油莎豆油不同提取方法的比較

李超穎，敬思群

（新疆大學生命科學與技術(shù)學院，新疆烏魯木齊830046）

油莎豆油不同提取方法的比較

李超穎，敬思群*

（新疆大學生命科學與技術(shù)學院，新疆烏魯木齊830046）

全面比較了油莎豆油的溶劑浸提法、水酶法和水酶-凍融技術(shù)這3種提取方法，探索不同提取方法的提取機理，為油莎豆油提取產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供指導。研究比較了3種油莎豆油提取方法的提取率、油品理化性質(zhì)、油莎豆粕粉掃描電鏡圖。結(jié)果表明，水酶法和水酶-凍融技術(shù)相對溶劑浸提法更具開發(fā)潛力。

油莎豆油；溶劑浸提；水酶法；水酶-凍融技術(shù)；提取率

亞油酸為人體必需脂肪酸之一，在人體機能調(diào)節(jié)、物質(zhì)合成、維持正常代謝、提高免疫、疾病防治及組織細胞的生長發(fā)育等方面有重要作用[1-3]。但是人體自身不能合成亞油酸，需從食物中獲取。油莎豆（Cyperusesculentus）中油脂含量豐富，可達30%（干豆），油脂中不飽和脂肪酸約為86.2%，其中油酸和亞油酸分別高達75.90%和10.04%[4]。鑒于新疆廣闊地域及適宜種植條件，油莎豆作為原料提取油莎豆油，開發(fā)亞油酸和油酸產(chǎn)品，具有很大的應用前景和意義。

傳統(tǒng)油脂提取工藝主要是壓榨法和浸出法兩種，壓榨法[5]殘油率高，蛋白利用率低，不適用具有堅硬外殼的油莎豆；溶劑浸出法[6]出油率高，但產(chǎn)物有溶劑殘留，工藝流程繁瑣，需精煉處理。新興的方法有水酶法[7-8]，操作溫度比較溫和，產(chǎn)品品質(zhì)好，也不存在溶劑殘留，是環(huán)境友好型的提取方法之一，但是設備投資較高，產(chǎn)業(yè)化較少；水酶-凍融技術(shù)是一種對前述方法的探索性研究技術(shù)。目前還未見系統(tǒng)的將各方法進行比較研究，本實驗分別采用溶劑浸提法、水酶法、水酶-凍融技術(shù)3種方法提取油莎豆油，初步探索各方法的提取機理，比較各種方法油莎豆油提取率，并對提取油莎豆油技術(shù)的選擇具有指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

油莎豆：新疆杏業(yè)富華生態(tài)農(nóng)業(yè)股份有限公司；正己烷（分析純）：天津市百世化工有限公司；氫氧化鉀（分析純）：天津市化學試劑三廠；纖維素酶、堿性蛋白酶：杰諾生物酶有限公司。

1.2 儀器與設備

DHG-9123A型電熱恒溫鼓風干燥箱、THZ-82型氣溶振蕩器：上海一恒科技有限公司；FW-100型（40～200目）粉碎機：北京市永光明醫(yī)療儀器廠；AL104型分析天平：瑞士Mettler-Toledo集團公司；HH-S型恒溫水浴鍋：鞏義市英峪予華儀器廠；SHB-111型循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；Anke TDL-5-A型離心機：上海安亭科學儀器廠；812型磁力恒溫攪拌器：上海華巖儀器設備有限公司；LEO 1430VP型掃描電鏡：德國LEO公司；722S型分光光度計：上海棱光技術(shù)有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料預處理

挑選形態(tài)均勻、飽滿、無蟲害的油莎豆，洗凈泥土，晾干。45℃干燥箱中烘干至質(zhì)量恒定，然后用粉碎機粉碎（在粉碎過程中應防止粉碎機過熱對油莎豆油造成氧化），過60目篩，備用（儲藏與帶磨口塞得棕色瓶中，防止受潮）。

1.3.2 油莎豆油的提取工藝流程

（1）溶劑浸提法

（2）水酶法

（3）水酶法-凍融技術(shù)

油莎豆→去雜→清洗→烘干→粉碎→調(diào)pH值→恒溫水浴→酶解→冷凍（30min）→融解→離心分離→萃取→油莎豆油

1.3.3 油莎豆油提取工藝的操作要點

（1）溶劑浸提法

稱取油莎豆樣品粉末10g，按文獻[4]中最優(yōu)條件提取，每組試驗平行3次，取平均值。

（2）水酶法

①調(diào)pH：油莎豆粉末加一定量的蒸餾水攪拌均勻，用0.15%的NaOH溶液調(diào)pH至7.0，45℃水浴浸泡1h。

②恒溫水?。?0℃處理20min，使油料細胞結(jié)構(gòu)徹底破壞，分散的游離態(tài)油脂聚集。

③酶解：待料液降至一定溫度，加入一定量的纖維素酶和堿性蛋白酶混合酶，混合酶添加量2.5%（纖維素酶/堿性蛋白酶質(zhì)量比=1∶2），放入60℃恒溫箱酶解6h，并用攪拌器不斷攪拌，防止油莎豆粉沉積影響酶解。

