仇宏图， 王家镔， 张 华

(延边大学农学院，吉林 延吉133002)

延边黄牛脂具有较高含量的饱和脂肪酸，其占比在50%左右，摄入过高的饱和脂肪酸使得血液中的三酰甘油、胆固醇、低密度脂蛋白增加，并引起动脉管腔狭窄，形成动脉粥样硬化，患冠心病的风险增加[1]。因此，对人体摄入饱和脂肪酸的量应予以严格控制。油脂由不同的甘油三酯混合而成。并以不同的脂肪酸组成。构成甘油三酯的脂肪酸饱和程度(饱和、单不饱和、多不饱和)、脂肪酸碳链长度(短链、中链、长链)、脂肪酸碳链上双键结构以及位置的不同，脂肪酸与甘油结合位点的不同均会使得甘油三酯的化学性质(过氧化值、油脂酸价、皂化值、碘价等)与物理性质(溶解性、同质多晶、油脂塑性、熔点、固体脂肪含量等)表现出差异[2]。甘油三酯的种类差异会使不同组成油脂有不一致的熔点范围。在一定的温度范围内，利用不同温度下结晶的甘油三酯种类的不同，可以使得油脂分离为2部分，即液态油脂和固态脂肪，即油脂分提[3]。油脂分提工艺又可分为干法分提、溶剂分提法、表面活性剂法、分子蒸馏法、密度法与液-液萃取法、尿素包埋法等[3]。其中，干法分提优点主要反映为：1) 操作安全、简便；2) 不需要溶剂，生产成本相对较低；3) 不存在任何溶剂污染，有较高质量；4) 不会产生废水。尿素包埋法具有投资少、成本低、操作简便且环境污染少等优点，主要利用于脂肪酸的分提[4-6]。由于尿素包合过程中的条件控制对分提效果影响非常大，而在以往的研究中都是分析讨论在较长时间和低温的情况下的分提效果[7]。

因此，本试验首先利用干法分提的方法将延边黄牛脂进行固液分离。使副产物延边黄牛脂液油中饱和脂肪酸含量降低，随之碘值升高，熔点接近体温，固脂具有更好的储藏性能，可利用于起酥油、人造奶油、代可可脂的生产。其次，利用尿素对饱和脂肪酸甲酯包埋的原理，对饱和度较高的延边黄牛酯进行分提，提高溶剂中不饱和脂肪酸甲酯的含量，改善低温流动性。主要对结晶温度、结晶时间、结晶速率以及对减少尿素用量、降低包合反应时间、包合反应温度进行研究，降低工业生产成本，提高废弃物的利用率，为农产品涂膜保鲜材料的开发奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

延边黄牛脂(自制)；氢氧化钾(KOH)，碘，硫代硫酸钠，碘化钾，无水硫酸钠，尿素；甲醇，正己烷，无水乙醇均为分析纯；蒸馏水，正己烷为色谱纯。

1.2 仪器与设备

HJ-4多头磁力加热搅拌器；直立式N-1100 D-W旋转蒸发仪；SI-0246漩涡混合器；氮气吹扫仪；恒温水浴锅；恒温干燥箱等。磁力搅拌器(IT-09B-15 上海一恒科学仪器有限公司)；恒温水浴锅(DK-8D 上海精宏实验设备有限公司)；电子天平(JA1003J，上海雷韵试验仪器制造有限公司，上海，中国)；气相色谱仪GC System 7890A(美国安捷伦公司)

1.3 方法

1.3.1 延边黄牛脂制备

对延边黄牛脂肪进行切割，使其呈细小块状，与适量水同入锅中，进行2 h的加热熬制，然后捞出悬浮于表层的油，并导入烧杯中。在烧杯内加入正己烷，使两者比例为1∶1，使用无水硫酸钠作为媒介抽滤，最后使用旋转蒸发仪来去除抽滤所得牛脂中的溶剂，获取纯净牛脂[8]。

