山核桃油提取工藝優(yōu)化及脂肪酸組成分析

余兆碩，丁宏武，唐　琦，沈　旭，蒲靈操，麻成金，2

（1.吉首大學植物資源保護與利用湖南省高校重點實驗室，湖南吉首　416000；2.吉首大學食品科學研究所，湖南吉首　416000）

山核桃油提取工藝優(yōu)化及脂肪酸組成分析

余兆碩1，丁宏武1，唐琦1，沈旭1，蒲靈操1，*麻成金1，2

（1.吉首大學植物資源保護與利用湖南省高校重點實驗室，湖南吉首416000；2.吉首大學食品科學研究所，湖南吉首416000）

以山核桃為原料、正己烷為溶劑，研究超聲波輔助提取山核桃油工藝條件?？疾炝颂崛r間、提取溫度、料液比和超聲波功率對山核桃油提取效果的影響。結(jié)果表明，提取山核桃油的優(yōu)化工藝條件為提取時間40 min，提取溫度35℃，料液比1∶7.8，超聲功率370 W；在此條件下，山核桃油的平均得率達到67.63%。對提取所得山核桃油進行GC-MS分析可知，其主要不飽和脂肪酸有油酸（67.62%）、亞油酸（23.75%）、α-亞麻酸（1.53%）等。

山核桃油；超聲波輔助提取；響應面法；脂肪酸組成

0　引言

山核桃（Carya cathayensis Sarg） 為胡桃科山核桃屬植物果實，又叫核桃楸、胡桃楸，屬高檔堅果，主要分布在我國湖南、貴州、江西、浙江等省的山區(qū)［1］。山核桃仁含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、總糖、粗纖維等營養(yǎng)成分，其中粗脂肪含量在59%～72%。山核桃油中含有豐富的不飽和脂肪酸，具有預防冠心病、降低血脂等多種功效［2-4］。

目前，山核桃油脂的提取主要采用壓榨法、有機溶劑浸提法、水酶法、超臨界流體萃取等方法，尤其是超聲波、微波等輔助技術的應用，有助于提高油脂得率和產(chǎn)品的品質(zhì)［5-8］。本試驗以湘西山區(qū)的山核桃為研究對象，對山核桃油的提取工藝條件、理化性質(zhì)及脂肪酸組成進行分析，并采用響應面法優(yōu)化山核桃油的超聲波輔助提取工藝參數(shù)，旨在為山核桃油的進一步開發(fā)利用提供參考。

1　材料與方法

1.1試驗材料

山核桃，購于湖南古丈縣農(nóng)貿(mào)市場，經(jīng)測定其粗脂肪含量為68.85%。

正己烷、無水硫酸鎂、氫氧化鉀，均為國產(chǎn)分析純；甲醇、正己烷，均為國產(chǎn)色譜純。

1.2儀器與設備

7890A-5975C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國安捷倫公司產(chǎn)品；JY92-IIDN型超聲波細胞粉碎機，寧波新芝生物科技公司產(chǎn)品；FW100型高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；FA2004型電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司產(chǎn)品；LXJ-IIB型臺式離心機，上海安亭科學儀器廠產(chǎn)品；101-2AB型電熱鼓風干燥箱，天津市泰斯特儀器公司產(chǎn)品；HHW21.420-2B型精密恒溫水浴鍋，上?？坪銓崢I(yè)發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

1.3研究方法

1.3.1山核桃預處理

將去殼烘干后的山核桃仁進行粉碎，過40目篩，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2工藝流程

山核桃仁→干燥→粉碎→過篩→超聲波輔助提取→離心分離→過濾→溶劑回收→干燥→山核桃毛油。1.3.3操作要點

準確稱取10 g（精確到0.000 1 g） 山核桃粉，置于250 mL燒杯中，以正己烷（68.7℃）為浸提劑，在預設溫度下，超聲波輔助處理，提取結(jié)束后，離心、過濾、分離混合油與殘渣，少量正己烷洗滌殘渣1～2次，合并濾液（混合油），蒸餾回收有機溶劑，得到山核桃毛油在105℃烘箱中干燥至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量并計算山核桃油得率。每組試驗重復3次，取平均值。

