响应面法优化米糠油草酸脱胶工艺的研究

那治国，马永强，陈文红，王鑫

（1.哈尔滨商业大学食品工程学院，哈尔滨 150076；2.黑龙江东方学院食品与环境工程学部，哈尔滨 150086）

响应面法优化米糠油草酸脱胶工艺的研究

那治国1，2，马永强1＊，陈文红1，王鑫1

（1.哈尔滨商业大学食品工程学院，哈尔滨 150076；2.黑龙江东方学院食品与环境工程学部，哈尔滨 150086）

采用草酸对米糠毛油进行脱胶，在单因素实验基础上，根据Box－Benhnken中心组合实验设计原理，设计三因素三水平的响应面优化实验。在分析各个因素的显著性和交互作用后，得出米糠油草酸脱胶的最佳工艺条件：草酸添加量0.82%，加水量6.65%，反应时间31min，反应温度50℃；模型预测脱胶米糠油磷脂含量为39.93mg／kg，实测值为40.22mg／kg。在此条件下，米糠油脱胶率达到94.3%，且经草酸脱胶的米糠油在高温下色泽变化不大。

米糠油；草酸；脱胶；响应面法

米糠油属于半干性植物油脂，来源于水稻制米的副产物米糠，原料丰富。米糠油中脂肪酸种类不仅合理且较为完全，不饱和脂肪酸约占80%，且必需脂肪酸含量高达45%以上［1］，其中油酸含量约40%～ 50%，亚油酸含量约29%～42%，接近1∶1的营养比例［2］。此外，米糠油中还含有丰富的生育酚、谷维素、植物甾醇等天然营养保健成分，因而，被誉为“健康营养油”［3］。米糠油除了与其他植物油一样可直接用于食品烹调外，由于它还有类似于坚果的特殊风味，并且以良好的干态方式稳定存在，还可广泛应用于复合调味酱、火锅调料、油辣椒等调味品，在赋予其特殊风味的同时还可增加其营养保健功能，提高了这类调味品的附加值［4］。因而，米糠油具有广阔的应用前景。

然而米糠油中存在大量的胶质物质，如不脱出将严重影响米糠油的应用及营养价值的发挥。米糠毛油中的胶质主要是指磷脂成分，因此脱胶也常被称为脱磷［5］。磷脂中的非水化磷脂会引入较多金属离子，易造成油脂酸败和回色，对油脂精炼后续工艺造成影响，使中性油损失较大。因此，要改善精炼效果、提高精炼米糠油的品质，必须选择合适的脱胶工艺方法将非水化磷脂转化为水化磷脂。相比于一般的水化脱胶、磷酸法脱胶，草酸脱胶后米糠油中含磷量较低，既能有效脱除胶质，又能辅助降低油脂脱色难度，提高油脂稳定性，减缓酸值回升，保持油脂风味［6］。本实验以磷脂含量为考察指标，采用草酸对米糠毛油进行脱胶，并通过响应面分析法优化得到最优脱胶工艺条件。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

米糠毛油（磷脂含量709.6mg／kg） 实验室自制。盐酸 天津市渤海化工有限公司；氧化锌 天津市东丽区天大化学试剂厂；二水钼酸钠 天津市基准化学试剂有限公司；草酸 天津市博迪化工股份有限公司；氢氧化钾 天津市大陆化学试剂厂。以上试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器设备

BS224S型分析天平 赛多利斯科学仪器有限公司；SY－2－4系列恒温水浴锅 天津市欧诺仪器仪表有限公司；80－2型离心机 上海浦东物理光学仪器厂；2120UV型紫外可见分光光度计 韩国美卡希斯公司；Model F罗维朋比色计 英国罗维朋（Lovibond）公司。

1.3 试验方法

1.3.1 米糠毛油脱胶

称取米糠毛油50.0g，置于250mL烧杯中，预热至脱胶温度，加入与油温相近的草酸，快速搅拌均匀后加入与油温相近的蒸馏水，继续搅拌，待出现絮状物后缓慢搅拌一定时间，絮状物不再增加后静置1h使胶沉降，4000r／min离心20min，去除油脚得到脱胶米糠油。

