高效保留米糠油营养成分的最佳吸附脱色条件研究

刘玉兰 陈园顺 董 婷 徐兆勇

（河南工业大学粮油食品学院1，郑州 450001）

（郑州四维粮油工程技术有限公司2，郑州 450001）

高效保留米糠油营养成分的最佳吸附脱色条件研究

刘玉兰1陈园顺1董 婷1徐兆勇2

（河南工业大学粮油食品学院1，郑州 450001）

（郑州四维粮油工程技术有限公司2，郑州 450001）

研究吸附脱色工艺条件（吸附剂种类、吸附剂用量、吸附脱色温度、吸附脱色时间）对米糠油吸附脱色综合效果（脱色率及谷维素、甾醇、维生素E等营养成分保留率和反式脂肪酸生成量）的影响。通过单因素试验和正交试验全概率分析得到最佳吸附脱色工艺条件：吸附脱色剂为活性白土，添加量为油重的3%，吸附脱色温度120℃，吸附脱色时间25 min。在此条件下得到脱色米糠油的色泽为Y20 R2.1（罗维朋比色槽25.4 mm），谷维素保留率为96.74%，甾醇保留率为90.60%，维生素E保留率为78.68%，反式脂肪酸未检出。脱色米糠油中营养成分得到了很好的保留。

米糠油 吸附脱色 脱色率 谷维素 甾醇 维生素E

吸附脱色是米糠油精炼生产的重要工序之一，也是生产高等级米糠油的难点之一。吸附脱色的主要作用是脱除油脂中的色素，同时兼代脱除油脂中的微量金属、胶杂、皂粒、多环芳烃和残留农药等［1］。米糠毛油的色泽很深，且色泽难以脱除，为了使成品米糠油色泽达到米糠油国标中一、二级油色泽的指标要求，米糠油精炼厂通常会采用增大吸附剂用量或增加吸附脱色次数来进行米糠油脱色。这不仅使吸附剂消耗量和油脂脱色损耗大大增加，同时也造成米糠油中营养成分如谷维素、植物甾醇、维生素E大量损失，甚至造成有害成分反式脂肪酸（TFA）的生成。

国内外对米糠油吸附脱色的研究报道主要局限在如何提高脱色效果方面［2-5］，关于吸附脱色过程对米糠油中营养成分的影响，国内外都鲜有研究报道。Hoed等［6］、Krishna等［7］的研究结果是碱炼脱酸会对米糠油中营养成分有不同程度的损失；Christids等［8］的研究结果是采用活性白土进行油脂脱色会造成维生素E的损失；刘元法等［9］的研究结果是吸附脱色会造成大豆油和菜籽油中维生素E含量的降低。

本试验选择吸附剂种类、吸附剂用量、脱色温度、脱色时间等4个最主要影响因素，以脱色率、营养成分保留率和TFA生成情况作为米糠油吸附脱色综合效果的考察指标，通过单因素试验和正交试验确定米糠油吸附脱色的最佳工艺条件，以期能在保证米糠油吸附脱色效果的同时尽可能减少米糠油中营养成分的损失和有害成分TFA的生成，提高米糠油的营养价值和品质安全。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

米糠毛油：河南山信粮业有限公司；脱酸米糠油：在实验室对米糠毛油经过混合油碱炼脱酸制得［10］；活性白土：食品级，江苏麦阁吸附剂有限公司；活性炭：食品级，天津市科密欧化学试剂有限公司；凹凸棒土：食品级，盱眙欧柏特粘土有限公司；Norit8014-2活性炭：上海众基化工进出口有限公司。

谷维素标准品：济宁市安康制药有限公司，纯度＞97.0%；豆甾醇标准品：上海晶纯实业有限公司，纯度＞90.0%；α-、β-、γ-、δ-生育酚和生育三烯酚标准品：北京三区生物技术有限公司，纯度≥98.0%。

1.2 仪器与设备

10-AT型高效液相色谱仪：日本岛津公司；WSL-2型比较测色仪：上海精密科学仪器有限公司；T6新世纪型紫外分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；722S型分光光度计：上海精密科学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 米糠油的吸附脱色