1.3.4山核桃粗脂肪含量測定

山核桃粗脂肪含量測定參照GB/T 14772—2008。

1.3.6單因素試驗

在其他條件相同的情況下，分別研究提取時間（20，30，40，50，60 min）、提取溫度（30，35，40，45，50℃）、料液比（1∶5，1∶6，1∶7，1∶8，1∶9） 和超聲功率（300，360，420，480，540 W）對山核桃油得率的影響。

1.3.7優(yōu)化試驗

在單因素試驗基礎上，應用Design Expert 8.0.5.0軟件，對提取時間、提取溫度、料液比和超聲功率4個因素進行Box-Behnken中心組合試驗設計，以山核桃油得率為響應值，根據(jù)試驗結(jié)果建立數(shù)學模型并進行響應面分析和工藝條件優(yōu)化，最后進行驗證性試驗［9-10］。

1.3.8山核桃油脂肪酸組成GC-MS分析

山核桃油甲酯化：稱取1 g油樣，置于具塞錐形瓶中，加入0.5 mol/L的KOH-甲醇溶液10 mL，混勻后置于70℃下水浴超聲波輔助處理1 h，冷卻至室溫，用20 mL色譜純正己烷萃取，靜置分層取上層液，用蒸餾水洗滌2～3次，加入無水硫酸鎂干燥脫水，最后以轉(zhuǎn)速4 500 r/min離心10 min，取上層清液置于瓶中待測。

GC條件：HP-5MSAgilent 190191S-433型石英毛細管柱（325℃，30 m×250 μm）；載氣為高純氦氣（99.999%），柱前壓69.8 kPa，柱內(nèi)載氣流量2 mL/min；80℃開始保持2 min，以10℃/min升溫到160℃，保持2 min，再以5℃/min升溫到250℃，保持5 min；樣品進樣量1 μL；分流比80∶1。

MS條件：四級桿溫度150℃，EI離子源溫度230℃，溶劑延時4 min，電子能量70 eV，掃描范圍30～500 u。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1提取時間對山核桃油得率的影響

固定提取溫度35℃，料液比1∶8，超聲功率360 W，探討不同提取時間對山核桃油得率的影響。

不同提取時間對山核桃油得率的影響見圖1。

圖1　不同提取時間對山核桃油得率的影響

由圖1可知，提取時間小于40 min時，山核桃油得率隨提取時間的延長呈增加趨勢；當提取時間超過40 min時，山核桃油得率趨于穩(wěn)定。因此，提取時間以40 min左右為宜。

2.1.2提取溫度對山核桃油得率的影響

固定提取時間40 min，料液比1∶8，超聲功率360 W，探討不同提取溫度對山核桃油得率的影響。

不同提取溫度對山核桃油得率的影響見圖2。

圖2　不同提取溫度對山核桃油得率的影響

由圖2可知，不同提取溫度對山核桃油得率有一定的影響。提取溫度小于35℃時，山核桃油得率逐漸增大；當提取溫度超過35℃時，山核桃油得率開始降低，這是由于溶劑揮發(fā)所致。因此，提取溫度選擇35℃左右為宜。

2.1.3料液比對山核桃油得率的影響

固定提取時間40 min，提取溫度35℃，超聲功率360 W，探討不同料液比對山核桃油得率的影響。

不同料液比對山核桃油得率的影響見圖3。

圖3　不同料液比對山核桃油得率的影響

由圖3可知，在所設置的料液比范圍內(nèi)，隨著提取劑用量的增加，山核桃油得率明顯增大；當料液比超過1∶8時，由于溶劑的稀釋作用，山核桃油得率趨于平穩(wěn)。從經(jīng)濟角度考慮，料液比選擇在1∶8比較適宜。

2.1.4超聲功率對山核桃油得率的影響

固定提取時間40 min，提取溫度35℃，料液比1∶8，研究不同超聲功率對山核桃油得率的影響。

不同超聲功率對山核桃油得率的影響見圖4。

圖4　不同超聲功率對山核桃油得率的影響

由圖4可知，當超聲功率小于360 W，山核桃油得率隨超聲功率的增大而提高，這主要是因為超聲功率越大，空化作用和機械作用越強烈，分子擴散速度越大，油脂滲出越快；在超聲功率超過360 W之后，隨著超聲功率的增大，山核桃油得率趨于穩(wěn)定。因此，較適宜的超聲功率為360 W。