1.3.2 延边黄牛脂干法分提及熔点和碘值测定

1) 称取适量延边黄牛脂加热到85 ℃，使其完全融化，水浴30 min;2) 快速冷却到70 ℃;3) 以一定的冷却速率缓慢冷却至结晶温度;4) 在结晶温度下养晶一段时间;5) 用纱布过滤出液油，并将液油和固脂装瓶称重;6) 测出产品的熔点和碘价，并计算得率[9]。熔点按照GB/T 24892-2010方法测定，碘值使用碘酊法进行测定。

1.3.3 延边黄牛脂脂肪酸甲酯制备

延边黄牛脂溶于氢氧化甲醇溶液并置于圆底烧瓶中，放入搅拌子磁力搅拌，恒温水浴反应，将反应液加正己烷和蒸馏水，在分液漏斗中静置分层，取上层液体通过无水硫酸钠干燥、旋蒸得到脂肪酸甲酯[10]。

1.3.4 尿素包合法分提

尿素与甲醇1 g∶5 mL比例混合制备成尿素溶剂，加入脂肪酸甲酯，一定温度下放置一段时间进行包埋。包埋完成后，取溶液层通过无水硫酸钠干燥、氮吹仪吹干有机溶剂，得到较低饱和度脂肪酸甲酯。

1.3.5 气相分析[11]

气相色谱分析条件： SPTM-2560毛细管柱(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；载气He流速为0.7 mL/min，H2流速为30 mL/min，空气流速300 mL/min；柱温150 ℃，进样温度250 ℃，气化温度260 ℃，检测温度220 ℃，进样量3 μL。

1.3.6 计算公式

采用F检验法以及SPSS 19.0软件中的Duncan检验法进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 不同养晶温度对分提产物的影响

称取15 g延边黄牛脂完全融化后，以4 ℃/h的冷却速率缓慢冷却到养晶温度42、45、58 ℃，养晶12 h，最后进行固液分离。测得各项指标如表1。

表1 不同养晶温度对分提的影响Table 1 Influence of different crystallization temperatures on extraction

注：a～c字母不同表示同一列养晶温度内得率、碘值差异显著(P<0.05)。

由表1可知，养晶温度在42 ℃时,液油得率为35.06%,显著低于48 ℃时的65.14%，固体脂的得率随着养晶温度的增高而降低。随着养晶温度升高液油的碘值显著降低(P<0.05)，这是因为结晶温度降低时会有更多的含有饱和脂肪酸的甘油三酯被结晶析出，因而碘值升高，固体脂的碘值在42 ℃时显著低于45和48 ℃(P<0.05)。液油在42 ℃分提时，熔点为38 ℃，最接近体温，综合考虑选择42 ℃设为接下来试验的养晶温度。

2.2 不同养晶时间对分提产物的影响

称取15 g延边黄牛脂完全融化后，在养晶温度42 ℃条件下养晶3、6、9 h，进行固液分离。测得各项指标如表2。

表2 养晶时间对分提的影响Table 2 Influence of the crystallization time on extraction

注：a～c字母不同表示同一列养晶时间内得率、碘值差异显著(P<0.05)。

由表2可知，随着养晶时间的升高,液油的得率降低，固脂的得率升高。养晶时间为9 h时,液油碘值27.21 g/100 g,显著高于3和6 h(P<0.05)，产率为50.36%，熔点为38 ℃，最接近分提目的，固选择9 h为最佳分提时间。

2.3 不同冷却速度对分提产物的影响

称取15 g延边黄牛脂完全融化后，以7、10 ℃/h的冷却速率缓慢冷却到养晶温度42 ℃，养晶9 h，最后进行固液分离。测得各项指标如表3。

表3 不同冷却速率对分提影响Table 3 Effect of different cooling rates on extraction

注：a～b字母不同表示同一列冷却速率内得率、碘值差异显著(P<0.05)

由表3可知，随着冷却速率的升高,液油的得率升高，固脂的得率降低。碘值无显著性差异(P>0.05)。在表2中冷却速率在4 ℃/h，养晶时间9 h和表3中冷却速率在7 ℃/h，养晶时间9 h相比，得率和碘值有些变化，但熔点都在38 ℃，在低冷却速率4 ℃/h下形成的晶体较小，分布比较均匀，晶体发生聚集的少，得到的产品质量优质。

