糖效應(yīng)輔助水劑法提取文冠果籽油工藝優(yōu)化及其特性分析

張 祎，胡珂青，何 夢(mèng)，于修燭，李 偉

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

油脂加工

糖效應(yīng)輔助水劑法提取文冠果籽油工藝優(yōu)化及其特性分析

張 祎，胡珂青，何 夢(mèng)，于修燭，李 偉

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

以文冠果籽為原料，探討糖效應(yīng)輔助水劑法提取文冠果籽油的最優(yōu)工藝條件，并對(duì)其脂肪酸組成及理化特性進(jìn)行分析。以提油率為考察指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)確定蔗糖濃度、液料比、提取溫度及提取時(shí)間對(duì)文冠果籽提油率的影響，采用響應(yīng)面中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化提油工藝條件。結(jié)果表明，糖效應(yīng)輔助水劑法提取文冠果籽油的最優(yōu)工藝條件為：蔗糖濃度1.2 mol/L，液料比5.4∶1，提取溫度64℃，提取時(shí)間210 min。在最優(yōu)工藝條件下，文冠果籽提油率為70.9%；所得文冠果籽油色澤亮黃，澄清透明，不飽和脂肪酸含量高達(dá)92.86%，酸值和過(guò)氧化值等理化指標(biāo)均符合GB 2716—2005《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。

文冠果籽油；糖效應(yīng)；水劑法；響應(yīng)面；理化特性

文冠果是我國(guó)特有的一種食用油料樹(shù)種[1]。其種仁含油率為60%～70%[2]，油中不飽和脂肪酸含量高達(dá)90% 以上，以油酸和亞油酸為主。文冠果籽油是預(yù)防和治療高血壓、血管硬化的經(jīng)濟(jì)保健食用油[3]。由于文冠果籽油含13種脂肪酸，C16～C18含量超過(guò)75%[4]，且無(wú)硫、氮等污染因子，因此其也被認(rèn)為是植物油中最有價(jià)值的生物柴油原料[5-6]。近年來(lái)，文冠果提油方法不斷創(chuàng)新發(fā)展，有機(jī)械冷榨法[7]、超聲波輔助溶劑法[8]、水酶法[9]、超臨界CO2萃取法[10]、熱鹽水法[11]和超聲鹽破乳輔助酶法[12]等。壓榨法存在餅粕殘油率高、蛋白質(zhì)變性嚴(yán)重、餅粕難以綜合利用等問(wèn)題；溶劑提取法設(shè)備投資大、生產(chǎn)控制安全性要求高；采用化學(xué)破乳的游離油回收率有一定提高，但其引入了鹽類(lèi)和有機(jī)溶劑，需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備和工藝去除這些雜質(zhì)，在一定程度上會(huì)增加提油的成本，降低油脂的品質(zhì)[13]。蔗糖水溶液具有破乳效應(yīng)和抗氧化性，能提高油脂的穩(wěn)定性及耐貯藏性[14]，且蔗糖成分天然安全，來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜，可降低提油成本。因此，本研究采用糖效應(yīng)輔助水劑法提油，以文冠果籽為原料，利用蔗糖溶液與原料混合攪拌離心提取文冠果籽油；確定蔗糖濃度、液料比、提取溫度等因素對(duì)提油率的影響，通過(guò)響應(yīng)面法對(duì)提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)文冠果籽油的理化特性及脂肪酸組成進(jìn)行分析，以期為文冠果籽油的提取提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

文冠果籽購(gòu)于甘肅省景泰縣，挑選無(wú)蟲(chóng)害、顆粒飽滿(mǎn)完整的文冠果籽作為試驗(yàn)原料。石油醚(沸程30～60℃)，異辛烷，Na2S2O3溶液(使用前標(biāo)定)，淀粉溶液，飽和KI溶液，韋氏試劑，氫氧化鉀-乙醇溶液，酚酞指示劑，鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，乙醚-95%乙醇(1∶1)；蔗糖(市售白砂糖)。

1.1.2 儀器與設(shè)備

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 文冠果籽油提取工藝

將清洗干凈的文冠果籽在105℃烘箱中烘烤30 min，經(jīng)冷卻、去殼，得到文冠果籽仁；通過(guò)預(yù)試驗(yàn)用粉碎機(jī)將干燥的文冠果籽仁粉碎，過(guò)40目篩，按一定液料比將適當(dāng)濃度的蔗糖溶液加入粉料中，在一定溫度下攪拌；漿料在轉(zhuǎn)速3 800 r/min下離心15 min，取上層清油，即可得到澄清透明的文冠果籽油。按下式計(jì)算提油率。

