響應(yīng)面法優(yōu)化冷榨法制取月見草油工藝的研究

韓 丹，張 歡，王 玥，王俊國，*，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，吉林長春3006；.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱50030）

響應(yīng)面法優(yōu)化冷榨法制取月見草油工藝的研究

韓 丹1，張 歡2，王 玥2，王俊國1，*，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，吉林長春130062；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

以月見草籽為原料，采用冷榨法制取月見草油。以榨膛溫度、榨膛壓力和物料水分含量為因素，以月見草油中γ-亞麻酸含量為評價指標(biāo)，通過二次旋轉(zhuǎn)正交實驗進行冷榨法制取月見草油過程的研究，對回歸方程用Matlab軟件進行尋優(yōu)，從而確定最佳冷榨條件為：水分含量為7.2%，榨膛溫度為78℃，榨膛壓力為3.0MPa，此時月見草油中γ-亞麻酸含量為9.26%，成品指標(biāo)達到出口歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。

冷榨法，月見草油，響應(yīng)面法，γ-亞麻酸

月見草（Oenothera biennis L.）俗稱山芝麻、夜來香，主產(chǎn)于我國東北東部山區(qū)[1]。月見草籽中含有20%～30%的月見草油[2]，油脂中的最主要成分是γ-亞麻酸（γ-linlenic acid），為人體的必需脂肪酸，在體內(nèi)可以轉(zhuǎn)化成花生四烯酸，為前列腺素及生物膜的構(gòu)成提供前體[3]，并在營養(yǎng)學(xué)方面被譽為“21世紀(jì)功能性食品的主角”[4-5]。γ-亞麻酸因其具有抗脂質(zhì)氧化、抗血栓、降脂和降糖等作用，在醫(yī)療、保健及食品工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景[6-7]，近年來備受歐洲各國及美、日等國消費者的青睞。但是人體自身不能合成γ-亞麻酸，只能通過食物攝取，而月見草油是天然γ-亞麻酸的最好資源之一[8-9]，因此在動物油脂食用過多的情況下，人們對月見草油的應(yīng)用前景抱有很大的期待。

目前月見草油的制取方法主要有壓榨法、浸出法及超臨界CO2萃取法等[10-12]。浸出法制得的油中有溶劑殘留，而且毛油中的非油物質(zhì)含量較高，色澤差，質(zhì)量較差；超臨界CO2萃取法對設(shè)備要求高，加工成本較高；壓榨法制油餅中殘油量高，壓榨過程的動力消耗大，榨條等部件易磨損，所以需要探索新的月見草油生產(chǎn)工藝。而在冷榨過程中，月見草籽不經(jīng)過高溫蒸炒處理，榨膛內(nèi)溫度不高于80℃，榨出的油脂中γ-亞麻酸等營養(yǎng)成分沒有受到高溫影響，得到的油脂質(zhì)量較好，該方法沒有添加任何溶劑，為一種“綠色、環(huán)保”的加工方法。因此本實驗采用冷榨法制取月見草油，并通過旋轉(zhuǎn)正交的方法確定最佳冷榨條件，以期為月見草油的提取提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

月見草籽 哈爾濱聯(lián)眾牧業(yè)發(fā)展有限公司提供。

YJYII型冷榨機 北京益加益食品機械研究所；改造后的冷榨機（如圖1） 實驗室自行改造；DHG-9075A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海躍進醫(yī)療器械廠；SX-520-A10-G50-M型芯式過濾器 上海薩爾設(shè)備有限公司；722型可見分光光度計 上海光譜儀器有限公司；Agilent 7820A型氣相色譜儀 安捷倫氣相色譜儀；MEA3300型數(shù)顯壓力傳感器 杭州美控自動化技術(shù)有限公司；螺紋式熱電偶溫度傳感器 杭州美控自動化技術(shù)有限公司。

