时间大于25 min时，菜籽油吸光度上升。这可能是在较高温度条件下，脱色时间过长，部分色素将会解析[17]，还可能是油脂在温度较高条件下加热的时间越长，油脂发生化学反应产生的不能通过吸附除去的色素就会越多[16，18-20]。因此，在考虑较高脱色率的同时也要考虑吸附剂与油脂发生回色的可能性，故选择脱色时间为25 min。

2.1.1.3 吸附剂质量比

不同吸附剂质量比对菜籽油吸光度值的影响见图3。

图3 不同吸附剂质量比对菜籽油吸光度值的影响Fig.3 Effect of different mass ratio of adsorbents on absorbance of rapeseed oil

由图3可知，当活性炭与活性白土质量比为2∶2时，呈现良好的脱色效果。当活性白土用量升高到3 g及以上后，样品油的吸光度呈逐渐升高趋势。这可能是由于活性白土可以选择性吸附具有极性基团的某类物质[21]，但当活性白土对油脂中某类物质吸附结束后，继续增大其用量，就不再发挥作用，反而会使吸光度增大。同时，活性炭用量大于2 g时，样品油的吸光度也呈上升趋势。活性白土与活性炭的混合脱色处理，可以较好的发挥其互补作用，活性白土难以吸附的重质多环芳烃等物质，活性炭可以发挥作用，对其较好的吸附[22]。根据活性白土和活性炭的性质及其吸附平衡的原理，按照先加活性白土其后添加活性炭的顺序，分批加入吸附剂来提高菜籽油的脱色效果。由此选择脱色剂质量比为活性炭∶活性白土=2∶2。

2.1.2 脱色正交试验结果与分析

脱色正交试验结果见表3。

表3 脱色正交试验结果Table 3 Results of decolorization orthogonal test

从表3的正交试验结果可以得出：在影响菜籽油脱色的3种因素中，主次顺序为：C＞B＞A，即吸附剂质量比＞脱色时间＞脱色温度。分析试验结果并得出优化方案：A 因素 K1＞K2＞K3，B 因素 K2＞K3＞K1，C 因素 K2＞K3＞K1，由此得出优化方案组合为∶A1B2C2。即脱色温度条件（90℃）、脱色时间（25 min）、吸附剂质量比（2∶2）。

2.1.3 脱色工艺条件

正交试验得出菜籽油的优化脱色条件后，在此条件下进行验证试验，验证其脱色效果。取100.0 g未处理的菜籽油，加入活性炭和活性白土质量比2∶2的吸附剂，在90℃条件下恒温搅拌25 min后，过滤。取脱色后的菜籽油在665 nm处测定吸光值，平行测定3次，并做一组空白对照，试验结果详见表4。

表4 脱色验证试验结果Table 4 Results of decolorization verification test

由表4验证试验结果可表明，3组样品吸光值都很低，差异性微小，脱色率可达近70%，可达到正交试验中的优化值。另外，与未经过脱色处理的菜籽油吸光度值相比，脱色效果十分显著。

2.2 脱酸试验

2.2.1 脱酸单因素试验结果与分析

2.2.1.1 脱酸温度

脱酸温度对菜籽油酸价的影响见图4。

图4 脱酸温度对菜籽油酸价的影响Fig.4 Effect of deacidification temperature on acid value of rapeseed oil

由图4可知，伴随着脱酸温度的升高，菜籽油的酸价先降低后升高，在80℃时酸价最低。这可能是由于在较高温度条件下，溶液的分子热运动加快，使吸附上的NaOH有一部分回到了菜籽油中，导致最终皂角上的碱量减少。所以在脱酸时，出现油脂的酸价先下降后上升的现象。另外Wei等[23]发现随着脱酸温度的升高，菜籽脱酸油中的α-生育酚、VD3等活性物质的含量呈降低趋势。因此，为了保留精炼菜籽油中的活性物质，确定脱酸温度的优化条件为80℃。

2.2.1.2 脱酸时间

脱酸时间对菜籽油酸价的影响见图5。

图5 脱酸时间对菜籽油酸价的影响Fig.5 Effect of deacidification time on acid value of rapeseed oil

由图5可知，伴随着脱酸时间延长，油脂酸价呈先降低后升高趋向，脱酸时间达到40 min时，酸价最低。其原因可能是脱酸时间太短，菜籽油和皂角难以分离；脱酸时间过久，会引起部分中性油脂发生皂化[24]。所以选择的脱酸时间为40 min。

2.2.1.3 碱液浓度

碱液浓度对菜籽油酸价的影响见图6。

图6 碱液浓度对菜籽油酸价的影响Fig.6 Effect of alkali concentration on acid value of rapeseed oil

由图6可知，随着碱液浓度不断增大，油脂酸价呈先降低后升高趋势，当碱液浓度为20%时，油脂酸价最低。这可能是当碱液浓度到达一定数值时，再加大其浓度，会使油脂上方的皂角中碱液浓度进一步增大，在分子热运动的作用下，使其重新回到油脂中，致使油脂酸价出现升高趋势。故选择碱液浓度为20%。

2.2.2 脱酸正交试验结果与分析

脱酸正交试验结果见表5。

表5 脱酸正交试验结果Table 5 Results of orthogonal deacidification test

从表5的正交试验结果可以得出：影响菜籽毛油脱酸因素的主次顺序为：C＞A＞B，即碱液浓度＞脱酸温度＞脱酸时间。分析试验结果并得出优化方案：A因素 K1＞K2＞K3，B 因素 K2＞K3＞K1，C 因素 K2＞K3＞K1，进而得到菜籽毛油脱酸的优化方案组合为A1B2C2。即脱酸温度为70℃、脱酸时间为40 min、碱液浓度为20%。

2.2.3 脱酸工艺条件的验证试验

通过正交试验得出菜籽油优化脱酸条件后，在此优化条件下进行菜籽油脱酸处理的验证试验，验证脱酸效果。取100.0 g压榨后的菜籽毛油，加入油重1%的20%碱液，在70℃条件恒温脱酸40 min，搅拌，过滤。用1.2.6中的方法测定菜籽油的酸价，进行3次平行试验，并做一次空白对照，试验结果详见表6。

表6 脱酸验证试验结果Table 6 Results of deacidification verification test

由表6结果得出，在3次验证试验中菜籽油的酸价差异性微小，脱酸率可达近78%，达到了正交试验中的优化值。另外，与未经过脱酸的菜籽油酸价相比，脱酸效果十分显著。

3 结论

本试验对压榨制得的菜籽毛油进行脱色和脱酸工艺优化研究。经过单因素试验、正交试验，优选出最优的脱色工艺条件为：温度90℃，时间25 min，吸附剂质量比2∶2，此时菜籽油脱色率达到70%。最优的脱酸工艺条件为：温度70℃，时间40 min，碱液浓度为20%，此时脱酸率可达78%。

总体来说，精炼后的菜籽油透明度和酸价有较好的改善，这为青海省菜籽油这一油料资源的推广提供了理论基础。