楊佳佳 鹿保鑫

（黑龍江八一農(nóng)墾大學食品學院，大慶 163319）

目前，我國仍以植物油為主要食用油脂，其中大豆油占有很大的比例，但由于受氣候、土壤等自然因素和人為因素的影響，大豆在收割時會含有不能完全成熟的籽粒，俗稱青豆，若大豆中含有大量的青豆，一方面會導致大豆大幅減產(chǎn)，品質(zhì)下降，另一方面對大豆油脂加工工藝及產(chǎn)品品質(zhì)等方面有很大的影響。

水化脫膠是脫除毛油中所含的磷脂、蛋白質(zhì)、糖基甘油二酯等膠溶性雜質(zhì)，其中以脫除磷脂為主，磷脂可以分為水化磷脂和非水化磷脂，因此脫膠也常被稱為脫磷。以成熟大豆為原料，加工所得的毛油中含有的磷脂多為水化磷脂；以青豆為原料，加工所得的毛油中含有的磷脂多為非水化磷脂［1－3］。青豆的存在會造成毛油中非水化磷脂增多，采用常規(guī)的水化脫膠法不能將膠質(zhì)脫除徹底，而磷脂的存在將影響成品油的煙點和風味，還會在后續(xù)的堿煉脫酸工序中造成乳化現(xiàn)象，增加煉耗和燒堿量［4］。常規(guī)的水化脫膠只能除去水化磷脂，非水化磷脂卻很難脫除［5］，但酸的存在可利于中和磷脂膠粒表面的電荷，可促使磷脂膠粒之間緊密凝聚，加速沉降分離，使得在后續(xù)水化時脫膠徹底［6］。

本試驗以青豆毛油為原料，采用常規(guī)水化脫膠法，以添加酸為輔助手段，通過單因素試驗及二次回歸正交旋轉(zhuǎn)［7］組合試驗，以脫膠率指標為響應值，探討脫除青豆油中脫體的適宜方法，以期得到最佳脫膠工藝條件，為大豆油脂加工業(yè)提供基礎性研究數(shù)據(jù)。

1　材料與方法

1.1　原料與試劑

青豆毛油：實驗室自制。檸檬酸、醋酸、磷酸：沈陽市華東試劑廠；鹽酸：北京化工廠；以上均為分析純。

1.2　主要儀器

JJ－1電動攪拌器：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；L420高速離心機：長沙湘儀離心機儀器有限公司；H－4數(shù)顯恒溫水浴鍋：蘇州威爾實驗用品有限公司。

1.3　方法

1.3.1 青豆油水化脫膠的工藝流程

稱取毛油→加熱→加入酸→攪拌→加去離子水→脫水干燥→離心分離→脫膠油→稱重

1.3.2 單因素試驗設計

選取檸檬酸、磷酸、檸檬酸：磷酸為1∶1混合液、醋酸、鹽酸等幾種酸進行試驗，確定水化脫膠最佳酸的種類。選擇對脫膠率有影響的4個主要因素：水化時間X1，水化溫度X2，酸添加量X3，加水量X4，以脫膠率為考核標準，進行單因素試驗。

1.3.3 二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設計試驗［8］

在單因素試驗的基礎上，確定中心組合因素（水化溫度、水化時間、酸添加量、加水量）與水平。以青豆毛油的脫膠率為響應值，通過二次回歸正交旋轉(zhuǎn)試驗對脫膠條件進行優(yōu)化。變量參數(shù)P＝4；星號臂值R＝2；±1水平的因素點試驗全部實施為Mc＝2P＝16；±R水平的星號臂點為MR＝2P＝8；為了使得二次旋轉(zhuǎn)組合設計具有正交性，各因素是零水平的中心為M0＝12；總試驗點N＝MC＋MR＋M0＝36。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

采用SASSystem 8.2軟件對二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗結(jié)果進行處理。

1.3.5 280℃加熱試驗

加熱試驗就是將油樣加熱至280℃，觀察有無析出物以及油脂色澤的變化情況。按GB 5531—2008，280℃加熱試驗進行測定。

2　結(jié)果與討論

2.1　單因素試驗結(jié)果

2.1.1 酸的種類對青豆油脫膠率的影響

固定水化溫度70℃、水化時間40 min、酸的添加量0.3%、加水量7%，提取2次，探討不同種類的酸對青豆油脫膠率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1　不同種類的酸對青豆油脫膠率的影響

由圖1可知，每種酸對青豆油的脫膠率各不相同。加入鹽酸時，水化脫膠率最低，說明鹽酸對脫膠率的影響較低。加入檸檬酸、磷酸、醋酸這3種酸時，水化脫膠率分別是7.26%、7.62%、7.13%，脫膠效果相差不大。而加入檸檬酸和磷酸的1∶1混合液時，水化脫膠率較高，說明二者混合液對脫膠率的影響最大。因此確定試驗所用的酸為檸檬酸和磷酸的1∶1混合溶液。