圖1 改造后的冷榨機Fig.1 Cold pressing machine after transformation

1.2 月見草油的榨取

月見草籽→清理除雜→水分調(diào)節(jié)→冷榨→冷榨毛油→離心機粗濾→真空濾油機精濾→冷榨月見草油。

↓↓餅屑 水分

1.3 測定方法

水分含量測定：參照GB/T 500913-2003；粗脂肪測定：參照GB/T 500916-2003；粗蛋白測定：參照GB 5009.5-2003；粗纖維測定：參照GB/T 5009.10-2003；灰分測定：參照GB/T 500914-2003；色澤：GB/T 22460-2008；相對密度：GB/T 5518-2008；碘值：GB/T 5532-2008；皂化值：GB/T 5534-2008；酸值測定：GB/T 5530-2005；過氧化值測定：GB/T 5009.37-2003；p-茴香值：GB/T 24304-2009；γ-亞麻酸含量的測定：氣相色譜法[13]。

1.4 實驗設(shè)計

表1 因素水平編碼表Table 1 Code of factors and levels

本實驗根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選取物料水分含量、榨膛溫度和榨膛壓力對月見草油中γ-亞麻酸含量的影響顯著的三個因素，采用Matlab軟件[14]對三因素進行響應(yīng)面分析，每一個因素分別選取五個水平[15-16]，物料水分含量5%～10%、榨膛溫度65℃～100℃、榨膛壓力2.5MPa～4.3MPa。因素水平編碼表見表1，x1表示物料水分含量，x2表示榨膛溫度，x3表示榨膛壓力，y表示月見草籽油中γ-亞麻酸含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 月見草籽的組成成分

成熟干燥的月見草籽非常?。ù蠹s2800μg/顆），呈黑褐色，形狀不規(guī)則，表面有尖角。月見草籽的組成見表2。

表2 月見草籽的組成Table 2 Overall evening primrose seed composition

由表2可知，月見草籽的粗纖維含量較高，高達40%。因為殼仁間隙較小，所以制油時，一般不進行剝殼處理，直接進行軋胚。

2.2 響應(yīng)面分析實驗及結(jié)果

三因素二次旋轉(zhuǎn)正交組合實驗設(shè)計及結(jié)果見表3。

表3 三因素二次旋轉(zhuǎn)正交組合實驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Experiment design and results of quadratic rotary orthogonal combination of three factors

經(jīng)過SAS 8.0軟件分析后得出月見草籽油中γ-亞麻酸含量的回歸方程為：y=9.07-0.13x1-0.12x2-0.25x3+0.03x1x2+0.03x1x3+0.04x2x3-0.34x12-0.18x22-0.16x32。

回歸方程的方差分析見表4。

表4 回歸方程的方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

由表4可知該模型回歸顯著（p＜0.0001），失擬項不顯著（p＞0.05），并且該模型R2=98.19%，R2Adj=96.93%，說明該模型與實驗擬合良好。

2.3 單因素效應(yīng)實驗[17]

通過降維的方法將回歸模型中三個因素中的兩個分別固定在不同的水平上，觀察剩余的一個單因素與指標(biāo)之間的變化關(guān)系，然后運用Matlab軟件將圖形畫出來，進一步研究該因素與指標(biāo)之間的關(guān)系。

2.3.1 物料水分含量（x1）對γ-亞麻酸含量（y）的影響曲線1、2、3分別表示x2=x3=-1、x2=x3=0、x2=x3=1時，物料水分含量與月見草油中γ-亞麻酸含量之間的變化情況。

圖2 物料水分含量對月見草油中γ-亞麻酸含量的影響Fig.2 Influence of moisture content on the content of GLA in evening primrose oil

由圖2可以看出，物料水分含量對月見草油中γ-亞麻酸含量影響較顯著，無論榨膛溫度與榨膛壓力固定在哪一個水平，隨著含水率的增加月見草油中γ-亞麻酸含量不斷增大，但水分含量過高時，γ-亞麻酸含量反而下降。當(dāng)榨膛溫度和榨膛壓力在-1水平時，月見草油中γ-亞麻酸含量較高。

2.3.2 榨膛溫度（x2）對γ-亞麻酸含量（y）的影響 曲線1、2、3分別表示x1=x3=-1、x1=x3=0、x1=x3=1時，物料水分含量與月見草油中γ-亞麻酸含量之間的變化情況。

