杨佳佳 鹿保鑫

（黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆 163319）

目前，我国仍以植物油为主要食用油脂，其中大豆油占有很大的比例，但由于受气候、土壤等自然因素和人为因素的影响，大豆在收割时会含有不能完全成熟的籽粒，俗称青豆，若大豆中含有大量的青豆，一方面会导致大豆大幅减产，品质下降，另一方面对大豆油脂加工工艺及产品品质等方面有很大的影响。

水化脱胶是脱除毛油中所含的磷脂、蛋白质、糖基甘油二酯等胶溶性杂质，其中以脱除磷脂为主，磷脂可以分为水化磷脂和非水化磷脂，因此脱胶也常被称为脱磷。以成熟大豆为原料，加工所得的毛油中含有的磷脂多为水化磷脂；以青豆为原料，加工所得的毛油中含有的磷脂多为非水化磷脂［1－3］。青豆的存在会造成毛油中非水化磷脂增多，采用常规的水化脱胶法不能将胶质脱除彻底，而磷脂的存在将影响成品油的烟点和风味，还会在后续的碱炼脱酸工序中造成乳化现象，增加炼耗和烧碱量［4］。常规的水化脱胶只能除去水化磷脂，非水化磷脂却很难脱除［5］，但酸的存在可利于中和磷脂胶粒表面的电荷，可促使磷脂胶粒之间紧密凝聚，加速沉降分离，使得在后续水化时脱胶彻底［6］。

本试验以青豆毛油为原料，采用常规水化脱胶法，以添加酸为辅助手段，通过单因素试验及二次回归正交旋转［7］组合试验，以脱胶率指标为响应值，探讨脱除青豆油中脱体的适宜方法，以期得到最佳脱胶工艺条件，为大豆油脂加工业提供基础性研究数据。

1　材料与方法

1.1　原料与试剂

青豆毛油：实验室自制。柠檬酸、醋酸、磷酸：沈阳市华东试剂厂；盐酸：北京化工厂；以上均为分析纯。

1.2　主要仪器

JJ－1电动搅拌器：江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；L420高速离心机：长沙湘仪离心机仪器有限公司；H－4数显恒温水浴锅：苏州威尔实验用品有限公司。

1.3　方法

1.3.1 青豆油水化脱胶的工艺流程

称取毛油→加热→加入酸→搅拌→加去离子水→脱水干燥→离心分离→脱胶油→称重

1.3.2 单因素试验设计

选取柠檬酸、磷酸、柠檬酸：磷酸为1∶1混合液、醋酸、盐酸等几种酸进行试验，确定水化脱胶最佳酸的种类。选择对脱胶率有影响的4个主要因素：水化时间X1，水化温度X2，酸添加量X3，加水量X4，以脱胶率为考核标准，进行单因素试验。

1.3.3 二次回归正交旋转组合设计试验［8］

在单因素试验的基础上，确定中心组合因素（水化温度、水化时间、酸添加量、加水量）与水平。以青豆毛油的脱胶率为响应值，通过二次回归正交旋转试验对脱胶条件进行优化。变量参数P＝4；星号臂值R＝2；±1水平的因素点试验全部实施为Mc＝2P＝16；±R水平的星号臂点为MR＝2P＝8；为了使得二次旋转组合设计具有正交性，各因素是零水平的中心为M0＝12；总试验点N＝MC＋MR＋M0＝36。

1.3.4 数据处理

采用SASSystem 8.2软件对二次回归正交旋转组合试验结果进行处理。

1.3.5 280℃加热试验

加热试验就是将油样加热至280℃，观察有无析出物以及油脂色泽的变化情况。按GB 5531—2008，280℃加热试验进行测定。

2　结果与讨论

2.1　单因素试验结果

2.1.1 酸的种类对青豆油脱胶率的影响

固定水化温度70℃、水化时间40 min、酸的添加量0.3%、加水量7%，提取2次，探讨不同种类的酸对青豆油脱胶率的影响，结果如图1所示。

图1　不同种类的酸对青豆油脱胶率的影响

由图1可知，每种酸对青豆油的脱胶率各不相同。加入盐酸时，水化脱胶率最低，说明盐酸对脱胶率的影响较低。加入柠檬酸、磷酸、醋酸这3种酸时，水化脱胶率分别是7.26%、7.62%、7.13%，脱胶效果相差不大。而加入柠檬酸和磷酸的1∶1混合液时，水化脱胶率较高，说明二者混合液对脱胶率的影响最大。因此确定试验所用的酸为柠檬酸和磷酸的1∶1混合溶液。

2.1.2 水化温度的影响

固定所添加的酸为柠檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化时间40 min、酸的添加量0.3%、加水量7%，提取2次，探讨不同水化温度对青豆油脱胶率的影响，结果如图2所示。

