核桃油綠色提取技術(shù)的研究進展

陳海東，張志峰，王勇

（1.常州大學(xué)體育學(xué)院，江蘇常州213000；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410000；3.三旺實業(yè)有限公司，湖南 韶山 411300）

核桃中含有較高含量的蛋白質(zhì)和油脂，具有健腦、滋補等功能，已成為人類所必需的營養(yǎng)物質(zhì)。我國是世界上最大的核桃生產(chǎn)國和消費國，核桃種植面積和總產(chǎn)量均居世界首位。2019年我國核桃產(chǎn)量達到362.7 萬t，預(yù)計2023年產(chǎn)量將突破450 萬t。我國的核桃資源分布廣泛，但未被充分開發(fā)和利用，僅停留在原材料出口階段。核桃仁含有大量的磷、鎂、鉀、鐵以及豐富的維生素。每100 g 核桃仁含有30～300 IU 維生素A、0.22～0.45 mg 硫胺素、0.10～0.16 mg 核黃素和0.700～1.105 mg 煙酸[1]。核桃的生果和葉是維生素C 的主要來源，未成熟的核桃的維生素C 含量為2 400～3 700 mg/100 g，其抗氧化活性是柑橘類水果的40～50 倍。

核桃仁中通常含有60%～70%的核桃油。核桃油的主要成分是占總油餾分83%～95%的三?；视?，這些三?；视陀扇伙柡透视王ヒ约安粚ΨQ的二不飽和甘油酯組成[2]。核桃油含有大量多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFAs），例如亞油酸和α-亞麻酸[3]。人體無法合成PUFAs，而PUFAs 又被認(rèn)為是人體生理學(xué)中必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)。核桃油還含有一些具有藥理特性的成分，如植物甾醇和生育酚等，其數(shù)量可觀，拓寬了在藥用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。此外，核桃油含有礦物質(zhì)，例如鉀、鈉、鋅、鈣、磷、鐵等，必需微量元素銅和錳[4]。研究表明，核桃油能降低血液中對人體有害的膽固醇和甘油三脂水平，在控制人體血脂濃度、預(yù)防心血管疾病、改善內(nèi)分泌等方面都起著關(guān)鍵的作用[5-6]。

深入開發(fā)核桃資源，提高核桃深加工產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量，生產(chǎn)出高附加值產(chǎn)品，這將會帶來巨大的經(jīng)濟效益。核桃油的提取通常有冷壓萃取和溶劑萃取兩種傳統(tǒng)方式[7]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，新興提取技術(shù)旨在減少工藝時間和能耗，生產(chǎn)出高穩(wěn)定性的產(chǎn)品，主要包括超臨界和亞臨界流體萃取、超聲波、微波提取和酶提取等技術(shù)，這些新興技術(shù)中的大多數(shù)已在植物或食品加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并取得可喜成果[8-9]。本文介紹核桃油的成分及組成，對傳統(tǒng)的提取技術(shù)以及新型綠色提取技術(shù)的主要研究成果進行全面綜述，旨在為核桃油的開發(fā)利用提供參考。

1 核桃油的傳統(tǒng)提取技術(shù)

1.1 冷壓萃取技術(shù)

機械榨油工藝一般分為熱壓和冷壓兩種。在熱壓法中，盡管油脂提取率較高，但溫度對產(chǎn)品中抗氧化成分降解有著較大的影響。冷壓法則是從油籽中提取油的安全性最高的方法，該技術(shù)的缺點是提取率低、產(chǎn)品質(zhì)量不一。

Xie 等[10]采用冷壓法從新疆核桃中提取核桃油，研究番茄紅素對核桃油過氧化值、酸值、脂肪酸、總酚含量和鐵還原抗氧化能力的影響。Ghiasi 等[11]開發(fā)了一套間歇式冷壓榨油系統(tǒng)，研究了壓力、油脂加工溫度和投料量對核桃油提取量的影響。結(jié)果表明，在壓力10.5 MPa、溫度31.5 ℃、樣品質(zhì)量8 g 的條件下，核桃的出油率最高，為25.36%。核桃的最佳條件（樣品質(zhì)量8.03 g、壓力10.41 MPa、溫度27.37 ℃）下，核桃過氧化物的量為（1.90±0.07）meq O2/kg。同樣，核桃的酸量為（0.06±0.02）g/%。

冷壓萃取技術(shù)無需添加任何額外的化學(xué)試劑，是挖掘原始自然產(chǎn)品的理想選擇，其主要過程是將原料以較高的壓力夾持，并將油從物料中萃取出來。對于冷壓萃取來說，其優(yōu)點是可以提取大量濃縮精華，不會影響和破壞核桃仁中原有的活性營養(yǎng)成分；缺點是油的提取率較低，油的質(zhì)量較難把控。

