不同前處理對(duì)亞麻籽出油率及亞麻籽油品質(zhì)影響研究

李應(yīng)霞 韓玉澤 王興瑞 陳昀昀 王進(jìn)英,2

(青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院1，西寧 810016)(青海大學(xué)三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2,西寧 810016)

亞麻是一種古老的作物，屬亞麻科、亞麻屬一年生或多年生草本植物[1]。亞麻是重要的油料作物，外觀黃色、透明，其中亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)40%～60%[2]。因亞麻籽油中含有豐富的亞麻酸、木酚素、亞麻籽膠、膳食纖維和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分[3，4]，對(duì)人體有重要的保健作用，如降低血脂和膽固醇，預(yù)防心臟病、高血壓、動(dòng)脈硬化、糖尿病等[5，6]。青海是亞麻的主要種植地之一，近年來(lái)，根據(jù)青海省農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的戰(zhàn)略部署，開(kāi)始大面積種植亞麻[7]。目前亞麻油的提取工藝包括壓榨法、溶劑浸提法、超臨界萃取法和酶法[8]。其中壓榨法、浸出法是食用油的基本制作工藝。壓榨法是靠物理壓力將油脂直接從油料中分離出來(lái)，分為熱榨法和冷榨法。壓榨全過(guò)程不涉及任何化學(xué)添加劑。冷榨法則在自然條件下直接加工，能夠保證產(chǎn)品的安全、衛(wèi)生，天然營(yíng)養(yǎng)不受破壞，但油的色澤較暗。溶劑法操作簡(jiǎn)單，溶劑可以回收，生產(chǎn)成本較低，是理想的加工方式，但是存在溶劑殘留問(wèn)題[9]。

在油料種子中，油脂以脂蛋白、脂多糖等復(fù)合體的形式存在。為了提高提油效率，需要破壞細(xì)胞壁，所以，對(duì)原料進(jìn)行前處理非常必要。脫膠前處理的方法有很多，目前已投入實(shí)際生產(chǎn)的主要是水化脫膠，其脫膠效果明顯，但水化脫膠會(huì)影響亞麻籽油的品質(zhì)。焙炒前處理后，雖然亞麻籽的出油率有所提高，但亞麻籽油的過(guò)氧化值和酸價(jià)變化較快，穩(wěn)定性較差。濕熱法又叫蒸汽加熱法，是在干熱法的基礎(chǔ)上通入熱的蒸汽來(lái)處理原料。濕熱法是利用水的良好導(dǎo)熱性，來(lái)增加原料的溫度并加快其導(dǎo)熱速率，其優(yōu)點(diǎn)是加熱速度快，原料受熱相對(duì)比較均勻。賈雪峰等[10]的研究表明，熱風(fēng)干燥、真空干燥、微波干燥和真空冷凍干燥四種干燥方式中，微波干燥處理后出油率最高，真空冷凍干燥處理后植物油的飽和脂肪酸含量較低，而不飽和脂肪酸含量較高。鄧博心[11]的研究表示，紅外、微波和烘箱三種烘烤技術(shù)中，紅外和微波的烘烤效率最高，而紅外烘烤過(guò)程最溫和且出油率最高，植物油的品質(zhì)也最好，因此，通過(guò)比較可以確定紅外為最佳烘烤方式。

目前，亞麻籽的研究主要集中在油脂提取和工藝優(yōu)化方面，對(duì)亞麻籽前處理的研究相對(duì)較少。鞠陽(yáng)等[12]研究發(fā)現(xiàn)微波預(yù)處理芝麻籽可顯著提高芝麻油的出油率，而關(guān)于前處理方式對(duì)亞麻籽出油率及油脂品質(zhì)影響等卻鮮有報(bào)道。本研究采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化亞麻籽油的提取條件，同時(shí)研究脫膠、焙炒、濕熱、冷凍干燥、烘烤5種前處理對(duì)亞麻籽出油率及油脂品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

亞麻籽：產(chǎn)自青海省互助縣，顆粒新鮮、飽滿(mǎn)，為當(dāng)年產(chǎn)油料。石油醚(沸程為60～90 ℃)、氫氧化鉀、95%乙醇、酚酞、三氯甲烷、冰乙酸、可溶性淀粉、碘化鉀、硫代硫酸鈉，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SZC-D脂肪測(cè)定儀，HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋，YM75立式壓力蒸汽滅菌鍋，CS55-9冷凍干燥機(jī)，QE-400克萬(wàn)能粉碎機(jī)。

