APTES改性二氧化硅吸附剂用于菜籽油脱胶中磷脂的高效脱除

《Food Chemistry: X》：Highly efficient removal of phospholipids in the degumming of crude rapeseed oil using APTES-modified silica adsorbent

　　

一种新型吸附剂，3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）改性二氧化硅（SiO2）在45?°C、30?min、1%?wt投加量条件下对粗菜籽油脱胶，实现98.7%磷脂脱除率与92.3%总酚（total phenol）保留率。APTES-SiO2脱胶油的关键品质指标（过氧化值、酸价、色泽、澄清度）显著改善。电子鼻（E-nose）与全二维气相色谱–质谱（GC?×?GC–MS）分析表明APTES-SiO2脱胶油风味变化极小。傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果显示脱胶油中无APTES分子残留，保障了油品安全。结合zeta电位、X射线光电子能谱（XPS）与脱胶性能的关联分析，吸附机制揭示APTES-SiO2的疏水表面与质子化氨基协同促进脱磷。研究人员的工作为理性设计与制备高分散高效原油脱胶吸附剂提供了重要参考。

研究背景方面，菜籽油为全球三大食用油之一，粗油含磷脂（phospholipids）可达3260?mg/kg，磷脂存在会削弱高温稳定性、加速氧化褐变、干扰后续精炼。传统水化/酸法脱胶需>75?°C、产生废水；膜法通量低；酶法成本过高；未改性SiO₂因表面硅羟基（Si-OH）亲水而在油相团聚、传质差，脱磷率仅约70%。因此研究人员选用硅烷偶联剂APTES通过Si-O-Si共价键接枝SiO₂，引入疏水丙基与氨基，构建APTES-SiO₂吸附剂，在低温（45?°C）短时（30?min）低剂量（1?wt%）下实现高效脱胶并保留总酚与风味，论文发表于《Food Chemistry: X》。

关键技术方法上，研究人员以成都富优坊粮油粗菜籽油为样本，采用APTES在异丙醇中85?°C回流15?h改性食用级SiO₂；脱胶在45?°C搅拌吸附后10000?rpm离心取上清；表征涵盖扫描电镜-能谱（SEM-EDS）、N₂吸附-脱附（BET）、接触角（CA）、FTIR、zeta电位、XPS；油品分析包括磷脂（钼蓝法/丙酮质量法）、酸价、过氧化值、总酚（Folin-Ciocalteu）、CIE Lab*色度、E-nose与GC?×?GC–MS风味、准一级/准二级动力学拟合。

研究结果部分，3.1节微观结构显示，SEM中原始SiO₂呈不规则~20?μm颗粒，APTES-SiO₂表面更平整、粒径分布窄（15–30?μm）；EDS映射出现N元素且均匀分布，Si含量由29.8%降至25.0%，证实APTES以共价键接枝。3.2节织构与光谱显示，两样品均为IV型等温线、介孔（7–20?nm）、比表面~165?m²/g；FTIR中Si-OH峰（969?cm^?1）减弱，新增N-H（1562、1490?cm^?1）与-CH（698?cm^?1）峰；接触角由SiO₂的67.96°升至APTES-SiO₂的96.12°，表面由亲水转疏水。3.3节脱磷性能显示，在45?°C/30?min/1?wt%下，APTES-SiO₂残磷45?mg/kg、脱磷率98.7%、单位脱磷量346.9?mg/g_吸附剂，优于文献SiO₂基材料；总酚保留92.3%（高于未改性89.1%），因表面极性下降降低对极性酚类亲和。动力学显示准二级模型拟合更佳，属化学吸附主导。3.4节机理讨论中，zeta电位表明油酸存在时表面正电性增强，XPS中N 1s分峰显示-NH₂部分质子化为-NH₃⁺；疏水丙基促进油相分散，质子化氨基与磷脂磷酸根静电捕获，非水合磷脂（NHPs）亦被脱除，无需加水/酸。

讨论与结论翻译浓缩如下：研究人员指出，APTES通过Si-O-Si键稳定锚定避免浸出，FTIR证实油中无硅烷残留，安全性满足食品级要求；E-nose与GC?×?GC–MS显示特征挥发物（如硫苷降解物、吡嗪类）保留，风味轮廓与粗油接近，优于水凝胶SiO₂脱胶导致的风味削弱。协同机制为疏水表面提升分散传质+质子化氨基提供正电吸附位点，使高磷脂（>3000?mg/kg）粗菜籽油在45?°C/30?min/1?wt%温和条件下脱至45?mg/kg，同时总酚保留92.3%、过氧化值与酸价下降、L提升a b*更优。该工作为原油吸附脱胶提供高分散氨基功能化SiO₂设计范式，较水化/酸法节能、无废水，较酶法低成本，具备精炼前段应用潜力。