1.2 溶劑萃取技術(shù)

溶劑萃取技術(shù)是提取核桃油的常用方法之一，根據(jù)各物質(zhì)溶解度的差異，通過溶解和揮發(fā)等方式將樣品中物質(zhì)分離出來。該提取法的優(yōu)點是提取效率高，在對核桃油進行萃取時，選用6 號溶劑油和正己烷提取時出油率最高。但該法存在重金屬殘留、后續(xù)需要精煉操作、對環(huán)境污染大等缺點，限制了廣泛應(yīng)用[12]。

Ghasemi 等[13]研究了以正己烷為溶劑，提取核桃油的超聲波輔助酶技術(shù)。研究表明，使用正己烷溶劑的超聲波輔助酶技術(shù)可以提高核桃油的提取率、總酚含量和碘值，提取的核桃油中多不飽和脂肪酸（亞麻酸和亞油酸）含量多，表明該方法是一種很有發(fā)展前景的提取方法。由于人們對環(huán)境的日益關(guān)注，為克服傳統(tǒng)技術(shù)的弊端，研究人員正研究替代有毒有機溶劑的綠色提取劑。Liu 等[14]以新型綠色溶劑碳酸二甲酯（dimethyl carbonate，DMC）為原料，開發(fā)了一種快速高效的提取方法——超聲微波輔助提?。╱ltrasonic and microwave assisted extraction，UMAE），用于提取滿洲核桃仁油（manchurian walnut kernel oil，MWKO）。通過Box-Behnken 設(shè)計分析，得到最佳提取條件：提取時間28 min，液固比7∶1（mL/g），輻照功率400 W，最大提取率為59.30%。氣相色譜-質(zhì)譜分析表明，提取的MWKO 中不飽和脂肪酸含量均高于90%。經(jīng)1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除率、2，2'-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid，ABTS]陽離子自由基清除率、鐵離子還原能力測試，MWKO 具有較強的抗氧化活性。對MWKO 的降脂活性進行測試，發(fā)現(xiàn)UMAE-DMC 提取的MWKO 顯著抑制了HepG2 細(xì)胞的脂質(zhì)積累?？傊?，UMAE-DMC 是一種從植物中選擇性提取種子油的高效的提取方法。

傳統(tǒng)的溶劑提取技術(shù)存在較多的缺點，快速溶劑萃取技術(shù)被逐漸應(yīng)用。在現(xiàn)代食品工業(yè)技術(shù)當(dāng)中，快速溶劑萃取技術(shù)能夠減少溶劑的使用量，能夠保證提取效率高、耗時短、所需的溶劑量少、成本較低，對于植物油的提取起到了促進作用。

2 核桃油綠色提取技術(shù)

2.1 超臨界CO2 萃取技術(shù)

超臨界CO2萃取是一種現(xiàn)代高科技食品技術(shù)，以CO2作為流動相，在超臨界狀態(tài)下分離非極性物質(zhì)，其設(shè)備和操作成本較高。CO2是天然產(chǎn)物的理想溶劑，與有機溶劑相比，CO2具有安全、環(huán)保、低成本和易于獲得的優(yōu)點。超臨界CO2萃取得到的油相對澄清，具有一定的精制效果。在提取過程中，所獲得的核桃油與壓力、溫度、粒度或表面速度密切相關(guān)[15]。

Oliveira 等[16]研究了超臨界CO2萃取和索氏提取的核桃油中游離脂肪酸、固醇、甘油三酸酯和生育酚的組成，發(fā)現(xiàn)與以正己烷為溶劑所提取的油相似，超臨界CO2萃取比正己烷萃取的油品更加清澈。Wright等[17]采用超臨界流體萃取和加壓溶劑萃取法對核桃油中的γ-生育酚的回收進行了比較，研究表明，超臨界流體萃取與其他烴基萃取技術(shù)相比，萃取時間大大縮短，萃取選擇性更高，溶劑使用量減少，從而降低溶劑處理成本。此外，在提取后，超臨界流體萃取幾乎不需要干燥。由于超臨界CO2與油的相容性，超臨界萃取技術(shù)更適合從天然產(chǎn)品中提取油。

超臨界CO2萃取技術(shù)具有對溫度要求不高、無殘留物、可靠性高、成本低的特點，適用于揮發(fā)性、熱敏性、脂溶性等成分的提取，如天然植物色素、天然植物揮發(fā)油、植物油脂、生物堿類化合物、黃酮類化合物等。但實現(xiàn)該技術(shù)需要特制的設(shè)備，其成本造價較高，且萃取工藝在高壓狀態(tài)下進行，存在一定安全風(fēng)險，目前未能在實際生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。

