山核桃油脱色工艺及脱色效果研究

彭彰文，马 添，马浩瑞，唐 琦，麻成金，2

（1.吉首大学植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室，湖南吉首416000；2.吉首大学食品科学研究所，湖南吉首416000）

山核桃油脱色工艺及脱色效果研究

彭彰文1，马 添1，马浩瑞1，唐 琦1，*麻成金1，2

（1.吉首大学植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室，湖南吉首416000；2.吉首大学食品科学研究所，湖南吉首416000）

利用可见分光光度法研究硅藻土、活性白土、活性炭、大孔树脂、沸石等不同吸附剂的脱色效果，并运用Box-Behnken Design方法对山核桃油脱色工艺进行优化。结果表明，采用活性白土作为脱色吸附剂，在吸附剂添加量3.5%，脱色温度70℃，脱色时间35 min，搅拌速度170 r/min的条件下，山核桃毛油脱色率达到81.85%。脱色后的山核桃油呈浅柠檬黄色，色素类物质含量较低。

山核桃油；吸附剂；脱色效果

0 引言

山核桃（Carya cathayensis）属于胡桃科山胡桃属（Catrya），是我国众多干果中营养价值较高的品种之一[1]。我国虽是山核桃生产大国，但山核桃深加工产业较为落后，山核桃油的开发尚处于起步阶段[2]。近年来，山核桃新的营养保健作用不断被发现，其在改善Ⅱ型糖尿病、调节体质和辅助治疗精神类疾病、改善睡眠和预防前列腺癌及肺癌等方面都有一定的作用[3-5]。武陵山区山核桃以其极高的营养价值和独特的口感风味得到了消费者的认可，逐渐成为一种深受消费者欢迎的高档坚果。

山核桃油有压榨法、溶剂浸出法、水酶法等多种提取方法，但所提油脂都会含有一定量影响油品稳定性的色素和杂质，为了满足不同用途油品对色泽的要求，必须对毛油进行脱色处理。油脂的脱色方法，目前有加热脱色、氧化脱色、化学药剂脱色法和吸附脱色等。但工业上应用最为广泛的是吸附脱色法，它是利用某些对色素具有选择性作用的物质（吸附剂）吸附除去油脂内色素及其他杂质的方法。在吸附脱色中除了脱除油脂中的色素、改善油品外观外，还可吸附除去微量金属和微量肥皂、磷脂等胶质，甚至还可吸附某些臭味物质、多环芳烃和残留农药等，从而保证油品的品质，有利于油品的深加工，并提高油品的稳定性。

国内外在对脱色过程的研究中发现，影响油脂脱色效果最重要的因素是吸附剂，不同种类的吸附剂对不同种类油脂甚至同一种油脂的脱色效果都有所差别。试验探索山核桃油脱色工艺，通过响应面法优化工艺参数，以求获得更高品质的山核桃油。

1 试验部分

1.1 试剂与仪器

山核桃，从吉首市农贸市场购置；硅藻土、活性白土、活性炭、大孔树脂、沸石，均为食品级；氢氧化钠，分析纯。

721型分光光度计，上海第二分析仪器厂产品；HH.S11-4型数显电热恒温水浴锅，金坛市富华仪器有限公司产品；GZX-9246MBE型数显鼓风干燥箱，天津泰斯特仪器有限公司产品；AEL-200型精密电子天平，湘仪天平仪器设备有限公司产品；HJ-3型数显恒温磁力搅拌器，常州澳华仪器有限公司产品；LXJ-2B型低速大容量离心机，上海金鹏仪器分析有限公司产品。

1.2 试验过程

1.2.1 工艺流程

原料（山核桃仁）→烘干→粉粹→压榨→山核桃毛油→水浴加热→搅拌吸附→抽滤离心→脱色山核桃油。

1.2.2 操作步骤

干山核桃破碎去壳，选取健康饱满的山核桃仁；于鼓风干燥箱中烘干山核桃仁，控制温度90℃，烘烤20 min；把冷却的山核桃仁掰碎，置于压榨机中压榨，得到山核桃毛油；将锥形瓶中的山核桃毛油于水浴锅预热一段时间，缓慢加入吸附剂；再用数显恒温磁力搅拌器对山核桃毛油进行加热搅拌，一定时间后，将油样与脱色剂趁热抽滤[6]。

1.2.3 脱色率计算

用721型分光光度计于波长475 nm处测定山核桃毛油脱色前后的吸光度，计算脱色率，以蒸馏水作参比，脱色率计算公式如下：

1.2.4 单因素试验设计

以脱色率为评价指标，分别考查吸附剂选择、吸附剂添加量、脱色温度和脱色时间等因素对脱色效果的影响。

1.2.5 回归响应面分析试验设计

在单因素试验基础上，根据响应面组合试验设计原理，运用Design Expert 8.0.6软件，以山核桃毛油的脱色率为响应值，对脱色条件进行优化，同时开展验证性试验。

