紫蘇餅粕的殘油醇提工藝及品質(zhì)分析

胡東亞 ，張志軍 *，曹千慧 ，李會珍 ，張由盛 ，張永榮

（1.中北大學化學工程與技術(shù)學院，山西 太原 030051）（2.中北大學晉中產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究院，山西 晉中 030600）（3.吉林大學植物科學學院，吉林 長春 130062）

關鍵字：紫蘇餅粕；乙醇浸提；餅粕殘油；理化性質(zhì)

紫蘇（Perilla frutescens(L.)Britt），系唇形科一年生草本植物，是中國傳統(tǒng)的藥食兩用植物，有著兩千多年的栽培歷史，在全國二十多個省份都有種植[1-3]。紫蘇籽中含油率高達40%～50%，不飽和脂肪酸含量高達90%以上，其中α-亞麻酸含量最高，占脂肪酸總量的 61.10%～64.00%[4]。紫蘇籽油是迄今為止發(fā)現(xiàn)含有α-亞麻酸含量最高的食用油。紫蘇籽油具有降血脂、抗炎、抗腫瘤、抗衰老、改善心腦血管疾病、預防和改善老年癡呆等功能[5-9]。

壓榨法制得的紫蘇餅粕中含有多種有效成分，如粗脂肪、粗蛋白、多糖、單寧、植酸等。榨油后的紫蘇餅粕中蛋白含量占40%左右[10-12]，殘油占15%左右。采用適當?shù)姆椒ㄌ崛〉淖咸K餅粕殘油經(jīng)過精煉后可以用于保健用油和工業(yè)用油，同時殘油的脫除也有利于餅粕蛋白和其它成分的提取和高效利用[13]。目前，紫蘇籽餅的殘油主要采用有機溶劑萃取法提取。常用的有機溶劑主要有正己烷、異己烷、石油醚、丙酮、乙酸乙酯、異丙醇等[14-16]，上述有機溶劑萃取具有提油率高、蛋白質(zhì)變性較少、成本低與加工效率高等優(yōu)點，但也存在有機溶劑易燃易爆，對環(huán)境污染嚴重，有機溶劑在餅粕中有殘留，安全性相對較低的缺點。另外還有超臨界流體萃取法、亞臨界萃取法、水劑法等[17，18]，但在規(guī)?；瘧弥幸泊嬖诩庸こ杀靖摺踩圆畹葐栴}。

本研究通過優(yōu)化紫蘇餅粕殘油醇提工藝，對提取油脂的理化性質(zhì)及脂肪酸組成與石油醚浸提法和低溫壓榨法所得油進行比較，對乙醇浸提油的品質(zhì)進行對比分析，以期獲得紫蘇餅粕中的殘油以及低脂、高蛋白含量的紫蘇餅粕，為實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)提供理論數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

低溫壓榨油，低溫壓榨脫殼紫蘇餅粕（水分：10.29%、粗脂肪：12.84%、蛋白質(zhì)：45.71%），山西福旺軒農(nóng)業(yè)科技有限公司、95%乙醇、石油醚（30 ℃～60 ℃）、石油醚（60 ℃～90 ℃）、碘化鉀、可溶性淀粉、硫代硫酸鈉、韋氏試劑、冰乙酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等均為分析純。

實驗儀器有2500Y多功能粉碎機，永康市鉑歐五金制品有限公司；GZX-9146MBE電熱鼓風干燥箱，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；K9840自動凱氏定氮儀，山東海能科學儀器有限公司；SH220F石墨消解儀，山東海能科學儀器有限公司；SOX406脂肪測定儀，上海泓紀實業(yè)有限公司；HDM-3000數(shù)顯控溫電加熱套，金壇市榮華儀器制造有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 乙醇浸提法提取紫蘇餅粕殘油

