那治國(guó)，馬永強(qiáng)，陳文紅，王鑫

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076；2.黑龍江東方學(xué)院食品與環(huán)境工程學(xué)部，哈爾濱 150086）

響應(yīng)面法優(yōu)化米糠油草酸脫膠工藝的研究

那治國(guó)1，2，馬永強(qiáng)1＊，陳文紅1，王鑫1

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076；2.黑龍江東方學(xué)院食品與環(huán)境工程學(xué)部，哈爾濱 150086）

采用草酸對(duì)米糠毛油進(jìn)行脫膠，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)Box－Benhnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。在分析各個(gè)因素的顯著性和交互作用后，得出米糠油草酸脫膠的最佳工藝條件：草酸添加量0.82%，加水量6.65%，反應(yīng)時(shí)間31min，反應(yīng)溫度50℃；模型預(yù)測(cè)脫膠米糠油磷脂含量為39.93mg／kg，實(shí)測(cè)值為40.22mg／kg。在此條件下，米糠油脫膠率達(dá)到94.3%，且經(jīng)草酸脫膠的米糠油在高溫下色澤變化不大。

米糠油；草酸；脫膠；響應(yīng)面法

米糠油屬于半干性植物油脂，來(lái)源于水稻制米的副產(chǎn)物米糠，原料豐富。米糠油中脂肪酸種類不僅合理且較為完全，不飽和脂肪酸約占80%，且必需脂肪酸含量高達(dá)45%以上［1］，其中油酸含量約40%～ 50%，亞油酸含量約29%～42%，接近1∶1的營(yíng)養(yǎng)比例［2］。此外，米糠油中還含有豐富的生育酚、谷維素、植物甾醇等天然營(yíng)養(yǎng)保健成分，因而，被譽(yù)為“健康營(yíng)養(yǎng)油”［3］。米糠油除了與其他植物油一樣可直接用于食品烹調(diào)外，由于它還有類似于堅(jiān)果的特殊風(fēng)味，并且以良好的干態(tài)方式穩(wěn)定存在，還可廣泛應(yīng)用于復(fù)合調(diào)味醬、火鍋調(diào)料、油辣椒等調(diào)味品，在賦予其特殊風(fēng)味的同時(shí)還可增加其營(yíng)養(yǎng)保健功能，提高了這類調(diào)味品的附加值［4］。因而，米糠油具有廣闊的應(yīng)用前景。

然而米糠油中存在大量的膠質(zhì)物質(zhì)，如不脫出將嚴(yán)重影響米糠油的應(yīng)用及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的發(fā)揮。米糠毛油中的膠質(zhì)主要是指磷脂成分，因此脫膠也常被稱為脫磷［5］。磷脂中的非水化磷脂會(huì)引入較多金屬離子，易造成油脂酸敗和回色，對(duì)油脂精煉后續(xù)工藝造成影響，使中性油損失較大。因此，要改善精煉效果、提高精煉米糠油的品質(zhì)，必須選擇合適的脫膠工藝方法將非水化磷脂轉(zhuǎn)化為水化磷脂。相比于一般的水化脫膠、磷酸法脫膠，草酸脫膠后米糠油中含磷量較低，既能有效脫除膠質(zhì)，又能輔助降低油脂脫色難度，提高油脂穩(wěn)定性，減緩酸值回升，保持油脂風(fēng)味［6］。本實(shí)驗(yàn)以磷脂含量為考察指標(biāo)，采用草酸對(duì)米糠毛油進(jìn)行脫膠，并通過(guò)響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到最優(yōu)脫膠工藝條件。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

米糠毛油（磷脂含量709.6mg／kg） 實(shí)驗(yàn)室自制。鹽酸 天津市渤?；び邢薰荆谎趸\ 天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠；二水鉬酸鈉 天津市基準(zhǔn)化學(xué)試劑有限公司；草酸 天津市博迪化工股份有限公司；氫氧化鉀 天津市大陸化學(xué)試劑廠。以上試劑均為分析純。

1.2 主要儀器設(shè)備

BS224S型分析天平 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；SY－2－4系列恒溫水浴鍋 天津市歐諾儀器儀表有限公司；80－2型離心機(jī) 上海浦東物理光學(xué)儀器廠；2120UV型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 韓國(guó)美卡希斯公司；Model F羅維朋比色計(jì) 英國(guó)羅維朋（Lovibond）公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 米糠毛油脫膠

