鄭淑敏，馬傳國，2*

（河南工業(yè)大學(xué) 1.糧油食品學(xué)院；2.小麥和玉米深加工國家工程實驗室，河南 鄭州 450001）

玉米油氮氣脫臭過程中保留兩態(tài)植物甾醇的工藝研究

鄭淑敏1，馬傳國1，2*

（河南工業(yè)大學(xué) 1.糧油食品學(xué)院；2.小麥和玉米深加工國家工程實驗室，河南 鄭州 450001）

探究氮氣脫臭過程中，不同工藝條件對玉米脫色油中游離態(tài)和酯態(tài)植物甾醇（以下簡稱為兩態(tài)）以及兩態(tài)總甾醇含量變化的影響。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過正交試驗確定了最佳工藝條件。試驗表明：溫度對兩態(tài)總甾醇保留率影響顯著，時間和氮氣通氣速率對其影響不顯著；溫度、時間對游離態(tài)甾醇損失率影響顯著，氮氣通氣速率對其影響不顯著。影響因素的主次順序為溫度＞時間＞氮氣通氣速率。綜合選取最優(yōu)脫臭工藝條件：溫度210℃，時間80 min，氮氣通氣速率0.08 m3/h。對兩態(tài)總甾醇保留率進行回歸分析，得到回歸方程為Y（%）=-0.28A-0.07B-22.71C+165.35。最佳工藝條件下兩態(tài)總甾醇保留率為96.78%、游離態(tài)甾醇損失率為13.16%。

玉米油；氮氣脫臭；游離態(tài)甾醇；酯態(tài)甾醇；酸值；保留率；游離態(tài)甾醇損失率

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2017-4-20 14:08:59

0 引言

玉米油作為植物甾醇含量較高的植物油之一，對于預(yù)防心血管疾病有良好的效果[1]，其中酯態(tài)甾醇具有更好的油溶性[2]，所以比游離態(tài)甾醇更廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)。但是，植物甾醇在食用油精煉過程中由于吸附、分解、氧化[3-4]會有一定程度的損失。市售高植物甾醇玉米油一般采用后期添加[5]，后期添加會相應(yīng)增加成本，所以，應(yīng)該從精煉工藝上尋求改進。適度精煉就是在最大限度保留總植物甾醇含量的同時，將游離態(tài)和酯態(tài)植物甾醇轉(zhuǎn)化成更有利于人體吸收的成分，提高食用油的品質(zhì)和營養(yǎng)價值，從而開發(fā)油脂新產(chǎn)品，這也是油脂工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的發(fā)展方向。

國內(nèi)外學(xué)者研究了植物油各個精煉過程對植物甾醇的影響，發(fā)現(xiàn)脫臭工藝對植物甾醇的保留率影響較大，Verleyen等[3]研究大豆脫臭油中植物甾醇損失達到16.70%；Azadmard-Damirchi等[6]研究榛子脫臭油中植物甾醇損失達到13%，酯態(tài)甾醇無影響，游離態(tài)甾醇損失達21%；Ferrari等[7]研究玉米脫臭油中總植物甾醇損失達到12.50%；Johansson等[8]研究澤尼斯（Zenith）精煉過程大豆脫臭油中游離態(tài)甾醇損失20%，酯態(tài)甾醇無影響；Kochhar等[4]研究棕櫚仁脫臭油中植物甾醇損失達到23.20%。謝丹等[9]研究菜籽脫臭油中植物甾醇損失達到15.93%；魏佳麗[10]研究米糠脫臭油中植物甾醇損失達到了31.20%。劉存存等[11]研究油茶籽脫臭油中植物甾醇損失達到34.50%。但植物油在精煉過程中關(guān)于游離態(tài)甾醇和酯態(tài)甾醇相互變化影響的相關(guān)報道較少。因此，有必要探討植物油精煉過程對游離態(tài)甾醇和酯態(tài)甾醇含量變化的影響。