称取50 g脱酸米糠油于250 mL三口烧瓶中，在油浴锅上架设脱色装置，将油加热搅拌升温至90℃左右，抽真空，除去油中少量水分，然后在真空状态下升温至所需温度，搅拌下缓慢均匀的加入一定量的吸附剂，搅拌反应一段时间后，停止加热，将油冷却至80℃左右破除真空，之后在4 000 r／min下离心20 min除去大部分吸附剂，再用滤纸过滤，得到脱色米糠油。

测定脱酸米糠油和脱色米糠油中谷维素、甾醇、维生素E含量、吸光度和TFA含量，以脱色后与脱色前米糠油中谷维素、甾醇、维生素E含量的百分比计算谷维素、甾醇、维生素E的保留率，计算脱色率。

式中：T为脱色率／%；A0为脱色前米糠油吸光度；A1为脱色后米糠油吸光度。

1.3.2 米糠油理化指标的测定

水分及挥发物含量的测定参照 GB／T 5528—2008；不溶性杂质含量测定参照GB／T 15688—1985；酸值测定参照GB／T 5530—2005；过氧化值测定参照GB／T 5538—2005；含皂量测定参照 GB／T 5533—2008；色泽测定参照 GB／T 22460—2008。

1.3.3 米糠油吸光度的测定［10］

将脱色前后的米糠油样在4 500 r／min下离心10 min，布氏漏斗过滤，吸取一定量的米糠油用正己烷稀释，于448 nm波长处测定吸光度，以正己烷为空白参比。

1.3.4 米糠油谷维素和甾醇含量测定

参照文献［10-11］。

1.3.5 米糠油维生素E含量的测定

参照 GB／T 26635—2011。

样品中维生素E含量测定［12］：精确称取一定量的米糠油于10 mL的容量瓶中，用色谱正己烷溶解，并定容至刻度，摇匀静置，经过0.45μm有机系微滤膜过滤后，进HPLC测定。根据相对保留时间定性，通过各自的回归方程分别计算出各生育酚和生育三烯酚的含量，各生育酚和生育三烯酚含量的总和即为米糠油中VE的含量。

高效液相色谱条件：检测器，RF-10AXL荧光检测器；色谱柱，大连依利特 NH2柱（250 mm×4.6 mm，5μm）；流动相，正己烷 ∶异丙醇 ＝99∶1（V／V）；流速，0.8 mL／min；柱温，40℃；激发波长，298 nm；发射波长，325 nm。

1.3.6 米糠油反式脂肪酸含量的测定

参照 GB／T 22507—2008。

气相色谱分析条件为：SGE脂肪酸柱（0.25 mm×120.0 m）；检测器，氢火焰离子化检测器（FID）；进样口温度，210℃；柱温，180℃；检测器温度，230℃；柱流量，1 mL／min；分流比，1∶20；进样量，2μL。

2 结果与讨论

2.1 脱酸米糠油的质量指标

脱酸米糠油的质量指标见表1。

表1 脱酸米糠油的质量指标

2.2 单因素试验

以吸附脱色率和营养成分保留率为考核指标，对吸附剂用量、脱色温度、脱色时间等条件进行分析研究，之后对活性炭、凹凸棒石等吸附剂的效果进行分析研究。

2.2.1 白土添加量对米糠油脱色及营养成分保留的影响

吸附脱色温度120℃，脱色时间30 min，分别加入油重3%、4%、5%、6%、7%的活性白土对米糠油进行吸附脱色，考察白土添加量对脱色率、营养成分保留率以及反式脂肪酸（TFA）含量的影响。试验结果见图1～图2。

由图1可以看出，白土添加量由3%增加至4%时，油脂脱色率明显提高，添加量超过4%之后，脱色率的提高已不明显。

由图2可以看出，白土添加量由3%增加至5%，谷维素和甾醇保留率无明显影响，白土添加量由5%增加至6%，谷维素和甾醇保留率明显降低；维生素E保留率随白土用量的增加呈持续降低。此外，经测定，吸附脱色后的油样中TFA含量未检出。综合脱色率和营养成分保留率，同时考虑到经济效益，选取白土添加量为4%。