2.4 尿素包合法分提不饱和脂肪酸

2.4.1 不同反应温度对动植物脂肪酸甲酯分提率的影响

料液比1∶3(5 g样品/15 mL尿素溶剂)，反应时间为4 h，在反应温度不同的情况下，溶剂层分提物的质量百分比结果如图1。延边黄牛酯在10和20 ℃时,溶剂层得率不存在显著性差异，但显著高于-10 ℃，0 ℃试验组。表明在低温中尿素包合率更佳，由于已知2种油饱和脂肪酸比例，理论上完全去除饱和脂肪酸得率应在50%左右，因此,选取得率较高的10 ℃做以下试验。

注：a～c字母不同表示不同反应温度，溶剂层分提物质量百分比差异显著(P<0.05)。

图1反应温度对延边黄牛酯和溶剂层得率的影响

Fig.1EffectofreactiontemperatureontheyieldofsolventlayerofYanbianYellowCattlemethylester

2.4.2 不同反应时间对动植物脂肪酸甲酯分提率的影响

由图2可知，料液比为1∶3(g/mL)，反应温度为10 ℃，在尿素包埋时间不同的情况下，延边黄牛酯在8 h时溶剂层分提率(32.3%)显著低于2 h(37.8%)，4 h(36.3%)，6 h(32.3%)分提组，表明8 h时包合物晶体继续形成，2～6 h未达到饱和[12]，考虑分提得率理论值，故选取4 h进行以下试验。

注：a～b字母不同表示不同反应时间，溶剂层分提物质量百分比差异显著(P<0.05)。

图2反应时间对延边黄牛酯酯溶剂层得率的影响

Fig.2EffectofreactiontimeontheyieldofYanbianYellowCattleestersolventlayer

2.4.3 不同料液比对动植物脂肪酸甲酯分提率的影响

由图3可知，反应温度为10 ℃，反应时间为4 h，在尿素溶剂添加量不同的情况下，延边黄牛酯各组的得率均存在显著性差异。料液比为1∶2(g/mL)时,延边黄牛酯的得率最高,为42.9%，这可能是因为尿素溶剂含量增加不仅包埋饱和脂肪酸，也增加了不饱和脂肪酸的包合率，从而降低得率。选取得率最高的样品，料液比为1∶2，反应温度为10 ℃，反应时间为4 h的延边黄牛酯进行脂肪酸分析并与原油进行对比。

注：a～d字母不同表示不同料液比，溶剂层分提物质量百分比差异显著(P<0.05)。

图3料液比对延边黄牛酯溶剂层得率的影响

Fig.3Effectofsolid-liquidratioontheyieldofsolventlayerofYanbianYellowCattleester

2.5 尿素包合前后延边黄牛酯脂肪酸含量变化

延边黄牛脂脂肪酸组成见表4。延边黄牛脂包含肉豆蔻酸(C14∶0)、 棕榈酸(C16∶0)、 棕榈油酸(C16∶1)、硬脂酸(C18∶0)、 油酸(C18∶1)、亚油酸(C18∶2)等。原料油与选取的得率相对较高的试验组溶剂层分提物(即料液比为1∶2，反应温度为10 ℃，反应时间为4 h)脂肪酸组成对比棕榈酸从25.33%降低到23.09%，硬脂酸从21.38%降低到15.01%，油酸从37.59%提高到45.96%。尿素包合法分提后延边黄牛酯不饱和脂肪酸含量(USFA)从50.2%达到58.49%，提高了8.29百分点。

表4 尿素包合前后延边黄牛酯脂肪酸组成Table 4 Tallow fatty acid composition of Yanbian Yellow Cattle before and after urea inclusion

注：SFA-saturated fatty acid；USFA-unsaturated fatty acid。

3 结论

通过研究影响牛脂干法分提的3个因素,分提出低熔点的液油和高熔点的固脂。试验中选取最佳养晶温度为42 ℃，养晶时间为9 h，冷却速率为7 ℃/h，此时得率为44.11%，熔点为38 ℃，碘价为27.21 g/100 g。延边黄牛脂经尿素包合后，溶剂层不饱和脂肪酸甲酯含量提高了8.29百分点，为延边黄牛脂副产物开发利用奠定了理论基础。