百香果果籽油提取工藝優(yōu)化及其調(diào)和油的調(diào)配研究

寧 芯 韋 靜 黎梓玉 彭艷華 羅 弦 羅志輝 陳 淵 陳麗娜 杜 偉 汪 磊

(廣西農(nóng)產(chǎn)資源化學(xué)與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，玉林 537000)(廣西高校桂東南特色農(nóng)產(chǎn)資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，玉林 537000)(玉林師范學(xué)院化學(xué)與食品科學(xué)學(xué)院3，玉林 537000)(益海嘉里(武漢)糧油工業(yè)有限公司4，武漢 430040)(廣西宏邦食品有限公司5，玉林 537400)

百香果，又名西番蓮(Passifloraedulis)，是一種原產(chǎn)于南美洲的亞熱帶芳香型水果，營(yíng)養(yǎng)豐富，且兼具保健和食療功效[1，2]。百香果含有38種脂類揮發(fā)性芳香成分，特殊香味十分濃郁，具有“飲料味精”的美譽(yù)[3-4]，常用來(lái)加工成各類飲料。百香果飲料加工過(guò)程中產(chǎn)生大量的加工副產(chǎn)品，主要有果皮和果籽，其中百香果果籽約占果實(shí)質(zhì)量的6%～12%[5]。百香果果籽中含有約30%的脂肪[5,6]，還富含生育酚、類胡蘿卜素和酚類化合物等多種抗氧化活性成分[5,7]，是一種優(yōu)質(zhì)的植物油資源。然而，百香果果籽在實(shí)際加工過(guò)程中往往粉碎后直接丟棄，未得到充分利用[8]。

油脂工業(yè)提取常采用壓榨法和有機(jī)溶劑浸提法。超聲波是一種綠色、清潔的提取技術(shù)，通過(guò)超聲波機(jī)械振動(dòng)在液體介質(zhì)中產(chǎn)生空穴效應(yīng)強(qiáng)化萃取效果，具有提取時(shí)間短、效率高、成本低和降低高溫對(duì)提取物的影響等優(yōu)點(diǎn)[9，10]，廣泛用于油脂[11]、酚類物質(zhì)[12]、蛋白質(zhì)[13]、精油[14]和多糖[15，16]等物質(zhì)的提取。

本研究以百香果果籽為原料，優(yōu)化超聲波輔助溶劑法浸提百香果果籽油工藝，檢測(cè)百香果果籽油脂肪酸組成，并根據(jù)食用調(diào)和油標(biāo)準(zhǔn)Q/BAAK0012S設(shè)計(jì)百香果果籽食用調(diào)和油配方。研究結(jié)果有利于推動(dòng)百香果加工副產(chǎn)品的深加工水平，提高百香果產(chǎn)業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫香百香果由企業(yè)提供，正己烷、石油醚、乙醚、氫氧化鉀、甲醇均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9146A鼓風(fēng)干燥機(jī)；FW110萬(wàn)能粉碎機(jī)；KQ5200DE超聲波清洗器；RE-2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；GC-2010氣相色譜儀。

1.3 方法

1.3.1 百香果果籽的制備

百香果洗凈后沿果實(shí)縱徑切開(kāi)，取汁過(guò)濾分離果籽，再將百香果果籽用清水充分洗凈，置于鼓風(fēng)干燥機(jī)中，50 ℃烘干至恒重。樣品置于塑料袋中4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 百香果果籽油提取方法

百香果果籽粉碎，精確稱取10.0 g樣品放入三角瓶中，加入一定量的正己烷，然后置于超聲波裝置中，設(shè)置好超聲功率，一定溫度下超聲一定時(shí)間，然后4 000 r/min離心10 min，收集上清液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收溶劑，將百香果果籽油置于鼓風(fēng)干燥箱中50 ℃烘4 h，充分去除殘余溶劑，然后稱量果籽油的重量[17]。

百香果果籽油得率=百香果果籽油質(zhì)量/10×100%

1.3.3 百香果果籽油脂肪酸組成測(cè)定

稱取100～250 mg油樣，精確至1 mg，裝入25 mL具塞容量瓶中，加入石油醚-乙醚溶液約2 mL，稍事振搖，待油樣溶解后，再加入氫氧化鉀-甲醇溶液約1 mL，混勻，在室溫下放置約30 min，再沿瓶壁加入水，靜置，待分層，吸取上清液1 μL進(jìn)行氣相色譜測(cè)定[18]。

色譜條件：色譜柱，SP-2560彈性石英毛細(xì)管柱(100 m×0.25 mm，0.20 μm)；程序升溫，初始溫度175 ℃，以2.5 ℃/min的速率升至230 ℃，保持3 min，以1.0 ℃/min升至235 ℃，保持1 min；氫氣流速35 mL/min；進(jìn)樣口溫度230 ℃；進(jìn)樣量2 μL；分流比100∶1。

