王俊國，鄒德智，王東華，王 彤 ，趙 巖 ，于殿宇(.吉林工商學(xué)院 糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室，長春0507；.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，哈爾濱5000； .東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，哈爾濱 5000；.哈爾濱天通農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，哈爾濱5000)

響應(yīng)面試驗優(yōu)化玉米油二次脫皂新工藝

王俊國1，鄒德智2，王東華3，王 彤2，趙 巖4，于殿宇2
(1.吉林工商學(xué)院 糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室，長春130507；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，哈爾濱150030； 3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，哈爾濱 150030；4.哈爾濱天通農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，哈爾濱150001)

利用玉米油含蠟特性，即在低溫脫蠟過程中，皂粒以晶核狀態(tài)吸附蠟質(zhì)結(jié)晶脫蠟，同時完成了一次脫皂。在脫色過程中，加入活性白土脫色，同時殘余的微量皂被活性白土進(jìn)一步吸附，達(dá)到了二次脫皂的效果?？疾炝藟A煉油中含皂量、堿煉油中含水量、養(yǎng)晶時間和活性白土添加量對二次脫皂后脫色油中殘皂量的影響。通過單因素試驗和響應(yīng)面優(yōu)化試驗確定玉米油精煉脫皂的最優(yōu)工藝條件為：堿煉油中含皂量300 mg/kg，堿煉油中含水量0.4%，養(yǎng)晶時間24 h，活性白土添加量0.5%。在最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行脫皂，得到脫色油中殘皂量為0.19 mg/kg，脫皂率為99.9%。新工藝脫皂效果更好，而且不經(jīng)過水洗過程，無廢水排放，符合節(jié)能環(huán)保的工藝要求，而且簡化了加工工藝。

玉米油；脫皂；脫皂率；殘皂量；無廢水

常規(guī)精煉過程中，玉米油在堿煉脫酸并經(jīng)過離心機(jī)首次分離脫皂后，油中含皂量在400 mg/kg以下，經(jīng)過水洗工序可進(jìn)一步降低油中的殘皂量，以便順利進(jìn)行后續(xù)的脫色、脫臭工序。油脂精煉產(chǎn)生的水洗廢水嚴(yán)重污染了環(huán)境[1-5]。雖然堿煉脫酸后的玉米油經(jīng)水洗后可以將大部分水溶性鈉皂溶解，但是油中殘存的小部分水不溶性金屬皂會使油脂容易氧化劣變[6-7]。許良等[8]研究了大豆油的無水脫皂工藝并應(yīng)用于工業(yè)中，達(dá)到了節(jié)能減排的效果，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。魏貞偉等[9]對玉米油冷凍吸附法脫皂進(jìn)行了研究，脫蠟過濾后油中的殘皂量為23.1 mg/kg，脫皂率為92.8%。宋云花等[10]研究了廢白土脫除大豆油中皂腳的方法，脫皂后油中含皂量為25.3 mg/kg。

本文研究的玉米油二次脫皂新工藝改進(jìn)了傳統(tǒng)的水洗、干燥工序[11-12]，在脫皂的過程中，利用玉米油具有含蠟特性及活性白土對玉米油脫色的同時也具有脫皂效果的雙重作用，使玉米油中的殘皂量進(jìn)一步降低，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米毛油，長春萬祥玉米油有限公司。硅藻土(200目)、活性白土及其他試劑均為分析純。埃朗CA-1115A冷卻水循環(huán)裝置，埃朗 DDL-1000流程篩選反應(yīng)裝置，LW400×1200離心機(jī)，DK-98-ⅡA恒溫水浴鍋，F(xiàn)(BS684)型羅維朋比色計。

1.2 試驗方法

1.2.1 玉米油精煉二次脫皂新工藝

玉米油經(jīng)堿煉脫酸后，利用脫皂離心機(jī)不同強(qiáng)度的離心分離和干燥器的干燥處理，獲得具有不同含皂量、含水量的玉米油。將不同含皂量、含水量的玉米油置于250 mL錐形瓶中，加熱到80℃，然后在冷卻室中降溫冷卻一定時間,保持溫度8～10℃，以12 r/min加入一定量的硅藻土，然后將油加熱到12～15℃(增加其流動性)，過濾分離。然后再加入一定量的活性白土，在真空度大于0.098 MPa、溫度90～100℃下混合25 min，過濾干燥后得到脫色油，測定脫色油殘皂量、色澤，脫臭后得成品油。

