活性白土在单色光条件下对大豆油脱色特性的研究

刘 鑫，宋 鹏，李万振，张春艳，宋云花，于殿宇

(东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030)

油脂脱色的目的并非理论性地脱尽所有色素，而在于油脂色泽的改善和为油脂脱臭提供合格的原料油品［1-3］。油脂中的色素主要是类胡萝卜素(其中胡萝卜素使油脂呈红色，吸收400～500nm波长范围的光)，个别油脂中，还有特殊色素，如棉酚(使油呈深褐色)［4-6］，这些色素都能通过脱色除去，这主要是因为它们的分子不仅有较高的疏水性，而且其环状结构能以 π键与吸附剂上的某些基团相结合［7-9］。然而目前，绝大多数植物油加工厂的油脂脱色工艺通常采用吸附脱色法，即利用活性白土具有较强选择吸附性的特点，吸附油脂中的色素和杂质，从而达到植物油食用的色泽指标［10］。然而，脱色过程中会有少量活性白土残留于油脂中，影响油脂品质［11］。脱色过程的机理，W iedermann［12］和 Frankel［13］认为，活性白土对色素物质的吸附是物理吸附过程，但在实际使用活性白土脱色过程中，油品经脱色后常有异味，习惯上称“白土味［14］，影响油脂品质，并且脱色后的活性白土中油脂含量高达30%～35%，回收利用不完全，导致大量的资源浪费。天然日光是很好的自然资源，并且具有一定的能量，在一定的条件下可以破坏类胡萝卜素的脱色基团，达到降低油脂色泽的目的，而且在生产加工中不会产生能源与资源的浪费，不会使油脂带有其他味道，达到脱色的目的，是理想中的脱色原料。本实验是采用VIS-450可见光与活性白土协同作用对油脂进行照射，VIS-450光(波长为450nm的可见光)破坏油脂中有色基团而降低油脂的色泽［15］，不但减少活性白土对油脂的污染，而且节约资源与能源。本研究在该波长可见光下研究了脱色温度、时间、电流强度和搅拌速度等不同脱色条件对三级大豆油脱色效率的影响，得到了最佳脱色条件，并采用中心组合设计分析方法进行了验证实验。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

大豆油 九三油脂;活性白土 信阳光大;其他化学试剂 均为分析纯。

氙灯光源 北京中教金源科技有限公司;罗维朋比色仪 上海物理光学仪器厂;离心分离机 汉谟机械(上海有限公司)。

1.2 工艺流程

将油重0.5%的活性白土加入到大豆油中，用VIS-450光对其进行照射，待照射完成后，离心分离，取离心后油脂进行测定。

1.3 实验方法

精确量取50g油样于24个100m L烧杯中，分别加入0.5%的活性白土，分成四组，第一组在不同温度、第二组在不同时间、第三组在不同电流强度、第四组在不同搅拌速度条件下用VIS-450波长可见光对油脂进行避光照射，然后离心取上清液，采用国标GB/T 22460-2008、GBT 5538测定油脂色泽、过氧化值，平均测定3组，取平均值。并取已脱色好的150m L大豆油，分别装入5个50m L小烧杯中，分别放在不同条件下储藏210d，另取30m L国家三级油放在正常储藏条件下(无光照低温储藏)。

脱色率(%)=(C0-C1)/C0×100

式中:C0-脱色前红值;C1-脱色后红值。

返色率(%)=(C2-C3)/C3×100

式中:C2-返色后红值;C3-返色前红值。

2 结果与讨论

2.1 光照脱色温度对油脂品质的影响

采用VIS-450、活性白土添加量为0.5%，时间为25m in分别在不同温度下对大豆油进行照射，脱色率与过氧化值测定结果如图1所示。

图1 光照温度对油脂色泽及品质的影响Fig.1 The impact of temperature on the oil color and quality

由图1可知，随着温度的升高，脱色率逐渐增大，当温度为80℃时过氧化值达到最大，之后过氧化值开始逐渐下降。这主要是因为温度能加快活性白土与油脂中有色物质接触，进而加速对油脂的脱色，但是如果温度过高，油脂氧化速度加快，导致色泽加深，对油脂品质造成较大影响，因此，选取80℃为最适温度。

2.2 光照脱色时间对油脂品质的影响

采用VIS-450、活性白土添加量为5%，温度为80℃时，分别选取不同时间对油脂进行照射，结果如图2所示。

由图2可知，随着时间的延长，脱色率逐渐升高。这主要是随着时间的延长，大豆油与脱色剂充分接触，脱色率提高明显;而20min以后，脱色率、过氧化值的上升趋势变缓，说明脱色剂的吸附能力逐渐达到饱和状态，且由于强光照射的存在，脱色过程始终伴随着油脂的氧化，导致油脂过氧化值升高，并且时间过长反而对油脂品质影响较大。在20m in时脱色率已经达到理想脱色的指标。因此，为了保证油脂的品质，应选取20m in为脱色时间。

图2 光照脱色时间对油脂色泽及品质的影响Fig.2 The impact of light time on the oil color and quality

2.3 光照脱色电流强度对油脂品质的影响

采用VIS-450、活性白土添加量为5%，温度为80℃，时间为20m in时，分别选取不同电流强度对油脂进行照射，结果如图3所示。

图3 光照脱色电流强度对油脂色泽及品质的影响Fig.3 The impact of the current intensity on the oil color and quality