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》方法，选择钼兰比色法测定米糠油中的磷脂［7］。计算公式如下：

式中：X为磷脂含量（mg／g）；P为标准曲线查得的被测液的含磷量（mg）；m为试样质量（g）；V1为样品稀释体积（mL）；V2为比色时所取被测液体积（mL）；26.31为每1mg磷相对磷脂的毫克数。

1.3.3 米糠油脱胶工艺条件优化

1.3.3.1 单因素试验

采用1.3.1方法对米糠毛油进行脱胶，以磷脂含量为考察指标，分别研究草酸添加量、加水量、脱胶温度、反应时间对米糠毛油脱胶效果的影响。

1.3.3.2 响应面优化试验

在单因素试验的基础上，根据响应面Box－Benhnken试验设计原理，以草酸添加量、加水量、反应时间3个因素为响应因子，以脱胶米糠油中的磷脂含量（Y）为响应值，设计三因素三水平响应面分析试验，确定最佳脱胶条件，因素与水平见表1。所得数据均为3次重复的平均值，数据统计分析采用SPSS 13.0软件进行方差分析，响应面试验所得数据使用Design Expert V8.0.6软件进行数据分析。

表1 Box－Benhnken试验因素与水平Table 1 Box－Benhnken factors and levels

1.3.4 加热试验

参照GB／T 5531－2008《粮油检验植物油脂加热试验》［8］。加热脱胶油至280℃，观察沉淀析出及油脂色泽的变化情况。

1.3.5 色泽检测

参照GB／T 22460－2008《动植物油脂罗维朋色泽的测定》方法［9］。

2 结果与分析

2.1 磷含量标准曲线

磷含量标准曲线见图1。

图1 磷含量标准曲线Fig.1 Standard curve of phosphorus content

由图1可知，磷含量的线性相关方程为Y＝6.46X－0.0228，线性回归系数R2＝0.9981，吸光值与磷含量呈现良好的线性关系。

2.2 单因素试验结果

2.2.1 草酸添加量对脱胶效果的影响

草酸添加量对脱胶效果的影响见图2。

图2 草酸添加量对脱胶效果的影响Fig.2 Effects of oxalic acid additive amount on degumming

由图2可知，草酸添加量较低时，随着其的增加，磷脂含量明显下降；当添加量达到0.8%时，脱胶米糠油磷脂含量达到最低。之后随着草酸添加量增加，油脂磷脂含量几乎保持不变，为了避免草酸添加过多使油脚酸值升高及损坏功能因子，故试验选择添加0.8%草酸进行进一步研究。

2.2.2 加水量对脱胶效果的影响

加水量对脱胶效果的影响见图3。

图3 加水量对脱胶效果的影响Fig.3 Effects of water additive amount on degumming

由图3可知，在一定范围内，随着加水量的增加，磷脂水化程度增加，有利于脱胶；而当体系中的水含量过多时，游离的水会使磷脂产生乳化效果，反而不利于油与磷脂的分离。因此要严格控制水含量，故试验选择加水量为6%进行进一步研究。

2.2.3 反应时间对脱胶效果的影响

3.1 护理质量管理的信息化 信息技术的使用是当前护理质量管理走向科学化的必由之路。通过充分整合搜索引擎技术、数据库技术、分布存储技术等，设计医院护理质量信息化管理软件，包括数据录入、统计分析、实时反馈、重大案例分析、专家在线咨询、工作提醒、危重症护理实时监测、标准查询等护理质量管理资源共享模块，实现全市护理质量评价数据实时监测、动态评价、专家反馈以及护理质量改进的科学决策，研制开发护理风险危机管理系统，建立全市范围的护理安全管理共享平台，从而真正实现护理质量管理的自动化与智能化。

