李長鳳，冉春霞，譚思遠(yuǎn)，譚小蓉

(1.重慶三峽醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校 公共衛(wèi)生與管理學(xué)院，重慶 萬州 404120； 2.商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西 商洛 726000)

核桃屬世界四大堅果之一，在我國有著悠久的栽培歷史，核桃仁中油脂含量較高，可達(dá)60%以上，居木本油料之首[1]。核桃油中含有豐富的營養(yǎng)成分，亞麻酸、亞油酸等不飽和脂肪酸含量高達(dá)90%以上，其中亞油酸含量為63%，是普通菜籽油的3～4倍[2-3]。亞麻酸、亞油酸均為人體必需脂肪酸，人體不能自身合成，只能通過外界食物攝取，被認(rèn)為對胎兒和新生兒的腦部發(fā)育至關(guān)重要[4-5]。此外，核桃油中還富含維生素E、甾醇、黃酮類化合物以及鉀、鈉、鋅、鈣等人體所需的礦物質(zhì)[6-7]，是一種營養(yǎng)價值較高的食用油。

近年來，市場調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)食用油中塑化劑超標(biāo)現(xiàn)象時有發(fā)生，其中包括核桃油。目前食用油中塑化劑污染途徑有三類：一是包裝材料，原料或成品油在運輸過程中塑料包裝材料中的塑化劑會遷移至油脂中，從而造成塑化劑污染；二是加工過程，加工油脂的管道、設(shè)備、容器等使用了含超標(biāo)塑化劑的塑料制品，也會使塑化劑遷移至油脂中，造成塑化劑污染；三是環(huán)境污染，環(huán)境中的塑化劑主要來源于焚燒塑料垃圾、農(nóng)用薄膜中塑化劑的揮發(fā)等，空氣中的塑化劑又可通過雨水流入土壤中，油料通過代謝從土壤、大氣及水中吸收塑化劑并隨著油料的加工而溶解在油脂中[8]。

塑化劑屬于類激素污染物，會對內(nèi)分泌系統(tǒng)造成干擾，導(dǎo)致生殖功能紊亂、致畸、致癌并對機體的免疫功能造成影響[9]。我國對食品中的鄰苯二甲酸(2-乙基)己酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)3種塑化劑進(jìn)行了限量要求(DEHP≤1.5 mg/kg，DBP≤0.3 mg/kg，DINP≤9 mg/kg)。目前，對于塑化劑去除的研究主要集中在物理吸附[10-11]、生物降解[12-13]和高級氧化技術(shù)[14-15]方面，且主要是針對環(huán)境基質(zhì)中的塑化劑，而對于油脂中塑化劑除脫的報道相對較少。

分子蒸餾又稱短程蒸餾，是實現(xiàn)分離的一種基本方法。目前，分子蒸餾技術(shù)在石油、醫(yī)藥、食品、精細(xì)化工和油脂等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其主要是根據(jù)相對分子質(zhì)量的差異，利用分子具有不同的平均自由程而達(dá)到分離的目的[16-17]。分子蒸餾是一種非平衡態(tài)下的非常規(guī)蒸餾，尤其在油脂精煉工藝上具有受熱時間短、分離程度高、收率高，工藝清潔環(huán)保等優(yōu)勢，近年來成為了研究焦點。馬傳國[18]對花椒籽油進(jìn)行分子蒸餾脫酸研究，取得了較好的效果；姜紹通等[19]對高酸值稻米油進(jìn)行了分子蒸餾脫酸，使得稻米油的酸值(KOH)達(dá)到了1.01 mg/g。此外，分子蒸餾技術(shù)在姜精油純化[20]、L-乳酸精制[21]、神經(jīng)酸的提取[22]中也得到了廣泛應(yīng)用。本研究基于核桃油受熱后，在氣相中油脂和塑化劑自由程不同的特點，利用分子蒸餾工藝脫除核桃油中的塑化劑，并研究了不同蒸餾溫度、進(jìn)料速度和刮膜轉(zhuǎn)速對核桃油中塑化劑脫除的影響，以期獲得高品質(zhì)的核桃油。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

冷榨核桃油(DEHP含量27.8 mg/kg，DBP含量4.9 mg/kg，DINP未檢出)，市場采購。

鄰苯二甲酸(2-乙基)己酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)標(biāo)準(zhǔn)品，購自國家標(biāo)準(zhǔn)品網(wǎng)； 島津QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀；VKL70型分子蒸餾系統(tǒng)，德國VTA公司；AUY220分析天平，沈陽龍騰電子有限公司；渦旋振蕩器，德國IKA公司；離心機，陜西德祥實驗設(shè)備有限公司；氮吹儀，鄭州南北儀器設(shè)備有限公司；固相萃取裝置，上海力辰儀器有限公司；固相萃取柱，杭州微米派科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 分子蒸餾處理核桃油

