热损大豆的油脂成分分析及其中四种色素的稳定性和吸附脱除效果的研究

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大豆油富含营养成分且价格低廉,在全球具有很高的生产量和消费量。大豆油的国家标准(GB/T1535-2017)规定一级大豆油的色泽呈清澈明亮的淡黄色至浅黄色。企业在油脂加工过程中时常会遇到的难题是:按照常规工艺有时很难将原料品质较差的大豆油炼制到色泽合格的产品。热损是影响成品大豆油色泽的主要因素之一,因此,本文选取不同热损程度的大豆为原料,分析其油脂的品质及包括色素在内的组成;针对性地研究其中四种色素(β-胡萝卜素、叶黄素、叶绿素、生育酚氧化色素)在不同条件下的稳定性,并比较不同种类及来源的吸附剂对色素的脱除效果,筛选出效果最好的吸附剂,具体包括以下部分:首先,选择四个来源、不同热损程度(正常、一般热损、重度热损)共12种大豆为原料,分析其油脂品质、甘油酯与脂肪酸组成、生育酚、磷脂及主要色素的组成和含量。结果表明:热损会促进油脂水解和氧化反应的发生;与正常大豆油脂相比,热损大豆油脂的酸价、过氧化值、茴香胺值、全氧化值、共轭二烯、共轭三烯值均显著上升,且重度热损大豆的上升幅度大于一般热损大豆,其中重度热损大豆的油脂酸价和全氧化值的最大增长率分别高达642%、148%。水解导致甘三酯含量降低、甘二酯和游离脂肪酸含量上升,以sn-1,3位水解为主;氧化反应导致多不饱和脂肪酸含量显著降低,且热损程度越深变化越为明显。热损会导致大豆油总磷脂含量下降,磷脂酸相对含量显著上升,重度热损大豆油脂中磷脂酸的含量是正常大豆油脂中的1.6~2.2倍,最高达到68.97%。在热损过程中易发生生育酚的氧化损失,其中重度热损大豆油脂中总生育酚的损失率高达27.33%。重度热损大豆中叶绿素含量为正常大豆油脂的28~39倍,结合对磷脂酸含量的分析得出未成熟大豆更易发生热损现象;β-胡萝卜素含量呈上升趋势,叶黄素含量显著降低;生育酚在氧化损失的过程中生成呈红色的5,6-邻醌-γ-生育酚。其次,以色素的损失率为评价指标,分别考察正己烷和一级油体系中β-胡萝卜素、叶黄素、叶绿素、生育酚氧化色素在光照(室内自然光、室外日光、紫外光照)、金属离子(Fe2+、Fe3+、Cu2+)、酸(磷酸、柠檬酸)、碱(Na OH)、双氧水、加热(溶剂体系:60℃;油脂体系:90、120、180、240℃)条件下的稳定性以及色泽的变化情况,结果表明:正己烷体系中,室外日光、紫外光照以及Fe3+易破坏β-胡萝卜素和叶黄素的共轭结构,溶液的颜色明显由黄色变为浅黄色;磷酸、Na OH、室外日光和紫外光照对叶绿素破坏性较强,叶绿素溶液的颜色明显发生变化;生育酚氧化色素在室外日光和紫外光照射后溶液由红色变为微黄色。大豆油体系中,四种色素均对热、室外日光和紫外光照较敏感,反应后均呈现不同程度的褪色,热稳定性强弱顺序:叶黄素<β-胡萝卜素<生育酚氧化色素<叶绿素;240℃的真空条件下,β-胡萝卜素、叶黄素和生育酚氧化色素的损失率高达80%以上,肉眼可见接近于无色;光稳定性强弱顺序:生育酚氧化色素<叶黄素≈β-胡萝卜素<叶绿素。由于油脂较正己烷粘度更大且成分复杂,两种体系中色素的部分稳定性变化趋势相同,但变化幅度不同。综合分析,叶绿素相对较稳定且不易褪色,对于叶绿素含量较高的热损大豆油脂来说,选择合适的吸附剂在脱色工序去除叶绿素至关重要。最后,采用工厂常用的脱色条件评价活性白土、凹凸棒土、活性炭共18种吸附剂对一级大豆油体系中色素(叶黄素、叶绿素、生育酚氧化色素)和碱炼大豆油(取自工厂)色泽的脱除效果(以色素和色泽的脱除率为评价指标),结果表明:添加单一色素的一级油体系中,活性白土和凹凸棒土对3种色素的脱除效果:叶黄素>叶绿素>生育酚氧化色素;活性炭对3种色素的脱除效果:叶绿素>叶黄素>生育酚氧化色素;活性白土对叶黄素和生育酚氧化色素的脱除效果优于凹凸棒土和活性炭,活性炭对叶绿素的脱除效果优于活性白土和凹凸棒土。碱炼大豆油体系中,不同吸附剂对碱炼大豆油的色泽及碱炼大豆油中叶绿素的脱除效果:活性白土>凹凸棒土>活性炭。其中,1-3号、2-4号和3-5号吸附剂对色素具有很好的脱除效果。混合吸附剂(活性白土和凹凸棒土的质量比为3:1)与3-5号活性炭的比例为20:1时,脱色效果最好且成本最为经济。因此,对于有类似组成的大豆油可通过合理选择吸附剂,将热稳定性较好的叶绿素去除,β-胡萝卜素、叶黄素、生育酚氧化色素通过高温脱臭去除即可,实现科学合理脱色的目的。本研究数据旨在为减少油脂脱色工艺中吸附剂的用量,降低生产成本,提高油脂精炼率和油脂品质提供数据及理论支撑。
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