2 结果与讨论

2.1 山核桃油脱色单因素试验

2.1.1 吸附剂选择对山核桃毛油脱色率的影响

山核桃毛油用量30.0 g，吸附剂添加量2%，脱色温度60℃，搅拌速度100 r/min，脱色时间30 min，离心分离。研究不同吸附剂种类对山核桃毛油脱色率的影响。

吸附剂种类对山核桃毛油脱色率的影响见图1。

图1 吸附剂种类对山核桃毛油脱色率的影响

由图1可知，在相同条件下活性白土脱色效果最好，硅藻土脱色效果最差，活性白土虽然具有吸油性和提高油脂酸价等缺点，但是成本较低、吸附性强。因此，试验选用活性白土作为油脂脱色的吸附剂。

2.1.2 吸附剂添加量对山核桃毛油脱色率的影响

山核桃毛油用量30.0 g，吸附剂为活性白土，脱色温度60℃，搅拌速度100 r/min，脱色时间30 min，离心分离。研究吸附剂不同添加量（2.0%，2.5%，3.0%，3.5%，4.0%，4.5%）对山核桃毛油脱色率的影响。

吸附剂添加量对山核桃毛油脱色率的影响见图2。

图2 吸附剂添加量对山核桃毛油脱色率的影响

由图2可知，山核桃毛油的脱色率随着吸附剂添加量的上升而增加，在4.5%时达到最大脱色率。考虑到吸附剂添加量超过3.5%后，脱色效果差别不大；另外使用活性白土越多，耗油量会增加，油的品质会下降，生产成本也相应增加，因此吸附剂添加量选择2.5%～3.5%。

2.1.3 脱色温度对山核桃毛油脱色率的影响

山核桃毛油用量30.0 g，吸附剂为活性白土，吸附剂添加量2%，搅拌速度100 r/min，脱色时间30 min，离心分离。研究不同脱色温度（55，60，65，70，75，80℃）对山核桃毛油脱色率的影响。

脱色温度对山核桃毛油脱色率的影响见图3。

由图3可知，随着脱色温度的升高，分子间运动加剧，脱色率增加，但是达到70℃后，脱色率变化趋于平缓，这与温度过高会使油脂生成新的成色物质有关。确定脱色温度的范围为65～75℃。

2.1.4 脱色时间对山核桃毛油脱色率的影响

山核桃毛油用量30.0 g，吸附剂为活性白土，吸附剂添加量2%，脱色温度60℃，搅拌速度100 r/min，离心分离。研究不同脱色时间（15，20，25，30，35，40 min）对山核桃毛油脱色率的影响。

脱色时间对山核桃毛油脱色率的影响见图4。

图3 脱色温度对山核桃毛油脱色率的影响

图4 脱色时间对山核桃毛油脱色率的影响

在脱色的开始阶段，油脂中的色素被吸附剂吸附，随着脱色时间的增加，会出现解析，导致油脂色素加深。吸附剂对色素的吸附在15～20 min即可达到吸附平衡，但是由于吸附剂的存在，脱色过程伴随着对油脂的催化氧化，导致油色加深，故脱色时间应适当延长。由图4可知，脱色时间在25～35 min时效果较好。

2.2 响应面法优化脱色条件试验结果

2.2.1 脱色试验因子水平编码表

脱色试验因素与水平设计见表1。

表1 脱色试验因素与水平设计

2.2.2 响应面试验结果

根据Box-Behnken的中心组合试验设计原理，综合单因素影响试验结果，以脱色温度（A）、吸附剂添加量（B）、脱色时间（C）为考查因素，山核桃毛油的脱色率为响应值，作因素水平的响应面分析试验。

脱色Box-Behnken设计（BBD）试验结果见表2。

表2是各个试验点给出的试验结果，17个试验点分为2类：一是析因点，自变量取值在A，B，C所构成的三维顶点，共有12个析因点；二是零点，为区域中心点。试验重复5次，用来估计试验误差，以脱色率为响应值，采用Design Expert 8.0.6软件对响应值与各因素进行回归拟合后，得到山核桃毛油脱色率对脱色时间、吸附剂添加量、脱色温度的多元回归方程为：

表2 脱色Box-Behnken设计（BBD）试验结果

2.2.3 响应面回归统计分析结果

回归统计分析结果见表3。

表3 回归统计分析结果

由表3可知，模型具有很好的显著性，说明此模型拟合程度较好，同时A，B，C，AB，BC，B2是具有显著性的；p＞0.05的是属于影响不显著的，舍去影响不显著的项，最终预测的回归方程为：