取1 kg冷榨核桃油加入VKL70型分子蒸餾系統(tǒng)的原料罐中，抽真空，待真空度達(dá)到0.5～1 Pa后，分別進(jìn)行蒸餾溫度、刮膜轉(zhuǎn)速和進(jìn)料速度等參數(shù)的設(shè)定，設(shè)定完成后進(jìn)行實驗。分子蒸餾后得到重相和輕相兩部分，重相為脫除塑化劑的油脂，輕相為脫出來的塑化劑和其他物質(zhì)，取重相油脂進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定。

1.2.2 塑化劑含量的測定

參照GB 5009.271—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鄰苯二甲酸酯的測定》第二法氣相色譜-質(zhì)譜法的外標(biāo)法測定核桃油中塑化劑含量。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

每組實驗重復(fù)操作3次，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。采用SPSS 19.0和Origin 2018 進(jìn)行分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 蒸餾溫度對核桃油中塑化劑脫除的影響

在刮膜轉(zhuǎn)速為250 r/min、進(jìn)料速度為300 mL/h條件下，考察不同蒸餾溫度對核桃油中塑化劑脫除的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 蒸餾溫度對核桃油中塑化劑脫除的影響

由圖1可知：隨著蒸餾溫度的升高，DEHP和DBP含量先下降后無明顯變化，DEHP在150℃時含量較低，為1.13 mg/kg，之后無明顯變化；DBP含量從140℃開始無明顯變化。隨著溫度的升高，核桃油中DEHP和DBP蒸發(fā)速度增加[19]，但當(dāng)核桃油中的DEHP和DBP含量過低時，溫度對DEHP和DBP的蒸發(fā)影響不大。因此，綜合考慮，蒸餾溫度維持在150℃較為合適。

2.1.2 進(jìn)料速度對核桃油中塑化劑脫除的影響

在刮膜轉(zhuǎn)速為250 r/min、蒸餾溫度為150℃條件下，考察不同進(jìn)料速度對核桃油中塑化劑脫除的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 進(jìn)料速度對核桃油中塑化劑脫除的影響

由圖2可知：隨著進(jìn)料速度的增加，DEHP含量呈先下降后逐漸上升的趨勢，在進(jìn)料速度為300 mL/h時，DEHP含量最低，為0.68 mg/kg；DBP含量在進(jìn)料速度200～300 mL/h時均為0，之后隨著進(jìn)料速度的增加，DBP含量呈逐漸增加的趨勢。這可能是因為隨著進(jìn)料速度的增加，物料在蒸發(fā)面上分布不均勻，從而導(dǎo)致蒸發(fā)速度降低[19]，使得DEHP和DBP未被及時蒸餾至輕相中，導(dǎo)致重相中DEHP和DBP的含量逐漸增加。因此，綜合考慮，進(jìn)料速度維持在300 mL/h較為合適。

2.1.3 刮膜轉(zhuǎn)速對核桃油中塑化劑脫除的影響

在進(jìn)料速度為300 mL/h、蒸餾溫度為150℃條件，考察不同刮膜轉(zhuǎn)速對核桃油中塑化劑脫除的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 刮膜轉(zhuǎn)速對核桃油中塑化劑脫除的影響

由圖3可知：隨著刮膜轉(zhuǎn)速的增加，DEHP含量呈先緩慢下降后快速下降再無明顯變化的趨勢，在刮膜轉(zhuǎn)速達(dá)到250 r/min 時，DEHP含量達(dá)到最低，為0.59 mg/kg；DBP含量隨著刮膜轉(zhuǎn)速的增加呈先快速下降后無明顯變化的趨勢。這可能是因為刮膜轉(zhuǎn)速越大，核桃油在蒸發(fā)面分布越均勻，有利于DEHP和DBP的蒸發(fā)[19]，但當(dāng)核桃油中的DEHP和DBP大部分被脫除后，刮膜轉(zhuǎn)速的影響就很小。因此，綜合考慮，刮膜轉(zhuǎn)速維持在250 r/min較為合適。

2.2 響應(yīng)面實驗

2.2.1 響應(yīng)面實驗設(shè)計及結(jié)果

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，運用Box-Behnken模型，以蒸餾溫度(A)、進(jìn)料速度(B)和刮膜轉(zhuǎn)速(C)為自變量，DEHP和DBP含量為響應(yīng)值，優(yōu)化分子蒸餾脫除核桃油中塑化劑的工藝條件。響應(yīng)面實驗因素和水平見表1，響應(yīng)面實驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面實驗因素和水平