1.3 方法

1.3.1 亞麻籽油提取工藝

將亞麻籽進(jìn)行清理、分揀等除去雜質(zhì)、雜種、碎殼、霉變籽等；亞麻籽經(jīng)粉碎得亞麻籽粉，裝入廣口瓶備用；稱(chēng)取適量亞麻籽粉裝入濾紙筒中，用脫脂線捆扎，待測(cè)。脂肪測(cè)定儀先通冷凝水后開(kāi)電源，設(shè)定溫度，預(yù)熱；將濾紙筒放入樣品架內(nèi)，再放入鋁杯內(nèi)，向鋁杯中內(nèi)倒入適量石油醚；將鋁杯放在加熱板上，壓下壓桿并鎖住，浸泡、抽提、溶劑回收后，關(guān)閉電源和冷凝水。如果鋁杯里還有殘留的石油醚，可以放在烘箱里，使溶劑完全揮發(fā)，得到亞麻籽油。

亞麻籽出油率的計(jì)算：

式中：X為亞麻籽出油率/%；m為亞麻籽的質(zhì)量/g；m0為鋁杯的質(zhì)量/g；m1為亞麻籽油和鋁杯的質(zhì)量/g。

1.3.2 前處理方法

脫膠法：熱水浸泡法脫除亞麻籽表面膠體，浸泡溫度為65 ℃、浸提時(shí)間為30 min、物料與水的比例為1∶10(g/mL)，脫膠2次[13]，過(guò)濾之后平鋪于烘箱中，65 ℃熱風(fēng)干燥至含水量小于3%。

焙炒法：將亞麻籽置于電磁爐上，在100 ℃下翻炒3 min[14]。

高壓高溫濕熱法：將亞麻籽置于滅菌鍋中，在121 ℃下處理15 min[15]。之后用烘箱干燥至含水量小于3%。

冷凍干燥法：先將亞麻籽置于-7 ℃冰箱中預(yù)凍17 h，再置于冷凍干燥機(jī)中處理7 h[16]。干燥至水分含量小于3%。

烘烤法：將亞麻籽置于遠(yuǎn)紅外電熱食品烤爐中，在100 ℃下處理30 min。

1.3.3 亞麻籽油理化指標(biāo)的測(cè)定

過(guò)氧化值的測(cè)定參照GB 5009.227—2016；酸價(jià)的測(cè)定參照GB 5009.229—2016。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 SPSS 18.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析；用Origin 2018軟件統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)并繪圖；用Design-Expert V10.0.7軟件分析得出亞麻籽油提取的最優(yōu)條件；各實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 料液比對(duì)亞麻籽出油率的影響

固定抽提溫度為70 ℃，抽提時(shí)間為8 h，分別以料液比0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 g/mL進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究不同料液比對(duì)亞麻籽出油率的影響。結(jié)果如圖1所示，隨著料液比的增加，出油率先逐漸增加后迅速下降，料液比在0.06 g/mL時(shí)出油率最高。其原因可能是鋁杯空間有限，單次樣品的質(zhì)量會(huì)影響亞麻籽與有機(jī)溶劑的傳質(zhì)速率，進(jìn)而影響亞麻籽油在溶劑中的溶解效率。料液比較低時(shí)，石油醚對(duì)亞麻籽油的提取率低；料液比過(guò)高時(shí)，鋁杯內(nèi)亞麻籽與石油醚接觸面積受限，亞麻籽油不能在特定時(shí)間內(nèi)完全浸出，因此計(jì)算后出油率結(jié)果降低[17]。

圖1 料液比、抽提溫度、抽提時(shí)間對(duì)亞麻籽出油率的影響

2.1.2 抽提溫度對(duì)亞麻籽出油率的影響

固定料液比為0.06 g/mL，抽提時(shí)間為8 h，分別以抽提溫度60、65、70、75、80 ℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究不同抽提溫度對(duì)亞麻籽出油率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。溫度在60～70 ℃時(shí)，亞麻籽出油率在不斷上升，原因可能是溫度升高，促進(jìn)分子間的熱運(yùn)動(dòng)，加快溶劑滲透和油脂浸出；溫度在60～65 ℃時(shí)所測(cè)得出油率較低，其原因可能是溫度較低，回流速度慢，所以脂肪萃取量少；75～80 ℃時(shí)出油率逐漸下降的原因可能是溫度太高，石油醚揮發(fā)太快，冷凝不充分，導(dǎo)致出油率下降[18]。