2.2響應面優(yōu)化提取工藝參數(shù)試驗

2.2.1山核桃油提取Box-Behnken中心組合試驗及結(jié)果分析

根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗設計原理，綜合單因素試驗結(jié)果，以山核桃油得率Y為響應值，提取時間（A）、提取溫度（B）、料液比（C）、超聲功率（D）為自變量，進行Box-Behnken中心組合試驗及響應面分析，并以自變量的編碼值1，0，-1分別代表自變量的高、中、低水平，對自變量進行編碼。

中心組合試驗設計水平編碼見表1，中心組合響應面試驗設計及試驗結(jié)果見表2。

對表2中試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得二次多元回歸模型方程為：Y=72.34-0.18A+0.13B-0.67C+0.52D-0.047AB-0.7AC+0.91AD+1.25BC+0.23BD-1.66CD-2.25A2-3.47B2-2.66C2-3.04D2.

表1　中心組合試驗設計水平編碼

2.2.2超聲輔助提取山核桃油工藝模型方差分析及其顯著性檢驗

方差分析結(jié)果見表3，回歸方程系數(shù)顯著性檢驗見表4。

由表3和表4可知，模型極顯著（p＜0.000 1），相關系數(shù)R2=0.956 7，模型調(diào)整確定系數(shù)R2Adj=0.913 4，失擬項不顯著（p＞0.05），說明本試驗所得二次回歸方程高度顯著.該模型對試驗數(shù)據(jù)能進行較好地擬合，能很好地對響應值進行預測，其影響因素主次順序為料液比＞超聲功率＞提取時間＞提取溫度。刪除不顯著交互項，二次多元回歸模型方程可簡化為：Y=72.34-0.18A+0.13B-0.67C+0.52D+0.91AD+

表2　中心組合響應面試驗設計及試驗結(jié)果

1.25BC-1.66CD-2.25A2-3.47B2-2.66C2-3.04D2.

表3　方差分析結(jié)果

表4　回歸方程系數(shù)顯著性檢驗

2.2.3響應面分析和參數(shù)優(yōu)化

AD因素交互作用的響應面及等高線見圖5，BC因素交互作用的響應面及等高線見圖6，CD因素交互作用的響應面及等高線見圖7。

圖5　AD因素交互作用的響應面及等高線

由圖5可知，提取時間與超聲功率交互作用顯著。在提取時間一定時，山核桃油得率隨超聲功率的增加而先增加后減少；在提取時間延長時，隨著提取時間的推移，山核桃油得率增加幅度較大；但提取時間過長、超聲功率過大時，山核桃油得率反而降低。

圖6　BC因素交互作用的響應面及等高線

由圖6可知，山核桃油的得率隨提取溫度和料液比的增加，山核桃油得率呈現(xiàn)先明顯增大，后緩慢下降的趨勢。

圖7　CD因素交互作用的響應面及等高線

由圖7可知，料液比與超聲功率交互作用顯著。在料液比一定時，山核桃油得率隨超聲功率的增加而緩慢增加后減少；當超聲功率一定時也是如此。

為進一步確定最佳點，再對數(shù)學回歸模型求一階偏導，計算得出優(yōu)化條件為提取時間40.1 min，提取溫度34.95℃，料液比1∶7.83，超聲功率367.8 W，山核桃油脂得率理論預測值為67.95%?？紤]到實際可操作性，工藝參數(shù)調(diào)整為提取時間40 min，提取溫度35℃，料液比1∶7.8，超聲功率370 W。在此優(yōu)化條件下進行3組驗證性試驗，山核桃油脂得率平均值為67.63%。

2.3山核桃油脂肪酸組成的GC-MS分析

山核桃油經(jīng)甲酯化處理后進行GC-MS分析，形成的色譜峰通過NIST 05標準譜庫逐個進行檢索，解析出各峰相應的質(zhì)譜圖，并利用不做校正的峰面積歸一法確定各組分的相對含量。

山核桃油中脂肪酸組分及相對含量見表5。

由表5可知，山核桃油中主要含有棕櫚酸、亞油酸、油酸、α-亞麻酸、硬脂酸等7種脂肪酸，其中飽和脂肪酸6.8%，不飽和脂肪酸92.98%（單不飽和脂肪酸為67.7%，多不飽和脂肪酸為25.28%）。