2.2 亞臨界萃取技術(shù)

亞臨界萃取是一種相對較新的技術(shù)。在100～374 ℃的溫度下，亞臨界水在高壓下保持液體狀態(tài)。在萃取過程中，高溫降低了溶劑的黏度和密度，使其能夠更深入地滲透到樣品基質(zhì)中。此外，氣體和液體之間的擴散率隨著溫度的升高而增加[18-19]。

馬燕等[20]以新疆薄皮核桃溫185 作為試驗原料，研究萃取時間、萃取溫度和萃取壓力對核桃油出油率的影響，并通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatography and mass spectrometry，GC-MS）法對核桃油中的脂肪酸進行定性定量分析。研究表明，萃取核桃油的最佳工藝參數(shù)為萃取時間40 min、萃取溫度45 ℃、萃取壓力0.5 MPa，出油率達65.11%；不飽和脂肪酸含量為90.85%，其中亞油酸的含量高達61.23%。Gao 等[21]研究不同預(yù)處理和加工方法對核桃油化學(xué)性質(zhì)和品質(zhì)特性的影響。研究表明，亞臨界萃取油脂的出油率（59.53%～61.19%）高于其他工藝，且具有較好的DPPH-極性（287.59～373.14 μmol TE/kg）和ABTS+（269.34～280.28 μmol TE/kg）自由基清除能力。

亞臨界萃取工藝具有較高的出油率和較好的抗氧化活性，可用于核桃油的工業(yè)化生產(chǎn)。與傳統(tǒng)萃取方法相比具有許多優(yōu)勢，包括萃取時間短，溶劑使用量少，效率和安全性高。由于較低的萃取溫度而使得油品易于儲存，更適用于工業(yè)化推廣應(yīng)用。

2.3 超聲波輔助提取技術(shù)

超聲波輔助提取法是利用超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)對樣品的細(xì)胞進行破壞，使溶劑滲透到細(xì)胞內(nèi)以加速提取效率。除了使提取效率提高、提取時間縮短外，超聲波提取法還可以減少溶劑的使用、減少提取雜質(zhì)、降低提取溫度和有效降低提取工藝成本等，但此法對設(shè)備要求高，且受超聲波衰減的制約。超聲波的有效區(qū)域呈環(huán)形，可能形成超聲的空白區(qū)域，導(dǎo)致提取率降低[22]。因其沒有配套的成熟工業(yè)化超聲波提取設(shè)備，所以未得到廣泛的工業(yè)化推廣。

Wong 等[23]以乙醇作為極性溶劑進行超聲波輔助提取核桃油。結(jié)果表明，超聲波處理使油的產(chǎn)率從38.93%提高到79.88%，并確定了最佳條件，即超聲振幅90%，萃取溫度29 ℃和萃取時間51 min。在最佳條件下，預(yù)計最大含油量為55.39%，最小游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA）值、碘值和過氧化物值分別為1.75%、14.52 g/100 g 和10.50 meq g O2/kg。超聲提取與其他方法相結(jié)合，可以提高出油率。超聲波輔助酶法的提取率相對較高，為（78.91±0.03）%；超聲波輔助溶劑提取法的提取率為58.9%。汪錦等[24]采用超聲波輔助酶法提取山核桃油，超聲波處理和果膠酶處理促進了堅果中游離酚類物質(zhì)的釋放，其油脂中總酚和油酸的含量顯著高于超臨界流體萃取和冷壓法所得的油脂。因此，過氧化值降低，油的穩(wěn)定性提高。

2.4 微波輔助提取技術(shù)

微波輔助提取的原理是通過對細(xì)胞壁和細(xì)胞器的高壓引起基質(zhì)發(fā)生物理變化，使一種溶質(zhì)從樣品基質(zhì)中釋放到溶劑中，從而提高提取率。

