CN102942986B - 一种玉米胚芽油加工过程中美拉德反应的控制方法 - Google Patents
一种玉米胚芽油加工过程中美拉德反应的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明为一种玉米胚芽油加工过程中美拉德反应的控制方法，是建立在玉米深加工循环经济的基础之上展开的玉米胚芽油生产全过程，包含玉米胚芽的干燥和毛油生产的过程的逐一研究、分析和检测，查找确认产生美拉德反应的原因，筛选和确定能够控制美拉德反应的工艺条件和方法，控制玉米胚芽油生产过程中美拉德反应带来的负面效应，解决毛油色泽过深的质量问题。采用本发明优选工艺条件生产的玉米胚芽油色泽明显降低，红为8、黄为60，其中，甾醇、VE等营养成分明显提高。
Description
技术领域
本发明属于油脂加工技术领域，尤其涉及一种玉米胚芽油生产过程中控制美拉德反应的生产工艺。
背景技术
1912年法国化学家Maillard发现甘氨酸与葡萄糖混合加热时形成褐色的物质。后来人们发现这类反应直接影响食品的颜色,并将此反应称为非酶褐变反应。故而得名。这种反应对食品和油脂颜色在一定条件下起重要作用，反应受温度、时间、水分含量、pH值和反应物等条件的不同而产生的色泽变化有所不同，反应过程很复杂，有多条反应途径发生变化。由于产物是棕色的，也被称为褐变反应。反应物中羰基化合物包括醛、酮、还原糖，氨基化合物包括氨基酸、蛋白质、胺、肽。反应的结果使食品颜色加深。比如：面包外皮的金黄色、红烧肉的褐色，都是由于美拉德反应的结果。在反应过程中，控制不当也会产生有毒有害物质。
玉米胚芽油在世界卫生组织《2011年全球最新健康食品排行榜》—食用油排行，仅次于橄榄油，名列第2位。人所共知，玉米胚芽油含有大量不饱和脂肪酸，能帮助清除人体血管壁上的胆固醇，有助于预防高血脂、动脉硬化及冠心病，玉米胚芽油含有大量不饱和脂肪酸，一般为80～85%左右，其中60％左右是亚油酸，从营养角度对人体有益。受到人们的欢迎。
由于玉米胚芽的特殊性能，同花生、大豆相比较，具有3个主要特点：A.玉米胚芽不是天然油料，是玉米深加工过程中产物；B.商品玉米胚芽含油高达38%～45%，纯品含油51%左右；C.玉米胚芽蒸熟的油料，蛋白完全凝聚，完全没有生物活性，致使其在油品加工过程中，极易发生美拉德反应。相比大豆油和棉籽油，在玉米胚芽油的大规模工业生产过程，美拉德褐变反应表现十分明显，色泽明显难于控制。
在一系列操作步骤中，某一步骤的工艺条件选择或控制不当，油品色泽将明显增加。褐变反应中生成醛、酮等还原性中间产物，还会产生有毒物质，含量达到一定值会影响身体健康。
为了降低这部分不期望的色泽，人们必须采用加大辅料，比如增加白土和活性炭用量的方式，予以消除增加的色泽和有害杂质。然而该处理过程的负面后果将会造成油品中大量有益元素，如甾醇、VE，被白土和活性炭吸附而流失，致使油脂营养大幅减少，稳定性也随之降低。
对于美拉德反应机理，长期以来研究得还很不彻底，特别是对于玉米胚芽油加工过程中美拉德反应产生的原因和危害，尚未有相关的文献报道，更无人提出控制玉米胚芽油加工过程中美拉德反应的
技术措施或方案。该课题已成为玉米胚芽油产业领域技术人员的重大难题。
发明内容
本发明是建立在玉米深加工循环经济的基础之上展开，包含了玉米淀粉加工中玉米胚芽的干燥和毛油生产的全过程。
为了控制玉米胚芽油生产过程中美拉德反应带来的负面效应，解决毛油色泽过量增加的质量问题，本发明人对现有玉米胚芽油的加工过程逐一进行了分析、研究和检测，查找产生美拉德反应的原因，筛选和确定能够控制美拉德反应玉米油生产的工艺条件和方法。
