钠基膨润土对富含酚酸菜籽油的吸附脱磷效果及品质的影响

王未君， 杨 博， 李文林， 郑 畅， 刘昌盛， 李黄祥

(中国农业科学院油料作物研究所，农业部油料作物生物学与遗传育种重点实验室，油料脂质化学与营养湖北省重点实验室1，武汉 430062) (湖南湘山生物科技有限公司2，娄底 417000)

菜籽油是我国主要的食用油之一，菜籽油营养丰富，其不饱和脂肪酸含量很高，还含有大量的酚酸、生育酚和植物甾醇等微量生物活性物质。其中酚酸包括游离酚酸和结合酚酸，游离酚酸中主要是芥子酸，占其总量的70%～85%，另外还含有少量水杨酸、香草酸、龙胆酸、原儿茶酸、丁香酸、香豆酸、阿魏酸、咖啡酸和绿原酸等[1]；结合酚酸中主要是芥子碱和芥子酸葡萄糖苷，经碱水解会产生少量的水杨酸、香草酸和咖啡酸等[2]。酚酸具有抗氧化、抗菌、抗癌、降血脂、防治心血管疾病等生理功能，有利于人体健康[3，4]。Koski等[5]和Wakamatsu等[6]先后报道和鉴定出菜籽油中存在一种新的多酚，即canolol(2，6-二甲氧基-4-乙烯基苯酚)，它因具有抗肿瘤、抗炎症活性[7]和很好的抗氧化能力[8]而成为了近些年来的研究热点。

菜籽油加工过程中，为了去除其中的杂质和有害物质，延长货架期，通常会对菜籽油进行精炼。传统的精炼工艺条件较为苛刻，常常会造成菜籽油中生育酚、多酚和植物甾醇等微量营养成分大量损失[9]。如果能在精炼过程中最大限度地保留这些营养成分，对提升菜籽油的品质将具有重要的意义。

膨润土是一种天然的细粒黏土，它的主要成分是蒙脱石。蒙脱石的层状二维网格形结构使得膨润土具有很多优良特性，如较强的吸附能力、离子交换能力及较好的膨胀性等[10]。膨润土遍布我国20多个省份，资源丰富且价格低廉，其开发利用研究越来越受到重视[11]。钠基膨润土是钙基膨润土经过钠化改性之后得到的，具有更优异的性能，如更高的阳离子交换容量、更好的分散性、再生性和热稳定性[12]，此外，它吸水率和膨胀倍数大，胶体悬浮液的触变性、黏度和润滑性好，可以说钠基膨润土是膨润土深加工的基础[13]。钠基膨润土已经有效地用于处理废水中的各种污染物[14]，尤其适用于大体积废水中重金属的富集和固定[15]，它也有效地用于吸附土壤中的苯胺[16]和烟碱[17]以及空气中的甲醛[18]等。膨润土在油中的应用也有所报道，如李琪琳等[19]研究了碱性钙基膨润土对油茶籽油的精炼作用，刘元法等[20]研究了钙基膨润土对大豆油中色素的吸附作用，刘昌盛等[21]研究了钠基蒙脱石对菜籽油中磷脂的吸附行为等。

研究发现，对菜籽进行微波热处理能钝化种子中酶的活性，加速细胞壁的渗透性，在压榨时能促进菜籽中微量成分的释放，极大增加油中的多酚含量[22，23]。因此，本研究以微波-压榨所得的富含酚酸菜籽油为研究对象，分析菜籽油在钠基膨润土吸附脱磷处理中酚酸的变化规律，着重考察吸附温度、吸附剂添加量和吸附时间等因素对酚酸的影响，同时考察了其吸附脱磷效果和对菜籽油品质的影响，以期为菜籽油的适度精炼工艺提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

