超聲細(xì)胞破碎提取白果油工藝研究

鄭皓遠(yuǎn)，趙再貴

（1. 三明學(xué)院 資源與化工學(xué)院，福建 三明365004；2. 藥用植物開(kāi)發(fā)利用福建省高校工程研究中心，福建 三明365004）

銀杏又名白果，是我國(guó)特有的多用途珍稀植物，也是我國(guó)古老珍貴的樹(shù)種之一。銀杏在我國(guó)各地均有栽培，但主要分布在江蘇、浙江、廣西、河南、貴州等地。而白果其實(shí)是銀杏果實(shí)的果核，其核仁為可食用部分，但有微毒，不可生吃。白果是我國(guó)傳統(tǒng)藥食同源植物之一，現(xiàn)被收錄于藥食同源目錄，是國(guó)家認(rèn)可的食物、藥材雙用植物。白果具有斂肺平喘、除濕、抑菌殺菌等多種保健功效，對(duì)心臟病、高血壓、癌癥、糖尿病等病癥也有較好的防治作用。白果油是以白果為原料，通過(guò)高溫壓榨等方式提取出來(lái)的植物油，主要成分為多種不飽和脂肪酸，包括銀杏酸、白果酚、脂固醇等多種健康物質(zhì)。白果油的油酸含量高達(dá)83%，遠(yuǎn)高于花生油的48%、芝麻油的39%，被稱為植物油油酸含量之最。被認(rèn)為是比橄欖油還要健康的植物油，可作為一種良好的食用油脂替代品。但目前為止我國(guó)的白果油工業(yè)提取還停留在粗加工階段，主要出油方式以高溫壓榨為主。這樣的加工方式不僅出油率低、利潤(rùn)低廉，對(duì)白果原料的浪費(fèi)也十分明顯［1-5］。如果能對(duì)白果油的提取技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，發(fā)展前景是十分可期的。

目前我國(guó)對(duì)白果油脂方面的研究十分稀少，其中大部分都是對(duì)油脂成分的分析，最佳提取工藝的優(yōu)化以及低溫條件油脂的提取效率等［6-10］，少有涉及對(duì)具體實(shí)驗(yàn)步驟的探究、儲(chǔ)存烘干時(shí)間以及不同提取方式對(duì)白果含油量的影響等。比較磁力攪拌輔助提取白果油脂是否可以作為測(cè)量白果粗脂肪含量測(cè)定的常用實(shí)驗(yàn)方式，以及超聲波破碎輔助提取白果油脂能否真正提高白果的出油率［11-12］；同時(shí)，在白果的處理上，探究為什么白果一般均要在40℃的條件下鼓風(fēng)烘干48 h 才能去殼去除紅衣，如果去殼發(fā)生改變會(huì)對(duì)白果的出油率產(chǎn)生什么影響？這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將進(jìn)一步補(bǔ)充對(duì)白果粗脂肪提取的工藝研究中的空白，為將來(lái)白果油提取工藝的產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供參考依據(jù)。根據(jù)白果的品種和產(chǎn)地不同，含油量的差距也很大，但主要集中在3.6%～11%之間。傳統(tǒng)獲得植物油脂的主要方式是加熱壓榨法［13-14］，但這種針對(duì)含油量巨大的花生等植物開(kāi)發(fā)壓榨工藝，對(duì)含油量低下的白果樹(shù)顯然并不適用（花生的出油率一般在40%～50%之間）。目前比較流行用超臨界萃取等方式測(cè)定和優(yōu)化白果的油脂含量以及工藝流程。超臨界萃取的優(yōu)點(diǎn)是用時(shí)少、效率高、出油率大，但缺點(diǎn)也很明顯，就是實(shí)驗(yàn)成本高、實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，一般的本科院校也少有能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的全套設(shè)施。因此本文主要探討的是索氏提取法、磁力攪拌輔助提取法和超聲波破碎輔助提取法對(duì)白果在不同提取條件下的出油率產(chǎn)生的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 白果原材料的預(yù)處理