表2 響應(yīng)面實驗設(shè)計及結(jié)果

利用Design-Expert 8.0.6統(tǒng)計軟件對表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項回歸擬合，獲得DEHP含量(Y1)與DBP含量(Y2)對蒸餾溫度、進(jìn)料速度、刮膜轉(zhuǎn)速3個自變量的多元回歸方程模型，分別為：Y1=0.62+0.12A+0.17B-0.11C+0.080AB-0.017AC-0.015BC+0.71A2+0.12B2+0.10C2；Y2=0.062+0.047A+0.042B-0.028C+0.1AB-0.015AC-0.035BC+0.24A2+0.032B2+0.051C2。

2.2.2 方差分析

對DEHP、DBP回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果分別見表3、表4。

由表3可知，模型P<0.01，說明本實驗擬合的二次多項回歸方程模型極顯著。失擬項P為0.064 0，不顯著。調(diào)整相關(guān)系數(shù)為0.943 6，說明該模型能夠解釋94.36%的響應(yīng)值變化。因此，該方程模型的擬合度良好，可以用于分子蒸餾脫除核桃油中塑化劑DEHP的分析預(yù)測。一次項A、B和二次項A2影響極顯著，一次項C影響顯著，說明蒸餾溫度、進(jìn)料速度、刮膜轉(zhuǎn)速對DEHP含量有顯著影響，影響的大小順序依次為B>A>C，即進(jìn)料速度>蒸餾溫度>刮膜轉(zhuǎn)速。交互項AB、AC、BC影響均不顯著，表明蒸餾溫度、進(jìn)料速度、刮膜轉(zhuǎn)速3個因素交互作用影響不顯著。

表3 DEHP回歸方程的方差分析

表4 DBP回歸方程的方差分析

由表4可知，模型P<0.01，反映實驗擬合的二次多項回歸方程模型極顯著。失擬項P為0.979 8，不顯著。調(diào)整相關(guān)系數(shù)為0.904 2，說明該模型能夠解釋90.42%的響應(yīng)值變化。因此，該方程模型的擬合度良好，可以用于分子蒸餾脫除核桃油中塑化劑DBP的分析預(yù)測。蒸餾溫度、進(jìn)料速度對DBP含量有顯著影響，3個因素影響的大小順序依次為A>B>C，即蒸餾溫度>進(jìn)料速度>刮膜轉(zhuǎn)速。

通過回歸方程模型得出最優(yōu)的分子蒸餾脫除核桃油中塑化劑的工藝條件為：蒸餾溫度149.32℃，進(jìn)料速度246.84 mL/h，刮膜轉(zhuǎn)速261.56 r/min。在最優(yōu)工藝條件下，核桃油中DEHP和DBP含量預(yù)測值分別為0.54 mg/kg 和0.05 mg/kg?？紤]到實際操作條件，將分子蒸餾條件優(yōu)化為蒸餾溫度150℃、進(jìn)料速度250 mL/h、刮膜轉(zhuǎn)速260 r/min，此條件下核桃油中DEHP含量為0.56 mg/kg，DBP含量為0.05 mg/kg，與預(yù)測值相近，說明該模型的預(yù)測效果好，優(yōu)化的工藝條件可靠。

3 結(jié) 論

通過對分子蒸餾脫除核桃油中塑化劑的工藝條件研究發(fā)現(xiàn)，蒸餾溫度和進(jìn)料速度對塑化劑DEHP和DBP含量都有顯著的影響；在同時達(dá)到最低DEHP和DBP含量的條件下，分子蒸餾脫除核桃油中的DEHP和DBP的最佳工藝條件為蒸餾溫度150℃、進(jìn)料速度250 mL/h、刮膜轉(zhuǎn)速260 r/min，在此條件下核桃油中DEHP含量為0.56 mg/kg，DBP含量為0.05 mg/kg，符合我國對食品中DEHP、DBP的限量要求(DEHP≤1.5mg/kg,DBP≤0.3 mg/kg)。雖然利用分子蒸餾技術(shù)在一定程度上可以實現(xiàn)對塑化劑的脫除，但在此過程中對營養(yǎng)活性物質(zhì)也可能造成一定影響。后續(xù)將從兼顧減少對營養(yǎng)功能成分的影響角度對分子蒸餾技術(shù)脫除塑化劑的條件進(jìn)行進(jìn)一步研究。