微波-压榨菜籽油，四级，含磷量为4.179 mg/g，总酚含量为2 411.2 mg/kg，canolol含量为1 311.1 mg/kg；钠基膨润土。

甲醇、乙酸为色谱纯；甾醇、生育酚、canolol均为标准品；其他试剂均为分析纯。

1.2 实验仪器与设备

Avanti J-26XP高效离心机，Du800紫外/分光光度计，超高效液相色谱仪，GC6890 气相色谱仪，GC7890 气相色谱仪。

1.3 方法

1.3.1 钠基膨润土应用于菜籽油吸附脱磷工艺的实验

1.3.1.1 单因素实验

钠基膨润土添加量对脱磷率及酚酸的影响：在脱磷温度为40 ℃、脱磷时间为30 min条件下，考察添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的钠基膨润土对脱磷率及酚酸的影响。吸附脱磷温度对脱磷率及酚酸的影响：在钠基膨润土添加质量分数为1.0%、吸附脱磷时间为30 min条件下，考察30、40、50、 60 ℃温度对脱磷率及酚酸的影响。吸附脱磷时间对脱磷率及酚酸的影响：在钠基膨润土添加质量分数为1.0%、吸附脱磷温度为40 ℃条件下，考察10、20、30、40、50、60 min时长对脱磷率及酚酸的影响。

1.3.1.2 正交实验

在单因素实验的基础上，以脱磷率、总酚保留率和canolol保留率的加权得分为考察值进行下一步的正交优化实验，加权系数分别为0.4、0.3、0.3。

1.3.2 磷脂含量的测定

参照国家标准GB/T 5537—2008《粮油检验 磷脂含量的测定》。

1.3.3 多酚的提取与canolol 含量的测定

参照Khattab等[24]的方法并稍作修改。准确称取1.25 g油样于塑料离心管中，加入1.5 mL正己烷和1.5 mL 80%甲醇溶液，在漩涡混合仪中混合5 min，再在5 000 r/min条件下离心10 min，将上层油样转移至另一个塑料离心管，在相同的条件下重复提取3次，将3次的提取液合并在一起混匀。将提取液过0.22 μm滤膜，滤液用于超高效液相色谱分析。分析条件为：色谱柱为Acquity BEH Shield RP18柱(100 mm×2.1 mm×1.7 μm)，以甲醇为流动相A，2%乙酸溶液为流动相B，流速为0.21 mL/min，柱温30 ℃，进样量3 μL，进行梯度洗脱。洗脱程序为：0～7.4 min, 95%～75% B; 7.4～0.07 min, 75%～71% B; 10.07～16.73 min, 71%～64% B; 16.73～23.4 min, 64%～55% B; 23.4～25.4 min, 55%～35% B; 25.4～27.4 min, 35%～95% B; 27.4～30.4 min, 95% B; 30.4～35 min, 95% B。检测波长为280 nm，采用canolol外标法。标准曲线的制作：根据样品中canolol 的含量范围，配制canolol 标准溶液的质量浓度为5、10、50、250、500 μg/mL，用液相条件测定其色谱峰面积，用浓度与其对应的峰面积作图，得到canolol 的标准曲线为：

Y=50 404X+288 373(R2=0.998)

式中：Y为峰面积；X为质量浓度。

1.3.4 总酚的测定

采用Folin-Ciocalteau法[25]。取0.5 mL菜籽多酚提取液加入到10 mL比色管中，然后加入5 mL蒸馏水、0.5 mL福林酚试剂，混合均匀，放置3 min，再加入1 mL澄清的饱和碳酸钠溶液并用蒸馏水定容至10 mL，混匀后于室温下静置60 min，在765 nm处测定样品的吸光度，结果用芥子酸当量表示为mg/kg样品。

1.3.5 脂肪酸组成的测定

采用EN14103的方法。滴管取3滴待测油样于10 mL离心管中，加入4 mL正己烷和800 μL 0.5 mol/L甲醇钠溶液，旋涡混合5 min，在5 000 r/min条件下离心10 min，取上清液待测。气相色谱分析条件：色谱柱为HP-INNOWAX毛细管柱(30.0 m×0.32 mm×0.25 μm)，进样器温度为250 ℃，柱温为210 ℃，保持9 min，然后以20 ℃/min升温到250 ℃，保留10 min，载气为氮气，流速为1.5 mL/min，分流比为80∶1，分流流量为120 mL/min。