1.2.2 文冠果籽仁中粗脂肪含量的測(cè)定

取飽滿(mǎn)的文冠果籽粒去殼，粉碎機(jī)粉碎，取適量粉碎樣品，用濾紙包好放入索氏提取器中，加入適量的石油醚抽提8 h，蒸干回收石油醚，平行測(cè)定3次，測(cè)得文冠果籽粗脂肪含量為61.5%。

1.2.3 文冠果籽油理化特性的測(cè)定

聽(tīng)?wèi)T了汽車(chē)的響聲，看厭了城市的高樓大廈，偶爾也來(lái)農(nóng)村體驗(yàn)一下平凡有趣的鄉(xiāng)村生活。鄉(xiāng)村生活多姿多彩；在河里嬉戲，捉魚(yú)；在路旁摘野果；在院子里捉雞斗狗……令我難忘的就是捉雞了。

水分及揮發(fā)物含量測(cè)定，參照GB/T 5528—2008；酸值測(cè)定，參照GB/T 5530—2005；碘值測(cè)定，參照GB/T 5532—2008；皂化值測(cè)定，參照GB/T 5534—2008；相對(duì)密度測(cè)定，參照GB/T 5526—2008；折光指數(shù)測(cè)定，參照GB/T 5527—2008；過(guò)氧化值測(cè)定，參照GB/T 5538—2005；羅維朋色澤測(cè)定，參照GB/T 22460—2008。

1.2.4 文冠果籽油脂肪酸組成的測(cè)定

采用GB/T 17376—2008中的酯交換法制備脂肪酸甲酯，脂肪酸組成測(cè)定參照參考文獻(xiàn)[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 蔗糖濃度對(duì)提油率的影響

在提取溫度85℃、液料比6∶1、提取時(shí)間210 min條件下，考察蔗糖濃度對(duì)提油率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 蔗糖濃度對(duì)提油率的影響

由圖1可知，隨著蔗糖濃度的提高，提油率逐漸提高，在蔗糖濃度為1.0 mol/L時(shí)，提油率達(dá)到最大。而后蔗糖濃度升高，提油率下降。原因可能是蔗糖的加入增加了油、水兩相的密度差，使內(nèi)相水析出較快，另外，蔗糖增加了油、水兩相的極性差，使油在水中的溶解度降低，有利于加速油水分離過(guò)程[15-16]；但當(dāng)蔗糖濃度繼續(xù)增大，提取液黏度增加，油脂分子不容易被釋放出來(lái)，并且阻礙乳狀小液滴聚結(jié)形成大液滴[17-18]，降低油水分離的效果，此外，提取液黏度增大導(dǎo)致粘附現(xiàn)象嚴(yán)重，會(huì)造成一定損失。因此，確定蔗糖濃度為1.0 mol/L。

2.1.2 液料比對(duì)提油率的影響

在提取溫度85℃、蔗糖濃度1.0 mol/L、提取時(shí)間210 min條件下，考察液料比對(duì)提油率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 液料比對(duì)提油率的影響

由圖2可知，隨著液料比的增加，提油率逐漸提高，在液料比為6∶1時(shí)，提油率達(dá)到最大。而后液料比增加，提油率下降。原因是剛開(kāi)始液料比增加，有利于增加蔗糖分子與油料的接觸面積，在攪拌的作用下，使提取液與油料混合得更加均勻，有利于提高提油率；但液料比繼續(xù)增加，水分含量增多，會(huì)出現(xiàn)一定乳化現(xiàn)象。因此，確定液料比為6∶1。

2.1.3 提取溫度對(duì)提油率的影響

在蔗糖濃度1.0 mol/L、液料比6∶1、提取時(shí)間210 min條件下，考察提取溫度對(duì)提油率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 提取溫度對(duì)提油率的影響