④離心：4 000r/min離心速度離心10min，取出液相層，萃取，烘箱烘干，稱取油莎豆油凈質(zhì)量。每組試驗平行3次，取平均值。

（2）水酶法-凍融技術(shù)

酶解前的處理同水酶法，酶解完成后，將酶解液置于超低溫冰箱于-30℃冷凍30min，取出后自然解凍，其后處理亦同水酶法。

1.3.4 油莎豆油理化性能測定

粗脂肪含量：按GB/T5512—2008《糧油檢驗糧食中粗脂肪含量測定》中規(guī)定的索氏抽提法進行測定[10]；色澤、氣味、滋味：按GB/T 5525—2008《植物油脂透明度、氣味、滋味鑒定法》中方法進行評定[11]；過氧化值：按GB/T5538—2005《動植物油脂過氧化值測定》中的方法進行測定[12]；酸值：按GB/T5530—2005《動植物油脂酸值和酸度測定》中的方法進行測定[13]；皂化值：按GB/T5534—2008《動植物油脂皂化值的測定》中的方法進行測定[14]；碘值：按GB/T5532—2008《動植物油脂碘值的測定》中的方法進行測定[15]；折光率：按GB/T5527—2010《動植物油脂折光指數(shù)》中的方法進行測定[16]；相對密度：按GB/T5526—1985《植物油脂檢驗比重測定法》中的方法進行測定[17]。

1.3.5 油莎豆油提取率的計算

式中：W為油莎豆油的提取率，%；M為提取油莎豆油的質(zhì)量，g；m為樣品中油莎豆油的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同提取方法工藝條件及油莎豆油的提取率

[4]、[9]及試驗摸索，確定溶劑浸提法、水酶法以及水酶-凍融技術(shù)的油莎豆油提取工藝條件，不同提取方法在不同提取條件下對油莎豆油的提取率結(jié)果見表1。

表1 不同方法的油莎豆油提取率Table 1 Yield ofCyperus esculentusoil extracted by different extraction methods

由表1可知，溶劑浸提法的油莎豆油提取率是最高的，比水酶法高7.11%，比水酶-凍融技術(shù)高3.24%，且提取時間僅為溶劑浸提法和水酶法的1/3。

溶劑浸提法是常用的傳統(tǒng)的提取技術(shù)之一，存在有機溶劑的回收和殘留問題，生產(chǎn)對環(huán)境有污染，餅粕中蛋白利用不高的問題，但其幾乎能將油莎豆中的油脂全部萃取出來，且設備要求不高，投資成本也較低，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。水酶法提取率略低于溶劑浸提法，但沒有溶劑回收和殘留問題，提取溫度較低，能夠較好的使提取物中的一些成分不被破壞，保持產(chǎn)物原有的性質(zhì)，與此同時能很好的保留豆粕中一些優(yōu)質(zhì)蛋白不被破壞，且對環(huán)境無污染，利用生物技術(shù)提高出油率是未來油脂工業(yè)方向發(fā)展之一[18-19]。在目前大力提倡綠色食品的情況下，水酶法將是一種行之有效的提取方法。水酶-凍融技術(shù)在水酶法技術(shù)路線上進行了改進，通過實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水酶-凍融技術(shù)提取率比水酶法還高3.87%，也是具有一種廣闊應用前景的提取油脂方法。

2.2 不同提取方法得到的油脂的品質(zhì)

不同方法提取油脂的提取率不一樣，其油品也不一樣。對不同方法得到的油莎豆油進行分析檢測，從而比較油脂品質(zhì)的差異。

由表2可知，水酶法和水酶-凍融技術(shù)提取的油莎豆油脂在外觀和品質(zhì)上均優(yōu)于傳統(tǒng)的溶劑浸提法。酶法提取的油莎豆油的油品色澤較淺，可能是在溶劑浸提法的提取溫度下，少量可溶性蛋白變性產(chǎn)生了有色物質(zhì)，且水酶-凍融技術(shù)提取的油脂中過氧化值和酸值最低，說明游離脂肪酸的含量最少，避免了部分油脂氧化?？梢娝?凍融技術(shù)提取的油脂品質(zhì)最優(yōu)。