反应时间对脱胶效果的影响见图4。

图4 反应时间对脱胶效果的影响Fig.4 Effects of reaction time on degumming

由图4可知，反应时间在30min以内，随着时间延长，油脂中的磷含量迅速减少，在处理30min时脱胶效果达到最好。30min之后，随着时间的延长，米糠油中的磷脂含量变化缓慢，略有上升，可能是由于聚集的胶团有稍许分散。因此，试验选用反应时间为30min进行进一步研究。

2.2.4 反应温度对脱胶效果的影响

反应温度对脱胶效果的影响见图5。

图5 反应温度对脱胶效果的影响Fig.5 Effects of reaction temperature on degumming

由图5可知，在所取温度范围内，反应温度对米糠油脱胶效果影响较小。温度低会增加油脂粘度，不利于草酸与油脂的混合，温度过高则会打破凝胶平衡，使胶团重新分散［10］。综合考虑，选择50℃作为草酸脱胶温度。

2.3 响应面试验结果

2.3.1 模型的建立及显著性检验

根据响应面Box－Benhnken试验设计，以磷脂含量为响应值，选择草酸添加量、加水量和反应时间3个因素进行17组试验，其中析因试验12组，可得到析因点，表示自变量取值在3个不同水平下所构成的三维顶点；中心点重复试验5组，可得到零点，5次重复用于估算试验误差。响应面分析方案与试验结果见表2。

表2 响应面试验设计方案及结果Table 2 Experimental scheme and results of response surface method

采用Design Expert 8.0.6软件对表2中数据进行多元线性回归拟合，可得出脱胶米糠油磷脂含量与各因素编码值之间的多元二次回归模型：Y（磷脂含量）＝40.54－1.16A－2.91B－1.38C＋0.20AB－0.37AC－1.18BC＋5.18A2＋4.68B2＋8.66C2。对模型方程进行显著性检验，见表3。

表3 回归方程的显著性检验及方差分析Table 3Significance test of regression equationand variance analysis（ANOVA）

由表3可知，整体模型P＜0.0001，二次方程模型极显著，且失拟项P＝0.9607＞0.05，不显著，表明回归方程对数据的拟合充分，R2＝0.9993，RAdj2＝ 0.9983，表明该方程的拟合度和可信度均很高，模型可靠，预测值与实验值具有高度相关性，模型能很好地反映响应值的变化，可用该回归方程代替实验真实点对试验结果进行分析和预测。

由表3可知，模型中全部的一次项和二次项对响应值Y（磷脂含量）的影响都极显著（P＜0.01），交互项BC对响应值Y的影响极显著（P＜0.01），AC对Y的影响显著（P＜0.05），AB对Y的影响不显著（P＞0.05）。由此可知，各实验因素对响应值的影响具有交互作用，并非是简单的线性关系。

2.3.2 各因素交互作用的响应曲面和等高线图分析

通过Design Expert 8.0.6软件对回归方程进行拟合，得各因素间交互作用的响应曲面图和等高线，见图6～图8。响应曲面图中各因素对应曲线的陡峭程度与其对响应值影响程度呈正相关。

图6 草酸添加量和加水量交互作用的响应曲面和等高线图Fig.6 Response surface and contour plot for interaction effect of oxalic acid and water additive amount

图7 草酸添加量和反应时间交互作用的响应曲面和等高线图Fig.7 Response surface and contour plot for interaction effect of oxalic acid additive amount and reaction time

图8 加水量和反应时间交互作用的响应曲面和等高线图Fig.8 Response surface and contour plot for interaction effect of water additive amount and reaction time

由图6～图8可知，3个因素对应的曲线均较陡峭，陡峭顺序为加水量＞反应时间＞草酸添加量，并结合表3可知，3个因素对米糠毛油脱胶的影响均很显著，影响程度依次为B加水量＞C反应时间＞A草酸添加量。

等高线的形状可反映因素间交互作用对响应值的影响是否显著，椭圆形为影响显著，圆形为不显著。由图6～图8可知，草酸添加量与反应时间、加水量与反应时间交互作用较强，对脱胶效果的影响显著，草酸添加量与加水量的交互作用较弱，对脱胶效果的影响不显著。且AC，BC每两个因素的交互作用对脱胶米糠油磷脂含量的影响为先降低后升高，响应值呈倒抛物线趋势，因此，回归方程有极大值。