1.3.6 生育酚含量的测定

采用AOCS Official Method Ce 8-89的方法。称取约2 g待测油样于25 mL的棕色容量瓶中，用正己烷定容至刻度，充分摇匀，过0.22 μm滤膜，滤液用于高效液相色谱分析。液相色谱分析条件：流动相为正己烷∶异丙醇=99∶5∶0.5，进样量20 μL，流速为1.0 mL/min。

1.3.7 甾醇含量的测定

甾醇提取方法参考Azadmard-Damirchi等[26]的方法。准确称取0.03 g油样于玻璃管中，加入3 mL 2 mol/L KOH-95%乙醇溶液、150 μL 5α-胆甾醇内标溶液，旋涡混合30 s，然后在60℃水浴摇床(160 r/min)中皂化20 min，冷却，加蒸馏水2 mL、正己烷1.5 mL，旋涡5 min后在5 000 r/min条件下离心10 min，取上层清液。重复提取3次，合并3次上清液进行气相色谱分析，分析条件参考杨春英等[27]的方法并稍作修改。色谱柱为DB-5HT毛细管柱(30.0 m×320 mm×0.10 μm)，进样器温度为260 ℃，柱温为60 ℃，保持1 min，然后以40 ℃/min升温到310 ℃，保留6 min，载气为氦气，流速为2 mL/min，分流比为25∶1，分流流量为37.5 mL/min。

1.3.8 数据分析和处理

采用Origin 8.0软件画图，采用SPSS 18.0软件分析处理数据，每个实验重复进行3次并取平均值。

2 结果与分析

2.1 钠基膨润土不同脱磷条件对菜籽油脱磷率及总酚和canolol的影响

2.1.1 钠基膨润土添加量对菜籽油脱磷率及总酚和canolol的影响

由图1a可知，随着钠基膨润土添加量的增加，脱磷率逐渐升高，当添加质量分数为1.0%时，脱磷率为79.2%。而当添加质量分数超过1.0%后，脱磷率几乎不再明显变化，这可能是因为此条件下体系中吸附已达到饱和。由图1b可知，随着钠基膨润土添加量的增加，菜籽油中的总酚和canolol保留率均逐渐降低，但总的来说，总酚保留率均在85%以上，canolol保留率均在90%以上。

图1 钠基膨润土添加量对菜籽油脱磷率及总酚和canolol保留率的影响

2.1.2 吸附温度对菜籽油脱磷率及总酚和canolol的影响

由图2a可知，随着吸附温度的升高，脱磷率先升高后降低，当吸附温度为40 ℃时，脱磷率为75.9%，继续升高温度脱磷率反而下降。由图2b可知，不同吸附温度下菜籽油中总酚和canolol含量均有所减少，随着吸附温度的升高，保留率先升高后降低，但总的来说，总酚保留率均在80%以上，canolol保留率均在90%以上。

图2 吸附温度对菜籽油脱磷率及总酚和canolol保留率的影响

2.1.3 吸附时间对菜籽油脱磷率及总酚和canolol的影响

由图3a可知，随着吸附时间的增加，脱磷率先升高后降低，当吸附时间为30 min时，脱磷率为75.1%。进一步延长时间可能会导致反应体系中的解析作用大于吸附作用[28]，而使得脱磷率下降。由图3b可知，不同吸附时间下总酚和canolol含量均有所减少，但总酚和canolol的保留率均在95%以上。

图3 吸附时间对菜籽油脱磷率及总酚和canolol保留率的影响

2.1.4 基于酚酸高保留率的脱磷正交实验

以脱磷率、总酚保留率和canolol保留率为考察值，基于酚酸高保留率的脱磷正交实验设计及结果如表1所示。吸附温度、钠基膨润土添加量和吸附时间这3个工艺参数中，对总酚保留率和canolol保留率的影响大小顺序均为钠基膨润土添加量>吸附时间>吸附温度，对脱磷率的影响大小顺序为吸附温度>吸附剂添加量>吸附时间。以脱磷率(0.4)、总酚保留率(0.3)和canolol保留率(0.3)的综合加权得分为考察值，得出钠基膨润土的最优脱磷条件参数为：温度40 ℃、添加质量分数0.75%、时间30 min，在此条件下，综合加权得分为90.1分，脱磷率为82.5%，总酚和canolol保留率分别为97.2%和93.2%。钠基膨润土此脱磷率远高于刘翔等[29]报道的吸附脱磷剂对菜籽油的吸附脱磷率46.6%、郑学斌等[30]报道的稻壳灰二氧化硅对菜籽油的吸附脱磷率57.8%以及王未君等[31]报道的蔗糖脂肪酸三酯对菜籽油的吸附脱磷率37.2%。然而，此脱磷率低于Sabah等[32]报道的活性海泡石对菜籽油的吸附脱磷率96.3%，但其处理温度高达100 ℃，能耗太高且不利于保证油的品质；此脱磷率与Yao等[33]报道的二氧化硅对菜籽油的脱磷率85%基本相当，总酚保留率也比之(96%)略高，且二氧化硅过高的价格必然会阻碍其推广应用。因此，钠基膨润土用于菜籽油吸附脱磷是具有一定的优势的。

