刀豆油脂提取工藝優(yōu)化與脂肪酸成分分析

韓小存

(鄭州旅游職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450009)

刀豆為豆科纏繞草質(zhì)藤本植物的成熟種子[1]，世界各地被普遍種植，在中國以華中、華南地區(qū)最多，是一種重要的食物資源[2]。刀豆為藥食同源類食物[3]，富含優(yōu)質(zhì)蛋白、不飽和脂肪酸、礦物質(zhì)和維生素[4-5]，具有溫中下氣、利腸胃、益腎補元等作用，對于腎虛腰痛、風(fēng)濕腰痛、小兒疝氣等癥有一定療效[6]。2020年中國刀豆種植面積為65 901 hm2，產(chǎn)量164 239 t[7]。目前，中國刀豆主要以烹飪菜肴為主，少量刀豆加工成腌制品和刀豆醬。

目前，對刀豆油脂及相關(guān)豆類的油脂含量已有文獻(xiàn)[8]36報道，但對刀豆油脂正己烷萃取技術(shù)、脂肪酸組成與成分分析研究、理化性質(zhì)及其應(yīng)用研究尚未報道。試驗擬以干刀豆為原料，對刀豆油脂正己烷萃取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對其脂肪酸組成與理化性質(zhì)進(jìn)行研究，以期為刀豆油脂的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料

干刀豆：產(chǎn)地河南漯河；

無水乙醚、氫氧化鉀、碘化鉀、甲醇、正己烷：分析純，河南天成化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器

手提式磨粉機(jī)：DXF-04D型，廣州市大祥電子機(jī)械設(shè)備有限公司；

馬弗爐：F48000型，蘇州柏兆科學(xué)儀器有限公司；

索氏抽提器：SXT-06型，上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司；

恒溫水浴鍋：BLH-S2型，上海標(biāo)隆儀器有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE20V2型，上海標(biāo)隆儀器有限公司；

電熱恒溫干燥箱：202A型，南京萊步科技實業(yè)有限公司；

分光光度計：100Conc型，美國安捷倫公司；

氣質(zhì)色譜儀：SQ456-GC型，美國布魯克公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 刀豆?fàn)I養(yǎng)成分分析 參照文獻(xiàn)[9]。

1.3.2 刀豆油脂的提取[10]將刀豆粉碎過40目篩，稱取一定量的刀豆粉，將其倒入三角燒瓶中，加入一定體積的正己烷溶劑，放在恒溫振蕩水浴鍋中提取，振蕩速度為120 r/min，提取次數(shù)為1次。當(dāng)提取溫度超過正己烷沸點(69 ℃)時，在三角燒瓶中放置幾塊沸石，防止暴沸。提取完成后對溶液進(jìn)行抽濾，濾液經(jīng)真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)即得刀豆油脂。按式(1)計算刀豆油脂提取率。

(1)

式中：

R——刀豆油脂提取率，%；

M1——刀豆油脂質(zhì)量，g；

M0——刀豆粉質(zhì)量，g；

W——水分質(zhì)量百分含量，%。

1.3.3 刀豆油脂提取工藝優(yōu)化 采用正己烷萃取刀豆油脂的主要影響因素為提取溫度、提取時間、液料比[11]。以刀豆油脂提取率為指標(biāo)，考察單因素適宜范圍及正交工藝最佳因素水平組合。單因素和正交試驗設(shè)計如下：

(1) 提取溫度：在提取時間為2 h，提取液料比為20∶1 (mL/g) 的條件下，考察提取溫度(40，50，60，70，80 ℃)對刀豆油脂提取率的影響。

(2) 提取時間：在提取溫度為70 ℃，液料比為20∶1 (mL/g) 的條件下，考察提取時間(1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 h)對刀豆油脂提取率的影響。

(3) 液料比：在提取溫度為70 ℃，提取時間為2.5 h 的條件下，考察液料比[10∶1，15∶1，20∶1，25∶1，30∶1 (mL/g)]對刀豆油脂提取率的影響。

(4) 正交試驗：通過單因素試驗，確定最佳單因素的水平范圍，然后采用三因素三水平正交試驗表，優(yōu)化刀豆油脂提取參數(shù)最佳因素水平組合。

1.3.4 刀豆油脂脂肪酸組成分析 按GB 5009.168—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪酸的測定》第一法(內(nèi)標(biāo)法)執(zhí)行。

1.3.5 刀豆油脂理化指標(biāo)測定 參照文獻(xiàn)[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

運用Office Excel軟件進(jìn)行繪圖，并計算標(biāo)準(zhǔn)差。運用正交設(shè)計軟件V3.1開展L9(34) 正交試驗設(shè)計與分析[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 刀豆基本營養(yǎng)成分

刀豆的基本營養(yǎng)成分見表1。

由表1可知，刀豆?fàn)I養(yǎng)成分中，含量較高的有粗蛋白、碳水化合物、粗纖維，粗脂肪、灰分的含量相對較低。刀豆中粗脂肪含量較低，可以通過育種技術(shù)提高刀豆中油脂含量，從而提高刀豆的綜合利用價值。

表1 刀豆?fàn)I養(yǎng)成分Table 1 Nutrient composition of Canavalia gladiata %

2.2 刀豆油脂提取工藝參數(shù)確定

2.2.1 提取溫度對刀豆油脂提取率的影響 由圖1可知，在40～70 ℃范圍內(nèi)提取率逐漸增大，超過70 ℃之后提取率降低。正己烷溶劑溫度增高時，分子熱運動增加，萃取效果增加[8]246-247。但是，正己烷沸點為69 ℃，超過此溫度時，會造成溶劑的揮發(fā)損失，提取效果反而會下降。因此，綜合考慮，刀豆油脂的適宜提取溫度為70 ℃。