實(shí)驗(yàn)采用的材料均為網(wǎng)購(gòu)的江蘇泰州大佛指白果，經(jīng)烘干去殼去除紅衣后，選擇色澤均勻，厚黑發(fā)亮，果肉飽滿的研磨成粉末狀備用。去除干癟、發(fā)霉、色澤不均勻果實(shí)。白果去殼前的鼓風(fēng)烘干時(shí)間根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求分為5 個(gè)組，0 h 組，24 h 組，48 h 組，60 h 組，72 h 組。每組的白果粉末準(zhǔn)備3 份，通過(guò)索氏提取法測(cè)量最大含油量。

1.2 試驗(yàn)改良概念

實(shí)驗(yàn)探究分別為磁力攪拌輔助提取法、索氏提取結(jié)合超聲波破碎輔助提取法。其中索式提取法又名連續(xù)提取法、索氏抽提法，是從固體物質(zhì)中萃取化合物的一種方法。索氏提取法還可用于粗脂肪含量的測(cè)定。脂肪廣泛存在于許多植物的種子和果實(shí)中，測(cè)定脂肪的含量可以作為鑒別其品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)指標(biāo)。國(guó)內(nèi)外普遍采用抽提法，其中索氏抽提法（Soxhlet extractor method）是公認(rèn)的經(jīng)典方法，也是我國(guó)糧油分析首選的標(biāo)準(zhǔn)方法。此法花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，在實(shí)驗(yàn)室多采用脂肪提取器（索氏提取器）來(lái)提取，磁力攪拌提取配合索氏提取器用來(lái)探究測(cè)定白果的最大含油量。磁力攪拌輔助提取一般是在測(cè)量植物蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中脫脂用的，在本實(shí)驗(yàn)中將其略做改動(dòng)，配合索氏提取器用來(lái)測(cè)定白果的含油量。操作步驟如下：將白果粉末溶于石油醚之中，經(jīng)攪拌過(guò)濾得到含有油脂的石油醚混合液，再經(jīng)過(guò)索氏提取器提取回收石油謎，測(cè)定白果的含油量。超聲波輔助提取則是通過(guò)超聲波的空化效應(yīng)破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，從而提高出油率。

1.3 出油率設(shè)計(jì)

白果在去外殼前一般會(huì)連殼鼓風(fēng)烘干48 h，再去殼徹底鼓風(fēng)烘干。為探究提前去殼對(duì)白果含油量的影響，這里設(shè)置了5 個(gè)對(duì)照組。去殼時(shí)間分別為在40 ℃烘干0 h，24 h，48 h，60 h，72 h。去殼后的白果繼續(xù)在40 ℃的條件下鼓風(fēng)烘干直到去除全部水分。風(fēng)干的白果去除風(fēng)衣可比較白果色澤。0 h 組的白果風(fēng)衣較難除去，且顏色分布不均勻，棕色的果肉中常常夾雜中大塊的白斑，24 h 組的白果也有1/3的夾雜著白斑，但斑點(diǎn)較小。而48 h 組風(fēng)衣較好除去，含有白斑的白果十分稀少，通體為棕色，色澤均勻。60 h 組和72 h 組則幾乎沒(méi)有白斑。將不同去殼時(shí)間的白果分別研碎成細(xì)粉狀，用電子天平準(zhǔn)確稱取3.000 g。將稱取得白果粉末用濾紙包扎，標(biāo)記備用。

對(duì)索氏提取器進(jìn)行氣密性檢測(cè)，確定氣密性良好之后，將其洗凈，至于鼓風(fēng)烘干器中120 ℃條件下連續(xù)烘干2 h。烘干的蛇形管、脂肪瓶、提取管中均沒(méi)有水滴殘留。待索氏提取器冷卻至室溫，用電子天平準(zhǔn)確稱量脂肪瓶的重量，經(jīng)多次稱量重量不再發(fā)生改變的重量記為g1。取80 mL 石油醚于脂肪瓶中，將備用的白果粉末樣品（質(zhì)量為g0）放進(jìn)提取器中，固定索氏提取器，通水，置在55℃的恒溫水浴鍋中開(kāi)始計(jì)時(shí)加熱。脂肪瓶中的石油醚受熱沸騰蒸發(fā)，遇水冷凝重新流入提取管中。當(dāng)提取管中的石油醚累積到一定高度時(shí)，會(huì)在壓力的作用下將提取管中的所有石油醚重新壓回脂肪瓶中（虹吸現(xiàn)象）。虹吸大約每18 min 發(fā)生1 次。保持這樣的速度，連續(xù)抽提12 h。12 h 后，更換脂肪瓶和石油醚繼續(xù)抽提4 h。利用索氏提取器在虹吸發(fā)生前將石油醚回收，在脂肪瓶中只留下少量的黃色混合液體。將脂肪瓶放入120℃的鼓風(fēng)烘干器中2 h，取出，等脂肪瓶冷卻至常溫后進(jìn)行稱量，經(jīng)多次稱量重量不改變得脂肪瓶加白果油重量為g2。出油率可根據(jù)公式計(jì)算