1.2.2 含皂量的測定及脫皂率的計算

含皂量的測定參照GB/T 5533—2008。按下式計算脫皂率。

Y=(X1-X2)/X1×100%

式中：Y為油脂脫皂率，%；X1為堿煉油中含皂量，%；X2為脫色油中殘皂量，%。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 堿煉油中含皂量對脫色油中殘皂量的影響

在堿煉油中含水量0.4%、養(yǎng)晶時間24 h、活性白土添加量0.5%的條件下，研究堿煉油中含皂量對玉米油二次脫皂效果的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 堿煉油中含皂量對脫色油中殘皂量的影響

由圖1可知，隨著堿煉油中含皂量的不斷上升，脫色油中的殘皂量開始時沒有明顯的變化，當(dāng)含皂量為300 mg/kg時，脫色油中殘皂量為0.15 mg/kg；但當(dāng)含皂量大于300 mg/kg時，脫色油中殘皂量呈現(xiàn)明顯上升趨勢。這可能是堿煉油中含皂量過大時，油脂中均勻分布著大量皂，當(dāng)對堿煉油進(jìn)行低溫冷卻處理后，蠟脂會以皂為晶核形成晶體，形成的晶體過多，過濾效果不好，導(dǎo)致后續(xù)脫色油中殘皂量增加。綜合考慮，堿煉油中含皂量確定為300 mg/kg。

2.1.2 堿煉油中含水量對脫色油中殘皂量的影響

在堿煉油中含皂量300 mg/kg、養(yǎng)晶時間24 h、活性白土添加量0.5%的條件下，研究堿煉油中含水量對玉米油二次脫皂效果的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 堿煉油中含水量對脫色油中殘皂量的影響

由圖2可知，當(dāng)含水量在0.2%～0.4%時，隨著含水量增大，脫色油中殘皂量有下降趨勢，但殘皂量僅從0.21 mg/kg降低至0.15 mg/kg。如果堿煉油中含水量過高，活性白土?xí)剿郑绊懟钚园淄翆τ椭袣堅淼奈侥芰?，并可能?dǎo)致油脂酸值升高[13]。綜合考慮，堿煉油中含水量確定為0.4%。

2.1.3 養(yǎng)晶時間對脫色油中殘皂量的影響

在堿煉油中含皂量300 mg/kg、堿煉油中含水量0.4%、活性白土添加量0.5%的條件下，研究養(yǎng)晶時間對玉米油二次脫皂效果的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 養(yǎng)晶時間對脫色油中殘皂量的影響

由圖3可知，16～24 h內(nèi)隨著養(yǎng)晶時間的延長，脫色油中殘皂量呈現(xiàn)下降趨勢，當(dāng)養(yǎng)晶時間達(dá)到24 h時，脫色油中殘皂量為0.15 mg/kg，繼續(xù)延長養(yǎng)晶時間，殘皂量下降趨勢不明顯。為了結(jié)晶易于分離，當(dāng)溫度逐漸下降到預(yù)定溫度后，還需要保證適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)晶時間以利于皂粒結(jié)晶，從而得到顆粒大、結(jié)構(gòu)緊密的結(jié)晶，更有利于后續(xù)的晶核過濾分離過程。綜合考慮，選擇養(yǎng)晶時間為24 h。

2.1.4 活性白土添加量對脫色油中殘皂量的影響

在堿煉油中含皂量300 mg/kg、堿煉油中含水量0.4%、養(yǎng)晶時間24 h的條件下，研究活性白土添加量對玉米油二次脫皂效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 活性白土添加量對脫色油中殘皂量的影響

由圖4可知，當(dāng)活性白土添加量在0.3%～0.4%時，隨著活性白土添加量增大，脫色油中的殘皂量明顯下降，當(dāng)活性白土添加量繼續(xù)增加時，殘皂量下降趨勢不明顯。這是因為活性白土通過較強(qiáng)的物理吸附作用將殘皂吸附在其表面，隨著活性白土添加量的增加，其吸附表面積也隨之增加，殘皂量不斷降低，當(dāng)活性白土的添加量持續(xù)增加時，活性白土的有效吸附表面積增加不明顯，從而使脫色油中殘皂量下降趨勢緩慢。綜合考慮，活性白土添加量確定為0.5%。

2.2 響應(yīng)面試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，固定堿煉油中含水量為0.4%，采用Box-Behnken方法，以堿煉油中含皂量(A)、養(yǎng)晶時間(B)和活性白土添加量(C)為自變量，以脫色油中殘皂量(Y)為響應(yīng)值設(shè)計三因素三水平響應(yīng)面試驗。響應(yīng)面試驗因素水平見表1，響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗因素水平