图1 白土添加量对米糠油脱色率的影响

图2 白土添加量对米糠油营养成分保留率的影响

2.2.2 吸附脱色温度对米糠油脱色及营养成分保留的影响

活性白土添加量为油重4%，吸附脱色时间30 min，控制吸附脱色温度分别为 90、100、110、120、130℃对米糠油进行吸附脱色，考察吸附脱色温度对脱色率、营养成分保留率以及TFA含量的影响。试验结果见图3～图4。

由图3可以看出，脱色温度从90～120℃范围内，随温度升高脱色率有少许的提高，但当温度大于120℃时，脱色率明显下降。

图3 吸附脱色温度对米糠油脱色率的影响

由图4可以看出，随着脱色温度的升高，谷维素保留率呈上升趋势，但总体变化不大；甾醇保留率随着脱色温度的升高有所增大；脱色温度低于120℃时，维生素E保留率随温度变化不大，但温度高于120℃时，维生素E保留率显著减小；试验油样中TFA含量未检出。综合考虑，选择吸附脱色温度为120℃。

图4 吸附脱色温度对米糠油营养成分保留率的影响

2.2.3 脱色时间对米糠油脱色及营养成分保留效果的影响

活性白土添加量为油重4%，脱色温度120℃，分别控制脱色时间为 20、30、40、50 min，考察吸附脱色时间对脱色率、营养成分保留率以及TFA含量的影响。试验结果见图5～图6。

图5 脱色时间对米糠油脱色率的影响

图6 脱色时间对米糠油营养成分保留率的影响

从图5可以看出，在20～50 min的脱色时间内，脱色率变化不明显。从图6可以看出，当脱色时间超过30 min之后，甾醇、谷维素、维生素E的保留率明显降低，尤其是甾醇的保留率降低至75%左右。这可能是因为在30 min之前，吸附剂优先吸附色素，对甾醇、谷维素、维生素E等成分的吸附作用弱，脱色时间超过30 min之后，白土对色素的吸附作用达到动态平衡，从而对甾醇、谷维素、维生素E的吸附量增加。试验油样TFA含量未检出。综合考虑，选取脱色时间为30 min。

2.2.4 吸附剂种类对米糠油脱色及营养成分保留效果的影响

吸附剂添加量为油重4%，脱色温度120℃，脱色时间30 min，分别使用活性白土、活性炭、Norit活性炭、凹凸棒石作为吸附脱色剂，考察吸附剂种类对米糠油脱色率、营养成分保留率以及TFA含量的影响。试验结果见图7～图8。

从图7可见，在吸附剂添加量相同的条件下，凹凸棒石略优于活性白土、优于Norit活性炭，一般的活性炭效果最差。但由于凹凸棒石粒度较细，过滤性能差，所以在实际生产中应用不是很广泛［1，13］。

图7 吸附剂种类对米糠油脱色率的影响

从图8可见，采用活性白土作为吸附脱色剂时，各种营养成分的保留率都相对较高；其次是凹凸棒石；Norit活性炭对谷维素的吸附性最强，以至于谷维素的保留率不足50%；活性炭和Norit活性炭对维生素E的吸附性都比较强，以至于维生素E的保留率仅为60%左右。试验所得油样中TFA含量未检出。综合考虑吸附剂对脱色效果和营养成分的保留效果，应优选活性白土作为米糠油的吸附脱色剂。

图8 吸附剂种类对米糠油营养成分保留率的影响

2.3 正交试验

以活性白土为吸附脱色剂，为了考察吸附剂用量、吸附脱色温度和吸附脱色时间对米糠油脱色效果和营养成分保留效果的综合影响，根据单因素试验结果，采用正交表安排试验，因素水平表如表2所示，正交试验的结果见表3。