2.3.3 最优条件的确定及验证

通过软件分析得出米糠毛油草酸脱胶最佳工艺参数为：草酸添加量0.82%，加水量6.64%，反应时间31.04min，此条件下，模型预测的脱胶米糠油磷脂含量为39.93mg／kg。为方便实际操作，将最佳工艺参数调整为：草酸添加量0.82%，加水量6.65%，反应时间31min。在此条件下进行3次平行试验，测定脱胶米糠油中磷脂平均含量为40.22mg／kg，与预测值相对误差为0.72%，结果稳定，预测值可靠。因此，采用响应面Box－Benhnken试验优化得到的米糠毛油草酸脱胶的工艺条件准确可靠，具有实用价值。

2.4 脱胶米糠油加热试验结果

将脱胶后的米糠毛油在280℃进行加热试验，结果油脂未发生较大变化，无析出物。罗维朋比色计色泽测定（比色槽25.4mm）变化结果见图9。

图9 脱胶油经280℃加热后的色值变化图Fig.9 Color value variation figure of degumming oil after heating at 280℃

由图9可知，脱胶米糠油加热前后，黄色色值未变为55，红色色值略有上升3个点。红色色值上升，可能是由于原料采用的米糠毛油游离脂肪酸含量偏高，在280℃高温加热条件下，游离脂肪酸的结构发生变化，生成部分顺反异构体及位置异构体，导致颜色偏深。另外，由于米糠油中的维生素E，在280℃和有氧条件下，其氧化分解速度加快，生成生育醌、苯并二氢吡喃－5，6－醌等深红色物质［11］。因此，脱胶米糠油在280℃加热后色泽略有上升，但在合格范围内。

3 结论

以米糠毛油为原料，采用草酸对其进行脱胶，研究了草酸添加量、加水量、反应温度和反应时间对米糠毛油脱胶效果的影响，除了反应温度对脱胶效果影响较小外，草酸添加量、加水量、反应时间对米糠毛油的草酸脱胶效果的影响均比较显著，影响程度依次为加水量＞反应时间＞草酸添加量。响应面Box－Benhnken试验得最佳磷酸化改性工艺条件为草酸添加量0.82%，加水量6.65%，反应时间31min，反应温度50℃，此条件下，米糠毛油磷脂含量从709.6mg／kg降到40.22mg／kg，脱胶率达到94.3%。脱胶后的米糠油在280℃的高温下色泽变化不大。

草酸用于米糠毛油的脱胶具有较好的效果，通过响应面分析获得了米糠毛油草酸脱胶最佳工艺，为米糠油在调味品中的开发利用提供了重要的理论依据和实际价值。

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Research on Optimization of Oxalic Acid Degumming Process of Rice Bran Oil by Response Surface Method

NA Zhi－guo1，2，MA Yong－qiang1＊，CHEN Wen－hong1，WANG Xin1
（1.College of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin 150076，China；2.Department of Food and Environmental Engineering，East University of Heilongjiang，Harbin 150086，China）

The response surface method is designed according to the principle of Box－Benhnken central combination design based on the single factor experiments to optimize the oxalic acid degumming process of rice bran oil.The results show that the optimal conditions are obtained as follows：oxalic acid of 0.82%，water of 6.65%，reaction time of 31min，reaction temperature of 50℃.The predicted phospholipid content in rice bran oil is 39.93mg／kg and measured value is 40.22mg／kg.Under such conditions，the degumming rate reaches 94.3%，and the color of rice bran oil has little change during the heat.

rice bran oil；oxalic acid；degumming；response surface method

TS201.56

A

10.3969／j.issn.1000－9973.2017.04.009

1000－9973（2017）04－0036－06

2016－10－18 ＊通讯作者

黑龙江省科技攻关课题（GC12B403）

那治国（1980－），男，副教授，硕士，研究方向：食品化学。