本发明人经分析、检测确认：1.玉米胚芽干燥过程，2.毛油制取过程中，均存在不可忽视的美拉德反应，影响成品玉米胚芽油的质量。
现分别叙述如下：
1 胚芽干燥过程是玉米胚芽产生美拉德反应的主要环节之一
1.1 现有技术：脱水后的胚芽尚含有60%左右的水分，需借助干燥去除多余水分，使其含水量达到6～8%。早期的干燥方法可以使用滚筒或沸腾干燥，干燥温度为300～400℃。当前，多数采用管束干燥机的方式，温度也需控制在160～180℃，干燥45分钟。该温度下所得干燥胚芽呈黄褐色，使用该黄褐色胚芽用通常方法制取的毛油颜色发黑，用罗维朋比色仪（罗维朋比色槽25.4㎜）按国标《 GB/T 22460-2008动植物油脂 罗维朋色泽的测定》进行检测，所得结果色泽最低的也达到了红12，黄60。实践证明，美拉德反应的深褐或黑色产物在精炼过程中很难去掉,如果要去除，需要多使用高于常规2～5倍的脱色剂去除，既浪费了资源，同时也造成玉米胚芽油中的营养物质如甾醇、VE等会在脱色过程中被大量吸附带走。
1.2 本发明玉米胚芽干燥过程中美拉德反应的产生和控制
本发明人经试验研究及对毛油色泽对比检测发现：玉米胚芽与其它油脂油料不相同的一个重要特性，就是在毛油制取之前的玉米胚芽的干燥过程中，即会发生美拉德反应，这是导致玉米胚芽油颜色变深的第一次美拉德反应。如前所述，现有油脂油料的干燥温度即使在管束干燥条件下也需控制在160～180℃，但是，本发明人的试验研究结果表明，在这种常规干燥温度下干燥玉米胚芽，将会出现严重的美拉德反应，所导致的毛油褐变在精炼中难以去除。
1.2.1 干燥温度的影响。
本发明分别设计在100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、160℃、180℃的不同温度下，进行玉米胚芽干燥（干燥时间均为35分钟）；然后，分别在生产装置中，在固定其他工艺条件下，制备毛油；然后，用罗维朋比色仪（罗维朋比色槽25.4㎜）按国标《 GB/T 22460-2008动植物油脂 罗维朋色泽的测定》进行检测。
本发明人经试验检测对比分析后确认，玉米胚芽的干燥过程的温度范围应控制为110～120℃，在此温度范围内，在加热和氧的作用下，白色的胚芽仅仅变为黄色，而不会变褐。用罗维朋比色仪（罗维朋比色槽25.4㎜）检测所得结果为，红色8，黄色40。
1.2.2 干燥时间的影响。
玉米胚芽干燥时间过长或操作不当，都会发生严重的美拉德反应。常见的会有大量焦糊粒子，严重的有碳化物出现。对精炼油加工造成及其严重的后果。
本发明人分别设计干燥时间为20、25、30、35、40、45、50分钟，干燥温度均控制在110±2℃。然后，在一工艺条件下，分别在生产装置中制备毛油，然后，用罗维朋比色仪（罗维朋比色槽25.4㎜）按国标《 GB/T 22460-2008动植物油脂 罗维朋色泽的测定》进行检测。
本发明人经试验检测对比分析后确认，当玉米胚芽的干燥过程的温度范围控制为110±2℃时，最优干燥时间应控制为35分钟，此时干燥所得胚芽含水率为7.5%。加工制得的毛油用罗维朋比色仪（罗维朋比色槽25.4㎜）检测所得结果为，红色8，黄色40。
因此，控制胚芽干燥的温度和时间，防止美拉德反应发生，是降低毛油色泽，保证质量的有力措施。
2 毛油制取过程的美拉德反应及控制
现有毛油浸出工艺蒸发、脱溶温度高，一般为150℃左右，最低报道的温度也高于120℃。由于脱溶温度偏高，美拉德反应强烈，致使毛油色泽变深，罗维朋色泽测定结果达到或高于红12、黄80。这是玉米胚芽油颜色的第二次美拉德反应控制。
