油莎豆饼油的SiO2精炼处理研究

郭婷婷, 万楚筠, 黄凤洪, 魏春磊, 胡正华

(中国农业科学院油料作物研究所1, 武汉 430062)(油料油脂加工技术国家地方联合工程实验室2, 武汉 430062)(农业部油料加工重点实验室3, 武汉 430062)

油莎豆是沙草科莎草属多年生草本植物，近年来因其适应性广、生长期短、生物量大、含油量高等优势特性[1]引起了广大学者的关注。研究发现油莎豆中含油量高达20%～36%[2]，经机械压榨后，副产物饼中除含一定量残油外，还富含多种有益脂质伴随物。因此深入开发和利用油莎豆饼，对我国油莎豆产业发展具有重要意义。

临界流体萃取是一种新兴的高效萃取技术，主要包括超临界流体萃取和亚临界流体萃取。超临界流体是处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上的流体，而亚临界流体是温度高于沸点但低于Tc，压力低于Pc 的流体。临界流体传质快，扩散性强，对很多物质有很强的溶解能力[3]。随着临界流体萃取理论及设备的不断完善发展，现已被广泛应用于植物油料[4，5]、动物原料[6]、微生物原料[7]以及加工副产物[8，9]中的油脂萃取。与压榨油相似，萃取油中含有胶溶性和脂溶性等杂质，严重影响油脂品质和稳定性，需进行精炼加工。SiO2表面存在硅羟基，具有较强亲水性。含水二氧化硅(SiO2·nH2O)，即硅胶，是一种富含水的非结晶胶体结构，具有较大的表面积、孔容及极化表面积，对油脂中的杂质具有较强的吸附能力[10]。Yao等[11]发现SiO2吸附可去除菜籽油中高达85%的磷脂，保留96%的总酚含量，还可提高L*和降低a*从而改善菜籽油的色泽。刘玉兰等[12]研究结果也证实使用硅胶处理于浓香花生油后有较好的脱胶、脱皂和脱色效果。目前SiO2在油莎豆油加工中应用鲜有报道，本实验对油莎豆饼亚临界丁烷和超临界CO2萃取油进行SiO2精炼处理，通过分析比较处理前后油理化性质、脂肪酸组成、微量成分和磷脂含量，研究SiO2精炼处理对其品质的影响，以期为油莎豆饼的高值化加工提供了参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

油莎豆饼由脱皮油莎豆低温压榨得到,SiO2食用级(纯度为99%)，5-α胆甾醇、生育酚标品、植物甾醇标品，正丁烷(纯度99.90%)，二氧化碳(纯度为99.99%)，正己烷、异丙醇为色谱纯，其他试剂为分析纯。

1.1.2 实验仪器

PLE-5L亚临界流体萃取装置，HA221-50—06超临界CO2萃取装置，Avanti J—26离心机，Agilent 7890N气相色谱，Agilent 6890N气相色谱，UV—1900紫外可见分光光度计，LC -6AD 液相色谱。

1.2 方法

1.2.1 亚临界丁烷萃取油莎豆饼中油脂

将油莎豆饼粉碎混匀，将样品置于萃取罐中。将亚临界萃取系统抽真空，按料液比1∶8加入丁烷溶剂，对物料静态萃取50 min。萃取结束后，将萃取液导入分离罐中，开启压缩机和真空泵进行脱溶，等系统中压力降至0.01 MPa后，卸压，分别从分离罐下端和萃取罐上端收集萃取油和萃取后粕，以4 863 g离心10 min，上层油储存在4 ℃冰箱中待检测。

1.2.2 超临界CO2萃取油莎豆饼中油脂

将油莎豆饼粉碎过筛，每次称取150 g置于超临界CO2装置的萃取筒中，设定分离罐Ⅰ温度和压力分别为8 MPa和50 ℃，分离罐Ⅱ压力为CO2储罐压力，温度为35 ℃。保持萃取温度和压力分别为40 ℃和28 MPa萃取90 min，萃取结束后，收集分离罐中油，离心取上层放入冰箱(4 ℃) 保存待检测。然后，卸压，将萃取后粕装入自封袋中，密封保存。