運(yùn)用索氏提取法對(duì)樣品白果連續(xù)提取16 h 得到一個(gè)出油率1 后，更換脂肪瓶，溶劑再次抽提4 h 并根據(jù)公式1 計(jì)算得出油率2。若出油率2 為0，則最大出油率為1，若出油率2 不為0，則再次更換脂肪瓶和溶劑抽提4 h 得出油率3，若出油率3 為0，則最大出油率為出油率1+出油率2，若不為0，則再次更換脂肪瓶和溶劑……，依次類推。因此對(duì)最大出油率測(cè)定經(jīng)合理化后以含油率1 為最大出油率。出油率=油脂質(zhì)量/樣品白果質(zhì)量×100%，油脂提取率=當(dāng)前出油率/最大出油率×100%。

1.4 磁力攪拌輔助設(shè)計(jì)

索氏提取法測(cè)定白果油耗時(shí)極長(zhǎng)，操作也相對(duì)繁瑣，使用極不方便。而磁力攪拌輔助脫脂是目前去除植物中油脂的一種常用方法，常在測(cè)定蛋白質(zhì)含量中做脫脂用。將脫脂后的石油醚中油脂重新提取出來(lái)稱重，如果油脂重量等于白果中的最大含油量，即可用磁力攪拌脫脂替代索氏提取法用來(lái)測(cè)定白果的最大含油量。

準(zhǔn)確稱取白果粉末3 g，石油醚（30～60 ℃）60 mL。打開(kāi)磁力攪拌器，將控溫棒放入燒杯中，調(diào)整好位置，加入石油醚，溫度設(shè)置為2 5℃，等待溫度穩(wěn)定后，加入白果粉，開(kāi)始計(jì)時(shí)。40 min 關(guān)閉磁力攪拌器，對(duì)白果粉末進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾的溶液放入脂肪瓶中備用，白果粉末則更換溶液再次進(jìn)行抽提，抽提進(jìn)行3 次，第3 次抽提過(guò)濾后用石油醚20 mL 對(duì)濾紙進(jìn)行沖洗。將所有溶液匯入脂肪瓶中，回收石油醚，計(jì)算出提取所得脂肪重量。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次。固定抽提時(shí)間為40 min，提取溫度為55 ℃（這里的溫度指恒溫水浴鍋的溫度，由于使用的是索氏提取法，溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)影響有限，故不參與討論）。料液比設(shè)置5 個(gè)水平，分別為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30。通過(guò)考察出油的效率，比較料液比對(duì)出油率的影響，提取時(shí)間對(duì)粗脂肪提取效率的影響設(shè)計(jì)為固定料液比為1∶20，提取溫度為55℃，提取時(shí)間設(shè)置5 個(gè)水平，分別為20、40、60、80、100 min，通過(guò)考察白果的出油效率，研究提取時(shí)間對(duì)提取白果粗脂肪的影響。