2.1.3 抽提時(shí)間對(duì)亞麻籽出油率的影響

固定料液比為0.06 g/mL，抽提溫度為75 ℃，分別以抽提時(shí)間5、6、7、8、9 h進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究不同抽提時(shí)間對(duì)亞麻籽出油率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，亞麻籽的出油率逐漸增加，抽提時(shí)間為8 h時(shí)出油率最高，達(dá)到了32.37%。這是由于當(dāng)抽提時(shí)間達(dá)到8 h時(shí)，亞麻籽油已完全溶出，延長(zhǎng)提取時(shí)間已不能明顯提高出油率，且既浪費(fèi)時(shí)間，又浪費(fèi)試劑。趙會(huì)芳[19]在索氏抽提法測(cè)定花生脂肪含量的方法改進(jìn)中指出，適當(dāng)延長(zhǎng)浸泡時(shí)間，會(huì)縮短抽提時(shí)間，而且浸泡過(guò)程中無(wú)需管理，減少石油醚的揮發(fā)，提高回收率，節(jié)約資源。因此，確定最佳抽提時(shí)間為8 h。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取料液比A、抽提溫度B和抽提時(shí)間C三個(gè)因素為自變量，以亞麻籽出油率為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)并進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2，方差分析見(jiàn)表3。

表1 響應(yīng)面分析因素及水平編碼

由表3中方差分析數(shù)據(jù)顯示，模型的失擬項(xiàng)不顯著(P=0.055 2>0.05)，而模型極顯著(P=0.000 2<0.01)，且模型的相關(guān)系數(shù)為R2=0.969 0，表明模型相關(guān)度比較好。由P值可知，實(shí)驗(yàn)所選擇的抽提溫度對(duì)結(jié)果的影響顯著(0.01

擬合回歸方程為：Y(亞麻籽出油率)=32.5-0.58A+0.76B-0.035C-0.7AB+0.4AC-0.53BC-2.96A2-2.34B2-3.44C2

在所選取的各因素水平范圍內(nèi)，根據(jù)表3中F值的大小可以判斷各因素對(duì)亞麻籽出油率影響的強(qiáng)弱，F(xiàn)值越大，影響作用越強(qiáng)，因此各因素對(duì)亞麻籽出油率影響程度大小依次為：抽提溫度>料液比>抽提時(shí)間。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果

表3 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)方差分析

2.3 各因素交互作用的響應(yīng)曲面和等高線分析

根據(jù)亞麻籽出油率的回歸方程，運(yùn)用響應(yīng)面優(yōu)化得出各因素交互作用的三維空間立體圖及等高線圖，其中響應(yīng)曲面均呈凸型曲面，說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)的響應(yīng)值存在最大值；AB、BC的等高線均呈橢圓形，表示它們之間的交互作用較強(qiáng)，說(shuō)明各因素之間的交互作用對(duì)亞麻籽出油率的影響較為顯著。而AC的等高線呈較為標(biāo)準(zhǔn)的圓形，表示它們之間的交互作用較弱，說(shuō)明各因素之間的交互作用對(duì)亞麻籽出油率的影響不顯著。

2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

經(jīng)響應(yīng)面回歸分析得到的最佳提取工藝條件為料液比0.058 g/mL、抽提溫度70.9 ℃、抽提時(shí)間7.9 h，在此條件下亞麻籽油提取理論值為32.61%。為了便于實(shí)際操作，將最佳工藝修正為料液比0.06g/mL、抽提溫度70 ℃、抽提時(shí)間8 h，在修正條件下，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)測(cè)得亞麻籽油提取率為32.05%，與理論值較為吻合。因此，采用響應(yīng)面Box-Behnken實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到的亞麻籽油提取的工藝條件準(zhǔn)確可靠。

2.5 不同前處理對(duì)亞麻籽出油率的影響

由圖2可知，前處理方式對(duì)亞麻籽出油率有顯著性影響。在響應(yīng)面優(yōu)化條件下，經(jīng)過(guò)焙炒法、高壓高溫濕熱法、烘烤法前處理后亞麻籽的出油率均有所提高，其中焙炒法前處理時(shí)亞麻籽出油率為35.82%，效果最好，作用時(shí)間也最短，其次為高壓高溫濕熱法、烘烤法、冷凍干燥法，脫膠法前處理時(shí)亞麻籽出油率最低，為25.10%。原因可能是脫膠處理進(jìn)行不完全，脫膠率只有71.40%，亞麻籽表面殘留的膠層對(duì)制油過(guò)程產(chǎn)生了不利影響，一定程度上抑制了亞麻籽的出油率，而且在脫膠過(guò)程中會(huì)損失少量油脂，但是可以有效降低亞麻籽中生氰糖苷含量，有利于亞麻籽在食品行業(yè)中的進(jìn)一步應(yīng)用。焙炒處理不僅會(huì)破壞其細(xì)胞壁，促進(jìn)分子運(yùn)動(dòng)，有利于蛋白質(zhì)變性和油體凝聚，進(jìn)而改善油脂的流動(dòng)性，從而可獲得較高的出油率[20]。烘烤處理時(shí)，隨著溫度的升高，原料中的蛋白質(zhì)變性，破壞了油脂和蛋白的精密結(jié)合狀態(tài)，聚集的油脂充分外露，同時(shí)細(xì)胞壁的滲透性增加，使得油脂易流出，出油率隨之升高[21]。高壓高溫濕熱法可以使亞麻籽蛋白質(zhì)變性、結(jié)構(gòu)疏松，便于油脂釋放，同時(shí)有害物質(zhì)得到鈍化，不僅可以改善油脂品質(zhì)還能提高亞麻籽出油率。冷凍干燥處理能夠減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生，減少揮發(fā)性成分的損失，能夠提高亞麻籽油的品質(zhì)，但出油率沒(méi)有明顯變化。