由圖3可知，隨著提取溫度的升高，提油率逐漸提高，在提取溫度為85℃時(shí)，提油率達(dá)到最大。而后提取溫度升高，提油率下降。原因是溫度升高，使蔗糖分子和油脂分子的動(dòng)能增加，促進(jìn)了分子之間的擴(kuò)散作用，增加了油脂分子和溶劑分子的接觸碰撞機(jī)會(huì)，從而擊破油水界面膜，使其穩(wěn)定性大大降低，發(fā)生絮凝、聚結(jié)而破乳[17]，提油率提高；溫度繼續(xù)升高，造成糖溶液中水分蒸發(fā)，使提取液濃縮，增加提取液黏度，不利于油脂分子的釋放和乳狀小液滴的聚結(jié)，使得提油率下降。因此，確定提取溫度為85℃。

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)提油率的影響

在蔗糖濃度1.0 mol/L、液料比6∶1、提取溫度85℃條件下，考察提取時(shí)間對(duì)提油率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，文冠果籽提油率略有提高，但變化不大。當(dāng)提取時(shí)間從180 min延長(zhǎng)到240 min時(shí)，提油率的變化不明顯。提取時(shí)間超過(guò)210 min后提油率變化較小。考慮到能耗和成本問(wèn)題，確定提取時(shí)間為210 min。

圖4 提取時(shí)間對(duì)提油率的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

當(dāng)提取時(shí)間超過(guò)210 min后，提取時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)文冠果籽提油率的影響較小。因此，在響應(yīng)面試驗(yàn)中，固定提取時(shí)間為210 min，僅對(duì)蔗糖濃度、液料比、提取溫度3個(gè)主要影響因素進(jìn)行試驗(yàn)分析。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以蔗糖濃度(X1)、液料比(X2)、提取溫度(X3)為自變量，提油率(Y)為響應(yīng)值，展開(kāi)三因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，建立最小二乘法擬合二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型，利用此模型預(yù)測(cè)糖效應(yīng)輔助水劑法提取文冠果籽油的最佳工藝條件。因素水平編碼見(jiàn)表1，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 因素水平編碼

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

比較回歸方程中一次項(xiàng)系數(shù)的絕對(duì)值，3個(gè)因素影響作用的大小順序依次為提取溫度、蔗糖濃度和液料比。表3為回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)。

表3 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

注：**表示差異極顯著(P<0.01)；*表示差異顯著(P<0.05)。

圖5 蔗糖濃度與液料比對(duì)提油率的影響

圖6 液料比與提取溫度對(duì)提油率的影響

由圖5可知，等高線(xiàn)呈橢圓形，說(shuō)明兩因素X1(蔗糖濃度)和X2(液料比)交互作用顯著，與表3中X1X2項(xiàng)的P值顯著性結(jié)果相符合；當(dāng)蔗糖濃度不變時(shí)，隨著液料比增大，提油率先增加后減??；當(dāng)液料比不變時(shí)，隨著蔗糖濃度的增大，提油率先增加后減小。由圖6可知，提取溫度對(duì)提油率影響顯著，響應(yīng)面變化趨勢(shì)陡峭；等高線(xiàn)呈橢圓形，說(shuō)明兩因素X2(液料比)和X3(提取溫度)交互作用較強(qiáng)，對(duì)提油率影響顯著；當(dāng)液料比不變時(shí)，隨著提取溫度的升高，提油率先增加后減小；當(dāng)提取溫度不變時(shí)，隨著液料比的增大，提油率先增加后減小。

2.3 參數(shù)優(yōu)化與驗(yàn)證

通過(guò)DPS 7.5軟件分析，將最優(yōu)組合方案定為：蔗糖濃度1.2 mol/L，液料比5.4∶1，提取溫度64℃。按此工藝條件進(jìn)行5次驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果取平均值，實(shí)際測(cè)得提油率為70.9%，與理論預(yù)測(cè)值70.4%接近，驗(yàn)證值與預(yù)測(cè)值誤差在±1%以?xún)?nèi)，進(jìn)一步驗(yàn)證了數(shù)學(xué)回歸模型合理性，說(shuō)明本研究?jī)?yōu)化得到的文冠果籽油提取工藝參數(shù)是可靠的，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

2.4 糖效應(yīng)輔助水劑法提取文冠果籽油的理化指標(biāo)(見(jiàn)表4)

表4 文冠果籽油理化指標(biāo)