表2 不同方法提取的油莎豆毛油的理化指標Table 2 Physicochemical indexes ofCyperus esculentusoil extracted by different extraction methods

2.3 不同方法的提取機理分析

通過對溶劑浸提法、水酶法和水酶-凍融技術(shù)提取油脂后的油莎豆豆粕粉分別進行掃描電鏡觀察，掃描電鏡結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同方法提取的油莎豆油的豆粕粉掃描電鏡圖Fig.1 Scanning electron microscopy figure ofCyperus esculentus meal with different extraction methods

油莎豆含有淀粉25%～30%，而提取油脂后的油莎豆餅粕中的主要成分是淀粉[20]。因此，電鏡掃描餅粕的圖譜能很清晰的反應出其顆粒大小及形狀。

由圖1A可知，在溶劑浸提法提取過程中，有機溶劑需要擴散到油莎豆內(nèi)部細胞內(nèi)，但因其擴散系數(shù)小，在油莎豆內(nèi)部擴散慢，淀粉-脂肪復合物的生成量多，形成蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，所以溶劑浸提法提取油脂后的餅粕殘油率較高。由圖1B可知，與溶劑浸提法比較，水酶法采用酶處理油料，破壞細胞壁，細胞破裂使得細胞表面有許多的孔洞，油脂易從細胞中釋放出來，水作為分散相，酶在此水相中進行水解，油從固體粒子中分離出來后，利用非油成分（蛋白質(zhì)和碳水化合物）對油和水的親和差異，以及油水比重不同而與非油成分分離。因此水酶法提取的油脂品質(zhì)更好。

水酶-凍融技術(shù)是對水酶法的改進，其關(guān)鍵工藝技術(shù)就是利用冷凍解凍達到優(yōu)化破乳的目的。研究報道[21-22]，冷凍解凍后離心破乳效果最好，而乳狀液的存在及其穩(wěn)定性強限制了水酶法工藝的游離油得率及經(jīng)濟效益，是現(xiàn)階段制約該技術(shù)大規(guī)模應用的因素之一。冷凍解凍之所以能較好地破壞乳狀液穩(wěn)定性，是因為冷凍過程中乳狀液里出現(xiàn)了油相結(jié)晶，這些脂肪結(jié)晶可以刺入水相。脂肪結(jié)晶如果恰好出現(xiàn)在相鄰油滴之間，則將刺穿界面膜引起油滴的聚集，從而大幅度降低乳狀液穩(wěn)定性而達到破乳的目的。水酶-凍融技術(shù)試驗中冷凍的溫度是根據(jù)新疆冬季最低土壤平均溫度（-30℃）設定的，由圖1C可知，水酶-凍融技術(shù)提取后的豆粕中無蜂窩狀結(jié)構(gòu)，且中間夾雜一些脂肪結(jié)晶。

結(jié)合比較油莎豆油3種提取方法的提取率、油品理化性質(zhì)、豆粕粉掃描電鏡圖可以得知：溶劑浸提法工藝簡單，易進行工業(yè)化生產(chǎn)，但是存在有機溶劑的回收和殘留及環(huán)境有污染等問題；水酶法對設備要求高，但無溶劑殘留，是環(huán)境友好型；水酶-凍融技術(shù)提取率高于水酶法，工藝較繁瑣，不易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但是其提取的油脂油品最好，餅粕中油脂的殘留率最小，綜合考慮，水酶法及水酶-凍融技術(shù)具有更大的應用潛力。本試驗為油莎豆油的進一步開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

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Comparison of different extraction methods ofCyperus esculentusoil

LI Chaoying,JING Siqun*
(College of Life Science and Technology,Xinjiang University,Urmuqi 830046,China)

The extraction methods of solvent extraction,aqueous enzymatic and aqueous enzymatic freeze-thaw technology fromCyperus esculentus oil were comprehensively compared,to explore the extraction mechanism and provide guidance for choosing the optimal extraction method.The oil extractability,physicochemical properties and meal's scanning electron micrographs were investigated and compared.Comparative research showed that aqueous enzymatic method and aqueous enzymatic freeze-thaw technology had more development potential than the solvent extraction method.

Cyperus esculentusoil;solvents extraction;aqueous enzymatic method;aqueous enzymatic freeze-thaw technology;extraction ratio

R284.2

A

0254-5071（2014）04-0061-04

10.3969/j.issn.0254-5071.2014.04.015

2014-03-12

新疆生物資源基因工程重點試驗室資助（XJDX0201_2011_09）

李超穎（1987-），女，碩士研究生，研究方向為食品工程。

*通訊作者：敬思群（1966-），女，教授，碩士，研究方向為食品科學與工程。