水代法提取鮮果茶籽油的工藝優(yōu)化及其品質(zhì)分析

黃閃閃 吳蘇喜，2 聶楷峰

（1．長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 常德 410114；2．湖南博邦農(nóng)林科技股份有限公司，湖南 常德 415700；

3．湖南貴太太茶油科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410152）

茶籽油又稱山茶油，素有“東方橄欖油”的美譽(yù)。茶籽油不飽和脂肪酸含量高達(dá)90%，且含有VE、角鯊烯等多種功能成分［1］，可以有效預(yù)防冠心病、高血壓等心血管疾病［2－4］。

茶籽油的生產(chǎn)方法主要有壓榨法和浸出法。但是，壓榨法的動(dòng)力消耗大，高溫壓榨法還可能破壞茶籽油中的天然活性營(yíng)養(yǎng)成分；浸出法不僅對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和油脂產(chǎn)品帶來一定的安全隱患，而且浸出工藝復(fù)雜、得到的毛油品質(zhì)差［5］。因此，油茶籽的綠色低溫節(jié)能制油新技術(shù)受到追捧。水代法是一種利用水與蛋白質(zhì)等親水物質(zhì)的親和力比油與蛋白質(zhì)等親水物質(zhì)的親和力大、讓水分進(jìn)入油料細(xì)胞而取代出油脂的工藝方法，符合安全、營(yíng)養(yǎng)、綠色的要求，對(duì)環(huán)境污染少、生產(chǎn)成本低，特別是得到的毛油品質(zhì)好［6］。水代法在芝麻油、核桃油和花生油等高含油油料的制油生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用［7－9］。關(guān)于水代法應(yīng)用在茶籽油提取上的研究雖然也有一些報(bào)道［10，11］，但是傳統(tǒng)水代法提取茶籽油一般需要對(duì)油茶籽進(jìn)行干燥，有時(shí)甚至需要150 ℃左右的高溫烘烤［12］。而干燥或高溫烘烤工藝步驟不僅增大了能源消耗和勞力成本，而且還容易破壞油茶籽中的VE、角鯊烯等生物活性成分，且還可能導(dǎo)致毛油中苯并（a）芘含量超標(biāo)。本研究擬直接以高水分含量的油茶籽鮮果為材料，采用水代法提取鮮果茶籽油并利用響應(yīng)面法優(yōu)化工藝條件，再對(duì)優(yōu)化條件下得到的鮮果茶籽油進(jìn)行理化指標(biāo)分析，從而確定水代法提取鮮果油茶籽油的可行性，為水代法提取油茶籽油的工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1．1 材料

油茶籽鮮果：采自長(zhǎng)沙理工大學(xué)油茶種植園。攤放在室內(nèi)2d讓茶蒲自然裂開，然后手工去蒲脫殼，得到鮮果茶籽仁，經(jīng)超微粉碎后得到粒度20～100μm 的茶籽仁粉，備用。

1．2 儀器

高速萬能粉碎機(jī)：FW100 型，天津市泰斯特儀器有限公司；

數(shù)顯pH 計(jì)：PHS－25型，梅特勒—托利多（上海）儀器有限公司；

數(shù)顯恒溫油浴鍋：HH－S型，江蘇金壇金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；

低速大容量離心機(jī)：DL－5－B型，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1．3 試驗(yàn)方法

1．3．1 茶籽油的提取

鮮果茶籽仁→粉碎→調(diào)漿→糊化→浸提→離心分離→清油

稱取鮮果茶籽仁粉約500g，按照設(shè)定的液料比（m∶m）加入一定pH 值的水溶液進(jìn)行調(diào)漿，然后加熱料漿至90 ℃進(jìn)行糊化處理一段時(shí)間，再在適當(dāng)溫度下恒溫?cái)嚢杞嵋欢螘r(shí)間，經(jīng)離心分離后得到清亮的油茶籽油，按式（1）計(jì)算提油效率。

1．3．2 油料和油脂主要理化指標(biāo)檢測(cè)

（1）油料含油量測(cè)定：按GB／T 10359—2008 中的石油醚提取法執(zhí)行；

（2）油料水分含量：按GB／T 5528—2008中的105 ℃恒重法執(zhí)行；

（3）VE含量的測(cè)定：按GB／T 5009．82—2003中的高效液相色譜法執(zhí)行；

（4）角鯊烯的測(cè)定：氣相色譜法［13］；

（5）苯并（a）芘的測(cè)定：反相高效液相色譜法［14］。

1．3．3 單因素試驗(yàn)

（1）液料比對(duì)提油效率的影響：將鮮果茶籽仁粉分別按不同的液料比與水混合，攪拌均勻，用食用級(jí)磷酸調(diào)節(jié)pH值至4．5，在90℃條件下糊化處理15min，降溫至80℃后恒溫?cái)嚢杞?h，經(jīng)離心分離得到清油。利用式（1）計(jì)算出不同液料比條件下的提油效率。

（2）pH 值對(duì)提油效率的影響：在液料比5∶1（m∶m）、90 ℃下糊化15min、浸提溫度80 ℃及浸提時(shí)間2h的工藝條件下，考察pH 值對(duì)油茶籽提油效率的影響。

（3）糊化時(shí)間對(duì)提油效率的影響：在液料比5∶1（m∶m）、pH 4．5、90℃下糊化不同時(shí)間、浸提溫度80℃及浸提時(shí)間2h的工藝條件下，考察糊化時(shí)間對(duì)茶籽油提油效率的影響。

（4）浸提時(shí)間對(duì)提油效率的影響：在液料比5∶1（m∶m）、pH 4．5、90 ℃下糊化20 min、浸提溫度80 ℃的工藝條件下，考察浸提時(shí)間對(duì)油茶籽提油效率的影響。

（5）浸提溫度對(duì)提油效率的影響：在液料比5∶1（m∶m）、pH 4．5、90 ℃下糊化20min、浸提時(shí)間2h的工藝條件下，考察浸提溫度對(duì)油茶籽提油效率的影響。

1．3．4 數(shù)據(jù)處理 采用Design－Expert 8．0．6軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2．1 原料油茶籽仁質(zhì)量

鮮果茶籽仁含水24．36%，含油46．46%（濕基），仁和油均未檢出苯并（a）芘。

2．2 單因素試驗(yàn)

2．2．1 液料比對(duì)提油效率的影響 由圖1可知，隨著液料比從3∶1（m∶m）逐漸增加至5∶1（m∶m），提油效率呈明顯的增加趨勢(shì)；當(dāng)液料比從5∶1（m∶m）增加至7∶1（m∶m）時(shí)，提油效率增加緩慢且趨于平穩(wěn)。這是因?yàn)椋寒?dāng)液料比過低，料漿吸水不足時(shí)，不利于細(xì)胞內(nèi)油脂分子被取代出來，且漿渣黏度大，油分子不易從蛋白乳狀體系中分離出來；而隨著液料比的增大，料漿中親水物質(zhì)吸水增加，不僅加快替換出油，并且漿渣的黏度降低而有利于油脂分離出來；當(dāng)液料比達(dá)到一定大小后，親水物質(zhì)吃足了水，能夠被取代出來的油脂量達(dá)到了最大，此時(shí)再增大液料比不僅不會(huì)增大油脂的取代量，反而增大廢水量。因此，選取液料比為5∶1（m∶m）。

圖1 液料比對(duì)提油效率的影響Figure1 Effect of different liquid to material ratio on camellia oil extraction efficiency

2．2．2 pH 值對(duì)提油效率的影響 由圖2可知，在pH 3．5～4．5時(shí)，隨著pH 值的升高，提油效率逐漸升高；在pH 4．5處，提油效率最高；在pH 4．5～5．5時(shí)，提油效率隨pH 值的增大而呈下降趨勢(shì)。這種pH 值對(duì)提油效率的影響可能與蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)有關(guān)，因?yàn)樵诘入婞c(diǎn)處的蛋白質(zhì)分子與油分子間發(fā)生乳化現(xiàn)象的程度最輕，有利于油脂的釋放，而植物蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)一般在pH 4．5左右，因此，pH 4．5處的提油效率最高。

圖2 pH 值對(duì)提油效率的影響Figure2 Effect of different solution pH on camellia oil extraction efficiency

2．2．3 糊化時(shí)間對(duì)提油效率的影響 糊化是指對(duì)含有淀粉的物系進(jìn)行加熱處理而使淀粉熟化變性的過程。糊化可以破壞油茶籽的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，便于油茶籽細(xì)胞內(nèi)部的油脂釋放出來。試驗(yàn)結(jié)果表明，水代法提取茶籽油工藝中若無糊化這一步驟，其提油效率將降低10%左右。由圖3可知，糊化時(shí)間在10～25min時(shí)，隨著糊化時(shí)間的延長(zhǎng)，提油效率呈明顯的增加趨勢(shì)；糊化時(shí)間在25～30 min時(shí)，提油效率增加緩慢，趨于平穩(wěn)。為節(jié)約能源，選取糊化時(shí)間為25min。

圖3 糊化時(shí)間對(duì)提油效率的影響Figure3 Effect of different gelatinization time on camellia oil extraction efficiency

2．2．4 浸提時(shí)間對(duì)提油效率的影響 由圖4可知，在0．5～2．0h時(shí)，隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，提油效率明顯升高。浸提時(shí)間達(dá)到2h后，其提油效率幾乎不變，因此確定浸提時(shí)間為2h。

圖4 浸提時(shí)間對(duì)提油效率的影響Figure4 Effect of different extracting time on camellia oil extraction efficiency

圖5 浸提溫度對(duì)提油效率的影響Figure5 Effect of different extracting time on camellia oil extraction efficiency

2．2．5 浸提溫度對(duì)提油效率的影響 由圖5可知，在50～80℃時(shí)，隨著浸提溫度的升高，提油效率基本上呈線性增大；浸提溫度為80～90 ℃時(shí)，提油效率基本不變。這可能由于熱效應(yīng)加速了分子熱運(yùn)動(dòng)，使得傳質(zhì)作用增強(qiáng)［15］而利于油脂分子的釋放；而熱效應(yīng)達(dá)到最大后，油脂分子得到了最大釋放，再升高溫度自然不會(huì)再提高提油效率，反而增大能耗。因此，選取80 ℃為適宜浸提溫度。

2．3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2．3．1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以提油效率為響應(yīng)值（Y），采用中心組合設(shè)計(jì)（CCD）對(duì)影響提油效率的4個(gè)主要因素，即液料比、浸提溫度、pH 值和浸提時(shí)間，進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平選擇見表1，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平選擇Table1 Experimental factors and levels of response surface methodology

對(duì)表2試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合，得到提油效率與液料比、浸提溫度、pH 值和浸提時(shí)間之間的二次多元回歸模型：

2．3．2 模型方差分析 對(duì)該模型進(jìn)行方差分析的結(jié)果見表3。由表3可知，液料比、浸提溫度、pH 值、浸提時(shí)間對(duì)提油效率都有顯著的影響，而pH 值和浸提時(shí)間的交互作用對(duì)提油效率有顯著影響?；貧w模型P＜0．000 1，表明該回歸方程線性達(dá)到了極顯著；失擬值項(xiàng)P＝0．598 6（＞0．05），失擬不顯著，說明該回歸方程擬合程度較好，誤差小。

2．3．3 響應(yīng)面交互作用分析 水代法提取鮮果茶籽油工藝中液料比、浸提溫度、pH 值和浸提時(shí)間4個(gè)因素間的交互作用對(duì)茶籽油提取效率的影響見圖6、7。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案與結(jié)果Table2 Experimental design and results of response surface methodology

由圖6、7可知，液料比與pH 值、pH 值與浸提時(shí)間有交互作用，其中pH 值與浸提時(shí)間對(duì)提油效率的交互作用極顯著。浸提溫度是影響提油效率的最主要因素，浸提時(shí)間、pH值和液料比分別次之。

2．3．4 最佳工藝條件確定及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 通過Design expert軟件分析，得出萃取油茶籽油的最佳工藝條件為液料比5．92∶1（m∶m），浸 提 溫 度79．7 ℃，pH 4．68，浸 提 時(shí)間2．81h，茶籽油提取效率預(yù)測(cè)值為86．24%。

表3 回歸方程的方差分析Table3 Analysis of variance of the regression equation

圖6 A 和C交互作用的響應(yīng)面和等高線圖（B為70 ℃，D 為2h）Figure6 Interaction and contour of response surface for A and C（B：70 ℃，D：2h）

圖7 C和D 交互作用的響應(yīng)面和等高線圖（A 為5∶1（m∶m），B為70 ℃）Figure7 Interaction and contour of response surface for C and D（A：5∶1（m∶m），B：70 ℃）

為檢驗(yàn)響應(yīng)面法優(yōu)化水代法提取鮮果茶籽油工藝的可靠性，將上述參數(shù)取整數(shù)（即液料比為6∶1（m∶m），浸提溫度為80 ℃，pH 為4．6，浸提時(shí)間為2．8h），在此條件下進(jìn)行3組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，平均提油效率為85．86%，與軟件估測(cè)值86．24%基本一致。因此，采用響應(yīng)面法優(yōu)化出的工藝條件（液料比為6∶1（m∶m），浸提溫度為80℃，pH 為4．6，浸提時(shí)間為2．8h）是可靠的。

2．4 水代法提取鮮果茶籽油的質(zhì)量分析

由表4可知，水代法提取鮮果茶籽油除酸價(jià)較高外，其余指標(biāo)均可達(dá)到中國(guó)一級(jí)壓榨油茶籽油標(biāo)準(zhǔn)，尤其是苯并（a）芘含量明顯低于國(guó)標(biāo)限量。此外，VE和角鯊烯含量分別達(dá)到169．8mg／kg和107．5 mg／kg，雖然低于文獻(xiàn)［1］中報(bào)道的超聲輔助水酶法提取的非鮮果油茶籽油中VE和角鯊烯含量（分別為204．5mg／kg和114．4mg／kg），這可能與提取時(shí)的振蕩程度以及原料果實(shí)的成熟度有關(guān)，但是不影響該新工藝成為高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值茶籽油的生產(chǎn)工藝，而且其生產(chǎn)成本顯然要低于超聲輔助水酶法的生產(chǎn)成本。酸價(jià)偏高可能與油茶籽原料成熟不夠有關(guān)系，可經(jīng)簡(jiǎn)單脫酸處理加以改善。由此可見，水代法對(duì)于提取高品質(zhì)茶籽油有積極作用，尤其是對(duì)VE、角鯊烯等營(yíng)養(yǎng)成分的保護(hù)有明顯優(yōu)勢(shì)。

表4 水代法提取鮮果茶籽油的品質(zhì)指標(biāo)Table4 Quality indicators of fresh camellia seed oil extracted by aqueous extraction method

3 結(jié)論

以提油效率為考察指標(biāo)而確定的水代法提取鮮果茶籽油最佳工藝條件為將鮮果茶籽仁粉碎到粒度20～100μm 大小后，按照液料比6∶1（m ∶m）的比例加入水，調(diào)節(jié)pH 到4．6，在90 ℃條件下糊化25 min，在80 ℃下恒溫?cái)嚢杞?．8h，經(jīng)過離心分離后得到質(zhì)量上乘的油茶籽油。此最佳工藝條件下的提油效率達(dá)到85%以上。該工藝制備的油茶籽油只需脫酸處理即可達(dá)到中國(guó)一級(jí)油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而且其VE和角鯊烯含量分別達(dá)到169．8 mg／kg和107．5 mg／kg。苯并（a）芘含量為3．38μg／kg，低于中國(guó)限量（10μg／kg），降低苯并（a）芘超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。由此可見，水代法完全具有從高水分鮮果油茶籽仁中高效制備高品質(zhì)油茶籽油的潛力，具有工業(yè)化應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)可行性。

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