脫殼紫蘇餅粕干燥粉碎過60目篩，稱取20 g餅粕粉按液固比3:1加入95%乙醇攪拌均勻，將其置于75 ℃的水浴鍋內(nèi)浸泡2 h后，抽濾，加少量乙醇洗脫餅粕表面油脂，旋蒸回收乙醇，得到紫蘇餅粕殘油，將餅粕放至烘箱，70 ℃干燥4 h，測定餅粕含油率。紫蘇餅粕殘油提取率按下式計算：

式中：

Y——紫蘇餅粕殘油提取率；

m1——原紫蘇餅粕粗脂肪含量；

m2——浸提后紫蘇餅粕粗脂肪含量。

1.2.2 紫蘇餅粕主要成分及紫蘇油理化性質(zhì)的測定

紫蘇餅粕主要成分的測定：粗脂肪測定，參照GB 5009.6-2016；粗蛋白測定，參照GB 5009.5-2016；水分和揮發(fā)性物質(zhì)的測定，參照GB/T 5528-2008。

紫蘇油理化性質(zhì)的測定：過氧化值測定，參照GB/T 5538-2005；酸值測定，參照GB/T 5530-2005；碘值的測定，參照GB/T 5532-2008；有關皂化值測定，參照GB/T 5534-2008。不飽和脂肪酸檢測：氣相色譜儀，氣相條件：TM-FFAP色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 mm），樣品進樣口溫度為230 ℃，探測器進口溫度為 240 ℃，柱溫程序為以10 ℃/min從140 ℃升到180 ℃并保持3 min，以5 ℃/min繼續(xù)升溫到200 ℃并保持 4 min；進樣量 1 μL[19]。

1.3 乙醇浸提紫蘇餅粕殘油實驗

通過單因素試驗，研究了乙醇提取溫度（60、65、70、75、80、85、90 ℃）、提取次數(shù)（1、2、3、4、5、6、7）、液固比（1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1）、提取時間（1、1.5、2、2.5、3、3.5、4 h）對紫蘇籽餅殘油提取率的影響，確定了最佳工藝參數(shù)，通過正交試驗確定了最佳工藝條件。之后對乙醇浸提法、石油醚浸提法、壓榨法三種方式得到的紫蘇籽油的理化性質(zhì)及其脂肪酸組成含量作比較。（石油醚浸提法工藝條件為：以紫蘇籽餅為原料，60目篩以上粉碎，石油醚（60～90 ℃）為萃取溶劑，液固比為6:1，萃取溫度為66.7 ℃，提取時間4.60 h，提取2次[13]。）

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇浸出紫蘇餅粕殘油單因素實驗

2.1.1 浸提溫度對粕中殘油提取率的影響

在乙醇濃度95%，液固比2.50:1，時間2.50 h的條件下，考察了溫度對殘油提取率的影響。從圖1可以看出，溫度是殘油提取過程中一個重要而復雜的因素。隨著溫度的增加，乙醇對紫蘇餅粕殘油的提取率開始處于上升趨勢，在溫度為 75 ℃時達到最大值，之后隨著溫度的增加提取率開始呈現(xiàn)下降趨勢，這是由于60 ℃～75 ℃時隨著溫度增加分子熱運動加快，乙醇與餅粕可以更充分接觸以至于餅粕中殘油充分浸出，提取率增加。75 ℃～90 ℃，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)隨著溫度增加溶液開始劇烈沸騰產(chǎn)生大量氣泡，這也導致溶劑揮發(fā)，餅粕結(jié)塊粘壁現(xiàn)象越來越嚴重，乙醇和餅粕粉接觸不充分從而提取率下降。浸提溫度影響趨勢與許永東等[20]研究結(jié)果相似。因此，選擇 75 ℃為最佳提取溫度。

