摘要
芝麻香油是通过压榨等方法从180～200℃的温度下焙炒的芝麻中提取的棕色的具有独特风味的油脂。初步制取的芝麻香油中存在磷脂、蛋白质和糖等胶体杂质，如不及时脱除会影响油脂品质的稳定性并导致风味异常。行业通常采用自然沉降精制方法去除杂质，但自然沉降过程所需时间长，且无法保证胶杂颗粒的完全沉淀，对芝麻油品质尤其是香味造成影响。目前对于芝麻香油自然沉降的研究鲜有报道，行业迫切需要有效的措施能快速除去胶体杂质。自然沉降过程是胶体杂质絮凝成颗粒在重力作用下沉降，因此先对自然沉降过程进行描述和研究，再分步对胶体杂质絮凝过程和絮凝后的物理沉降过程进行研究。本研究以芝麻脱皮、改变芝麻香油酸价为调控手段来研究芝麻香油自然沉降过程以及该过程的影响因素;以原位的絮凝监测设备聚集光束反射测量仪来研究水分含量对芝麻毛油中胶体杂质絮凝过程以及絮凝物特征的影响;通过模拟容器研究室温下( 10～30℃)温度对沉降过程的影响，并基于计算流体动力学技术方法建立絮凝物的沉降模型计算沉降过程以及颗粒分布情况。主要研究内容及结论如下: (1)以芝麻脱皮前后所得芝麻香油为研究对象，在测定芝麻毛油与沉淀物组成的基础上，结合沉降过程中沉淀物含量、磷脂含量以及沉淀物层的变化规律研究自然沉降过程。结果表明，相比未脱皮芝麻香油，脱皮芝麻香油在线性沉降阶段沉降效率高约5％。不同深度样品测定结果表明上下层油中磷脂含量在线性沉降阶段后差异不大，因此工厂不需要分层取油。芝麻香油沉淀物90％以上是脂肪，还有少量水分、磷脂、蛋白质、糖形成的胶杂，水和磷脂发生明显的聚集。脱皮芝麻香油沉淀物层初始高度较低，线性沉降阶段压缩速度较快，最终成品油得率高约3％。因此芝麻脱皮有利于芝麻香油的自然沉降过程以及获得更高的得率。 (2)游离脂肪酸会影响胶体杂质所带电荷，因此加入油酸改变芝麻香油游离脂肪酸含量研究其对自然沉降过程的影响。结果表明，相较于未加油酸的芝麻香油，加入油酸后胶体颗粒电位从2.64 mV增至12.9 mV,颗粒间静电排斥作用增大，不利于絮凝沉降过程。两种未加油酸样品线性沉降阶段沉降效率分别为55.69％和65.83％，加入5％、10％油酸后分别为32.92％、28.21％和27.55％、27.64％,线性沉降效率明显降低。自然沉降20天后加入油酸样品中仍存在大量胶体杂质且沉降过程缓慢，游离脂肪酸的增加会使胶体杂质在油中的溶解度增加。加入油酸的样品在第3天后才形成沉淀物层且结构松散难以压缩。因此游离脂肪酸增加造成酸价升高不利于芝麻香油自然沉降过程。 (3)芝麻香油自然沉降过程首先是胶体杂质的絮凝过程。本研究基于聚集光束反射测量仪(FBRM)技术，通过调节水分含量加速絮凝过程，研究胶体杂质的絮凝过程以及絮凝物特征。FBRM测得的颗粒数量、平均弦长和累积分布曲线结果表明1％水分最有利于芝麻香油胶体杂质的絮凝，絮凝颗粒数量与水分含量之间存在线性关系。用偏光显微镜观察到加水后的絮凝物液晶相较大，是磷脂与水形成的胶体，而未加水形成的絮凝物成分和弦长与芝麻油体粒径相似，絮凝物颗粒结构可能是磷脂-蛋白质-油苷膜包埋三酰甘油的球状结构。絮凝过程是可逆的，复溶效率随着温度的升高而升高，最适复溶温度为60℃。 (4)胶体杂质絮凝后形成颗粒在重力作用下沉降。基于计算流体动力学技术(CFD)建立絮凝物的沉降模型并研究室温( 10～30℃)对芝麻香油沉降过程的影响。结果表明实验沉降效率在 2 h、5 h、8.8 h、10.8 h、22.8 h、48 h 分别为 22.89％、38.24％、43.54％、48.30％、65.43％,而密度为993 kg/m3的模拟值沉降效率分别为22％、38.36％、44.32％、45.49％、66.87％,沉降效率相差较小，说明CFD模拟与实验具有良好的一致性。密度为1093 kg/m3的模拟值与实验值较为接近，而925 kg/m3模拟前期沉降较慢，1193 kg/m3后期沉降较快，说明絮凝物颗粒密度在993 kg/m3 ～1093 kg/m3范围内。模拟1天后大颗粒几乎完全沉降，小颗粒仍大量悬浮在油中，这可能是货架期内芝麻油再次出现“黑色油脚”的原因之一。实验阶段30℃时线性沉降阶段斜率最大，截距最小，说明沉降最快，而温度对后续沉降过程影响较小。
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