高酸值薏米糠油的脱酸技术及其特性研究

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薏米(Coix lacryma-jobi L)又称薏苡、薏仁、药用玉米等,是营养价值和经济价值兼具的药食两用作物。我国是世界上薏米种植面积和加工量最大的国家,具有丰富的薏米糠资源。目前薏米糠主要被用于制作动物饲料,经济价值很低。将薏米糠加工成薏米糠油能够显著的提高薏米糠的经济价值,同时薏米糠油富含生理活性物质和不饱和脂肪酸,具有抗炎症、抗过敏、调节机体免疫等功能,是理想的食用营养油脂。生产薏米糠油的关键问题在于在保证得率的前提下,如何将薏米糠毛油的酸值降低到食用油标准酸值限值的范围内。薏米糠毛油的酸值极高,一般可达4060 mgKOH/g,且其毛油中含有大量的杂质,采用传统的碱法脱酸和物理脱酸不仅会损失大量的有用中性油和生理活性物质,还会产生大量的废料,增加环境负担。到目前为止,尚未有成熟的薏米糠油脱酸精炼工艺被用于生产食用薏米糠油。因此,有必要对高酸值薏米糠油的脱酸精炼工艺进行研究,寻找最佳的脱酸精炼工艺。鉴于此,本试验立足于精炼薏米糠油的关键问题,首先探索模拟高酸值植物油的最优脱酸工艺,以此再来优化确定高酸值薏米糠油的最佳脱酸工艺;进一步探讨精炼薏米糠油品质的变化和脂肪酸、甘油三酯的组成;分析精炼薏米糠油在体外模拟消化和体外肠道菌群发酵过程中发生的变化,旨在为薏米糠油的实际生产、销售提供理论依据和参考,为开发食用薏米糠油的营养价值提供理论依据。主要研究结果如下:1、高酸值薏米糠油的脱酸工艺研究以菜籽油为原料,模拟出高酸值植物油,分别采用两次碱炼脱酸法、乙醇溶剂多次萃取法和分子蒸馏-碱炼脱酸法进行脱酸工艺研究,探讨模拟高酸值菜籽油碱炼最大脱酸程度及该脱酸程度下最佳脱酸方案,最后应用于高酸值薏米糠油的脱酸并进行验证和优化。研究结果表明:模拟高酸值菜籽油能够有效碱炼脱酸的最大酸值为60 mgKOH/g;3种脱酸方法经优化后,对理论酸值为60 mgKOH/g的模拟高酸值菜籽油,两次碱炼法脱酸后的精炼油的酸值为0.111 mgKOH/g,总得率为34.82%;三次乙醇萃取法脱酸后的精炼油的酸值为3.158mgKOH/g,总得率为47.77%;一次分子蒸馏-一次碱炼法脱酸后的精炼油的酸值为0.280mgKOH/g,总得率为57.45%。最佳脱酸方案为一次分子蒸馏-一次碱炼法脱酸,其工艺条件为:在蒸发器温度165℃、内冷器温度30℃、转速365 r/min条件下分子蒸馏后,再采用60 g/L的NaOH溶液在0℃下脱酸,100 g/L的NaCl溶液洗脱皂脚后,分离得最终的脱酸油。通过真实高酸值薏米糠油体系对最佳脱酸工艺进行验证和优化后,其高酸值薏米糠油的酸值由63.41 mgKOH/g降至0.441 mgKOH/g,达到国家三级食用油标准,总得率为57.05%。实际体系和模拟体系脱酸结果一致性较好,说明模拟所得最佳脱酸工艺具有可行性。2、薏米糠油的理化品质特性研究研究了脱酸工艺对于薏米糠油品质的影响,分析了薏米糠油的脂肪酸组成和甘油三酯的结构。研究结果表明:精炼薏米糠油具有薏米糠油的固有气味,油体呈棕黄色,澄澈、透明,无异物,酸值为0.441 mgKOH/g(达到国家三级米糠油标准),过氧化值为4.393 mmol/kg(达到国家一级米糠油标准)。同时,精炼薏米糠油中维生素E含量为43.254μg/g,谷维素含量为2.619 mg/g,豆甾醇含量为51.125 mg/g,β-谷甾醇含量为18.631 mg/g,角鲨烯含量为62.822μg/g。在120℃时,精炼薏米糠油的氧化诱导时间为9.03 h,其Q10模型法推断的货架期为514.29 d。此外,精炼薏米糠油含有丰富的不饱和脂肪酸,达81.43%,主要脂肪酸组成为油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸和α-亚麻酸;精炼薏米糠油的甘油三酯种类复杂,主要有β-OOL,β-OLL,β-OHL,β-OOO,β-OLO,β-POO,β-OHO,β-PLO,β-OPL,β-OOCL,β-LOL,β-POL,β-LLL,β-PLL,β-PHO,β-OPO,β-OOCO,β-LHL,β-PHL,β-PPO等20种,占总甘油三酯含量的73.76%。3、薏米糠油在体外模拟消化及体外肠道菌群发酵过程中的变化研究采用体外模拟消化试验和体外肠道菌群发酵试验,分别研究了薏米糠油在该过程中的变化。研究结果表明:(1)在体外模拟消化试验中,薏米糠油先经过快速消化期,后消化速率逐渐变慢,FFA的释放量先快速增加,后缓慢增加,最终趋于平缓。在体外模拟胃液消化过程中,乳液微粒被逐渐水解为大、小两种微粒,平均粒径分别分布于420 nm和100 nm附近。在体外模拟小肠液消化过程中,两种微粒进一步水解,水解后平均粒径先分布在230 nm附近,后在乳化剂的作用下,微粒互相聚集,最终微粒的平均粒径稳定分布在320 nm附近。体系的Zeta电位在模拟胃液消化前期存在延滞期,30 min后Zeta电位逐渐升高;在模拟小肠液消化过程中,Zeta电位呈现先增大后减小再增大的趋势。此外,随着消化过程的进行,体系中甘油一酯的含量逐渐增加,甘油二酯和甘油三酯的含量逐渐减少。(2)体外肠道菌群发酵试验中,发酵液的理化指标的变化同体外肠道菌群的组成的变化具有一致性。高水平薏米糠油组(EH组)和高水平大豆油组(CH组)的菌群物种相似性较高,同其他组别的物种差异性较大。与低水平薏米糠油组(EL组)和低水平大豆油组(CL组)相比,高水平薏米糠油组和高水平大豆油组拟杆菌门丰度显著增加且拟杆菌门与氨态氮含量呈显著负相关,瘤胃菌科、毛螺菌科、拟杆菌科和红蝽菌科丰度显著增加且红蝽菌科和毛螺菌科与SCFAs含量呈正相关,Shewallaceae和肠杆菌科的丰度显著降低;促进泛酸盐和辅酶A的生物合成、糖基转移酶等的代谢通路,抑制脂多糖生物合成。综上可知,高水平薏米糠油组和高水平大豆油组均能有效促进有益菌的生长,抑制有害菌的生长,降低发酵液的pH,增加发酵液中SCFAs的含量,减少氨态氮的含量,且高水平薏米糠油组对有害菌的抑制效果更佳。结论:薏米糠油的最佳脱酸工艺为一次分子蒸馏-一次碱炼脱酸。精炼后的薏米糠油品质良好,营养丰富,富含不饱和脂肪酸和多种甘油三酯,且易被人体消化水解。高水平薏米糠油能够有效促进体外肠道菌群有益菌的生长,抑制有害菌的生长。
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