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及結(jié)果

通過對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到脫色油中殘皂量(Y)的回歸方程為：Y=0.130-1.250E-003A+1.250E-003B-5.000E-003C-7.500E-003AB+5.000E-003AC+5.000E-003BC+0.023A2+0.013B2+0.015C2。

應(yīng)用Design-Expert 8.0軟件對回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 方差分析

注：*差異顯著(Plt;0.05)， **差異極顯著(Plt;0.01)。

對回歸方程求一階偏導(dǎo)數(shù)，當(dāng)響應(yīng)值殘皂量取最小值時，所得3個因素的最優(yōu)值分別為堿煉油中含皂量299.64 mg/kg、養(yǎng)晶時間23.66 h、活性白土添加量0.52%，脫色油中殘皂量的預(yù)測值為0.13 mg/kg。對3個因素的最優(yōu)值進(jìn)行整理得到相應(yīng)的整理值：堿煉油中含皂量300 mg/kg，養(yǎng)晶時間24 h，活性白土添加量0.5%。按照上述整理值進(jìn)行3次重復(fù)驗證試驗，得到脫色油中殘皂量為0.19 mg/kg。預(yù)測值與實測值之間具有良好的擬合性，從而證實了模型的有效性。堿煉玉米油通過二次脫皂新工藝，其脫皂率為99.9%，脫皂效果較好。

3 結(jié) 論

本試驗以玉米油二次脫皂新工藝代替常規(guī)水洗工藝對堿煉玉米油進(jìn)行微量皂的去除，通過響應(yīng)面法優(yōu)化得到玉米油二次脫皂新工藝的最優(yōu)條件：堿煉油中含皂量300 mg/kg，堿煉油中含水量0.4%，養(yǎng)晶時間24 h，活性白土添加量0.5%。在最優(yōu)條件下進(jìn)行脫皂處理，得到殘皂量為0.19 mg/kg、脫皂率為99.9%的脫色油，與常規(guī)水洗脫皂工藝相比，殘皂量接近于0，可滿足脫臭的工藝要求。玉米油二次脫皂新工藝無廢水排放，符合節(jié)能環(huán)保的工藝要求，減少了中間過程的油脂損耗，進(jìn)而降低了生產(chǎn)成本。

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Optimizationoftwiceremovalofsoapfromcornoilbyresponsesurfacemethodology

WANG Junguo1, ZOU Dezhi2, WANG Donghua3, WANG Tong2, ZHAO Yan4, YU Dianyu2
(1. Key Laboratory of Grain and Oil Processing of Jilin Province, Jilin Business and Technology College, Changchun 130507, China; 2. College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 3. College of Horticulture, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 4. Harbin Tiantong Agriculture Science and Technology Development Co., Ltd．，Harbin 150001，China)

Using the wax characteristics in corn oil, in the process of low temperature dewaxing, the soap adsorbed wax in the state of crystal nucleus, at the same time of crystallization dewaxing, the once soap removal was completed. In the bleaching process, activated clay was added to bleach and the residual traces of soap was further adsorbed by activated clay, so the twice soap removal was completed. The effects of soap content in alkali refined oil, water content in alkali refined oil, crystallization time, and dosage of activated clay on the residual soap content in bleached oil after twice soap removal were investigated. Using single factor experiment and response surface methodology, the optimal process conditions of removing soap from corn oil were obtained as follows: soap content in alkali refined oil 300 mg/kg, water content in alkali refined oil 0.4%, crystallization time 24 h, and dosage of activated clay 0.5%. Under these conditions, the residual soap content in bleached oil was 0.19 mg/kg and the soap removal rate was 99.9%. The new process had a better effect on soap removal, and there was no water washing process and no waste water discharge. It could meet the requirements of energy saving and environmental protection, and the processing craft was simplified.

corn oil; soap removal; soap removal rate; residual soap content; no waste water

2017-03-03；

2017-07-20

吉林省教育廳科學(xué)研究基金項目(2016125)；哈爾濱市應(yīng)用技術(shù)研究與開發(fā)資金項目(2014DB3AN033)

王俊國(1964)，男，教授，研究方向為油脂加工(E-mail)596528016@qq.com。

于殿宇，教授(E-mail)38755144@qq.com。

油脂加工

TS224.6;TS225.1

A

1003-7969(2017)10-0018-04