圖2 不同前處理對(duì)亞麻籽出油率的影響

2.6 不同前處理方法對(duì)亞麻籽油品質(zhì)的影響

提油前對(duì)油料進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚淠康脑谟谄茐挠土系募?xì)胞壁結(jié)構(gòu)，提高出油效率，但可能會(huì)影響油脂營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。油脂過(guò)氧化值和酸價(jià)的大小是衡量其品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。過(guò)氧化值可以衡量油脂的初級(jí)氧化程度，酸價(jià)可以反映油脂后期品質(zhì)的好壞。

如圖3所示，與未處理相比，焙炒處理、濕熱處理、脫膠處理后亞麻籽油的酸價(jià)均有所升高，脫膠處理對(duì)亞麻籽油酸價(jià)的影響最大，達(dá)到1.35 mg/g。原因可能是脫膠處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而且脫膠后還需要加熱干燥，長(zhǎng)時(shí)間的熱處理使得油脂分解而產(chǎn)生較多的游離脂肪酸，所測(cè)得油脂酸價(jià)高于其他處理方法。烘烤處理、冷凍干燥處理后亞麻籽油的酸價(jià)變化不明顯。冷凍干燥處理后亞麻籽油的過(guò)氧化值變化不大。焙炒、濕熱和脫膠處理后亞麻籽油的過(guò)氧化值都有所增加，分別增加了39%、50%、49%。烘烤處理后亞麻籽油的過(guò)氧化值為0.003 3 g/100 g，比未處理的亞麻籽油低，品質(zhì)較好。因此，以過(guò)氧化值的變化來(lái)確定不同前處理后亞麻籽油的品質(zhì)穩(wěn)定性依次為烘烤處理>未處理>冷凍干燥處理>焙炒處理>脫膠處理>濕熱處理。

圖3 不同前處理對(duì)亞麻籽油品質(zhì)的影響

對(duì)亞麻籽油進(jìn)行品質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，烘烤前處理后亞麻籽油的過(guò)氧化值和酸價(jià)略有下降，此結(jié)果與易志[22]的亞麻籽油貯藏穩(wěn)定性中描述的略有不同。原因可能是植物油的穩(wěn)定性會(huì)隨著烘烤溫度的增加和時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低，但是在低溫(60～100 ℃)下烘烤20 h以?xún)?nèi)，所得到的油脂仍具有較強(qiáng)的氧化穩(wěn)定性，即使在150 ℃下烘烤相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，其氧化穩(wěn)定性仍然較高[23]。而且楊金娥等[24]在烤籽溫度對(duì)壓榨亞麻籽油品質(zhì)的影響中指出亞麻籽經(jīng)適當(dāng)?shù)臏囟群婵竞笾朴停兄谠黾悠溲趸€(wěn)定性。

3 結(jié)論

采用索氏抽提法測(cè)定亞麻籽出油率，抽提試劑為石油醚(沸程60～90 ℃)，通過(guò)響應(yīng)面分析優(yōu)化工藝，確定了亞麻籽油的最佳提取工藝條件為：料液比0.06(g/mL)、抽提溫度70 ℃、抽提時(shí)間8 h，此條件下亞麻籽的出油率最高，為32.50%。脫膠、焙炒、濕熱、冷凍干燥、烘烤前處理后，亞麻籽出油率最高的是焙炒法，出油率最低的是脫膠法，其出油率順序?yàn)椋罕撼?濕熱>烘烤>冷凍干燥>脫膠。前處理對(duì)亞麻籽油理化指標(biāo)有一定的影響，烘烤處理后亞麻籽油的酸價(jià)和過(guò)氧化值略有降低，品質(zhì)較好，其他前處理后均有升高，其中脫膠處理后酸價(jià)和過(guò)氧化值升高最明顯，冷凍干燥處理對(duì)亞麻籽油的酸價(jià)和過(guò)氧化值影響不大。