表1 基于酚酸高保留率的脱磷正交实验设计及结果

2.2 钠基膨润土吸附脱磷对菜籽油品质的影响

2.2.1 钠基膨润土吸附脱磷对菜籽油脂肪酸组成的影响

菜籽油中脂肪酸组成及含量是其品质的重要影响因素，直接决定了其营养水平和保健功能[34]。由表2可知，菜籽油脂肪酸主要包括棕榈酸C16∶0(3.87%)、硬脂酸 C18∶0(1.73)、油酸C18∶1(65.03%)、亚油酸C18∶2(18.32%)、亚麻酸C18∶3(7.96 %)，花生烯酸C20∶1(2.27%)和芥酸C22∶1(0.82%)。钠基膨润土吸附脱磷后，菜籽油中的脂肪酸种类和百分含量没有发生明显变化，饱和脂肪酸含量总和与不饱和脂肪酸含量总和均没有发生明显变化，因此，钠基膨润土吸附脱磷对菜籽油的脂肪酸组成无显著影响。

表2 钠基膨润土吸附脱磷对菜籽油脂肪酸组成的影响

2.2.2 钠基膨润土吸附脱磷对菜籽油中生育酚含量的影响

生育酚是菜籽油中的一种天然抗氧化剂，它可以改变自由基链的自氧化过程，进而起到抑制油中脂质氧化的作用[35]。由表3可知，菜籽油中主要含有α-生育酚和γ-生育酚这两种生育酚，且油中α-生育酚的含量较γ-生育酚低，这与Schwartz等[36]的研究结果一致。钠基膨润土吸附脱磷之后，α-生育酚、γ-生育酚和总生育酚的含量均有所降低，但总的来说损失很小，保留率分别为97.9%、98.4%和98.2%。这表明钠基膨润土吸附精炼在脱磷的同时，也可以很好地保留住菜籽油中的生育酚。

表3 钠基膨润土吸附脱磷对菜籽油中生育酚含量的影响

2.2.3 钠基膨润土吸附脱磷对菜籽油中植物甾醇含量的影响

植物甾醇是菜籽油中一种重要的天然微量活性成分，它具有降低胆固醇和抗肿瘤等生理功能以及较好的抗氧化作用[23]。由表4可知，菜籽油中检测到了三种植物甾醇，从高到低分别为β-谷甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇。钠基膨润土吸附脱磷之后，菜籽甾醇、菜油甾醇和β-谷甾醇的含量均有所降低，但总的来说损失不大，保留率分别为91.3%、93.7%和95.4%，总植物甾醇含量的保留率为94.2%。这表明钠基膨润土吸附精炼在脱磷的同时，也可以很好地保留住菜籽油中的植物甾醇。

表4 钠基膨润土吸附脱磷对菜籽油中植物甾醇含量的影响

3 结论

通过正交实验，得出钠基膨润土对富含酚酸菜籽油的最优脱磷条件参数为：吸附温度40 ℃、钠基膨润土添加量0.75%、吸附时间30 min，在此条件下，脱磷率为82.5%，菜籽油中总酚和canolol保留率分别为97.2%和93.2%。与此同时，钠基膨润土吸附脱磷对菜籽油的脂肪酸组成无显著影响，并能很好地保留住菜籽油中的生育酚和植物甾醇，总生育酚和总植物甾醇含量的保留率分别为98.2%和94.2%。