为了分析研究不同脱溶温度对毛油美拉德反应的影响和控制，本发明设计了在不同温度下对毛油进行脱溶的一系列对比试验，分析脱溶温度对玉米胚芽毛油颜色的影响。筛选评价最佳脱溶温度。
具体试验方法为：以浓度为97%的未脱溶剂的浸出毛油为原料，模拟油脂厂脱溶工段气体塔的工艺设计，在统一固定脱溶时间为10min、真空度为40KPa条件下，分别在62℃，80℃，100℃，110℃，115℃，120℃，130℃，140℃等不同脱溶温度下，进行脱溶对比实验，然后，用罗维朋比色仪（罗维朋比色槽25.4㎜）按国标《 GB/T 22460-2008动植物油脂 罗维朋色泽的测定》方法对脱溶后毛油的色泽进行检测对比。
由上述脱溶毛油对比实验和色泽检测结果可以看出，温度80～110℃时，红为7.8；温度115℃时，红为8.5；温度高于115℃后，色泽会急剧加深。由此可见，控制油脂制取的温度十分必要，也是控制美拉德反应的重要措施。
本发明人依据试验检测对比结果确认，浸出毛油的脱溶温度范围控制为110～115℃，优选110℃，最高不得超过115℃；浸出毛油的最佳脱溶工艺条件应确定为：脱溶温度110℃，脱溶时间10分钟，真空度为40KPa。
附图说明
图1为：浸出毛油脱溶升温红色变化趋势图
图2为：浸出毛油脱溶升温黄色变化趋势图
具体实施方式
实施例1 罗维朋色泽测试鉴定方法
仪器和用具：
罗维朋比色计（罗维朋比色槽25.4㎜）， 漏斗、锥形瓶、滴管、滤纸等。
测试鉴定方法：
按国标《 GB/T 22460-2008动植物油脂 罗维朋色泽的测定》进行检测。
实施例2.干燥温度对美拉德反应的影响和控制
玉米胚芽一般用管束干燥机干燥。挤去水分的胚芽经供料螺旋输送机进入管束干燥机内,在壳体内旋转管束外围铲子的搅拌作用下与换热管充分接触,使其水分得到蒸发,同时推进铲将胚芽由进料端输送到出料端。干燥一般采用逆流加热方式。干燥供热介质为饱和蒸气,压力为0. 3～0. 6 MPa。分别控制干燥温度为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、160℃、180 ℃，时间固定35分钟，进行胚芽干燥对比试验和检测。
干燥后的胚芽按照下表工艺参数在生产装置中制取毛油
然后按GB/T 22460-2008进行罗维朋比色计捡测颜色。
对比检测结果：
从表中可以看出干燥温度控制在110-120℃范围内时，优选为110℃，在此干燥温度下，既能保证胚芽水分控制的要求，又能使浸出油颜色红值控制10以下。
实施例3.干燥时间对美拉德反应的影响和控制
玉米胚芽一般用管束干燥机干燥。挤去水分的胚芽经供料螺旋输送机进入管束干燥机内,在壳体内旋转管束外围铲子的搅拌作用下与换热管充分接触,使其水分得到蒸发,同时推进铲将胚芽由进料端输送到出料端。干燥一般采用逆流加热方式。干燥供热介质为饱和蒸气,压力为0. 3～0. 6 MPa, 干燥温度均控制在110±2℃，干燥时间分别控制在为20、25、30、35、40、45、50分钟，分别进行胚芽干燥。
干燥后的胚芽按照下表工艺参数在生产装置中制取毛油
然后，按GB/T 22460-2008进行罗维朋比色计测颜色。
实验检测结果：
从实验结果中可以看出干燥温度控制在110～120℃范围内，时间控制在35分钟，既能保证胚芽水分控制的要求，又能使的浸出油的颜色红值控制在理想值10以下。
实施例4. 浸出毛油的不同脱溶温度对美拉德反应的影响和控制
实验目的：实验不同温度下脱溶对玉米胚芽毛油颜色的影响