2.1.2 浸提次數(shù)對粕中殘油提取率的影響

在乙醇濃度95%、浸提溫度75 ℃、液固比2.50:1、浸提時間2.50 h的條件下，考察浸提次數(shù)對粕中殘油提取率的影響。從圖2可以看出，隨著浸出次數(shù)的增加餅粕中殘油率逐漸減小，提取率逐漸增加，浸出 4次粕中提取率達到95.15%，再增加浸出次數(shù)，紫蘇餅粕殘油提取率變化很小。這是由于絕大部分餅粕殘油已經(jīng)被浸出，此時增加浸提次數(shù)提取率不會大幅度增加。從浸提液顏色也可以看出，顏色逐漸變淡。實驗結(jié)果與王青松等[21]有機溶劑法浸提3次之后提取率變化不大結(jié)果相似。考慮到成本和能耗，選擇浸提4次為最佳浸提次數(shù)。

2.1.3 液固比對粕中殘油提取率的影響

在乙醇濃度95%、浸提溫度75 ℃、浸提時間2.50 h的條件下對紫蘇餅粕浸提4次，研究了液固比對粕中殘油提取率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可知，隨著液固比增加，餅粕殘油提取率也隨之升高，在液固比3:1時達到最高，之后隨著液固比的繼續(xù)增加，餅粕殘油的提取率始終維持較高狀態(tài)。這是由于當體系中液固比較低時，物料粘度較大，流動性差，乙醇溶液與餅粕接觸不充分且液固比較低乙醇浸出油不完全。因此，選擇3:1作為最佳的液固比。

2.1.4 浸提溫度對粕中殘油提取率的影響

在乙醇濃度95%、浸提溫度75 ℃、液固比3:1的條件下對紫蘇餅粕浸提4次，考察液固比對粕中殘油提取率的影響。從圖4可以看出，紫蘇籽餅中殘油的提取率隨提取時間的延長而增加。當浸提時間達到2.50 h時，餅粕殘油提取率達到最高，但繼續(xù)延長浸提時間提取率反而稍有下降，這可能是由于浸提時間過長，體系中的油脂浸出已經(jīng)達到平衡，時間過長也可能導致乙醇中的浸出油堆積，抽濾和洗脫過程中較難把油與餅粕分離。同時，太長時間也導致能源消耗增加，成本增加，不利于工業(yè)化。因此，選擇2.50 h為最佳浸提時間。

2.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，對乙醇浸提紫蘇餅粕殘油工藝中的浸提溫度、浸提次數(shù)、液固比、浸提時間4個因素進行正交試驗。每個因素選取3個顯著水平，以紫蘇餅粕殘油提取率為指標，采用 L9(34)乙醇浸提紫蘇餅粕殘油條件的正交試驗，因素水平表見表1，正交試驗設計及結(jié)果見表2。

表1 乙醇浸提紫蘇餅粕殘油工藝條件的正交試驗設計表Table 1 The orthogonal test design table of the process conditions for extracting residual oil from perilla cake by ethanol

由表2的極差分析可知，在乙醇浸提紫蘇餅粕殘油工藝中各因素對殘油提取率的影響依次為浸提溫度＞液固比＞浸提次數(shù)＞浸提時間，最佳浸提條件為A2B3C2D3，即浸提溫度75 ℃、液固比3.50:1、浸提次數(shù)5、時間3 h。為驗證乙醇浸提紫蘇餅粕殘油最佳工藝條件，按上述條件進行乙醇浸提油處理，重復三次，得到殘油提取率為96.04%。該條件下浸出餅粕的基本成分為：水分9.32%、粗脂肪0.51%、粗蛋白57.90%。該工藝與劉大川等[22]實驗結(jié)果相比，最佳提取次數(shù)減少1次，殘油提取得率相當。