1.5 超聲波輔助提取優(yōu)化

固定料液比為1∶25，溫度25℃（石油醚提取白果油的出油率隨溫度的升高而降低，由王佳宏等研究測(cè)定得25 ℃為最佳提取溫度［7］），提取時(shí)間40 min，超聲波設(shè)置5 個(gè)水平，10、25、40、55、70 W。實(shí)驗(yàn)步驟如下：用恒溫水浴鍋將水溫加熱到25℃，用空調(diào)將室溫加熱到25℃（如果超聲波清洗器有控溫功能，則可不用空調(diào)），將白果粉末和石油醚放入脂肪瓶，混均密封，用鐵架臺(tái)固定放置于超聲波清洗器中，清洗器中加入用恒溫水浴鍋加熱的水，水要?jiǎng)偤醚蜎](méi)脂肪瓶。啟動(dòng)超聲波清洗器，開(kāi)始計(jì)時(shí)。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 去外殼前鼓風(fēng)烘干時(shí)間對(duì)白果含油量的影響

去殼導(dǎo)致部分油脂隨白果中的水分蒸發(fā)而流失。為確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，后面所有實(shí)驗(yàn)所用的白果均為經(jīng)過(guò)60 h 鼓風(fēng)烘干之后，再去除果殼紅衣接著鼓風(fēng)烘干的白果。

圖1 比較5 個(gè)不同烘干時(shí)間去殼對(duì)白果最大出油率的影響。

圖1 去外殼前鼓風(fēng)烘干時(shí)間對(duì)白果含油量的影響

直接去殼烘干的白果含油量?jī)H為白果正常含油量的62%，油脂流失超過(guò)油脂含量的1/3。但經(jīng)過(guò)48 h 烘干后去殼油脂的含油量變化數(shù)值極小，油脂的流失也幾乎停止了。通過(guò)對(duì)比3 組鼓風(fēng)烘干超過(guò)48 h 其含油量變化極微，綜合取得白果的最大含油量為5.90%。而較早去殼導(dǎo)致白果含油量減少，推測(cè)可能是去殼較早導(dǎo)致一部分油脂隨水分蒸發(fā)而流失。

2.2 磁力攪拌輔助提取、測(cè)量白果含油量分析

由圖2 可得，3 次實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)均十分接近5.9%的最大值，故采用磁力攪拌輔助提取的方法替代索氏提取法取最大出油率的方式是可行的。

圖2 磁力攪拌輔助提取測(cè)量白果含油量的可行性分析

磁力攪拌輔助提取需要過(guò)濾3 次，為了明白每次過(guò)濾的提取效率，將3 次所得的濾液分開(kāi)測(cè)量，但因?yàn)榈?、3 次的數(shù)值過(guò)小，誤差控制十分困難，所以采用了另一種方式。準(zhǔn)備3 分重量均為3g 的石油醚，做好標(biāo)記1，2，3。1 號(hào)只過(guò)濾1 次，2 號(hào)過(guò)濾2 次，3 號(hào)過(guò)濾3 次。

由圖3 可知，磁力攪拌輔助提取第1 次過(guò)濾就能達(dá)到最大出油率的80%以上，2～3 次過(guò)濾后可以達(dá)到最大含油量的98%以上，且用磁力攪拌輔助提取油脂單次測(cè)量總是不超過(guò)2 h，對(duì)比索氏提取法每次測(cè)量提取用時(shí)16 h 來(lái)算，使用磁力攪拌輔助提取油脂來(lái)測(cè)量白果最大含油量是一種十分方便快速的方式。同時(shí)，磁力攪拌輔助單次提取過(guò)濾即可得到80%油脂含量以上，后兩次提取過(guò)濾總計(jì)不超過(guò)含油量的18%。此種提取效率在工業(yè)應(yīng)用上將十分寬廣。

圖3 磁力攪拌輔助提取次數(shù)對(duì)粗脂肪提取效率的影響

2.3 料液比對(duì)粗脂肪提取效率的影響

由圖4 可得，料液比從1∶10 到1∶25 的范圍內(nèi)時(shí)白果的出油率不斷提高，再提高料液比時(shí)白果的出油率卻沒(méi)有顯著提高，推測(cè)該結(jié)果與王佳宏［7］的研究基本一致。

圖4 料液比對(duì)粗脂肪提取效率的影響

2.4 提取時(shí)間對(duì)粗脂肪提取效率的影響

由圖5 可得，提取時(shí)間從20 min 到60 min 時(shí)，白果的出油率不斷提高，但當(dāng)時(shí)間超過(guò)60 min 后，白果的出油率則不再顯著提高。且時(shí)間達(dá)到100 min 之后，白果的出油率已經(jīng)達(dá)到油脂提取率的80%以上，即便再增加提取時(shí)間，白果出油率增加的速度也不再顯著提高。