其中，Y为山核桃毛油脱色率的预测值，A，B，C分别为上述3个自变量的编码值。

从方差分析结果可知，模型p＜0.000 1，表明回归模型极显著，因变量与所有自变量之间的线性关系显著（R2=0.987 6）和变异系数（CV）为0.61%，失拟项F=6.4＜（F0.05(9,3)=8.81），p＞0.05，影响不显著，模型的调整确定系数Radj2=0.971 6，说明该模型拟合程度良好、误差小，可用此模型来分析和预测山核桃毛油脱色的结果。模型的信噪比为27.930，远大于4，说明模型完全可以用来对试验结果进行拟合。

根据表3，影响山核桃毛油脱色率的因素主次为吸附剂添加量＞脱色时间＞脱色温度，且脱色温度、吸附剂添加量、脱色时间都极显著，3个因素中脱色温度和吸附剂添加量及吸附剂添加量和脱色时间有交互作用。

Y=f（A，B，30 min）的等高线和响应面见图5，Y=f（65℃，B，C）的等高线和响应面见图6。

图5 Y=f（A，B，30 min）的等高线和响应面

图6 Y=f（65℃，B，C）的等高线和响应面

由图5可知，随着脱色温度和吸附剂添加量的增加，山核桃毛油的脱色率升高。可见，适当的增加脱色温度和吸附剂添加量，有利于提高脱色率；但当吸附剂添加量一定时，脱色温度继续增加，脱色率增幅减缓。因为色素在吸附剂表面上的吸附过程是放热反应，温度过高不利于色素吸附，而且过高的温度会使无色的色原体生成难于除去的新色素，故脱色率增幅减缓。由图6可知，随着吸附剂添加量和脱色时间的增加，脱色率升高；但是吸附剂添加量不变，当脱色时间增加到一定程度后，脱色率变化不大。这是由于在较高的温度下，随着时间的延长，部分色素将会解析，吸附平衡就会被打破；另一方面由于吸附剂的存在，脱色过程始终伴随着对油脂的催化氧化，导致油色加深，这都不利于脱色效果的提高[7-10]。

2.2.4 模型的优化和验证

结合方程与响应面图可得到脱色的优化条件为脱色温度70℃，吸附剂添加量3.5%，脱色时间35 min；脱色率预测值为82.34%。在此条件下进行3组验证试验，测定山核桃毛油的平均脱色率为81.85%，与理论预测值误差小于0.49%，证明了模型的可行性。

3 结论

通过单因素试验考查了吸附剂种类和吸附剂添加量、脱色时间、脱色温度、搅拌速度对山核桃毛油脱色率的影响并通过响应面法优化分析，建立了山核桃毛油脱色率的数学模型；得到的最佳脱色工艺提取条件为吸附剂活性白土，脱色温度70℃，吸附剂添加量3.5%，脱色时间35 min，搅拌速度170 r/min。实测脱色率为81.85%，与理论预测值误差小于0.49%，差异不显著，表明所建立的数学模型可行；且脱色后的山核桃油呈浅柠檬黄色，色素类物质含量较低，所优化的工艺具备较高推广价值。

[1]陶菲，郜海燕，葛林梅，等.加工工艺对山核桃脂肪氧化的影响[J].中国食品学报，2008，8（1）：99-102.

[2]代增英，高克栋，冯建岭，等.核桃油的研究进展[J].江苏调味副食品，2014，13（1）：6-8.

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[5]沈敏江，刘红芝，刘丽，等.核桃蛋白质的组成、制备及功能特性研究进展[J].中国粮油学报，2014，29（1）：123-128.

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[10]周鸣谦，刘云鹤，夏久云.均匀试验设计优化黑莓叶黄酮的提取及组分分析[J].食品科学，2013，37（16）：129-133.◇

Decoloring Technique and Efficiency for Carya cathayensis Oil

PENG Zhangwen1，MA Tian1，MA Haorui1，TANG Qi1，*MA Chengjin1，2
（1.Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Utilization，College of Hu'nan Province，Jishou Univerusity，Jishou，Hu'nan 416000，China；2.Institute of Food Science，Jishou University，Jishou，Hu'nan 416000，China）

Using the visible spectrophotometry，decoloring efficiency of diatomite，activated clay，activated carbon，macroporous resin，and zeolite is explored for Carya cathayensis oil.Parameters of Carya cathayensis oil are optimized by Box-Behnken Design.The result shows that the optimum extraction condition is obtained as follows：the additive amount of activated clay 3.5%，the temperature 70℃，the time 35 min and agitation speed 170 r/min，which can make the decoloring rate add to 81.85%.After decoloring，the Carya cathayensis oil is light lemon yellow and the pigment content is lower.

Carya cathayensis oil；adsorbent；decoloring efficiency

TS224.6

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.05.036

1671-9646（2017）05b-0030-04

2017-04-11

吉首大学校级科技项目（2014ZXCX10）。

彭彰文（1997—），男，在读本科，教授，研究方向为食品资源开发与利用。*

麻成金（1963—），男，硕士，教授，研究方向为食品资源开发与利用。