表2 正交實驗結(jié)果Table 2 Orthogonal experiment results

2.3 紫蘇油理化性質(zhì)分析

不同提取方法所得紫蘇油理化指標如表3所示。由表3可以看出這三種方式提取出的紫蘇餅粕殘油各項指標均符合國家標準，表明乙醇浸提紫蘇餅粕殘油的試驗方法可行。表3中三種方法所得油按照酸值及過氧化值由大到小依次為：石油醚浸提油＞乙醇浸提油＞低溫壓榨油，與彭常梅等[23]研究結(jié)果中低溫壓榨油酸值過氧化值相對較低相同。酸值是衡量油脂抗氧化性能的重要指標之一。石油醚浸提油的酸值最高，表明其游離脂肪酸含量較高，易被氧化。而過氧化值是評判油脂氧化程度的指標之一，三種方法中石油醚浸提油的過氧化值最高，其次是乙醇浸提油，最低是低溫壓榨油，表明低溫壓榨油的被氧化酸敗程度較低。三種提取方法所得油的碘值差異不顯著，均大于130 g I2/100 g，表明其不飽和脂肪酸含量很高，屬于干性油。低溫壓榨油的皂化值較低，浸提油相對較高，表明浸提油中脂肪酸分子質(zhì)量大于低溫壓榨油。氣味方面低溫壓榨油保持了紫蘇油特有氣味，透明度方面石油醚浸提法較優(yōu)?？傮w而言，低溫壓榨油質(zhì)量較好，浸出油質(zhì)量較差。

表3 不同提取方法所得紫蘇油的理化性質(zhì)Table 3 Physical and chemical properties of perilla oil obtained by different extraction methods

2.4 紫蘇油脂肪酸組成分析

采用氣相色譜法測定了3種提取方式得到的紫蘇餅粕殘油的脂肪酸組成及含量。由表4可知，紫蘇餅粕殘油主要含棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和硬脂酸5種脂肪酸，棕櫚酸和硬脂酸為飽和脂肪酸，油酸為單不飽和脂肪酸，亞油酸和亞麻酸為多不飽和脂肪酸。三種提取方法所得油中低溫壓榨油中亞麻酸相對含量較高，占總脂肪酸的61.09%，其次是乙醇浸提油，最低為石油醚浸提油，分別為59.60%和57.29%。通過比較三種油不飽和脂肪酸占總脂肪酸比例可以看出低溫壓榨油和乙醇浸提油不飽和脂肪酸含量較高，分別為 90.33%和 89.31%，石油醚浸提油相對較低為86.10%。綜合來看，不同提取方法對餅粕殘油中脂肪酸組成無顯著影響，但對脂肪酸含量有一定的影響。本研究結(jié)果與鐘政昌等[24]及白章振等[25]低溫壓榨油不飽和脂肪酸含量較高的結(jié)果一致。

表4 不同提取方法所得紫蘇油脂肪酸組成及其含量Table 4 Planting and content of perilla oil obtained by different methods

3 結(jié)論

本研究采用95%乙醇作為浸提溶劑對紫蘇脫殼低溫壓榨餅粕進行浸提，在浸提溫度為 75 ℃，液固比3.50:1、浸提次數(shù)5次、時間3 h的條件下，餅粕殘油的提取率可達96.04%，粕中殘油率降至0.51%，蛋白質(zhì)含量富集到57.90%。由此可見乙醇浸提餅粕殘油工藝可行，在提取殘油的同時得到的脫脂高蛋白紫蘇餅粕更有利于紫蘇蛋白的提取分離。通過對乙醇浸提法、石油醚浸提法、低溫壓榨法所得油進行理化性質(zhì)比較可知酸值和過氧化值由大到小依次為：石油醚浸提油＞乙醇浸提油＞低溫壓榨油，碘值無顯著差異，而浸提油的皂化值要大于低溫壓榨油。采用GC分析，低溫壓榨油中亞麻酸相對含量達61.09%，略高于乙醇浸提油的59.60%，而石油醚浸提油相對較低為57.29%，低溫壓榨油和乙醇浸出油的不飽和脂肪酸含量較高，分別為90.33%和89.31%，石油醚浸出油相對較低為86.10%?？偟膩碚f，低溫壓榨油的品質(zhì)相對較好，其次是乙醇浸提油，石油醚浸提油品質(zhì)相對較差。