实验原理：模拟油脂厂脱溶工段气体塔的工艺设计，原料浓度为97%的未脱溶剂的浸出毛油，脱溶时间统一为10min,真空度统一为40kPa，分别在62℃，80℃，100℃，110℃，115℃，120℃，130℃，140℃，条件下进行脱溶实验。
实验设备:
ILMVAC真空蒸馏仪一台、进口罗维朋比色计1台、40目滤纸1包、漏斗及烧杯一个。
实验步骤：
（1）将97%的未脱溶毛油用40目滤纸过滤，备用。
（2）用真空蒸馏仪分别在62℃，80℃，100℃，110℃，115℃，120℃，130℃，140℃，对未脱溶毛油进行10分钟的脱溶操作。
（3）脱溶完成后，用进口罗维朋比色计按GBT 22460-2008的方法对所得油样分别进行色泽检测。
实验检测数据记录：
数据分析
通过对上表检测结果和图1、图2中浸出毛油脱溶升温色泽变化趋势分析，可以看出：
当温度62℃时，红色为7； 温度80～110℃时红为7.8；温度115℃时红色8.5, 120℃时红色12，130℃时红色14，140℃时红色20。在这个过程中△R（红色增量）变化，主要表现在＞115℃以上时段，出现拐点。与62℃度比较，115℃时段△R增加21.4%，115℃～130℃时段△R增加64.7～100%，当140℃时△R增加185.7%（图1）。
在62℃时黄色30，当140℃时黄色80，△Y（黄色增量）增加166.6%（图2）。
结论：
浸出毛油脱溶的颜色，随着脱溶温度上升而增加，超过115℃以上时增加迅速。说明控制脱溶温度在115℃以下，非常重要，这是减少美拉德反应的主要措施。当脱溶毛油色泽增加，精炼白土用量会激增，后果是必然造成油脂中的甾醇、VE的大量流失，回色严重，产品的营养成分降低。
实施例5.不同色泽的玉米胚芽油的营养成分对比测试
为确定由于玉米胚芽油加工过程中美拉德反应造成的油品色泽加深，导致的精炼白土用量激增，油脂中的甾醇、VE的大量流失的具体数据对比，本发明人分别对色泽不同的三种毛油精炼后所制得的玉米胚芽油中的甾醇、VE的含量进行了检测对比，其结果见下表：
上表中序号1为110℃脱溶的毛油，序号2为120℃脱溶的毛油，
序号3为140℃脱溶的毛油，与本发明所确认的110℃脱溶温度即序号1相比较，序号2的甾醇减少47.8%，VE减少35.8%，序列3的甾醇减少74.14%，VE减少65.85%。这与精炼过程中脱色剂的加量有关，当毛油色泽加深时，脱色剂的加量将成倍增加（可达2-5倍），在精炼过程中，毛油中的甾醇、VE被过量的脱色剂吸附和裹挟而流失，致使使终端产品的营养价值显著降低。
实施例6.
从胚芽处理直至制得成品油的具体操作过程。
(1)玉米胚芽的提取
以湿法制取玉米淀粉产出的胚芽为原料制油。其玉米胚芽提取过程为:玉米在50 ℃、以0.25% ～0.35%的SO2溶液经56 h的浸泡,再进行粗磨、洗涤、挤干, 其pH 一般为4. 5～ 5.0。经SO2 溶液浸泡后的玉米与一定比例的水混合后进行第1次破碎,使大部分玉米胚芽脱离出来,破碎后的玉米渣浆用离心泵打入旋流器,由于胚芽较轻而获得的离心力较小,则从旋流器顶排出。分离出胚芽后的渣浆,经曲筛去掉游离的淀粉,再进行第2次破碎,经旋流器分离出玉米胚芽。用于胚芽分离的旋流器分A型和B型两种。A型用于第1次破碎后的分离,旋流管溢流量为进料量的20% ,B型用于第2次破碎后的分离,旋流管溢流量为进料量的30%。分离出来的胚芽经逆流洗涤洗除淀粉后,进入下一道工序脱水挤干。含水的胚芽通过螺旋挤干机去掉水分。经挤干的玉米胚芽含水50%。
(2)玉米胚芽的干燥
