朱涵彬，李靚，郝修振，靳欣

河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院食品與生物工程學(xué)院（鄭州 450046）

胡蘿卜，是野胡蘿卜的變種，也叫紅蘆菔、丁香蘿卜、紅蘿卜，屬傘形科，1年或2年生的草本植物，常被稱為“小人參”，在中國種植廣泛且價格低廉。所謂胡蘿卜籽就是成熟胡蘿卜的果實，胡蘿卜籽具有很高的藥用價值，記載于李時珍《本草綱目》中，是傳統(tǒng)中藥材，可祛痰、治療哮喘和救治痢疾[1-3]。胡蘿卜籽油顏色為淡黃色，帶有略甜的味道。胡蘿卜籽油中不飽和脂肪酸含量在90%以上，且構(gòu)成比例比較合理。胡蘿卜籽油中還含有較多的生理活性成分，其中最多的是胡蘿卜醇[2-6]。胡蘿卜籽作為油料資源，具有廣闊的市場前景。胡蘿卜籽油作為一種食用植物油具有極大的研究開發(fā)價值。

胡蘿卜籽油主要作為香精油開發(fā)應(yīng)用，將胡蘿卜籽油作為食用油脂并對其綜合開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的研究報道甚少。對于胡蘿卜籽油的脫酸精煉工藝處于研究階段，更多脫酸方法如酶催化酯化、超臨界流體萃取、分子蒸餾、膜分離等的應(yīng)用，尚需試驗研究。

以冷榨胡蘿卜籽油為原料，優(yōu)化其堿煉脫酸工藝，可為冷榨胡蘿卜籽油的脫酸精煉提供參考依據(jù)，對拓寬中國食用油資源、滿足市場需求、減少中國對進口油料的依賴有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷榨胡蘿卜籽油（毛油，江西金源有限公司）；氫氧化鈉（分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；酚酞（分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；鄰苯二甲酸氫鉀（分析純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司）；乙醚（分析純，洛陽市化學(xué)試劑廠）；異丙醇（分析純，鄭州派尼化學(xué)試劑廠）。FA2104電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）；JHH-6水浴鍋（常州金壇精達儀器制造有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 冷榨胡蘿卜籽油的脫酸試驗

準確稱取160 g冷榨胡蘿卜籽油于250 mL錐形瓶中，在恒溫水浴鍋中加熱到設(shè)定溫度后，將一定質(zhì)量分數(shù)的堿液緩慢加入，邊加入邊攪拌，恒溫一段時間后，停止攪拌，觀察油皂分離的情況，當(dāng)出現(xiàn)明顯分離時，恒溫靜置。收集上層的脫酸油，并稱重，測定脫酸油的酸價。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)計算精煉率和堿煉脫酸率。

1.2.2 單因素試驗

以冷榨胡蘿卜籽油為原料，將精煉率和脫酸率作為評價指標，研究堿煉溫度、堿煉時間、堿液質(zhì)量分數(shù)3個因素對冷榨胡蘿卜籽油精煉率和堿煉脫酸率的影響，對單一因素的各個水平進行單因素試驗，做3次平行試驗，取平均值。

1.2.2.1 堿煉溫度的影響

設(shè)定堿煉時間60 min，堿液質(zhì)量分數(shù)7%，分別在堿煉溫度30，40，50，60，70和80 ℃下對冷榨胡蘿卜籽油進行堿煉脫酸。

1.2.2.2 堿煉時間的影響

設(shè)定堿煉溫度50 ℃，堿液質(zhì)量分數(shù)7%，冷榨胡蘿卜籽油分別堿煉脫酸15，30，45，60，75和90 min。

1.2.2.3 堿液質(zhì)量分數(shù)的影響

設(shè)定堿煉溫度70 ℃，堿煉時間60 min，分別加入堿液質(zhì)量分數(shù)4%，7%，10%，13%，16%和19%的NaOH溶液進行堿煉脫酸。

1.2.3 響應(yīng)面試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，按照國標GB 5009.229—2016進行數(shù)據(jù)處理[7]，運用Design-Expert 8.0軟件，以冷榨胡蘿卜籽油的堿煉脫酸率Y為響應(yīng)值，以堿煉溫度（A）、堿煉時間（B）和堿液質(zhì)量分數(shù)（C）為變量，進行響應(yīng)面試驗[8-10]，優(yōu)化冷榨胡蘿卜籽油堿煉脫酸的工藝條件。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