圖1 提取溫度對刀豆油脂提取率的影響Figure 1 The effect of temperature on the extractionrate of Canavalia gladiata oil

2.2.2 提取時間對刀豆油脂提取率的影響 由圖2可知，在1.0～2.5 h內(nèi)提取率增加幅度較大，超過2.5 h后增加幅度較小，此時刀豆油脂殘油率非常低，或接近極限[14]，如果再延長提取時間，油脂提取率增加微乎其微，降低提取效率。因此，綜合考慮，刀豆油脂的適宜提取時間為2.5 h。

圖2 提取時間對刀豆油脂提取率的影響Figure 2 The effect of time on the extraction rate ofCanavalia gladiata oil

2.2.3 液料比對刀豆油脂提取率的影響 由圖3可知，刀豆油脂提取率隨液料比的增加呈先增加后趨穩(wěn)的趨勢，當(dāng)液料比達(dá)到25∶1 (mL/g)后刀豆油脂提取率增加幅度較小。隨著液料比的增加，刀豆內(nèi)部和外部油脂濃度差增大，會增加油脂的萃取速率和提取率[15]。但是，當(dāng)液料比達(dá)到一定比例，油脂的萃取速率和提取率達(dá)到極限。因此，綜合考慮，提取刀豆油脂的適宜液料比為25∶1 (mL/g)。

圖3 液料比對刀豆油脂提取率的影響

2.2.4 正交試驗優(yōu)化刀豆油脂提取參數(shù) 根據(jù)單因素試驗，得到適宜的L9(34)正交試驗因素和水平見表2，試驗結(jié)果與分析見表3、表4。

表2 正交試驗因素和水平Table 2 Factors and levels of orthogonal test

由表3可知，液料比對提取率影響最大，其次是提取時間，最后是提取溫度，最佳的因素水平為液料比25∶1 (mL/g)、提取溫度70 ℃、提取時間2 h。在此提取條件下，刀豆油脂提取率為3.12%。

表3 刀豆油脂提取正交試驗結(jié)果及分析Table 3 Orthogonal test results and analysis of Canavalia gladiata oil extraction

2.3 刀豆油脂脂肪酸組成

由表4可知，刀豆油脂的脂肪酸共有9種，其中棕櫚油酸由于雙鍵位置不同而有兩種，亞油酸有順反式2種。該9種脂肪酸中，主要是棕櫚油酸、油酸和亞油酸，含量約占總脂肪酸的85.29%。刀豆油脂脂肪酸種類和大豆油脂肪酸類似，但是比例相差較大。刀豆油中主要脂肪酸硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸含量分別為5.06%，56.33%，12.76%，3.83%，而大豆油主要脂肪酸硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸含量分別為3.5%，21.0%，53.0%，10.0%。說明刀豆和大豆油脂中油酸和亞油酸的含量差異顯著(P<0.01)，盡管刀豆和大豆為豆類植物，但其脂肪酸種類和含量卻不同。刀豆油脂不飽和脂肪酸含量為89.12%，大豆油脂不飽和脂肪酸含量為85.0%，說明不飽和脂肪酸含量比較接近。因此，在脂肪酸組成上，刀豆油脂和大豆油有類似之處，但也有不同之處。

表4 刀豆油脂的脂肪酸組成Table 4 Fatty acid composition and content of Canavalia gladiata oil

刀豆油脂脂肪酸類別組成中，主要是單不飽和脂肪酸，其次是飽和脂肪酸與二不飽和脂肪酸，三不飽和脂肪酸最低。亞油酸和亞麻酸為必需脂肪酸[16-17]，在刀豆油脂中亞麻酸含量較低，僅為3.83%。因此，在飲食中，刀豆油脂需要復(fù)配含高亞麻酸的油脂，以提高三不飽和脂肪酸的含量，達(dá)到脂肪酸比例的營養(yǎng)均衡，如添加亞麻籽油(亞麻酸含量為54.19%)[18]。

2.4 刀豆油脂的理化指標(biāo)

試驗測定結(jié)果顯示，刀豆油脂呈淺黃色，說明含有植物黃色色素[19]。折光指數(shù)和碘價隨脂肪酸不飽和程度的增大而增加[20]，刀豆油脂折光指數(shù)為1.46，碘價為117.8 g/100 g，說明刀豆油脂不飽和度較高。刀豆油脂熔點是13.0 ℃，說明刀豆油在常溫下為液體。酸價反映了脂肪酸含量的高低，刀豆油脂酸價為0.86 mg KOH/g，說明尚未精煉的刀豆油脂酸價相對較高。刀豆油脂皂化值為188 mg KOH/g，接近常見的花生油、大豆油，說明它們之間油脂脂肪酸平均分子量的大小比較接近。過氧化值反映了油脂的氧化酸敗程度，刀豆油脂過氧化值為2.61 mmol/kg，說明刀豆油脂中過氧化物較少，未發(fā)生氧化酸敗現(xiàn)象。因此，該刀豆油脂與常見的植物油理化性質(zhì)比較接近。

3 結(jié)論

采用正己烷萃取法提取刀豆油脂的最佳工藝條件為液料比25∶1 (mL/g)、提取溫度70 ℃、提取時間2 h，刀豆油脂提取率為3.12%。刀豆油脂有9種脂肪酸，主要是棕櫚油酸、油酸和亞油酸，含量約占總脂肪酸的85.29%，亞麻酸含量相對較低，需要補充亞麻酸，以提高刀豆油脂的營養(yǎng)價值。試驗尚未研究刀豆油脂的食用安全性，以及油脂的功能性質(zhì)諸如起酥性、融合性、乳化性、吸水性等，后續(xù)工作中將繼續(xù)開展進(jìn)行。