本研究以玉米油作為研究對象，考察脫臭過程中不同條件(溫度、時間、氮氣通氣速率)對游離態(tài)甾醇和酯態(tài)甾醇含量、兩態(tài)總甾醇含量變化的影響，并在單因素試驗的基礎(chǔ)上，利用正交試驗對影響兩態(tài)總甾醇保留率、游離態(tài)甾醇損失率的因素進行了進一步探究，得出最優(yōu)的玉米油脫臭工藝條件。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

玉米毛油：山東三星集團；柱層析硅膠200～300目：青島海洋化工公司；膽甾烷醇（純度≥95%）：美國sigma公司；膽固醇硬脂酸酯（純度≥97%）：日本梯希愛公司；活性白土：山東萊陽泰柯助劑有限公司；高純氮氣（99.999%）：河南科益氣體工程有限公司；N,O-雙（三甲基烷基）三氟乙酰/三甲基硅烷（99%BSTFA＋1%TMCS）：Fluka公司；氫氧化鉀（分析純）：西隴化工股份有限公司；正己烷（色譜純）：山東禹王實業(yè)有限公司；無水乙醇（分析純）：天津市凱通化學(xué)試劑有限公司；三氯甲烷（分析純）、無水乙醚（分析純）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

玻璃柱層析（內(nèi)徑1.9 cm，長30 cm，配有聚四氟乙烯旋塞）；SZCL-2型數(shù)顯智能控溫磁力攪拌器：鞏義市熒峪高科儀器廠；氣體流量計：浙江余姚工業(yè)自動化儀表廠；麥氏真空表：上海行知儀表廠；GC-7890A氣相色譜儀：美國安捷倫科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 油脂前處理

玉米毛油經(jīng)熱過濾后，采取水化溫度65℃，加水量為毛油膠質(zhì)含量的3倍，水化時間為30 min制取玉米脫膠油。按照反應(yīng)初始溫度55℃（終溫70℃），堿液質(zhì)量分數(shù)10%，超量堿量為理論堿量的20%制取玉米脫酸油。采用真空吸附法進行脫色，脫色劑為油質(zhì)量3%的活性白土和0.1%的活性炭，在油溫90℃下混合攪拌反應(yīng)20 min，反應(yīng)結(jié)束后將油溫降至50℃，破真空將脫色油趁熱進行布氏漏斗抽濾，得到玉米脫色油并測定各種理化指標。

1.2.2 油脂脫臭方法

用50 g脫色油進行脫臭。在減壓條件下進行析氣后，將油預(yù)熱至100℃以上，開始通入氮氣，調(diào)整氮氣通氣量使其穩(wěn)定后，將玉米油迅速升高至所需溫度，觀察壓力調(diào)控在所要求的范圍內(nèi)，設(shè)定汽提時間并記錄。脫臭完畢后，在真空條件下進行油脂降溫，破真空得到一定量的脫臭油。

1.3 檢測方法

1.3.1 酸值的測定

酸值的測定按照GB/T 5530—2005。

1.3.2 兩態(tài)總甾醇含量的測定

參照鄭淑敏等[12]的氣相色譜方法測定玉米油中兩態(tài)總甾醇含量。利用柱層析法對玉米油中酯態(tài)甾醇和游離態(tài)甾醇進行分離，將得到的兩種組分分別皂化，提取不皂化物，采用薄層色譜進行分離，刮出甾醇帶，用乙醚萃取回收；加入99%BSTFA＋1%TMCS進行衍生化反應(yīng)，氮氣吹干；正己烷定容后進氣相分析。計算公式為：

1.4 汽提脫臭方程[13]

式中：V1為油脂中游離脂肪酸及臭味組分的最初濃度；V2為油脂中游離脂肪酸及臭味組分的最終濃度；Pv為純脂肪酸及臭味組分的蒸汽壓；P為系統(tǒng)壓力；S為水蒸氣的物質(zhì)的量；O為中性油脂的物質(zhì)的量；K為校正系數(shù)。