表2 因素水平表

表3 正交试验结果

2.4 正交试验的全概率分析

用多指标试验全概率公式评分法进行数据处理。

设 Bi为第 i号试验，Aj为第 j个指标，i＝1，2，….，n，j＝1，2，….，k。且 A1，A2，…，Ak互不相容，又设各指标的重要程度之比为 A1：A2：…：Ak＝m1：m2：…：mk，

记N＝m1+m2+… +mk，则

以Xji表示第j个指标下的第i个测定值，以Sj表示第j个指标下各次（n）试验结果的和，即

于是由全概率公式得

式（4）即为同时兼顾各指标综合效应的全概率公式积分。本试验中4个指标，令脱色率为指标A1，谷维素保留率为指标A2，甾醇保留率为A3，维生素E保留率为 A4，且 A1∶A2∶A3∶A4＝3∶3∶2∶2。A1、A2、A3、A4值越大越优，按下式计算同时兼顾各指标综合效应的全概率公式积分

全概率评分及极差分析结果如表4所示。

表4 正交试验全概率评分结果

由表4极差大小可知，各因素对米糠油活性白土吸附脱色综合效果影响的主次顺序为：添加量＞脱色温度＞脱色时间，最佳条件是A1B2C1，即添加量3%，脱色温度120℃，脱色时间25 min。

综合正交试验极差分析结果，同时考虑到经济效益，最终确定米糠油活性白土吸附脱色最佳工艺条件为A1B2C1，即活性白土添加量为3%，脱色温度120℃，脱色时间25 min。在此条件下进行验证性试验，测得脱色油的脱色率为82.50%，脱色米糠油的色泽为Y20 R2.1（罗维朋比色槽25.4 mm），谷维素保留率为96.74%，甾醇保留率为90.60%，维生素E保留率为78.68%。

3 结论

单因素试验和正交试验全概率分析的结果表明，以脱色率及谷维素、甾醇、维生素E保留率作为米糠油吸附脱色综合效果的考察指标时，米糠油吸附脱色的优选吸附剂为活性白土，最佳工艺条件为活性白土添加量为3%、吸附脱色温度120℃、吸附脱色时间25 min。在最佳脱色工艺条件下进行验证试验，测得米糠油的脱色率为82.50%，色泽为Y20 R2.1（罗维朋比色槽25.4 mm），谷维素保留率为96.74%，甾醇保留率为90.60%，维生素E保留率为78.68%。脱色米糠油的色泽符合GB 19112—2003《米糠油》中三级油Y35 R3.0的指标要求，同时米糠油中营养成分得到了很好的保留。

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Optimum Adsorption Bleaching Conditions of Rice Bran Oil to Retain Nutrients Efficiently

Liu Yulan1Chen Yuanshun1Dong Ting1Xu Zhaoyong2
（Henan University of Technology，College of Cereals，Oils and Foods1，Zhengzhou 450001）
（Zhengzhou Siwei Grain＆Oil Engineering Technology Co.，Ltd.2Zhengzhou 450001）

The influence adsorption bleaching conditions（including decolorant dosage，decolorant types，bleaching temperature and bleaching time）on decolorization effectof rice bran oil and the retention rates of oryzanol，sterols and vitamin E were investigated.The optimum adsorption bleaching processing conditionswere studied by single factor experiments aswell as the probability analysis of orthogonal experiments.The optimum adsorption bleaching processing conditionswere activated clay as decolorant，decolorant dosage of 3%，bleaching temperature at 120℃and bleaching time of 25 min.Bleached rice bran oilwas obtained through the verification tests on the conditions above，and the Lovibond color of the oilwas Y20 R2.1（25.4 mm）.The retention rates of oryzanol，sterols and vitamin E were 96.74%，90.60%and 78.68%respectively.The trans fatty acidswere not detected in all oil samples.Themore nutrientswere retained in the decolorization rice bran oil.

rice bran oil，adsorption bleaching，decolorization rate，oryzanol，sterols，Vitamin E

TS224

A

1003-0174（2015）07-0037-06

“河南省食用油脂倍增计划-河南省油料产后精深加工研发”专项资金资助（豫财贸［2010］169号）

2014-01-26

刘玉兰，女，1957年出生，教授，粮食、油脂及植物蛋白工程