1.3.4 單因素實(shí)驗(yàn)

本研究分別以超聲功率(120、140、160、180、200 W)、料液比(1∶4、1∶8、1∶12、1∶16、1∶20 g/mL)、超聲溫度(35、40、45、50、55 ℃)和超聲時(shí)間(10、20、30、40、50 min)為影響因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，研究上述因素對(duì)百香果果籽油得率的影響。

1.3.5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken中心組合設(shè)計(jì)(BBD)的實(shí)驗(yàn)原理，以百香果果籽油得率為響應(yīng)值，選取對(duì)百香果果籽油得率有顯著性影響的超聲功率、料液比、超聲溫度和超聲時(shí)間 4個(gè)因素為自變量，采用4因素3水平的響應(yīng)面分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化超聲波輔助溶劑法浸提百香果果籽油工藝。響應(yīng)面因素水平編碼表見(jiàn)表1。

表1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)因素和水平

1.4 統(tǒng)計(jì)處理

所有數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel軟件、SPSS軟件和Designer expert軟件進(jìn)行處理和分析。其中，顯著性分析采用Duncan檢驗(yàn)，P>0.05判定為變化不顯著，P<0.05判定為變化顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 超聲功率

超聲功率對(duì)百香果果籽油得率有顯著性影響(圖1)。超聲功率越大，空化作用和機(jī)械作用越強(qiáng)烈，促進(jìn)了細(xì)胞壁的破碎，大大加快了粒子的運(yùn)動(dòng)速度，進(jìn)而增加油脂分子和溶劑間相互碰撞的概率，提高油脂得率，在超聲功率160 W時(shí)得率最大。之后，百香果果籽油得率隨超聲功率的繼續(xù)增大而降低，其主要原因是過(guò)大的超聲強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，阻礙超聲波在液體內(nèi)部傳播，從而使超聲波散射衰減，降低了空化強(qiáng)度，導(dǎo)致百香果果籽油浸提效果下降[19]。

圖1 單因素對(duì)百香果果籽油得率的影響

2.1.2 料液比

濃度差是浸出成分在擴(kuò)散階段的的主要推動(dòng)力。料液比越大，固液相濃度差隨之增大，增加了傳質(zhì)推動(dòng)力[20]，有利于果籽油從固相擴(kuò)散到液相，從而提高了百香果果籽油得率(圖1)。料液比增大到1∶16 g/mL時(shí)，果籽油得率趨向穩(wěn)定。繼續(xù)增加浸提溶劑用量，會(huì)造成溶劑回收困難和生產(chǎn)成本增加。

2.1.3 超聲溫度

一定溫度范圍內(nèi)，提高浸提溫度有利于加劇溶劑分子和油脂分子的運(yùn)動(dòng)速率，同時(shí)降低溶劑和油脂的黏度，減小傳質(zhì)阻力，從而提高油脂得率。當(dāng)超聲溫度超過(guò)50 ℃以后，百香果果籽油得率顯著下降，這是由于正己烷在超聲波作用下，揮發(fā)作用會(huì)增大，降低了液固比，同時(shí)正己烷表面的飽和蒸氣壓增加，抑制了超聲波的空化作用[21]。此外，較高溫度條件下，正己烷的表面張力減小，也不利于溶質(zhì)的浸出[22]。

2.1.4 超聲時(shí)間

固液相濃度差是超聲波輔助溶劑法提取油脂的主要推動(dòng)力，在提取的初期，有效成分濃度差最大，隨著時(shí)間的增加，油脂不斷的溶出，溶劑中的油脂與百香果果籽中的油脂濃度差不斷減小。達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后，長(zhǎng)時(shí)間作用下，由于提取溶劑的損耗揮發(fā)和對(duì)于油脂夾帶作用[23]，造成百香果果籽油得率有略微下降趨勢(shì)。

綜合考慮，選超聲功率160 W、料液比1∶16g/mL、超聲溫度40 ℃和超聲時(shí)間30 min作為響應(yīng)面的中心點(diǎn)。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助溶劑法提取百香果果籽油工藝

2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以百香果果籽油得率為響應(yīng)值，選取超聲功率、料液比、超聲溫度、超聲時(shí)間為影響因素，進(jìn)行四因素三水平的響應(yīng)面分析，實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

續(xù)表

2.2.2 回歸方程方差分析

利用Design-expert對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合，得到以百香果果籽油得率Y為目標(biāo)函數(shù)的預(yù)測(cè)模型：

Y=24.04-0.31A+0.22B-0.72C-0.26D-0.075AB-0.60AC-0.050AD-0.23BC+0.70BD-0.58CD-0.65A2-0.11B2-0.71C2-0.54D2

2.2.3 模型及回歸方程系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)