圖3 榨膛溫度對月見草油中γ-亞麻酸含量的影響Fig.3 Influence of pressing chamber temperature on the content of GLA in evening primrose oil

由圖3可以看出，無論水分含量與榨膛壓力固定在哪一個水平，隨著榨膛溫度的增加，月見草籽油中γ-亞麻酸含量先增大而后下降，當(dāng)榨膛溫度和榨膛壓力在0水平時，月見草油中γ-亞麻酸含量較高。

2.3.3 榨膛壓力（x3）對γ-亞麻酸含量（y）的影響 曲線1、2、3分別表示x1=x2=-1、x1=x2=0、x1=x2=1時，物料水分含量與月見草油中γ-亞麻酸含量之間的變化情況。

圖4 榨膛壓力對月見草油中γ-亞麻酸含量的影響Fig.4 Influence of pressing chamber pressure on the content of GLA in evening primrose oil

由圖4可以看出，隨著榨膛壓力的增加，月見草油中γ-亞麻酸含量先增大而后下降，當(dāng)榨膛溫度和水分含量在0水平時，月見草油中γ-亞麻酸含量較高。

2.4 雙因素效應(yīng)實驗

2.4.1 物料水分含量（x1）和榨膛溫度（x2）對γ-亞麻酸含量（y）的影響 從圖5看出，當(dāng)榨膛壓力固定在0水平時（即榨膛壓力為3.4MPa），當(dāng)榨膛溫度不變時，隨著物料水分含量降低，月見草油中γ-亞麻酸含量先緩慢增加而后降低；當(dāng)物料水分含量不變時，隨著榨膛溫度升高，月見草油中γ-亞麻酸含量先增加后降低；在二者交互作用中，榨膛溫度是主要影響因素。由等高線圖可以看出：γ-亞麻酸含量的極值出現(xiàn)在實驗范圍內(nèi)，在9.00%～9.30%之間，較低的榨膛溫度和適中的物料水分含量，得到的月見草油中γ-亞麻酸含量較高。綜合兩個圖得出榨膛溫度為77～81℃，物料水分含量為6.9%～7.5%時，極值為9.20%～9.30%。

圖5 物料水分含量和榨膛溫度對γ-亞麻酸含量影響的響應(yīng)面和等值線圖Fig.5 The response surface plot and contour plots of influence of moisture content and pressing chamber temperature on the content of GLA in evening primrose oil

2.4.2 物料水分含量（x1）和榨膛壓力（x3）對γ-亞麻酸含量（y）的影響 從圖6看出，當(dāng)榨膛溫度固定在0水平時（即榨膛溫度為83℃），當(dāng)榨膛壓力不變時，隨著物料水分含量的降低，月見草油中γ-亞麻酸含量先緩慢增加而后降低；當(dāng)物料水分含量不變時，隨著榨膛壓力的升高，月見草油中γ-亞麻酸含量也是先增加后降低；在二者交互作用中，物料水分含量是主要影響因素。由等高線圖可以看出：γ-亞麻酸含量的極值出現(xiàn)在實驗范圍內(nèi)，在9.00%～9.30%之間，適中的物料水分含量和適中的榨膛溫度，得到的月見草油中γ-亞麻酸含量較高。綜合兩個圖得出榨膛壓力為2.9～3.1MPa，物料水分含量為6.9%～7.5%時，極值為9.20%～9.30%。

2.4.3 榨膛溫度（x2）和榨膛壓力（x3）對γ-亞麻酸含量（y）的影響 從圖7看出，當(dāng)物料水分含量固定在0水平時（即物料水分含量為7.5%時），當(dāng)榨膛壓力不變時，隨著榨膛溫度的升高，月見草油中γ-亞麻酸含量先增加而后下降；當(dāng)榨膛溫度不變時，隨著榨膛壓力升高，月見草油中γ-亞麻酸含量先緩慢增加而后下降；在二者交互作用中，榨膛溫度是主要影響因素。由等高線圖可以看出：γ-亞麻酸含量的極值出現(xiàn)在實驗范圍內(nèi)，在9.00%～9.30%之間，較低的榨膛溫度和適中的榨膛壓力，得到的月見草油中γ-亞麻酸含量較高。綜合兩個圖得出榨膛壓力為2.9～3.1MPa，榨膛溫度為77～81℃時，極值為9.20%～9.30%。