1.5 統(tǒng)計方法

利用SPSS16.0進行正交試驗設(shè)計、方差分析、回歸分析。利用Origin8.5進行繪圖分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理所得脫色油的分析

從表1可知，脫臭工藝原料脫色油的水分、過氧化值及色澤理化指標較好。其中兩態(tài)總甾醇含量是1 030.87 mg/100g，游離態(tài)甾醇、酯態(tài)甾醇含量分別為267.36 mg/100g、763.51 mg/100g。

2.2 單因素試驗

2.2.1 氮氣通氣速率對兩態(tài)甾醇含量的影響

試驗條件為：脫臭溫度為240℃，脫臭時間為120 min，氮氣通氣速率分別為0.04 m3/h、0.08 m3/h、0.12 m3/h、0.16 m3/h，考察氮氣通氣速率對脫臭過程玉米油中游離脂肪酸和兩態(tài)甾醇含量（相對于脫色油，以下相同）的影響，結(jié)果見圖1和圖2。

由圖1、圖2可知，隨著氮氣通氣速率的增大，游離脂肪酸脫除率逐漸增大。究其原因，根據(jù)汽提脫臭方程[13]可知：V2與S成反比，其中 S可看做氮氣通氣速率，即隨著S的增大，脫臭油脂中游離脂肪酸及臭味組分濃度V2降低，所以游離脂肪酸脫除效果越好。游離態(tài)甾醇損失率隨著氮氣流速的增大而增大，其中在氮氣流速為0.04 m3/h、0.08 m3/h時游離態(tài)甾醇損失率分別為 27.17%、27.23%，二者差距不大，而在氮氣流速達到0.16 m3/h時游離態(tài)甾醇損失率達到36.13%，其原因之一是游離態(tài)甾醇較酯態(tài)甾醇分子質(zhì)量小、飽和蒸汽壓高，當?shù)獨饬魉龠_到0.16 m3/h時，增大了氣液傳質(zhì)效率，使相對于酯態(tài)甾醇更易揮發(fā)的游離態(tài)甾醇被蒸餾出去的機會增大。盡管在氮氣流速達到0.16 m3/h時，油脂飛濺較為劇烈，但酯態(tài)甾醇損失率變化不大，兩態(tài)總甾醇損失率隨部分游離態(tài)甾醇被蒸餾出去而稍有增加趨勢。綜合玉米油中游離脂肪酸脫除率以及兩態(tài)總甾醇含量、損失率，選取0.08 m3/h為最佳氮氣通氣速率。

表1 脫色油的理化指標分析Table 1 Analysis of physical and chemical properties of bleached corn oil

圖1 氮氣通氣速率對游離態(tài)甾醇損失率、脂肪酸脫除率的影響Fig.1 Effect of nitrogen flow rate on the loss rate of free sterols and the removal rate of fatty acid

圖2 氮氣通氣速率對兩態(tài)總甾醇損失率、酯態(tài)甾醇損失率的影響Fig.2 Effect of nitrogen flow rate on the loss rate of two-state sterols and esterified sterols

2.2.2 脫臭溫度對兩態(tài)甾醇含量的影響

在氮氣通氣速率為0.08 m3/h，脫臭時間為120 min，脫臭溫度分別為150、180、210、240、270℃時，考察溫度對脫臭過程玉米油中游離脂肪酸及兩態(tài)甾醇含量的影響，結(jié)果見圖3和圖4。

圖3 溫度對游離態(tài)甾醇損失率、脂肪酸脫除率的影響Fig.3 Effect of temperature on the loss rate of free sterols and the removal rate of fatty acid

圖4 溫度對兩態(tài)總甾醇損失率、酯態(tài)甾醇損失率的影響Fig.4 Effect of temperature on the loss rate of the two-state sterols and esterified sterols