對(duì)回歸模型方差進(jìn)行分析，具體結(jié)果見(jiàn)表3。該模型的P值<0.000 1，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)選用的二次多項(xiàng)模型極顯著。失擬項(xiàng)P值=0.511 3>0.05，不顯著，模型相關(guān)系數(shù)R2=0.934 0，說(shuō)明擬合程度良好，實(shí)驗(yàn)誤差小，可以用本模型來(lái)預(yù)測(cè)百香果果籽油的得率。各因素顯著性程度依次為：超聲溫度>超聲功率>超聲時(shí)間>料液比。

表3 回歸方程方差分析

注：**差異極顯著，P<0.01；*差異顯著，P<0.05；差異不顯著，P>0.05。

2.2.4 最佳浸提工藝條件的驗(yàn)證結(jié)果

對(duì)回歸模型進(jìn)行數(shù)學(xué)分析得到超聲波輔助溶劑法浸提百香果果籽油的最佳工藝參數(shù)為超聲功率162.6 W、料液比1∶16 g/mL，超聲溫度35 ℃，超聲時(shí)間39.26 min，此條件下百香果果籽油得率為24.9%?？紤]到實(shí)際操作情況，將上述工藝參數(shù)調(diào)整為超聲功率160 W、料液比1∶16 g/mL，超聲溫度35 ℃，超聲時(shí)間39.3 min，此條件下百香果果籽油得率為24.7%，與預(yù)測(cè)值擬合性良好，說(shuō)明結(jié)果具有可靠性。

2.3 百香果果籽調(diào)和油的配制

百香果果籽油經(jīng)甲酯化處理，采用氣相色譜法分析其脂肪酸組成。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行定性分析，并采用峰面積歸一化法測(cè)定各組成的相對(duì)含量，百香果果籽油的主要脂肪酸組成見(jiàn)表4。結(jié)果表明：百香果果籽油共檢出15種脂肪酸，主要由亞油酸、油酸和棕櫚酸組成，不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)87.66%，其中亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為69.57%，反式脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%。亞油酸是人體必需脂肪酸，具有預(yù)防動(dòng)脈粥狀硬化、高血壓和高膽固醇等功效。百香果果籽油是一種典型的高亞油酸型油脂，有較高的營(yíng)養(yǎng)和食用價(jià)值。

表4 百香果果籽油的主要脂肪酸組成

食用油提供人體所需約50%的脂肪酸，因此，食用油與人體的營(yíng)養(yǎng)和健康有著密切的關(guān)系，單一食用油往往達(dá)不到脂肪酸均衡的要求。食用調(diào)合油采用兩種及以上食用植物油調(diào)和制成，改變了原料油的脂肪酸組成及有益伴隨物的含量，營(yíng)養(yǎng)成分搭配合理，比單一食用油更有優(yōu)勢(shì)，有利于增進(jìn)人體健康，改善食用油脂品質(zhì)，開(kāi)發(fā)新型油脂制品[24]，百香果果籽調(diào)和油見(jiàn)表5。

表5 百香果果籽調(diào)和油

參照食用調(diào)和油標(biāo)準(zhǔn)(Q/BAAK0012S)，以大豆油、菜籽油、百香果果籽油等為主要原料設(shè)計(jì)百香果果籽調(diào)和油配方：大豆油56.5%、菜籽油20.9%、百香果果籽油10.0%、玉米油3.0%、葵花籽油3.0%、花生油6.0%、芝麻油0.6%。該調(diào)和油飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸、n-3多不飽和脂肪酸、n-6多不飽和脂肪酸、反式脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為13.876%、33.85%、50.657%、4.735%、45.898%、1.617%，能較好的滿足人體脂肪酸攝入需求，有利于人體健康。

3 結(jié)論

以正己烷為提取溶劑，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助溶劑法浸提百香果果籽油工藝，得出最佳工藝條件為：超聲功率160 W、料液比1∶16 g/mL，超聲溫度35 ℃，超聲時(shí)間39.3 min，該條件下，百香果果籽油得率為24.7%。

百香果果籽油主要由亞油酸(69.57%)、油酸(17.14%)和棕櫚酸(9.75%)組成，是一種典型的高亞油酸型油脂，不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)87.66%，有較高的營(yíng)養(yǎng)和食用價(jià)值。

設(shè)計(jì)了百香果果籽調(diào)和油配方為：大豆油56.5%、菜籽油20.9%、百香果果籽油10.0%、玉米油3.0%、葵花籽油3.0%、花生油6.0%、芝麻油0.6%。該調(diào)和油較好的滿足人體脂肪酸攝入需求，有利于人體健康。