圖6 物料水分含量和榨膛壓力對γ-亞麻酸含量的影響Fig.6 Influence of moisture content and pressing chamber pressure on the content of GLA in evening primrose oil

圖7 榨膛溫度和榨膛壓力對γ-亞麻酸含量的影響Fig.7 Influence of pressing chamber temperature and pressing chamber pressure on the content of GLA in evening primrose oil

通過等高線分析，得到冷榨月見草油的最優(yōu)反應(yīng)條件為：x1=-0.2，x2=-0.5，x3=-0.8，即物料水分含量為7.24%，榨膛溫度為77.83℃，榨膛壓力為3.04MPa，此時理論優(yōu)化值達到9.2963。為實際實驗方便，將以上數(shù)據(jù)校正為：物料水分含量7.2%，榨膛溫度為78℃，榨膛壓力為3.0MPa，此時月見草油中γ-亞麻酸含量9.26%，與預(yù)測值接近，得到的壓榨餅中殘油約為17%。以上結(jié)果表明所得出的回歸方程可以很好的反映物料水分含量、榨膛溫度和榨膛壓力與月見草油中γ-亞麻酸含量的關(guān)系。

2.5 月見草油質(zhì)量指標(biāo)的測定

將冷榨法制取的月見草油經(jīng)精濾后進行質(zhì)量指標(biāo)的測定，實驗結(jié)果見表5。

表5 月見草油質(zhì)量指標(biāo)Table 5 Quality index of evening primrose oil

冷榨法制取的月見草油質(zhì)量較好，測定得各項指標(biāo)均達到出口歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

以月見草籽為原料，用改造后的冷榨機制取月見草油。以月見草油中γ-亞麻酸含量為目標(biāo)函數(shù)，通過響應(yīng)面法，運用二次旋轉(zhuǎn)正交實驗進行冷榨法制取月見草油的研究，對回歸方程用Matlab軟件進行尋優(yōu)，確定月見草油中γ-亞麻酸含量的最優(yōu)條件為：水分含量為7.2%，榨膛溫度為78℃，榨膛壓力為3.0MPa，此時月見草油中γ-亞麻酸含量為9.26%，得到的壓榨餅中殘油約為17%。使用改進后的冷榨機榨取月見草油，不僅可以有效的控制榨膛溫度和榨膛壓力，達到低溫出油的目的，還可以減緩進料過程中漏料嚴(yán)重的問題，有效的控制物料的前行速度。分析月見草油的質(zhì)量指標(biāo)，油中γ-亞麻酸含量在9%以上，成品指標(biāo)達到出口歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。

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Study on the preparation technology of cold-pressed evening primrose oil by response surface methodology

HAN Dan1，ZHANG Huan2，WANG Yue2，WANG Jun-guo1，*，YU Dian-yu2
（1.Key Laboratory of Grain and Oil Processing of Jilin Province，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，China；2.School of Food，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

Based on evening primrose seeds，cold-pressed method was used to obtain evening primrose oil. Pressing chamber temperature，pressing chamber pressure and moisture content were considered as factors，and content of γ-linolenic acid in evening primrose oil was employed as evaluation index.The combination design of quadratic orthogonal rotation was used to study preparation process of evening primrose oil.The regression equation was optimized by Matlab software for getting the optimal condition of the cold pressing conditions.The optimal conditions：moisture content was 7.2%，pressing chamber temperature was 78℃，pressing chamber pressure was 3.0MPa.The content of γ-linolenic acid in evening primrose oil was 9.26% with the optimal conditions，and the quality of evening primrose oil was up to exporting standards of Europe.

cold-pressed；evening primrose oil；response surface methodology；γ-linolenic acid

TS224.3

B

1002-0306（2014）12-0307-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.059

2013－09－02 *通訊聯(lián)系人

韓丹（1982-），女，碩士研究生，講師，研究方向：生物技術(shù)及油脂化工。

吉林工商學(xué)院糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室基金項目（201204）。