稱取米糠毛油50.0g，置于250mL燒杯中，預(yù)熱至脫膠溫度，加入與油溫相近的草酸，快速攪拌均勻后加入與油溫相近的蒸餾水，繼續(xù)攪拌，待出現(xiàn)絮狀物后緩慢攪拌一定時(shí)間，絮狀物不再增加后靜置1h使膠沉降，4000r／min離心20min，去除油腳得到脫膠米糠油。

1.3.2 磷脂含量的測(cè)定

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 5537－2008《糧油檢驗(yàn)磷脂含量的測(cè)定》方法，選擇鉬蘭比色法測(cè)定米糠油中的磷脂［7］。計(jì)算公式如下：

式中：X為磷脂含量（mg／g）；P為標(biāo)準(zhǔn)曲線查得的被測(cè)液的含磷量（mg）；m為試樣質(zhì)量（g）；V1為樣品稀釋體積（mL）；V2為比色時(shí)所取被測(cè)液體積（mL）；26.31為每1mg磷相對(duì)磷脂的毫克數(shù)。

1.3.3 米糠油脫膠工藝條件優(yōu)化

1.3.3.1 單因素試驗(yàn)

采用1.3.1方法對(duì)米糠毛油進(jìn)行脫膠，以磷脂含量為考察指標(biāo)，分別研究草酸添加量、加水量、脫膠溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)米糠毛油脫膠效果的影響。

1.3.3.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)響應(yīng)面Box－Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以草酸添加量、加水量、反應(yīng)時(shí)間3個(gè)因素為響應(yīng)因子，以脫膠米糠油中的磷脂含量（Y）為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)，確定最佳脫膠條件，因素與水平見(jiàn)表1。所得數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行方差分析，響應(yīng)面試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)使用Design Expert V8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

表1 Box－Benhnken試驗(yàn)因素與水平Table 1 Box－Benhnken factors and levels

1.3.4 加熱試驗(yàn)

參照GB／T 5531－2008《糧油檢驗(yàn)植物油脂加熱試驗(yàn)》［8］。加熱脫膠油至280℃，觀察沉淀析出及油脂色澤的變化情況。

1.3.5 色澤檢測(cè)

參照GB／T 22460－2008《動(dòng)植物油脂羅維朋色澤的測(cè)定》方法［9］。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷含量標(biāo)準(zhǔn)曲線

磷含量標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖1。

圖1 磷含量標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of phosphorus content

由圖1可知，磷含量的線性相關(guān)方程為Y＝6.46X－0.0228，線性回歸系數(shù)R2＝0.9981，吸光值與磷含量呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 草酸添加量對(duì)脫膠效果的影響

草酸添加量對(duì)脫膠效果的影響見(jiàn)圖2。

圖2 草酸添加量對(duì)脫膠效果的影響Fig.2 Effects of oxalic acid additive amount on degumming

由圖2可知，草酸添加量較低時(shí)，隨著其的增加，磷脂含量明顯下降；當(dāng)添加量達(dá)到0.8%時(shí)，脫膠米糠油磷脂含量達(dá)到最低。之后隨著草酸添加量增加，油脂磷脂含量幾乎保持不變，為了避免草酸添加過(guò)多使油腳酸值升高及損壞功能因子，故試驗(yàn)選擇添加0.8%草酸進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2.2.2 加水量對(duì)脫膠效果的影響

加水量對(duì)脫膠效果的影響見(jiàn)圖3。

圖3 加水量對(duì)脫膠效果的影響Fig.3 Effects of water additive amount on degumming

由圖3可知，在一定范圍內(nèi)，隨著加水量的增加，磷脂水化程度增加，有利于脫膠；而當(dāng)體系中的水含量過(guò)多時(shí)，游離的水會(huì)使磷脂產(chǎn)生乳化效果，反而不利于油與磷脂的分離。因此要嚴(yán)格控制水含量，故試驗(yàn)選擇加水量為6%進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2.2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)脫膠效果的影響

3.1 護(hù)理質(zhì)量管理的信息化 信息技術(shù)的使用是當(dāng)前護(hù)理質(zhì)量管理走向科學(xué)化的必由之路。通過(guò)充分整合搜索引擎技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、分布存儲(chǔ)技術(shù)等，設(shè)計(jì)醫(yī)院護(hù)理質(zhì)量信息化管理軟件，包括數(shù)據(jù)錄入、統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)時(shí)反饋、重大案例分析、專家在線咨詢、工作提醒、危重癥護(hù)理實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、標(biāo)準(zhǔn)查詢等護(hù)理質(zhì)量管理資源共享模塊，實(shí)現(xiàn)全市護(hù)理質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)、專家反饋以及護(hù)理質(zhì)量改進(jìn)的科學(xué)決策，研制開(kāi)發(fā)護(hù)理風(fēng)險(xiǎn)危機(jī)管理系統(tǒng)，建立全市范圍的護(hù)理安全管理共享平臺(tái)，從而真正實(shí)現(xiàn)護(hù)理質(zhì)量管理的自動(dòng)化與智能化。