1.2.3 SiO2精炼处理

称取一定量的油样于玻璃烧杯中，添加2%SiO2，45 ℃水浴中搅拌60 min，反应完成后，进行抽滤分离，得到SiO2处理油，放入冰箱中(4 ℃) 保存待检测。

1.2.4 指标测定方法

1.2.4.1 脂肪酸组成

参照Teixeira等[4]的方法并做略微修改。吸取2～3滴待测样于10 mL离心管中，加入2.5 mL正己烷(分析纯)和0.5 mL0.5 mol/L甲醇钠溶液，漩涡5 min，离心取上清液于气相进样瓶中待测。

气相色谱条件：色谱柱为DB-FRAP柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)；载气：氮气，流速1.5 mL/min，分流比80∶1；进样口温度：260 ℃；进样量：1 μL；升温程序：初始温度为210 ℃，保持9 min，以20 ℃/min的升温速率升至350 ℃，继续保持10 min。

1.2.4.2 生育酚

参照Cong等[13]的方法并做部分修改，准确称取0.8 g的油样于10 mL棕色容量瓶中，用正己烷(色谱纯)定容至刻度，漩涡5 min，过0.22 μm滤膜。液相色谱条件：色谱柱为SIL100A柱(250 mm×4.6 mm×5 μm)；流动相为正己烷∶异丙醇(99.5∶0.5)；流速1 mL/min；进样体积20 μL。

1.2.4.3 植物甾醇

参照Yeboah等[14]方法并做部分修改，准确称样品0.2 g(精确到0.000 g)，加0.5 mL 5-α胆甾醇溶液(0.5 mg/mL)，充分溶解。加10 mL 2 mol/L乙醇氢氧化钾溶液，置于60 ℃水浴摇床中反应1 h。冷却后先后加入4 mL去离子水和10 mL正己烷，漩涡2 min，离心收集上层液。用正己烷重复萃取3次，合并上层液，用无水硫酸钠进行脱水。取萃取液15 mL，于80 ℃烘箱中至溶剂完全蒸干，加100 μL 衍生化试剂，105 ℃条件下反应15 min。取出冷却至室温，加1 mL正己烷溶解待测。

气相色谱分析条件：色谱柱：DB-5HT (30 m×0.22 mm×0.1 μm)；进样口、检测器温度：320 ℃；进样量：1 μL；载气：氦气，流速2 mL/min，分流比25∶1；升温程序：保持初始温度60 ℃ 1 min，以40 ℃/min升温速率升至310 ℃，继续保持10 min。

1.2.4.4 其他

色泽：参照GB/T 22460—2008；酸价:参照GB/T 5009.229—2016; 过氧化值: 参照GB/T 5009.227—2016；磷脂总量：参照GB/T 5537—2008；磷脂分量：参照GB/T 21493—2008；β-胡萝卜素：测定参照GB 5009.83—2016。

1.2.5 数据统计与分析

所有实验设3个平行，结果以平均值±标准差表示。使用SPSS 20.0对数据进行单因素方差分析，均值间的差异用Duncan多重范围检验，显著性水平为5%(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油理化性质的影响

SiO2精炼处理前后油莎豆饼萃取油理化性质结果如表1所示，油莎豆饼亚临界丁烷萃取油(SBEO)和超临界CO2萃取油(SCO2EO)色泽无显著性差异，但SCO2EO酸价、过氧化值显著高于SBEO。SiO2精炼处理后，油的黄值保持不变，红值、酸价和过氧化值均显著降低，其中酸价分别降低0.51、1.79 mg/g，这主要是由于SiO2可以吸附部分游离脂肪酸。过氧化值均降为0.00 g/100 g，说明SiO2精炼处理可改善油基本理化性质。

表1 SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油理化性质的影响

2.2 SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油脂肪酸组成的影响

SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油脂肪酸组成的影响如表2所示，4个油样中脂肪酸组成相近，各脂肪酸组成碳链为16～18，其中油酸质量分数最高(73.66%～73.88%)，这与Hu等[15]报道结果一致。饱和脂肪酸(Saturated fatty acids，SFA)质量分数为16.94%～17.01%，主要是由棕榈酸和硬脂酸组成。不饱和脂肪酸(Unsaturated fatty acids，UFA)质量分数为82.99%～83.06%，油酸是唯一检测出的单不饱和脂肪酸(Monounsaturated fatty acids，MUFA)，其在心血管疾病的预防和治疗中发挥着重要的作用[16]。多不饱和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acids，PUFA)主要是亚油酸，而亚麻酸含量较低。