圖5 提取時(shí)間對(duì)粗脂肪提取效率的影響

2.5 超聲波破碎輔助提取對(duì)油脂提取效率的影響

由圖6 可得，在固定提取時(shí)間為40 min，溫度25℃，料液比為1∶25 的條件下，白果的出油率隨著超聲波功率的提升不斷提高。

圖6 超聲波細(xì)胞破碎輔助提取對(duì)粗脂肪提取效率的影響

在超聲波清洗器的功率達(dá)到70 W 時(shí)，白果的出油率仍在顯著提高。尤其是超聲波功率超過(guò)50 W之后，白果的出油率上升勢(shì)頭更加明顯。同時(shí)，以加入超聲波的提取效率對(duì)比沒(méi)有加入超聲波（超聲波功率為0），可以發(fā)現(xiàn)，超聲波的功率在到達(dá)30 W 之前，白果的出油率均有提升，但提升的效率較為平緩，而當(dāng)超聲波功率超過(guò)30 W，從30 W 到70 W 這一階段，提取的效率開(kāi)始大幅度上升，其中以45 W到70 W 的提升效果最為明顯。推測(cè)超聲波具有能量和波動(dòng)的雙重屬性，在震動(dòng)時(shí)能傳遞和產(chǎn)生巨大的能量，超聲波可以穿透細(xì)胞壁，在細(xì)胞停留，將能量傳遞給細(xì)胞中的物質(zhì)，進(jìn)而引發(fā)分子加速運(yùn)動(dòng)。超聲波對(duì)萃取分離的強(qiáng)化作用主要源于超聲波的空化效應(yīng)，增大了穿質(zhì)速率和穿質(zhì)面積，強(qiáng)化了微控效應(yīng)，因而有利于油脂的提取。

3 結(jié)論

（1）對(duì)比去殼前鼓風(fēng)烘干時(shí)間白果出油率表明，白果在40 ℃鼓風(fēng)烘干的條件下，經(jīng)過(guò)不同的烘干時(shí)間去殼對(duì)白果的含油率有較大影響，直接去殼烘干白果含油率僅為經(jīng)過(guò)48 h 以上鼓風(fēng)烘干再去殼的白果含油率的62%，而鼓風(fēng)烘干48 h 的含油量為不穩(wěn)定，3 次得測(cè)量數(shù)據(jù)分別為5.74%，5.90%，5.43%，推薦實(shí)驗(yàn)使用白果是經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)烘干60 h 以上再去殼的白果。

（2）白果油的提取實(shí)驗(yàn)中，料液比、提取時(shí)間均對(duì)白果的出油率有顯著的影響。白果的出油率隨著提取時(shí)間的增加、料液比的擴(kuò)大而上升。推測(cè)隨著料液比的增加，石油醚中油脂的濃度變低，進(jìn)而加快了油脂的析出。

（3）使用磁力攪拌輔助的方式，可以有效提取白果的油脂，經(jīng)過(guò)3 次萃取過(guò)濾后提取得到的油脂出油率達(dá)到了油脂含油率的98%以上，在要求不太精確的實(shí)驗(yàn)中，完全可以用來(lái)代替用時(shí)超過(guò)16 h 索氏提取法來(lái)進(jìn)行植物含油率的測(cè)定。磁力攪拌可以快速脫脂的原因可能是在攪拌的過(guò)程中增加了白果粉與石油醚的接觸面積，進(jìn)而加快了油脂的析出。

（4）在引入超聲波提取白果油實(shí)驗(yàn)中，在25 ℃、料液比為1∶25 的條件下，當(dāng)超聲波的功率達(dá)到70 W 時(shí)，超聲波輔助提取法的提取效率超過(guò)磁力攪拌輔助提取法，且超聲波輔助提取效率隨著超聲波功率的增大還在不斷提高。3 種提取方法的提取效率從大到小的排序?yàn)椋撼暡ㄆ扑檩o助提取法＞磁力攪拌輔助提取法＞索氏提取法。