反應(yīng)時(shí)間對(duì)脫膠效果的影響見(jiàn)圖4。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)脫膠效果的影響Fig.4 Effects of reaction time on degumming

由圖4可知，反應(yīng)時(shí)間在30min以內(nèi)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，油脂中的磷含量迅速減少，在處理30min時(shí)脫膠效果達(dá)到最好。30min之后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，米糠油中的磷脂含量變化緩慢，略有上升，可能是由于聚集的膠團(tuán)有稍許分散。因此，試驗(yàn)選用反應(yīng)時(shí)間為30min進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2.2.4 反應(yīng)溫度對(duì)脫膠效果的影響

反應(yīng)溫度對(duì)脫膠效果的影響見(jiàn)圖5。

圖5 反應(yīng)溫度對(duì)脫膠效果的影響Fig.5 Effects of reaction temperature on degumming

由圖5可知，在所取溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度對(duì)米糠油脫膠效果影響較小。溫度低會(huì)增加油脂粘度，不利于草酸與油脂的混合，溫度過(guò)高則會(huì)打破凝膠平衡，使膠團(tuán)重新分散［10］。綜合考慮，選擇50℃作為草酸脫膠溫度。

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 模型的建立及顯著性檢驗(yàn)

根據(jù)響應(yīng)面Box－Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以磷脂含量為響應(yīng)值，選擇草酸添加量、加水量和反應(yīng)時(shí)間3個(gè)因素進(jìn)行17組試驗(yàn)，其中析因試驗(yàn)12組，可得到析因點(diǎn)，表示自變量取值在3個(gè)不同水平下所構(gòu)成的三維頂點(diǎn)；中心點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)5組，可得到零點(diǎn)，5次重復(fù)用于估算試驗(yàn)誤差。響應(yīng)面分析方案與試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 2 Experimental scheme and results of response surface method

采用Design Expert 8.0.6軟件對(duì)表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸擬合，可得出脫膠米糠油磷脂含量與各因素編碼值之間的多元二次回歸模型：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。對(duì)模型方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，見(jiàn)表3。

表3 回歸方程的顯著性檢驗(yàn)及方差分析Table 3Significance test of regression equationand variance analysis（ANOVA）

由表3可知，整體模型P＜0.0001，二次方程模型極顯著，且失擬項(xiàng)P＝0.9607＞0.05，不顯著，表明回歸方程對(duì)數(shù)據(jù)的擬合充分，R2＝0.9993，RAdj2＝ 0.9983，表明該方程的擬合度和可信度均很高，模型可靠，預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值具有高度相關(guān)性，模型能很好地反映響應(yīng)值的變化，可用該回歸方程代替實(shí)驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

由表3可知，模型中全部的一次項(xiàng)和二次項(xiàng)對(duì)響應(yīng)值Y（磷脂含量）的影響都極顯著（P＜0.01），交互項(xiàng)BC對(duì)響應(yīng)值Y的影響極顯著（P＜0.01），AC對(duì)Y的影響顯著（P＜0.05），AB對(duì)Y的影響不顯著（P＞0.05）。由此可知，各實(shí)驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值的影響具有交互作用，并非是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

2.3.2 各因素交互作用的響應(yīng)曲面和等高線圖分析

通過(guò)Design Expert 8.0.6軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行擬合，得各因素間交互作用的響應(yīng)曲面圖和等高線，見(jiàn)圖6～圖8。響應(yīng)曲面圖中各因素對(duì)應(yīng)曲線的陡峭程度與其對(duì)響應(yīng)值影響程度呈正相關(guān)。

圖6 草酸添加量和加水量交互作用的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.6 Response surface and contour plot for interaction effect of oxalic acid and water additive amount

圖7 草酸添加量和反應(yīng)時(shí)間交互作用的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.7 Response surface and contour plot for interaction effect of oxalic acid additive amount and reaction time

圖8 加水量和反應(yīng)時(shí)間交互作用的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.8 Response surface and contour plot for interaction effect of water additive amount and reaction time