表2 SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油脂肪酸组成的影响/%

统计学分析得出SBEO和SCO2EO中各脂肪酸组成有显著性差异(P<0.05)，但SFA和UFA含量无差异。亚临界丁烷萃取SiO2精炼处理油中SFA高于SBEO，UFA低于后者。超临界CO2萃取SiO2精炼处理油中除亚麻酸外，其他脂肪酸组分、SFA、MUFA、PUFA和UFA与SCO2EO相比均无统计学差异。

2.3 SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油微量成分的影响

SiO2精炼处理前后油莎豆饼萃取油中生育酚、植物甾醇和β-胡萝卜素含量结果见图1～图3。从图1可看出，油莎豆饼油中生育酚主要为α-和r-型，α-生育酚含量为20.24～23.06 mg/100 g，高于r-生育酚(8.19～8.50 mg/100 g)。2种原油中r-生育酚含量无显著性差异，SBEO中α-生育酚和总生育酚含量高于SCO2EO。植物甾醇含量结果如图2所示，共检测到3种植物甾醇，其中以谷甾醇为主(173.83～247.32 mg/100 g)，其次是菜籽甾醇(53.56～71.50 mg/100 g)和菜油甾醇(49.09～69.35 mg/100 g)。SCO2EO中菜籽甾醇、菜油甾醇和谷甾醇含量与总植物甾醇均显著高于SBEO，相反地，SBEO中β-胡萝卜素含量显著高于SCO2EO。

注：不同字母表示有显著性差异，下同。图1 SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油生育酚含量的影响

图2 SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油植物甾醇含量的影响

图3 SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油β-胡萝卜素含量的影响

经SiO2精炼处理后，亚临界萃取油中γ-生育酚无显著变化，α-生育酚和总生育酚降低，保留率为92.21%和93.46%。超临界萃取油中生育酚总量及2种分量含量均无显著性变化，保留率高于98%。SBEO和SCO2EO中β-胡萝卜素含量保留率分别为82.77%和79.34%，而植物甾醇保留率分别为78.85%～83.72%和74.64%～81.58%。SiO2精炼处理可以较好地保留油产品中微量成分，SiO2精炼处理对3种微量成分含量的影响大小顺序为植物甾醇> β-胡萝卜素>生育酚。

表3 SiO2精炼处理后油莎豆饼萃取油微量成分保留率/%

2.4 SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油磷脂含量的影响

SiO2精炼处理前后油莎豆饼萃取油磷脂及各磷脂分量含量如表4所示。SBEO中磷脂总量为3.65 mg/g，约为SCO2EO的1.34倍。从磷脂分量上看，萃取油中存在磷脂酰胆碱和磷脂酰肌醇2种分量，且SBEO中含量均显著高于SCO2EO。SiO2精炼处理后油中磷脂总量分别降低了98.90%和98.17%，磷脂分量磷脂酰胆碱和磷脂酰肌醇均降至检出限以下。说明SiO2精炼处理可显著降低油中磷含量，从而提高油产品色泽、风味和氧化稳定性。

表4 SiO2精炼处理对油莎豆饼萃取油磷脂总量及分量的影响/mg/g

3 结论

本研究分析比较了亚临界丁烷萃取油和超临界CO2萃取油SiO2精炼前后理化指标、脂肪酸组成、微量成分和磷脂含量。结果显示，不同萃取工艺和SiO2处理对脂肪酸组成无选择性改变。SBEO中生育酚、β-胡萝卜素、磷脂总量和磷脂分量含量显著高于SCO2EO(P<0.05)，而酸价、过氧化值和植物甾醇含量低于后者。SiO2精炼后，油色泽变浅，理化性质有所改善。油中微量成分含量降低，但保留率为74.64%～98.34%。此外，SiO2可除去油中98%以上的磷脂。综合得出SiO2精炼可有效提高油莎豆饼超临界和亚临界流体萃取油品质。