2.1.2 水化溫度的影響

固定所添加的酸為檸檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化時間40 min、酸的添加量0.3%、加水量7%，提取2次，探討不同水化溫度對青豆油脫膠率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2　溫度對青豆油脫膠率的影響

由圖2可知，青豆油的脫膠率隨著溫度的升高而升高，這是因為在一定范圍內(nèi)溫度高有利于磷脂分離，有利于提高脫膠率。當脫膠的溫度范圍在50～70℃時，脫膠率上升較明顯，而隨著溫度繼續(xù)升高，其脫膠率還在上升，但上升趨勢較慢，這是由于大豆脂肪酶的活性溫度為40～70℃，超過70℃，酶被鈍化，對磷脂的作用減弱［9］，使磷脂不易脫除。考慮到實際生產(chǎn)過程中的能耗和便于控制等問題，因此確定脫膠溫度在70℃左右為宜。

2.1.3 水化時間的影響

固定所添加的酸為檸檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化溫度70℃、酸的添加量0.3%、加水量7%，提取2次，探討不同水化時間對青豆油脫膠率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3　時間對青豆油脫膠率的影響

由圖3可知，青豆油脫膠率隨著時間增加而增加，說明較長的水化時間能夠更完全地除去膠質(zhì)。當脫膠時間超過50 min，脫膠率雖然仍在上升，但脫膠率的上升較緩，幾乎保持平穩(wěn)。考慮到實際生產(chǎn)過程中的能耗等問題，確定脫膠時間在50 min左右為宜。

2.1.4 酸的添加量的影響

固定所添加的酸為檸檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化時間50 min、水化溫度70℃、加水量7%，提取2次，探討酸的不同添加量對青豆油脫膠率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4　酸的添加量對青豆油脫膠率的影響

從圖4可以看出，酸的添加量為油重的0.1%時脫膠率最低，隨著添加量的增加脫膠率上升較明顯，這是由于所加入的酸將毛油中的非水化磷脂轉(zhuǎn)化成了水化磷脂，使水化徹底。當酸的添加量達到油重的0.4%時，隨著酸添加量的繼續(xù)增加，脫膠率仍然上升，但是上升的趨勢較小。這說明在其他條件不變的情況下，酸添加量增加有益于青豆油的脫膠。因此確定脫膠時酸的添加量在0.4%左右為宜。

2.1.5 加水量的影響

固定所添加的酸為檸檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化時間50 min、水化溫度70℃、酸的添加量是0.4%，提取2次，探討不同加水量對青豆油脫膠率的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5　加水量對青豆油脫膠率的影響

由圖5可以看出，在一定范圍內(nèi)隨著加水量的增加青豆油的脫膠率不斷升高，當加水量達到7%時，脫膠率最高，即脫膠效果最好，這是因為加水量不足，水化不完全，膠粒絮凝不好，使得膠粒與毛油不易分離。之后隨著加水量的繼續(xù)增加，脫膠率又不斷下降，這是因為加水量過多，有可能形成局部的水／油或油／水乳化現(xiàn)象，難以分離。因此確定脫膠加水量在7%左右為宜。

2.2　二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設計試驗結(jié)果

2.2.1 二次回歸正交組合試驗結(jié)果

二次回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗設計及結(jié)果見表1?；貧w方程的方差分析、各項的方差分析和參數(shù)估計及顯著性分析的主要結(jié)果歸納分別見表2～表5。

表1　試驗設計及結(jié)果

表2　回歸方程的方差分析

表3　回歸方程各項的方差分析

由表2和表3可以看出：二次回歸模型的F值為55.62，P值 ＜0.001，大于在0.01水平上的 F（14，21）0.01＝3.07值，而失擬項的F值為1.33，小于在0.05水平上的 F（10，11）0.05＝2.86值，由方程的顯著性檢驗可知，該方程達到極顯著水平，失擬項P值＝0.324＞0.05，該方程無失擬因素存在，回歸模型和試驗值能較好的擬和。而且一次項、二次項和交互項的F值均大于0.01水平上的F值，說明各因素對青豆油脫膠率有極其顯著的影響。

表4　二次回歸模型的參數(shù)

由表4可知，各因素影響程度從大到小的依次排列為加水量，脫膠時間，酸的添加量，脫膠溫度。建立青豆油脫膠率的回歸方程：

Y＝－55．044＋0．629X1＋0．414X2＋47．108X3＋7．423X4－0．004X12＋0．002X1X2－0．005X22－0．384X1X3＋0．074X2X3－54．250X32－0．025X1X4＋0．014X2X4＋2．350X3X4－0．576X42