由圖6～圖8可知，3個(gè)因素對(duì)應(yīng)的曲線均較陡峭，陡峭順序?yàn)榧铀浚痉磻?yīng)時(shí)間＞草酸添加量，并結(jié)合表3可知，3個(gè)因素對(duì)米糠毛油脫膠的影響均很顯著，影響程度依次為B加水量＞C反應(yīng)時(shí)間＞A草酸添加量。

等高線的形狀可反映因素間交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響是否顯著，橢圓形為影響顯著，圓形為不顯著。由圖6～圖8可知，草酸添加量與反應(yīng)時(shí)間、加水量與反應(yīng)時(shí)間交互作用較強(qiáng)，對(duì)脫膠效果的影響顯著，草酸添加量與加水量的交互作用較弱，對(duì)脫膠效果的影響不顯著。且AC，BC每?jī)蓚€(gè)因素的交互作用對(duì)脫膠米糠油磷脂含量的影響為先降低后升高，響應(yīng)值呈倒拋物線趨勢(shì)，因此，回歸方程有極大值。

2.3.3 最優(yōu)條件的確定及驗(yàn)證

通過(guò)軟件分析得出米糠毛油草酸脫膠最佳工藝參數(shù)為：草酸添加量0.82%，加水量6.64%，反應(yīng)時(shí)間31.04min，此條件下，模型預(yù)測(cè)的脫膠米糠油磷脂含量為39.93mg／kg。為方便實(shí)際操作，將最佳工藝參數(shù)調(diào)整為：草酸添加量0.82%，加水量6.65%，反應(yīng)時(shí)間31min。在此條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，測(cè)定脫膠米糠油中磷脂平均含量為40.22mg／kg，與預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差為0.72%，結(jié)果穩(wěn)定，預(yù)測(cè)值可靠。因此，采用響應(yīng)面Box－Benhnken試驗(yàn)優(yōu)化得到的米糠毛油草酸脫膠的工藝條件準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

2.4 脫膠米糠油加熱試驗(yàn)結(jié)果

將脫膠后的米糠毛油在280℃進(jìn)行加熱試驗(yàn)，結(jié)果油脂未發(fā)生較大變化，無(wú)析出物。羅維朋比色計(jì)色澤測(cè)定（比色槽25.4mm）變化結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9 脫膠油經(jīng)280℃加熱后的色值變化圖Fig.9 Color value variation figure of degumming oil after heating at 280℃

由圖9可知，脫膠米糠油加熱前后，黃色色值未變?yōu)?5，紅色色值略有上升3個(gè)點(diǎn)。紅色色值上升，可能是由于原料采用的米糠毛油游離脂肪酸含量偏高，在280℃高溫加熱條件下，游離脂肪酸的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，生成部分順?lè)串悩?gòu)體及位置異構(gòu)體，導(dǎo)致顏色偏深。另外，由于米糠油中的維生素E，在280℃和有氧條件下，其氧化分解速度加快，生成生育醌、苯并二氫吡喃－5，6－醌等深紅色物質(zhì)［11］。因此，脫膠米糠油在280℃加熱后色澤略有上升，但在合格范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

以米糠毛油為原料，采用草酸對(duì)其進(jìn)行脫膠，研究了草酸添加量、加水量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)米糠毛油脫膠效果的影響，除了反應(yīng)溫度對(duì)脫膠效果影響較小外，草酸添加量、加水量、反應(yīng)時(shí)間對(duì)米糠毛油的草酸脫膠效果的影響均比較顯著，影響程度依次為加水量＞反應(yīng)時(shí)間＞草酸添加量。響應(yīng)面Box－Benhnken試驗(yàn)得最佳磷酸化改性工藝條件為草酸添加量0.82%，加水量6.65%，反應(yīng)時(shí)間31min，反應(yīng)溫度50℃，此條件下，米糠毛油磷脂含量從709.6mg／kg降到40.22mg／kg，脫膠率達(dá)到94.3%。脫膠后的米糠油在280℃的高溫下色澤變化不大。

草酸用于米糠毛油的脫膠具有較好的效果，通過(guò)響應(yīng)面分析獲得了米糠毛油草酸脫膠最佳工藝，為米糠油在調(diào)味品中的開(kāi)發(fā)利用提供了重要的理論依據(jù)和實(shí)際價(jià)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－h(huán)ong1，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 ＊通訊作者

黑龍江省科技攻關(guān)課題（GC12B403）

那治國(guó)（1980－），男，副教授，碩士，研究方向：食品化學(xué)。