由圖3、圖4可知，游離脂肪酸的脫除率隨著脫臭溫度的升高而逐漸增大，由汽提脫臭方程[13]可知，在固定壓力下，隨著操作溫度的升高，Pv增大，Pv與V2成反比，則脫臭油脂中游離脂肪酸及臭味組分的最終濃度降低，所以游離脂肪酸的脫除率增大。但是溫度的升高也有限度，270℃時脂肪酸脫除率沒有增加趨勢，可能因為過高的溫度會引起中性油的分解產(chǎn)生游離脂肪酸。游離態(tài)甾醇損失率隨著溫度的升高而增大，在270℃時損失率達到最大值62.28%，其原因是隨著溫度的不斷升高，游離態(tài)甾醇被不斷蒸餾出來；酯態(tài)甾醇損失率隨著溫度的升高并沒有太大變化，推測由于酯態(tài)甾醇的分子質(zhì)量大于游離態(tài)甾醇，所以酯態(tài)甾醇的沸點高于游離態(tài)甾醇，在同一溫度下，酯態(tài)甾醇的蒸汽壓很小，因此很難被蒸餾出去。兩態(tài)總甾醇損失率隨著溫度的升高逐漸升高，主要表現(xiàn)為游離態(tài)甾醇損失。綜合游離脂肪酸脫除率及兩態(tài)總甾醇含量、損失率的變化，選取240℃為最佳脫臭溫度。

2.2.3 脫臭時間對兩態(tài)甾醇含量的影響

在氮氣通氣速率為0.08 m3/h，脫臭溫度為240℃，脫臭時間分別為80、120、160、200、240 min時，考察時間對脫臭過程玉米油中游離脂肪酸及兩態(tài)甾醇含量的影響，結(jié)果見圖5和圖6。

圖5 時間對游離態(tài)甾醇損失率、脂肪酸脫除率的影響Fig.5 Effect of time on the loss rate of free sterols and the removal rate of fatty acid

圖6 時間對兩態(tài)總甾醇損失率、酯態(tài)甾醇損失率的影響Fig.6 Effect of time on the loss ratio of two-state sterols and esterified sterols

由圖5、圖6可知，脂肪酸脫除率隨著脫臭時間的延長而增加，120 min后趨于平緩，到240 min時脫除率達到45.83%，其原因是汽提脫臭操作中，油脂與氮氣接觸時間直接影響蒸餾效率，汽提脫臭時間越長，脂肪酸及臭味組分就會降低，達到產(chǎn)品的質(zhì)量標準。游離態(tài)甾醇損失率隨著時間的延長而增加，240 min損失率達到48.25%，可能是隨著反應(yīng)時間的延長，游離態(tài)甾醇能不斷被蒸餾出去。酯態(tài)甾醇損失率變化幅度依然不大，說明酯態(tài)甾醇沒有被蒸餾出去，兩態(tài)總甾醇損失率隨著游離態(tài)甾醇的損失、反應(yīng)時間的延長而增加。綜合脂肪酸脫除率及兩態(tài)總甾醇含量、損失率的變化，選擇120 min為最佳脫臭時間。

2.3 正交試驗

根據(jù)玉米油脫臭工藝單因素試驗，設(shè)計三因素三水平的正交試驗，即采用L9（34）正交試驗優(yōu)化玉米油脫臭的工藝條件。因素與水平見表2，試驗方案及結(jié)果分析見表3，方差分析見表4、表5。

表2 因素與水平Table 2 The factors and levels

由表3和表4分析可以得出：溫度對氮氣脫臭過程中兩態(tài)總甾醇保留率影響顯著，時間和氮氣通氣速率對其影響不顯著。在脫臭過程中，影響兩態(tài)總甾醇保留率的因素的主次順序為：A（溫度）＞B（時間）＞C（氮氣通氣速率），最佳兩態(tài)總甾醇保留率的脫臭工藝條件為：A1B1C1。由表3、表5可知：溫度、時間對氮氣脫臭過程中游離態(tài)甾醇損失率影響顯著，氮氣通氣速率對其影響不顯著。在脫臭過程中，影響游離態(tài)甾醇損失率的因素的主次順序為：A（溫度）＞B（時間）＞C（氮氣通氣速率），最佳游離態(tài)甾醇損失率的脫臭工藝條件為：A1B1C2。綜合考慮，選取最大保留兩態(tài)總甾醇含量的脫臭工藝條件為脫臭溫度210℃，脫臭時間80 min，氮氣通氣速率0.08 m3/h。