Zhou 等[25]研究了微波預(yù)處理在改善核桃油的風(fēng)味和氧化穩(wěn)定性中的作用以及對不飽和脂肪酸（油酸、棕櫚油酸、亞油酸和亞麻酸）和抗氧化劑成分（生育酚和植物甾醇）的影響。結(jié)果表明，微波預(yù)處理可有效提取吡嗪化合物。當(dāng)預(yù)處理進行2 min 或更長時間時，會出現(xiàn)“烤焦”的味道。與對照樣品相比，只有經(jīng)過處理的樣品（微波預(yù)處理4 min）顯示出更高的氧化穩(wěn)定性。同時，不飽和脂肪酸的組成只有微小的變化。盡管其對生育酚和植物甾醇有不利影響，微波預(yù)處理仍可用于改善核桃油的風(fēng)味和氧化穩(wěn)定性。劉暢[26]研究了以碳酸二甲酯為提取溶劑的超聲波-微波輔助提取東北山核桃油工藝。通過對東北山核桃油的提取方法和溶劑的篩選，確定了超聲波-微波輔助提取法結(jié)合碳酸二甲酯的提取系統(tǒng)的提取工藝可以得到較高的提取率，分別以提取溫度、提取時間、輻照功率和液固比作為單一變量，研究東北山核桃油提取率的變化。根據(jù)單因素試驗結(jié)果設(shè)計三因素三水平的響應(yīng)面試驗，得出的最佳提取工藝參數(shù)為提取時間25 min、液固比7∶1（mL/g）、輻照功率440 W，此時提取率最佳，為（58.15±0.08）%。

與其他技術(shù)相比，微波輔助提取技術(shù)可以降低能耗、減少溶劑用量以及廢物的產(chǎn)生，同時可以提高收率和提取物的純度；缺點是反應(yīng)周期較長、操作過程繁瑣、設(shè)備成本高昂。

2.5 酶輔助提取技術(shù)

酶可生物降解，對環(huán)境不會產(chǎn)生任何污染。在溫和的條件下，幾種酶可以溶解或分解水溶液中的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，被認(rèn)為是一種有前途的技術(shù)[27]。在選擇酶時，需考慮化學(xué)組成，在油提取優(yōu)化試驗中，除pH 值、溫度、粒徑和酶濃度因素外，還應(yīng)考慮油水比，這是由于酶需要水分才能發(fā)揮作用，油料種子中的低水分含量會導(dǎo)致濃稠懸浮液的產(chǎn)生，從而抑制酶活性。

González-gómez 等[28]對一種酶輔助的水性工藝進行了優(yōu)化，在最佳條件（41.8 ℃，88 min）下，核桃油的產(chǎn)率為75.4%。酶輔助提取法提取的核桃油的抗氧化能力比溶劑提取法提取的油高5 倍，表明油的穩(wěn)定性提高，這可能是由于新的替代技術(shù)提高了總生育酚含量。為了提高核桃的綜合利用率，劉璇璇等[29]對水酶法同步生產(chǎn)核桃油和多肽的工藝進行優(yōu)化，并對核桃油的脂肪酸組成進行分析。通過比較4 種不同蛋白酶和纖維素酶對核桃油提取率和多肽產(chǎn)量的影響，確定了最佳酶組合。結(jié)果表明，木瓜蛋白酶和纖維素酶（2∶1，質(zhì)量比）的組合是最佳的酶組合。油和多肽的最佳同步提取工藝為酶用量3.0%、固液比1∶5（g/mL）、pH5、酶解時間3.0 h、酶解溫度60 ℃。在此條件下，核桃油的提取率可達53.37%，多肽的產(chǎn)率為4.01 mg/g，該工藝可為水酶法同步生產(chǎn)核桃油和多肽的工業(yè)應(yīng)用提供參考。

盡管有諸多優(yōu)點，酶輔助提取的使用仍受到酶后處理時間長的限制。除了成本較高外，酶輔助提取的另一個問題是防止油乳化，為了提高油的產(chǎn)量，必須在提取后進行去乳化處理。因此，未來應(yīng)向更經(jīng)濟、更易于處理的酶促過程方向開展研究。表1 總結(jié)了各種提取技術(shù)的優(yōu)缺點。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，綠色提取技術(shù)為核桃油的提取提供了一種有效的替代方法。超臨界流體萃取、亞臨界流體萃取、超聲波輔助萃取、微波輔助萃取、酶輔助萃取等技術(shù)的興起，縮短了萃取工藝的時間，減少了有機溶劑的使用，且生產(chǎn)的油抗氧化活性良好。為使核桃油產(chǎn)業(yè)能夠蓬勃發(fā)展：1）應(yīng)深化核桃油提取工藝方面的研究，優(yōu)化并完善提取工藝條件使之適用于大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，促進核桃油產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，如縮短酶輔助技術(shù)的酶解時間、優(yōu)化乳化液的分離等問題，將大大提高核桃油的提取效率及產(chǎn)品質(zhì)量。2）對核桃油的營養(yǎng)活性物質(zhì)進行更深入的研究，開發(fā)核桃油加工產(chǎn)品，利用高新技術(shù)手段，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上探索核桃油的深精加工和創(chuàng)新升級，拓展產(chