光皮樹果實(shí)高效制油的低溫壓榨與正丁醇研磨浸提技術(shù)

肖志紅 劉汝寬 李昌珠 吳曉芙

（中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1，長(zhǎng)沙 410004）

（湖南省林業(yè)科學(xué)院2，長(zhǎng)沙 410004）

光皮樹（Swida wilsoniana）為山茱萸科梾木屬，是一種生態(tài)適應(yīng)性廣的木本油料植物[1]，其果實(shí)的干果含油率約為30%，油脂中的不飽和酸含量高，種植良種可實(shí)現(xiàn)平均年畝產(chǎn)油大于100 kg，是一種優(yōu)良的油料資源[2]。一般而言，油料制油工藝有機(jī)械壓榨、溶劑浸提和預(yù)榨-浸出聯(lián)合制油等3種方法。具體采用何種制油工藝，應(yīng)根據(jù)油料果實(shí)中的油脂含油量，對(duì)于高含油率（含油率大于25%）的油料果實(shí)，多采用預(yù)榨-浸出聯(lián)合制油技術(shù)[3]。結(jié)合光皮樹果實(shí)資源量少和含油率高的特點(diǎn)，采用低溫壓榨與正丁醇研磨浸提制油技術(shù)，一方面，直接入料壓榨減少了工藝步驟（無(wú)調(diào)質(zhì)過(guò)程）；另一方面，采用正丁醇為溶劑，可以實(shí)現(xiàn)高附加值物質(zhì)的同步提取[4]。聯(lián)合使用2種不同油料處理工序，綜合實(shí)現(xiàn)了低溫條件下（＜80℃）油脂和高附加值副產(chǎn)品（磷脂）的高效提取，簡(jiǎn)化了工藝流程。

本試驗(yàn)對(duì)46個(gè)光皮樹果實(shí)樣品進(jìn)行了內(nèi)含物分析，確定了光皮樹果實(shí)直接入料的理論基礎(chǔ)。通過(guò)一步低溫壓榨實(shí)現(xiàn)了光皮樹果實(shí)油脂的高效提取，得到了含油率降低的光皮樹果餅，以低溫壓榨得到的果餅為原料，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，建立了正丁醇研磨浸提同步提取油脂和磷脂的工藝并優(yōu)化了操作參數(shù)。最后，對(duì)得到的油脂進(jìn)行了脫膠、脫酸和脫色處理，分析了光皮樹果實(shí)油脂的基本理化性質(zhì)和主要脂肪酸組成，為規(guī)?；_發(fā)和利用光皮樹果實(shí)油脂提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與方法

光皮樹果實(shí)：湖南省林業(yè)科技示范園（長(zhǎng)沙）；正丁醇（工業(yè)級(jí)）：凌天化工實(shí)業(yè)有限公司；纖維素酶（CR）：杭州貝奧生物技術(shù)工程有限公司；蛋白酶（CR）：上海卒瑞生物科技有限公司；乙醚（AR）、橄欖油（CR）、聚乙烯醇（CR，1 750±50）及其他試劑（AR）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司（上海）。

光皮樹果實(shí)專用型螺旋冷榨機(jī)（XLK-2010）：湖南省林業(yè)科學(xué)院自制；脂肪測(cè)定儀（SZC-D）：上海楚柏；離心機(jī)（TDL-5-A）：上海安亭科學(xué)儀器廠；循環(huán)水式真空泵（SHZ-D III）：鞏義科瑞食品有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（RE52CS-1）：上海亞榮生化儀器廠。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 油料及油脂的基本性質(zhì)

1.2.1.1 理化指標(biāo)

含油率：GB／T 14488.1—2008；含水率：GB／T 5497—2008；透明度、色澤：GB／T 5525—2008（羅維朋比色槽 25.4 mm）；酸價(jià)：GB／T 5530—2005；皂化值：GB／T 5534—2008；碘值：GB／T 5532—2008；過(guò)氧化值：GB／T 5538—2005；磷脂：GB／T 5531—2008。

1.2.1.2 油脂脂肪酸分析

采用氣相色譜法分析光皮樹果實(shí)油的脂肪酸組成[5]。將油樣進(jìn)行快速甲酯化后，采用日本島津GC-2014型氣相色譜儀，以各種標(biāo)準(zhǔn)脂肪酸的氣相圖譜作參照，定性判斷其主要脂肪酸組成，采用峰面積歸一法統(tǒng)一匯總計(jì)算。

具體操作步驟：50 mL試管中加入幾滴待測(cè)樣品，加入1∶1苯-石油醚2 mL溶解油樣，再加入0.5 mol／L NaOH-CH3OH溶液2 mL，振搖后置于50℃水浴約15 min，取出后沿管壁加入蒸餾水使有機(jī)層上升至試管上部，靜置分層后（若仍有混濁，滴加幾滴乙醇），取上層清液1μL作氣相色譜分析。

氣相色譜條件：GC-2014氣相色譜儀，F(xiàn)ID檢測(cè)器；固定液為FFAP的石英玻璃毛細(xì)管柱，柱長(zhǎng)25 m，柱徑0.3 mm；載氣 N2：78 kPa；分流比100∶1；燃?xì)釮2：30 mL／min；進(jìn)樣口溫度 250℃；柱溫 190℃；檢測(cè)器溫度250℃。

1.2.2 低溫壓榨制油步驟

與熱榨工藝不同，低溫冷榨不需要蒸炒、調(diào)濕、壓坯等調(diào)質(zhì)預(yù)處理操作[6]，只需將物料除雜后直接干燥到符合要求的含水率范圍內(nèi)即可入料。取足量光皮樹果實(shí)，調(diào)節(jié)榨軸轉(zhuǎn)速和出餅孔徑，進(jìn)行低溫壓榨制油。待出餅溫度恒定時(shí)，走空榨膛內(nèi)物料并及時(shí)加入待測(cè)油料，分別搜集并測(cè)定油脂和餅粕的物性參數(shù)，得到的餅粕作為下一步浸提試驗(yàn)的原料。溫度為30℃，榨軸轉(zhuǎn)速為40 r／min，出餅孔徑8 mm。

1.2.3 水酶法提油工藝

光皮樹果實(shí)餅粕經(jīng)粉碎、加水熱處理、纖維素酶和蛋白酶保溫?cái)嚢璺磻?yīng)，再經(jīng)離心分離便可得到光皮樹果實(shí)油。操作條件為[7]：先纖維素酶3 h再加蛋白酶，加酶量2.5%，酶比例4∶1，酶解時(shí)間4 h。

1.2.4 正丁醇研磨同步提油和磷脂方法的操作流程

正丁醇研磨同步提油和磷脂方法主要步驟[8]：

1）一次磨料浸提：將物料經(jīng)“連續(xù)多級(jí)浸提磨”（自制設(shè)備）研磨，使其顆粒粒度達(dá)到0.1～0.2 mm；

2）壓濾：壓力式過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，收集濾液；

3）二次磨料浸提：向步驟2）的濾渣中補(bǔ)加含水5%～10%的丁醇溶液，浸泡30 min重復(fù)磨料和壓濾等操作；

4）三次磨料浸提?。褐貜?fù)3）的過(guò)程；

5）減壓蒸餾：將3次提取得到的濾液合并，在70～75℃進(jìn)行減壓蒸餾去除該提取液的水（部分丁醇也會(huì)被蒸餾出）；丁醇蒸出后靜置5 min，磷脂聚集并形成沉淀，同時(shí)得到相應(yīng)的油脂。

1.2.5 正丁醇研磨制油試驗(yàn)因素水平表

正交試驗(yàn)采用L9（34）正交表。正丁醇研磨浸提制油工序的4個(gè)因素：浸出溫度、時(shí)間、液料比和研磨次數(shù)，見表1。

表1 研磨浸出試驗(yàn)因素水平表

1.2.6 油脂簡(jiǎn)易精煉方法

1.2.6.1 脫膠[9]：采用高溫水化法，加水量為25 mL／50 g油，溫度90℃，水化時(shí)間20 min。

1.2.6.2 脫酸[10]：以乙醇為溶劑，醇與油的液料比為2.4∶1（V／m），溫度為30℃，萃取次數(shù)為 4次，單次萃取時(shí)間為10 min。

1.2.6.3 脫色[11]：白土用量為4.0%、脫色溫度為110℃、脫色時(shí)間為30 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 光皮樹果實(shí)主成分及直接入料壓榨制油分析

2.1.1 光皮樹果實(shí)主要成分分析

收集湖南省林業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)林場(chǎng)種植基地的不同種屬的光皮樹樣品46個(gè)，采用常規(guī)化學(xué)分析方法進(jìn)行果實(shí)中油脂、水分和粗蛋白質(zhì)等3個(gè)指標(biāo)的測(cè)量，構(gòu)建其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，具體結(jié)果見表2。

表2 光皮樹果實(shí)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)／%

2.1.2 光皮樹果實(shí)直接入料低溫壓榨的理論計(jì)算

油料的組成主要包括油脂、蛋白質(zhì)、纖維素和水分，這些物質(zhì)的不同組成一定程度上影響著油料的物理強(qiáng)度。其中水分是唯一可方便調(diào)節(jié)的因素，并且其變化會(huì)直接導(dǎo)致油料含油率、蛋白質(zhì)、纖維素等指標(biāo)的變化，同時(shí)會(huì)對(duì)物料性質(zhì)的物理強(qiáng)度產(chǎn)生變化。因此，有效控制光皮樹果實(shí)的含水率是有效調(diào)整低溫冷榨效果的重要因素。油料的水率變化一般遵循“高溫低水分，低溫高水分”的規(guī)律，其具體的值可以根據(jù)N.B.葛符里林柯經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[8]：

式中：c為油料含水率／%；T為榨料壓榨溫度／℃；k為油料含油率校正系數(shù)，k＝（100-M）／55，M為入榨料含油率／%。

光皮樹果實(shí)采摘后進(jìn)行自然晾曬，其平均含油率為28.02%，平均含水率為8.19%。若取壓榨溫度為70～80℃，通過(guò)式（1）則可以得出光皮樹果實(shí)的最佳出油時(shí)含水率7.85%～9.16%，這與自然干燥條件下的光皮樹果實(shí)含水量基本吻合，因此光皮樹果實(shí)適合直接入料壓榨。

2.1.3 光皮樹果實(shí)低溫壓榨制油方法

采用自制的XLK-2010型榨油機(jī)壓榨光皮樹果實(shí)，得到光皮樹果實(shí)油及其餅粕，見表3。

表3 低溫壓榨制油工藝參數(shù)及其結(jié)果

2.2 正丁醇為溶劑研磨浸提制油工序

2.2.1 單因素試驗(yàn)

2.2.1.1 研磨次數(shù)對(duì)光皮樹果餅出油率的影響

本試驗(yàn)用浸提循環(huán)操作次數(shù)來(lái)表示，每次研磨制油操作的時(shí)間記為100min，其中研磨操作20min，靜置浸提時(shí)間80 min。

由圖1可知，在溫度30℃、單次浸提操作時(shí)間100 min和液料比1∶1的條件下，隨著浸提次數(shù)的增加，光皮樹果餅的出油率呈增加趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)4次浸提以后，油脂提取率達(dá)到78.24%，此時(shí)的餅粕殘油率為1.46%。繼續(xù)增加研磨次數(shù)，油脂提取率也會(huì)提高，但是正丁醇的回收量會(huì)相應(yīng)增多，為溶劑回收工段帶來(lái)壓力，初步選取浸提次數(shù)為3次。

圖1 浸提次數(shù)對(duì)預(yù)榨餅提油效果的影響

2.2.1.2 液料比對(duì)光皮樹果餅出油率的影響

液料比是指使用浸出溶劑（含水10%的正丁醇溶液）與所浸出料胚（光皮樹果餅）的質(zhì)量之比。一般來(lái)說(shuō)，液料比愈大，對(duì)降低粕殘油量愈有利。但混合油濃度會(huì)隨之降低，增大溶劑回收工作量。因此，要控制適當(dāng)料液比，以保證足夠濃度差和餅粕殘油率。一般料液比多選為（0.8～1.2）∶1。由圖2可知，在溫度30℃，單次浸提時(shí)間100 min，浸提次數(shù)3次的條件下，果餅中的油脂提取率為76.00%，此時(shí)餅粕殘油率為1.62%。隨著液料比的增加，光皮樹果餅的出油率呈增加趨勢(shì)，但過(guò)度增加液料比會(huì)使后續(xù)溶劑回收工序消耗更多的能量，初步選用液料比為1.2∶1。

圖2 液料比對(duì)預(yù)榨餅提油效果的影響

2.2.1.3 溫度對(duì)光皮樹果餅出油率的影響

提高浸出溫度，可促進(jìn)擴(kuò)散作用，增強(qiáng)分子熱運(yùn)動(dòng)，油脂和溶劑黏度減小，有利于提高浸出速度。若浸出溫度過(guò)高，會(huì)造成浸出器內(nèi)汽化溶劑量增多，油脂浸出困難，壓力增高，溶劑損耗增大，同時(shí)浸出毛油中非油物質(zhì)量增多。由圖3可知，在浸提次數(shù)為3次，浸提時(shí)間100 min，液料比1.2∶1的條件下，隨著溫度的升高，光皮樹果餅的出油率呈增加趨勢(shì)。溫度為50℃時(shí)，光皮樹果餅中的油脂提取率為78.12%，此時(shí)餅粕殘油率為1.47%。

2.2.1.4 浸提時(shí)間對(duì)光皮樹果餅出油率的影響

浸提時(shí)間是影響浸提效果的一個(gè)重要因素，要保證油脂分子有足夠多的時(shí)間擴(kuò)散到浸提溶劑中去，但浸出時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則不經(jīng)濟(jì)，這需要根據(jù)實(shí)際情況在設(shè)備產(chǎn)能與油料餅粕殘油率之間取得平衡。一般為90～180 min。本試驗(yàn)油料研磨操作時(shí)間設(shè)定為固定值20 min，靜置浸提時(shí)間可調(diào)。由圖4可知，在溫度50℃，浸提次數(shù)3次，液料比1.2∶1的條件下，隨著單次浸提時(shí)間（含研磨操作時(shí)間）的增加，光皮樹果餅的出油率呈增加趨勢(shì)，在120 min后，油脂提取率達(dá)到82.24%，此時(shí)果餅的殘油率為1.20%。因此，初步設(shè)定研磨浸提操作時(shí)間為120 min。

圖4 浸提時(shí)間對(duì)預(yù)榨餅提油效果的影響

2.2.2 正丁醇研磨制油工序的正交試驗(yàn)

正丁醇溶劑研磨浸提光皮樹果實(shí)餅粕制備油脂的正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。從表4所得的試驗(yàn)結(jié)果可以得出不同因素的影響順序：液料比（mL／g）＞浸提次數(shù)＞時(shí)間（min）＞溫度（℃），影響最大的因素是液料比（mL／g）。因此，在實(shí)際研磨浸提制油操作中，可以根據(jù)油料的性質(zhì)來(lái)適當(dāng)調(diào)整液料比，以便實(shí)現(xiàn)油脂的高效提取。

表4 正丁醇研磨浸提制油工藝的正交試驗(yàn)

圖5為其因素水平的效應(yīng)曲線圖。綜合考慮具體操作，故最終確定A2B3C3D1，即液料比為1.2∶1，浸出溫度為60℃，浸出次數(shù)為4次，浸出時(shí)間為90 min。重復(fù)試驗(yàn)得到出油率為86.20%，此時(shí)的餅粕殘油率為0.93%。綜合考慮低溫壓榨步驟，可以實(shí)現(xiàn)總出油率96.73%。

圖5 研磨浸提制油工藝操作因素對(duì)殘油率的影響效應(yīng)曲線圖

2.3 聯(lián)合制油工藝的選擇與油脂性質(zhì)分析

2.3.1 聯(lián)合制油工藝對(duì)比選擇、參數(shù)及結(jié)果

表5中低溫預(yù)榨-正丁醇浸提聯(lián)合制油工藝的油脂提取率為96.73%，磷脂含量為0.63%，提取率為81.38%，而低溫預(yù)榨-水酶法聯(lián)合制油工藝的油脂提取率為90.37%。綜合比較2種不同工藝操作，為減少操作流程，擬選取低溫預(yù)榨-正丁醇浸提聯(lián)合制油工藝為較優(yōu)的制油工藝。

表5 聯(lián)合制油工藝對(duì)比及結(jié)果／%

2.3.2 簡(jiǎn)易精煉程序及效果

新榨光皮樹果實(shí)油色澤較深，應(yīng)采取特殊的脫色工藝來(lái)進(jìn)行脫色操作；酸值相對(duì)較低，可采用常規(guī)堿煉操作除酸，表6為光皮樹果實(shí)油精煉操作的主要技術(shù)參數(shù)。

表6 光皮樹果實(shí)油簡(jiǎn)易精煉效果

2.3.3 光皮樹果實(shí)油理化性質(zhì)及其脂肪酸組成分析

表7為光皮樹果實(shí)油理化性質(zhì)分析及其脂肪酸分析，結(jié)果表明：光皮樹果實(shí)油脂中油酸、亞油酸和亞麻酸占71.76%，為一種高富含不飽和脂肪酸的油脂，是一種優(yōu)質(zhì)的食用油資源。

表7 光皮樹果實(shí)油理化性質(zhì)分析及其脂肪酸分析

3 結(jié)論

3.1 光皮樹果實(shí)的含油量為28.02%（干基），蛋白質(zhì)含量為7.25%（干基），水分含量為8.19%。采用低溫壓榨和正丁醇研磨制油技術(shù)，物料加工過(guò)程溫度小于80℃，可以減少高溫壓榨對(duì)油品質(zhì)量的影響。果實(shí)油中不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)72%左右，其中油酸約為29.83%，亞油酸約為39.15%，亞麻酸為2.59%。

3.2 通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，得到聯(lián)合制油工藝的操作條件。其中，低溫壓榨操作參數(shù)為：溫度為20～30℃，榨軸轉(zhuǎn)速為40 r／min，出餅頭孔徑8 mm，餅粕殘油率可達(dá)到7%左右；正丁醇研磨制油操作參數(shù)為：液料比1.2∶1，浸出溫度60℃，浸出次數(shù)4次，浸出時(shí)間90 min，在此條件下得到油脂提取率為86.20%。

3.3 采用低溫壓榨-正丁醇浸提聯(lián)合制油工藝，可實(shí)現(xiàn)油脂提取率達(dá)到96.73%，餅粕殘油可以降低至0.93%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)磷脂提取率81.38%。

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