玉米胚芽一般用管束干燥机干燥。挤去水分的胚芽经供料螺旋输送机进入管束干燥机内,在壳体内旋转管束外围铲子的搅拌作用下与换热管充分接触,使其水分得到蒸发,同时推进铲将胚芽由进料端输送到出料端。干燥一般采用逆流加热方式,也可根据需要采用顺流加热方式。干燥供热介质一般为饱和蒸气,压力为0.3～0.6 MPa,温度控制在110±2℃，时间控制35分钟，经过管束干燥机干燥的玉米胚芽含水6% ～8% 。
(3)原料的清理
根据要求对原料进行筛选、磁选，去除原料中的杂质，消除物理危害。
(4)破碎
清理后的胚芽进入破碎（粉碎）机进行破碎（粉碎）。
(5)软化
破碎好的胚芽进入软化锅进行软化使原料软化达到0.3 mm工艺要求，软化温度50±2℃。
(6)轧胚
使胚芽的部分细胞壁被破坏，蛋白质变性。
(7)蒸炒
蒸炒破坏细胞壁，使蛋白质充分变性和凝固，同时使油的粘度降低，以及油滴进一步凝聚，利于油脂从细胞中流出。适宜的蒸炒温度为98 ±2℃。
(8)预榨
炒好的料胚进入预榨机进行高温压榨，使一部分油被榨出，预榨温度为95 ±2℃。
(9)过滤
预榨毛油经过板框压滤机进行过虑，除去粕末等杂质。
(10)压榨饼进行浸出
预榨饼浸于食品级的己烷溶剂中，溶剂将油脂溶解出来，形成混合毛油，然后将混合油与固体残渣（湿粕）分离，浸出器温度为50 ±2℃，新鲜溶剂温度为55 ±2℃。
（11）混合毛油脱溶
浸出器输出的混合毛油进入下一工序的混合油贮罐，使溶剂气化蒸发与油脂分离，从而制得脱溶毛油。脱溶温度为110℃，脱溶时间10分钟，真空度为40KPa。
（12）精炼
脱溶后毛油送入精炼工序进行脱胶—碱炼--脱色—脱蜡--脱臭--最后制得一级玉米油。
Claims (1)
1.一种玉米胚芽油加工过程中美拉德反应的控制方法，所述玉米胚芽油是以湿法制取玉米淀粉过程中产出的玉米胚芽为原料，具体工艺条件如下：
(1)玉米胚芽的提取
玉米经SO2 溶液浸泡后与水混合后进行破碎,经旋流器分离出玉米胚芽；
(2)玉米胚芽的干燥
挤去水分的胚芽送入管束干燥机干燥，干燥供热介质为饱和蒸气,经过管束干燥机干燥后的玉米胚芽含水6% ～8% ；
(3)原料的清理
根据要求对原料进行筛选、磁选，去除原料中的杂质，消除物理危害；
(4)破碎
清理后的胚芽进入破碎机进行破碎；
(5)软化
破碎好的胚芽进入软化锅进行软化使原料软化达到0.3 mm工艺要求，软化温度50±2℃；
(6)轧胚
使胚芽的部分细胞壁被破坏，蛋白质变性；
(7)蒸炒
蒸炒破坏细胞壁，使蛋白质充分变性和凝固，同时使油的粘度降低，以及油滴进一步凝聚，利于油脂从细胞中流出，适宜的蒸炒温度为98 ±2℃；
(8)预榨
炒好的料胚进入预榨机进行高温压榨，使一部分油被榨出，预榨温度为95 ±2℃；
(9)过滤
预榨毛油经过板框压滤机进行过虑，除去粕末等杂质；
（10)压榨饼进行浸出
预榨饼浸于食品级的己烷溶剂中，将油脂溶解出来，形成混合油，然后与固体残渣分离，浸出器温度为50 ±2℃，新鲜溶剂温度为55 ±2℃；
（11）混合油脱溶
浸出器输出的混合油进入混合油贮罐，使溶剂气化蒸发与油脂分离，制得毛油；
（12）精炼
脱溶后的毛油送入精炼工序进行:脱胶、碱炼、脱色、脱蜡、脱臭，最后制得成品玉米胚芽油；
其特征在于：
所说的玉米胚芽干燥工序的具体工艺条件为：压力为0.3～0.6 MPa,温度控制为110℃，时间控制为35分钟；
所说的混合油脱溶工序的具体工艺条件为：脱溶温度为110℃，脱溶时间10分钟，真空度为40KPa。
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