式中：Y值為脫膠率；X1為脫膠時間；X2為脫膠溫度；X3為酸的添加量；X4為加水量。方程的顯著性分析得F1＝55.62，相應的概率值P小于0.000 1，失擬性檢驗分析得 F2＝1.33，相應的P值等于0.324。由方程的顯著性檢驗可知，該方程的模型達到極其顯著；失擬性分析表明，該回歸方程無失擬因素存在，回歸模型與實測值能較好地擬合。根據(jù)SAS System 8.2軟件對該試驗結(jié)果進行的處理可知，最佳脫膠條件是：脫膠時間55min.、脫膠溫度64℃、酸的添加量0.4%、加水量6.9%。該條件下得到的青豆油脫膠率為11.08%。

最佳脫膠條件優(yōu)化結(jié)果驗證試驗：利用得到的最佳脫膠條件對青豆油進行脫膠，其脫膠率為10.89%，與SAS 8.2軟件統(tǒng)計分析給出的最大脫膠率10.56%的誤差范圍小于0.5%，因此，驗證試驗結(jié)果正確。

2.2.2 因素響應面及等高線

由表5可知，各個交互項中，X1X3、X1X4、X3X4極顯著（P＜0．01），X1X2顯著（P＜0.05）。而X2X3、X2X4的交互作用不顯著。為了進一步描述因素變化與脫膠率之間的內(nèi)在規(guī)律，采用降維的分析方法，固定其中兩個因素為0水平（即編碼水平為Xi＝Xj＝0），則可得到另外兩個因素與脫膠率的關系。

2.2.2.1 水化時間與酸的添加量之間的交互作用

由圖6可知，響應面曲線和等高線的疏密程度具有一致性，酸的添加量在0.20%～0.45%之間且水化時間在30.00～55.00min之間變化時，兩者存在顯著的增效作用，青豆油脫膠率隨酸添加量和水化時間增加而升高；而酸添加量在0.45%左右，水化時間在55 min左右時青豆油脫膠率為最大；當酸添加量在0.45%～0.60%之間且水化時間在55.00～70.00 min之間變化時，青豆油脫膠率隨兩個因素的增加而下降，說明此時2個因素之間交互作用顯著。

圖6　水化時間（X1）與酸的添加量（X3）的響應面圖

2.2.2.2 水化時間與加水量之間的交互作用

從圖7可看出，響應面曲線和等高線的疏密程度具有一致性，加水量在5.00%～7.00%之間且水化時間在30.00～55.00 min之間變化時，兩者存在顯著的增效作用，青豆油脫膠率隨著加水量和水化時間的增加而升高；而加水量在7%左右，水化時間在55 min左右時青豆油脫膠率達到最大；加水量在7.00%～9.00%之間且水化時間在55.00～70.00 min之間變化時，青豆油的脫膠率呈下趨勢，說明此時2個因素之間交互作用顯著。

圖7　水化時間（X1）與加水量（X4）的響應面圖

2.2.2.3 酸的添加量與加水量之間的交互作用

由圖8可知，響應面曲線和等高線的疏密程度具有一致性，酸的添加量在0.20%～0.45%之間且加水量在5.00%～7.00%之間變化時，兩者之間存在顯著的增效作用，青豆油脫膠率隨著加水量和酸的增加而升高；而酸的添加量在0.45%左右，加水量在7%左右時青豆油脫膠率達到最大；酸的添加量在0.45%～0.60%之間和加水量在7.00%～9.00%之間變化時，青豆油的脫膠率呈下趨勢，說明此時2個因素之間交互作用顯著。

圖8　 酸的添加量（X3）與加水量（X4）的響應面圖

2.2.3 280℃加熱試驗結(jié)果

毛油經(jīng)加熱后并未發(fā)生較大變化，無析出物。由圖9可知，脫膠后青豆油經(jīng)過280℃加熱試驗，羅維朋色度值黃色值未發(fā)生變化，仍然是70，紅色值升為8，藍色值升為2.2，但這些變化仍在國家標準范圍之內(nèi)（色澤差值：黃色不變，紅色值增加≤4.0，藍色值增加≤0.5）。

圖9　脫膠油經(jīng)280℃加熱后的色度值變化

3　結(jié)論

通過單因素試驗的研究得到青豆油脫膠最佳酸的種類為檸檬酸：磷酸為1∶1的混合溶液。再應用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設計，通過分析得到青豆油最佳脫膠工藝為：脫膠時間55 min.、脫膠溫度64℃、酸的添加量0.4%、加水量6.9%。在該條件下得到的青豆油最大脫膠率為11.08%，并且280℃加熱試驗結(jié)果符合國家標準。在試驗范圍內(nèi)各因素對青豆油脫膠率作用的大小依次為加水量＞脫膠時間＞酸的添加量＞脫膠溫度。

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