图2　温度对青豆油脱胶率的影响

由图2可知，青豆油的脱胶率随着温度的升高而升高，这是因为在一定范围内温度高有利于磷脂分离，有利于提高脱胶率。当脱胶的温度范围在50～70℃时，脱胶率上升较明显，而随着温度继续升高，其脱胶率还在上升，但上升趋势较慢，这是由于大豆脂肪酶的活性温度为40～70℃，超过70℃，酶被钝化，对磷脂的作用减弱［9］，使磷脂不易脱除。考虑到实际生产过程中的能耗和便于控制等问题，因此确定脱胶温度在70℃左右为宜。

2.1.3 水化时间的影响

固定所添加的酸为柠檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化温度70℃、酸的添加量0.3%、加水量7%，提取2次，探讨不同水化时间对青豆油脱胶率的影响，结果如图3所示。

图3　时间对青豆油脱胶率的影响

由图3可知，青豆油脱胶率随着时间增加而增加，说明较长的水化时间能够更完全地除去胶质。当脱胶时间超过50 min，脱胶率虽然仍在上升，但脱胶率的上升较缓，几乎保持平稳。考虑到实际生产过程中的能耗等问题，确定脱胶时间在50 min左右为宜。

2.1.4 酸的添加量的影响

固定所添加的酸为柠檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化时间50 min、水化温度70℃、加水量7%，提取2次，探讨酸的不同添加量对青豆油脱胶率的影响，结果如图4所示。

图4　酸的添加量对青豆油脱胶率的影响

从图4可以看出，酸的添加量为油重的0.1%时脱胶率最低，随着添加量的增加脱胶率上升较明显，这是由于所加入的酸将毛油中的非水化磷脂转化成了水化磷脂，使水化彻底。当酸的添加量达到油重的0.4%时，随着酸添加量的继续增加，脱胶率仍然上升，但是上升的趋势较小。这说明在其他条件不变的情况下，酸添加量增加有益于青豆油的脱胶。因此确定脱胶时酸的添加量在0.4%左右为宜。

2.1.5 加水量的影响

固定所添加的酸为柠檬酸和磷酸的1∶1混合溶液、水化时间50 min、水化温度70℃、酸的添加量是0.4%，提取2次，探讨不同加水量对青豆油脱胶率的影响，结果如图5所示。

图5　加水量对青豆油脱胶率的影响

由图5可以看出，在一定范围内随着加水量的增加青豆油的脱胶率不断升高，当加水量达到7%时，脱胶率最高，即脱胶效果最好，这是因为加水量不足，水化不完全，胶粒絮凝不好，使得胶粒与毛油不易分离。之后随着加水量的继续增加，脱胶率又不断下降，这是因为加水量过多，有可能形成局部的水／油或油／水乳化现象，难以分离。因此确定脱胶加水量在7%左右为宜。

2.2　二次回归正交旋转组合设计试验结果

2.2.1 二次回归正交组合试验结果

二次回归旋转组合试验设计及结果见表1。回归方程的方差分析、各项的方差分析和参数估计及显著性分析的主要结果归纳分别见表2～表5。

表1　试验设计及结果

表2　回归方程的方差分析

表3　回归方程各项的方差分析

由表2和表3可以看出：二次回归模型的F值为55.62，P值 ＜0.001，大于在0.01水平上的 F（14，21）0.01＝3.07值，而失拟项的F值为1.33，小于在0.05水平上的 F（10，11）0.05＝2.86值，由方程的显著性检验可知，该方程达到极显著水平，失拟项P值＝0.324＞0.05，该方程无失拟因素存在，回归模型和试验值能较好的拟和。而且一次项、二次项和交互项的F值均大于0.01水平上的F值，说明各因素对青豆油脱胶率有极其显著的影响。

表4　二次回归模型的参数

由表4可知，各因素影响程度从大到小的依次排列为加水量，脱胶时间，酸的添加量，脱胶温度。建立青豆油脱胶率的回归方程：

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值为脱胶率；X1为脱胶时间；X2为脱胶温度；X3为酸的添加量；X4为加水量。方程的显著性分析得F1＝55.62，相应的概率值P小于0.000 1，失拟性检验分析得 F2＝1.33，相应的P值等于0.324。由方程的显著性检验可知，该方程的模型达到极其显著；失拟性分析表明，该回归方程无失拟因素存在，回归模型与实测值能较好地拟合。根据SAS System 8.2软件对该试验结果进行的处理可知，最佳脱胶条件是：脱胶时间55min.、脱胶温度64℃、酸的添加量0.4%、加水量6.9%。该条件下得到的青豆油脱胶率为11.08%。

最佳脱胶条件优化结果验证试验：利用得到的最佳脱胶条件对青豆油进行脱胶，其脱胶率为10.89%，与SAS 8.2软件统计分析给出的最大脱胶率10.56%的误差范围小于0.5%，因此，验证试验结果正确。