冷榨胡蘿卜籽油精煉率和堿煉脫酸率的計算如式（1）和式（2）所示。

式中：X為冷榨胡蘿卜籽油精煉率，%；m1為冷榨胡蘿卜籽脫酸油質(zhì)量，g；m2為冷榨胡蘿卜籽毛油質(zhì)量，g。

式中：Y為冷榨胡蘿卜籽油的堿煉脫酸率，%；a1為冷榨胡蘿卜籽油毛油酸價，mg/g；a2為冷榨胡蘿卜籽油脫酸油酸價，mg/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 堿煉溫度對精煉率和堿煉脫酸率的影響

由圖1可知，冷榨胡蘿卜籽油的精煉率隨堿煉溫度升高基本沒有變化，而堿煉脫酸率則呈現(xiàn)先升高后下降趨勢。堿煉溫度30～70 ℃時，堿煉脫酸率隨著堿煉溫度升高始終增加，堿煉溫度70 ℃時，堿煉脫酸率達到最高。堿煉溫度繼續(xù)升高，堿煉脫酸率反而降低。原因可能是隨著堿煉溫度升高，分子運動加劇，冷榨胡蘿卜籽油中的脂肪酸與氫氧化鈉溶液反應(yīng)更徹底，但溫度過高，可能會造成溶劑揮發(fā)，試劑浪費。所以，冷榨胡蘿卜籽油堿煉脫酸溫度選擇70 ℃。

圖1 堿煉溫度對精煉率和堿煉脫酸率的影響

2.1.2 堿煉時間對精煉率和堿煉脫酸率的影響

由圖2可知，冷榨胡蘿卜籽油的精煉率隨堿煉時間延長變化不大，而堿煉脫酸率則呈現(xiàn)先下降后升高又下降趨勢。堿煉時間15～45 min時，堿煉脫酸率隨堿煉時間延長而降低，但堿煉時間延長至60 min時，堿煉脫酸率急升至最高值，繼續(xù)延長堿煉時間，雖然還有下降又上升趨勢，但堿煉脫酸率也不能達到最高值。所以，冷榨胡蘿卜籽油堿煉時間選擇60 min。

圖2 堿煉時間對精煉率和堿煉脫酸率的影響

2.1.3 堿液質(zhì)量分數(shù)對精煉率和堿煉脫酸率的影響

由圖3可知，冷榨胡蘿卜籽油的精煉率隨堿液質(zhì)量分數(shù)增加變化不大，而堿煉脫酸率則呈現(xiàn)先升高后下降趨勢。堿液質(zhì)量分數(shù)低于13%時，堿煉脫酸率隨著堿液質(zhì)量分數(shù)增加始終上升，堿液質(zhì)量分數(shù)13%時，堿煉脫酸率最高。繼續(xù)增加堿液質(zhì)量分數(shù)，堿煉脫酸率開始降低。原因有可能是在堿液質(zhì)量分數(shù)較低的時候脫酸反應(yīng)程度較低，堿液質(zhì)量分數(shù)過高后，酸堿中和反應(yīng)不徹底，導(dǎo)致堿煉脫酸率降低。所以，冷榨胡蘿卜籽油堿煉脫酸用堿液質(zhì)量分數(shù)選擇13%。

圖3 堿液質(zhì)量分數(shù)對精煉率和堿煉脫酸率的影響

2.2 響應(yīng)面試驗

2.2.1 響應(yīng)面法試驗設(shè)計與結(jié)果

由Box-Behnken試驗設(shè)計原理，冷榨胡蘿卜籽油堿煉脫酸工藝優(yōu)化的響應(yīng)面試驗設(shè)計因素水平如表1所示，響應(yīng)面試驗設(shè)計方案結(jié)果如表2所示。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計因素水平表

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計方案結(jié)果

2.2.2 響應(yīng)面方差分析

根據(jù)冷榨胡蘿卜籽油單因素試驗結(jié)果，利用Design-Expert 8.0.6軟件通過擬合的回歸圖形，得出冷榨胡蘿卜籽油脫酸率Y有關(guān)于堿煉溫度（A）、堿煉時間（B）、堿液質(zhì)量分數(shù)（C）的多元回歸方程和回歸模型的方差分析，見表3。

提取率Y=82.99+0.89A-2.15B+1.79C+2.82AB+ 0.16AC+0.84BC-5.88A2-3.45B2+1.99C2。

由表3可以看出，回歸方程中A、B、C對Y影響的顯著性，從F值可以判定，模型中F=175.07，p＜ 0.001，極顯著，失擬項p值為0.0699＞0.05，不顯著，說明該模型選擇正確，擬合程度好，這個回歸模型的實際值與預(yù)測值可以較好地吻合，回歸方程是有意義的。