利用SPSS16.0對兩態(tài)總甾醇保留率進行回歸分析，對各因素進行回歸擬合，得到回歸方程Y（%）=-0.28A-0.07B-22.71C+165.35，對此回歸方程進行分析，結(jié)果見表6。從表6可知，回歸方程P=0.01，說明此回歸方差模型顯著，且回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2=0.860 0，說明此方程相關(guān)性較好，可以用該方程對兩態(tài)總甾醇保留率進行分析和預(yù)測，其中A對試驗影響顯著，且影響大小為A＞B＞C，與正交試驗結(jié)果一致。

表3 試驗方案及結(jié)果分析Table 3 Analysis of test plans and results

表4 兩態(tài)總甾醇保留率方差分析Table 4 Variance analysis of the total content of the retention rate of two-state sterols

表6 回歸模型的方差分析Table 6 Variance analysis of regression model

2.4 驗證試驗

按照溫度210℃，脫臭時間80 min，氮氣通氣速率0.08 m3/h進行試驗，得到脫臭階段最大兩態(tài)總甾醇保留率為96.78%、游離態(tài)甾醇損失率為13.16%、過氧化值為0.15 mmol/kg、色澤為Y10，R0.3、酸值為0.21 mg/g。

表5 游離態(tài)甾醇損失率方差分析Table 5 Variance analysis of the loss rate of free sterols

3 結(jié)論

在玉米油的氮氣脫臭過程中，溫度對兩態(tài)總甾醇保留率影響顯著，時間和氮氣通氣速率對其影響不顯著；溫度、時間對游離態(tài)甾醇損失率影響顯著，氮氣通氣速率對其影響不顯著。影響兩態(tài)總甾醇保留率和游離態(tài)甾醇損失率的主次因素都為A（溫度）＞B（時間）＞C（氮氣通氣速率）。綜合考慮，選取最大保留兩態(tài)總甾醇含量的脫臭工藝條件，即溫度210℃，時間80 min，氮氣通氣速率0.08 m3/h。對兩態(tài)總甾醇保留率進行回歸分析得到回歸方程Y（%）=-0.28A-0.07B-22.71C+165.35，該回歸方差模型顯著，相關(guān)系數(shù)R2=0.860 0，說明此方程相關(guān)性較好，可以用以對兩態(tài)總甾醇保留率進行分析和預(yù)測，其中A對試驗影響顯著，且影響大小為A＞B＞C。

在最優(yōu)工藝條件下，得到最大兩態(tài)總甾醇保留率為96.78%、游離態(tài)甾醇損失率為13.16%，其中酯態(tài)甾醇、游離態(tài)甾醇含量分別為765.54 mg/100 g、232.17 mg/100 g，玉米脫臭油的酸值為0.21 mg/g，達到國標二級玉米油的標準，過氧化值為 0.15 mmol/kg，色澤為Y10、R0.3，均達到國標一級玉米油的標準。

實驗室小試結(jié)果表明，植物油過度精煉即長時間高溫脫臭，不僅會造成植物油中營養(yǎng)成分植物甾醇的流失，而且使植物油脫臭的能耗升高。因此，植物油適度精煉加工能減少營養(yǎng)素過度損失，確保油脂品質(zhì)。

［1］MOREAU R A，WHITAKER B D，HICKS K B.Phytosterols，phytostanols，and their conjugates in foods: structural diversity，quantitative analysis，and health-promoting uses［J］.Progress in Lipid Research，2002，41（6）:457-500.