2.2.2 因素响应面及等高线

由表5可知，各个交互项中，X1X3、X1X4、X3X4极显著（P＜0．01），X1X2显著（P＜0.05）。而X2X3、X2X4的交互作用不显著。为了进一步描述因素变化与脱胶率之间的内在规律，采用降维的分析方法，固定其中两个因素为0水平（即编码水平为Xi＝Xj＝0），则可得到另外两个因素与脱胶率的关系。

2.2.2.1 水化时间与酸的添加量之间的交互作用

由图6可知，响应面曲线和等高线的疏密程度具有一致性，酸的添加量在0.20%～0.45%之间且水化时间在30.00～55.00min之间变化时，两者存在显著的增效作用，青豆油脱胶率随酸添加量和水化时间增加而升高；而酸添加量在0.45%左右，水化时间在55 min左右时青豆油脱胶率为最大；当酸添加量在0.45%～0.60%之间且水化时间在55.00～70.00 min之间变化时，青豆油脱胶率随两个因素的增加而下降，说明此时2个因素之间交互作用显著。

图6　水化时间（X1）与酸的添加量（X3）的响应面图

2.2.2.2 水化时间与加水量之间的交互作用

从图7可看出，响应面曲线和等高线的疏密程度具有一致性，加水量在5.00%～7.00%之间且水化时间在30.00～55.00 min之间变化时，两者存在显著的增效作用，青豆油脱胶率随着加水量和水化时间的增加而升高；而加水量在7%左右，水化时间在55 min左右时青豆油脱胶率达到最大；加水量在7.00%～9.00%之间且水化时间在55.00～70.00 min之间变化时，青豆油的脱胶率呈下趋势，说明此时2个因素之间交互作用显著。

图7　水化时间（X1）与加水量（X4）的响应面图

2.2.2.3 酸的添加量与加水量之间的交互作用

由图8可知，响应面曲线和等高线的疏密程度具有一致性，酸的添加量在0.20%～0.45%之间且加水量在5.00%～7.00%之间变化时，两者之间存在显著的增效作用，青豆油脱胶率随着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%左右时青豆油脱胶率达到最大；酸的添加量在0.45%～0.60%之间和加水量在7.00%～9.00%之间变化时，青豆油的脱胶率呈下趋势，说明此时2个因素之间交互作用显著。

图8　 酸的添加量（X3）与加水量（X4）的响应面图

2.2.3 280℃加热试验结果

毛油经加热后并未发生较大变化，无析出物。由图9可知，脱胶后青豆油经过280℃加热试验，罗维朋色度值黄色值未发生变化，仍然是70，红色值升为8，蓝色值升为2.2，但这些变化仍在国家标准范围之内（色泽差值：黄色不变，红色值增加≤4.0，蓝色值增加≤0.5）。

图9　脱胶油经280℃加热后的色度值变化

3　结论

通过单因素试验的研究得到青豆油脱胶最佳酸的种类为柠檬酸：磷酸为1∶1的混合溶液。再应用二次回归正交旋转组合设计，通过分析得到青豆油最佳脱胶工艺为：脱胶时间55 min.、脱胶温度64℃、酸的添加量0.4%、加水量6.9%。在该条件下得到的青豆油最大脱胶率为11.08%，并且280℃加热试验结果符合国家标准。在试验范围内各因素对青豆油脱胶率作用的大小依次为加水量＞脱胶时间＞酸的添加量＞脱胶温度。

［1］涂向辉.成熟度对大豆油脱胶工艺的影响［J］.粮油加工与食品机械，2005，1（48）：48－50

［2］马云肖，周龙长.粗油中非水化磷脂的产生及脱除方法［J］.粮油加工，2009，7（41）：41－42

［3］刘昌盛，杨湄，黄凤洪.食用植物油脱胶技术研究进展［J］.农产品加工，2010，7（7）：47－49

［4］倪培德.油脂加工技术［M］.北京：化学工业出版社，2002：12

［5］杨继国，杨博，林炜铁.植物油物理精炼中的脱胶工艺［J］.中国油脂，2004，29（2）：7－10

［6］高荫榆，郭磊，丁红秀，等.植物油脱胶研究进展［J］.食品科学，2006，4（27）：268－270

［7］徐静，张井，李燕，等.二次回归正交旋转组合设计在鳀鱼蒸煮液酶解工艺中的应用研究［J］.食品科学，2009，30（22）：221－225

［8］马文杰，郭玉蓉，魏决.应用二次回归旋转正交组合设计提取水溶性苹果多糖的工艺研究［J］.食品科学，2009，30（20）：105－108

［9］左青，江金德，陈世荣.论非水化磷脂的变化对水化脱胶油的影响［J］.中国油脂，2002，27（5）：36－38.