由表3可知，一次項A、B、C，二次項AB、A2、B2、C2的p值均小于0.001，極顯著，說明A、B、C、AB、A2、B2和C2均對堿煉脫酸率有極顯著影響。二次項BC的p值小于0.01，高度顯著，說明BC對堿煉脫酸率有高度顯著的影響。二次項AC的p值為0.4993＞0.05，不顯著，說明AC對堿煉脫酸率的影響不顯著。

由表3可知，B的F值為182.60，為一次項A、B、C中F值最大的，所以堿煉時間對堿煉脫酸率的影響最大，而A的F值是31.66，為一次項A、B、C中F值最小，所以堿煉溫度對堿煉脫酸率的影響最小，C的F值介于A和B兩者之間，所以堿液質(zhì)量分數(shù)對堿煉脫酸率的影響介于堿煉時間和堿煉溫度之間，可以得出堿煉溫度、堿煉時間和堿液質(zhì)量分數(shù)3個試驗因素對冷榨胡蘿卜籽油堿煉脫酸率影響程度的大小順序依次是B＞C＞A。

表3 回歸模型的方差分析

2.2.3 二次交互作用的影響

通過Design-Expert 8.0.6軟件對數(shù)據(jù)進行分析得出，堿煉時間、堿煉溫度和堿液質(zhì)量分數(shù)3個試驗因素之間兩兩相互作用對冷榨胡蘿卜籽油脫酸率的影響，如圖4～圖6所示。

根據(jù)圖4可得，堿煉溫度和堿煉時間的交互作用圖形在底面的投影圖呈橢圓形，說明兩者的交互作用對堿煉脫酸率的影響極為顯著。這與表3中二次項因素AB的p值結(jié)果一致，即堿煉溫度和堿煉時間的交互作用對冷榨胡蘿卜籽油堿煉脫酸率的影響較強。

圖4 堿液質(zhì)量分數(shù)13%時，堿煉溫度與堿煉時間對脫酸率的影響

根據(jù)圖5可得，堿煉溫度與堿液質(zhì)量分數(shù)的交互作用圖形在底面的投影圖沒有呈現(xiàn)出明顯的橢圓形，說明兩者的交互作用對堿煉脫酸率的影響效果不顯著。這與表3中的二次項因素AC的p值結(jié)果一致，即堿煉溫度與堿液質(zhì)量分數(shù)的交互作用對冷榨胡蘿卜籽油堿煉脫酸率的影響較小。

圖5 堿煉時間60 min時，堿煉溫度與堿液質(zhì)量分數(shù)對脫酸率的影響

根據(jù)圖6可得，堿煉時間與堿液質(zhì)量分數(shù)的交互作用的圖形呈馬鞍形，存在較強的交互作用，說明兩者的交互作用對脫酸率的影響極為顯著。這與表3中二次項因素BC的p值結(jié)果一致，即堿煉時間與堿液質(zhì)量分數(shù)的交互作用對冷榨胡蘿卜籽油堿煉脫酸率的影響較強。

圖6 堿煉溫度70 ℃時，堿煉時間與堿液質(zhì)量分數(shù)對脫酸率的影響

2.2.4 最佳工藝檢驗

通過軟件分析得到冷榨胡蘿卜籽油堿煉脫酸工藝的最佳條件：堿煉溫度70 ℃、堿煉時間57 min、堿液質(zhì)量分數(shù)16%。在此條件下，冷榨胡蘿卜籽油的堿煉脫酸率最高，脫酸率為86.91%。

經(jīng)過3次平行試驗，證明應(yīng)用最佳堿煉脫酸工藝條件，實際冷榨胡蘿卜籽油的脫酸率平均達到86.91%，與軟件預(yù)測值一致，證明最佳工藝預(yù)測值準確。

3 結(jié)論

經(jīng)單因素試驗和響應(yīng)面試驗分析得出，對冷榨胡蘿卜籽油的脫酸率影響最大的是堿煉時間，其次是堿液質(zhì)量分數(shù)，最后是堿煉溫度。堿煉溫度70 ℃、堿煉時間57 min、堿液質(zhì)量分數(shù)16%時，冷榨胡蘿卜籽油的脫酸率最高，經(jīng)過3次平行試驗，應(yīng)用最佳堿煉脫酸工藝條件進行試驗，冷榨胡蘿卜籽油的脫酸率可達86.91%，與軟件預(yù)測值重合，證明最佳堿煉脫酸工藝預(yù)測值準確。