由图3可知，随着电流强度的增加，脱色率逐渐增大，当电流强度为21A与25A时的脱色率几乎相同，但是电流强度25A时油脂品质较差。这是因为油脂中有色物质类胡萝卜素多为异戊二烯单体的共轭烃链，在脱色过程中能吸收光的能量，使双键氧化，发色基团结构被破坏从而使油脂色泽下降，但是光照也会使油脂进一步氧化酸败，导致油脂过氧化值的升高，因此综合考虑，选取的最适电流强度为21A。

2.4 光照脱色搅拌速度对油脂品质的影响

采用VIS-450、活性白土添加量为5%，温度为80℃，时间为20min，电流强度为21A时，分别选取不同搅拌速度对油脂进行光照脱色，结果如图4所示。

由图4可知，随着搅拌速度的增大，脱色率逐渐增加，并且80 r/m in后脱色率逐渐平缓，这主要是因为活性白土吸附了油脂中的有色物质，随着搅拌速度的增加，有色物质与活性白土的接触时间越长，越能较好的达到脱色的目的，但是搅拌速度过高时，吸附剂的吸附能力逐渐达到饱和状态，脱色率只能依靠光照缓慢的增加。并且在80 r/m in的转速下，脱色率已经达到了脱色要求，为了降低能源的消耗，转速以80 r/m in最为适宜。

图4 光照脱色搅拌速度对油脂色泽及品质的影响Fig.4 The impact of stirring speed on the oil color and quality

2.5 不同条件下大豆油返色情况

由图5可知，处于白炽光下储存的大豆油色泽变化最大，且与国家三级油变化程度较接近，由此可知，VIS-450日光与活性白土协同作用下对大豆油进行脱色后油脂色泽较为稳定。

图5 大豆油不同储存条件下的返色率Fig.5 Color reversion rate of soybean oil under different storage

2.6 回归方程的建立与分析

由单因素实验可以看出在脱色过程中，照射电流强度、温度、时间对油脂脱色效果影响较大，而搅拌速度对脱色效果影响不大，因此确定电流强度21A，温度为80℃，时间为20m in，在此基础上采用中心组合设计(Box-Benhnken)［16］，以电流强度(A)、温度(B)和时间(C)为自变量，脱色率(R1)为响应值设计响应面实验。自变量水平编码见表1，实验设计方案及结果见表2。

表1 因素水平编码表Table1 Code of factors and levels

利用Design Expert 7.0.0软件对实验结果进行方差分析，结果见表3(p＜0.05为显著)。

通过对实验数据进行多元回归拟合，得到脱色率(R1)对自变量电流强度(A)、温度(B)和时间(C)的回归方程为:

表2 响应面设计方案及实验结果Table2 Design proposal and experiment result of response surface

由表3可知，方程因变量与自变量之间的线性关系明显，该模型回归显著(p＜0.0001)失拟项不显著(p＞0.05)，并且该模型 R2=99.75%，R= 99.44%，说明该模型与实验拟合良好，仅有约0.25%的响应值的总变异不能用该模型表示。由表3还可以看出，脱色过程中的A2、B2和C2为显著影响因素。图6～图8分别给出了反应的电流强度与温度、反应的电流强度与时间和时间与温度的交互作用对脱色率的响应曲面图。

图6 电流强度与温度交互影响对脱色率的响应面图Fig.6 Response surface plots showing the interactive effects of current intensity and temperature on decolorization rate

由图6可知，脱色率的极值出现在实验范围内，在电流强度为20～23A，温度约为80℃时，酶活力在97.8%以上。

由图7可知，脱色率的极值出现在实验范围内，在电流强度为20～23A，时间约为20m in时，脱色率在97.8%以上。

由图8以看出，脱色率的极值出现在实验范围内，在温度为75～85℃，时间为20min时，脱色率在98%以上。

表3 方差分析结果Table3 The test results of variance analysis

图7 电流强度与时间交互影响脱色率的响应面图Fig.7 Response surface plots showing the interactive effects of current intensity and time on decolorization rate

图8 温度与时间交互影响脱色率的响应面图Fig.8 Response surface plots showing the interactive effects of temperature and time on decolorization rate

应用响应面优化分析方法对回归模型进行分析，寻找最优响应结果见表4。

表4 响应面寻优结果Table4 Results of response surface optimization

为检验响应面方法所得结果的可靠性，按照上述整理值进行实验，得到的脱色率为97.8%。预测值与实验值之间的良好拟合性证实了模型的有效性。表明所得出的回归方程可以很好地反映电流强度、温度和时间与脱色率的关系。因此响应面分析法所得到的脱色率条件参数准确可靠，在实践中具有可行性。

3 结论

本实验在活性白土添加量为0.5%条件下，以VIS-450日光与活性白土协同作用对大豆油进行脱色研究。由单因素及响应面分析得最佳的脱色条件为:电流强度21.3A，温度78.8℃，时间18.7min，搅拌速度80 r/m in，得到脱色率为97.8%，经测定仅用白土脱色时白土中油脂的含量23.7%，而与光协同作用脱色时白土中的油脂含量为4.28%，并且脱色后的油脂油色稳定，放置时间长，不易返色。

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