［2］JANDACEK R J，WEBB M R，MATTSON F H.Effect of an aqueous phase on the solubility of cholesterol in an oil phase［J］.Journal of Lipid Research，1977，18（2）:203-210.

［3］VERLEYEN T，SOSINSKA U，IOANNIDOU S，et al.Influence of the vegetable oil refining process on free and esterified sterols［J］. Journal of the American Oil Chemists'Society，2002，79（10）:947-953.

［4］KOCHHAR S.Influence of processing on sterols of edible vegetable oils［J］.Progress in Lipid Research，1983，22（3）:161-188.

［5］李薇，鹿保鑫，張東杰.植物甾醇玉米油的研制［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2012（9）:27-29.

［6］AZADMARD-DAMIRCHI S，DUTTA P C.Free and esterified 4，4′-dimethylsterols in hazelnut oil and their retention during refining processes［J］.Journal of the American Oil Chemists' Society，2007，84（3）:297-304.

［7］FERRARI R A，SCHULTE E，ESTEVES W，etal.Minorconstituents ofvegetable oils during industrial processing［J］.Journal of the American Oil Chemists'Society，1996，73（5）: 587-592.

［8］JOHANSSON A，HOFFMANN I.The Effect of processing on the content and composition of free sterols and sterol esters in soybean oil［J］. Journal of Oil&Fat Industries，1979，56（10）: 886-889.

［9］謝丹，金青哲，王興國.精煉對菜籽油品質(zhì)的影響［J］.中國油脂，2012，37（1）:1-5.

［10］魏佳麗.米糠油加工過程去甲基甾醇含量及變化的研究［D］.鄭州:河南工業(yè)大學(xué)，2014: 26-34.

［11］劉存存，方學(xué)智，姚小華，等.油茶籽油精煉過程中主要營養(yǎng)成分的變化［J］.中國油脂，2011，36（2）:36-39.

［12］鄭淑敏，馬傳國，梁少華，等.玉米胚芽油中酯態(tài)甾醇和游離態(tài)甾醇的分析方法研究［J］.河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版），2015，36（5）:31-36.

［13］劉玉蘭，汪學(xué)德，馬傳國.等.油脂制取與加工工藝學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.

PROCESS FOR PRESERVING TWO-STATE PLANT STEROLS IN CORN OIL DURING NITROGEN DEODORIZATION

ZHENG Shumin1，MA Chuanguo1，2
（1.School of Food Science and Technology；2.National Engineering Laboratory for Wheat&Corn Further Processing，Henan University of Technology Zhengzhou 450001，China）

We explored the effects of different deodorization conditions on the content of free and esterified sterols（two-state sterols for short）as well as the total content of the two-state sterols in the bleached corn oil. On the basis of single factor experiments，the optimal deodorization conditions were detemrined by orthogonal

experiment.The results showed that:temperature had significant effect on the retention rate of the two-state sterols，however time and nitrogen flow rate had non-significant effect；tempeature and time had significant effect on the loss rate of free sterols，but the nitrogen flow rate had non-signifanct effect.Test results showed that the primary influencing factor was temperature，followed by time and nitrogen flow rate，and the optimal deodorizaiton conditions were determined as follows:temperature 210℃，time 80 min，and nitrogen flow rate 0.08 m3/h.The regression equation of the retention rate of the two-state sterols was Y（%）=-0.28A-0.07B-22.71C+165.35. Under the optimal conditions，the percentage retention rate of the two-state sterols was 96.78%，and the loss rate of free sterols was 13.16%.

corn oil；nitrogen deodorization；free sterols；esterified sterols；acid value；retention rate；the loss rate of free sterols

TS201.2

B

1673-2383(2017)02-0008-06

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170420.1408.004.html

2016-07-29

河南工業(yè)大學(xué)高層次人才基金（2014BS018）

鄭淑敏（1988—），女，河南商丘人，碩士研究生，研究方向為油脂化學(xué)與工藝學(xué)。

*通信作者