由表4可知，糖效應(yīng)輔助水劑法提取的文冠果籽油色澤亮黃，澄清透明，有文冠果籽油固有的氣味和滋味；酸值和過(guò)氧化值都在GB 2716—2005《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》范圍內(nèi)(酸值(KOH)≤3 mg/g;過(guò)氧化值≤19.7 meq/kg)；碘值(I)為132.3 g/100 g，說(shuō)明文冠果籽油中不飽和脂肪酸含量較高。因此，糖效應(yīng)輔助水劑法提油工藝可行，此工藝提取的文冠果籽油品質(zhì)較好。

2.5 文冠果籽油脂肪酸組成及含量分析

采用氣相色譜分析在優(yōu)化條件下所提取的文冠果籽油的脂肪酸組成及含量，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 文冠果籽油脂肪酸組成及含量

由表5可知，采用糖效應(yīng)輔助水劑法提取的文冠果籽油中不飽和脂肪酸含量為92.86%，說(shuō)明文冠果籽油具有很高的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值。本方法與熱鹽水法[11]、超聲鹽破乳輔助酶法[12]所提取的文冠果籽油分析結(jié)果相近，對(duì)比不同方法提取的文冠果籽油中油酸和亞油酸含量(索氏提取69.92%[19]，超聲波法62.31%[19]，微波法63.96%[19]，熱鹽水法74.62%[11])發(fā)現(xiàn)，糖效應(yīng)輔助水劑法提取的文冠果籽油中油酸和亞油酸含量較高，為77.35%。由此，糖效應(yīng)輔助水劑法提油工藝具有可行性，其應(yīng)用前景廣闊。

3 結(jié) 論

通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析，得到糖效應(yīng)輔助水劑法提取文冠果籽油的最優(yōu)工藝條件為：蔗糖濃度1.2 mol/L，液料比5.4 ∶1，提取溫度64℃，提取時(shí)間210 min。在最優(yōu)工藝條件下，提油率為70.9%。各因素對(duì)提油率影響強(qiáng)弱次序?yàn)樘崛囟?蔗糖濃度>液料比，其中蔗糖濃度與液料比之間、液料比與提取溫度之間交互作用顯著。在最優(yōu)工藝條件下提取的文冠果籽油酸值和過(guò)氧化值等理化指標(biāo)符合GB 2716—2005《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，其主要脂肪酸為棕櫚酸(5.24%)、油酸(32.64%)、亞油酸(44.71%)、硬脂酸(1.92%)、11-二十碳烯酸(7.02%)、芥酸(8.49%)，其中油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸含量為92.86%，具有很高的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值。糖效應(yīng)輔助水劑法提油條件溫和、工藝簡(jiǎn)單、成本較低，具有較好的推廣價(jià)值。

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Sugar effect-assisted aqueous extraction ofXanthocerassorbifoliaseed oil and its properties analysis

ZHANG Yi，HU Keqing，HE Meng，YU Xiuzhu，LI Wei

(College of Food Science and Engineering，Northwest A & F University，Yangling 712100，Shaanxi，China)

WithXanthocerassorbifoliaseed as raw material，the optimal process conditions of sugar effect-assisted aqueous extraction ofXanthocerassorbifoliaseed oil were investigated and the fatty acid composition and physicochemical properties of the oil were analyzed.With oil extraction rate as index，the effects of sucrose concentration，ratio of liquid to material，extraction temperature and extraction time were studied by single factor experiment, and the oil extraction process conditions were optimized by response surface central composite design experiment. The results showed that the optimal conditions of sugar effect-assisted aqueous extraction ofXanthocerassorbifoliaseed oil were obtained as follows：sucrose concentration 1.2 mol/L，ratio of liquid to material 5.4∶1, extraction temperature 64℃ and extraction time 210 min.Under these conditions，the oil extraction rate reached 70.9%.TheXanthocerassorbifoliaseed oil obtained was bright yellow and transparent.The content of unsaturated fatty acids was 92.86%，and its physicochemical indexes such as acid value and peroxide value met the requirement of GB 2716—2005.

Xanthocerassorbifoliaseed oil; sugar effect; aqueous extraction; response surface methodology; physicochemical property

2016-03-29；

2016-10-02

陜西省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(2201610712041)

張 祎 (1993)，女，在讀本科，研究方向?yàn)橛椭c植物蛋白(E-mail)zhyhrw@163.com。

于修燭，副教授，博士(E-mail)xiuzhuyu1004@hotmail.com。

TS224.4；TQ644.1

A

1003-7969(2017)01-0001-05