表5　山核桃油中脂肪酸組分及相對含量

3　結(jié)論

采用山核桃仁為原料，測定粗脂肪含量平均值為68.85%；以正己烷為浸提溶劑，運用超聲波輔助方法提取山核桃油。在單因素試驗基礎上，采用響應面分析法進行工藝條件優(yōu)化，得到回歸模型方程：

Y=72.34-0.18A+0.13B-0.67C+0.52D+0.91AD+

1.25BC-1.66CD-2.25A2-3.47B2-2.66C2-3.04D2.

確定最佳提取工藝參數(shù)為提取時間40 min，提取溫度35℃，料液比1∶7.8，超聲功率370 W，此時山核桃油得率可達67.63%。所得山核桃油帶有淡淡香味，色澤透明，品質(zhì)較高。山核桃油經(jīng)GC-MS分析，其主要成分為油酸、亞油酸、棕櫚酸、α-亞麻酸，不飽和脂肪酸含量高達92.98%，具有較高的應用價值。

［1］彭湘蓮，付紅軍，聶小松.野生湖南山核桃的成分分析及營養(yǎng)評價 ［J］.食品工業(yè)，2012，33（5）：136-138.

［2］趙志剛.山核桃仁油中脂肪酸組成的分析及評價 ［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37（6）：2 473-2 474.

［3］俞春蓮，王正加，夏國華，等.10個不同品種的薄殼山核桃脂肪含量及脂肪酸組成分析 ［J］.浙江農(nóng)林大學學報，2013，30（5）：714-718.

［4］于敏，徐宏化，王正加，等.6個薄殼山核桃品種的形態(tài)及營養(yǎng)成分分析 ［J］.中國糧油學報，2013，28（12）：74-77.

［5］肖仁顯，陳中海，陳秋平，等.冷榨法、超臨界CO2萃取法和有機溶劑浸出法提取山核桃油比較 ［J］.食品科學，2012，33（20）：51-55.

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［8］寧宇，藺立杰，王豐俊.超聲波輔助提取核桃楸油及其脂肪酸分析 ［J］.食品科技，2014，39（10）：184-188.

［9］張麗，陳計巒，宋麗軍，等.響應面法優(yōu)化超聲波提取核桃油工藝的研究 ［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工（學刊），2009（11）：17-20.

［10］張麗，李雅雯，侯旭杰.響應面法優(yōu)化水酶法提取核桃油工藝及其細胞形態(tài)研究 ［J］.食品工業(yè)，2015，36（2）：88-93.◇

Optimization of Extraction Process of Carya Cathayensis Oil and Analysis of Fatty Acid Composition

YU Zhaoshuo1，DING Hongwu1，TANG Qi1，SHEN Xu1，PU Lingcao1，MA Chengjin1，2
（1.Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Utilization College of Hunan Province，Jishou Univerusity，Jishou，Hu'nan 416000，China；2.Institute of Food Science，Jishou University，Jishou，Hu'nan 416000，China）

Extraction of Carya cathayensis oil from Carya hunanensis assisted by ultrasound and n-hexane is studied.Effects of extraction time，extraction temperature，ratio of solid to liquid and ultrasonic power on the extraction rate are explored.The result show that the optimum extraction condition is obtained as follows：extraction time 40 min，extraction temperature 35℃，ratio of solid to liquid 1∶7.8，ultrasonic power 370 W.Under the optimal conditions，the extraction rate of Carya cathayensis oil is up to 67.63%.GC-MS is employed to analyze the components of fatty acid of the oil.The main components of Carya cathayensis oil are linoleic acid 67.62%，oleic acid 23.75%，linolenic acid 1.53%.

Carya cathayensis Oil；ultrasonic-assisted extraction；RSM；fatty acid composition

TS224.3

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.035

2015-10-21

吉首大學食品與生物類專業(yè)大學生創(chuàng)新訓練中心資助項目（JDCX2013-02）。

余兆碩（1995— ），男，在讀本科，研究方向為食物資源研究與利用。

麻成金（1963— ），男，碩士，教授，研究方向為食物資源研究與利用。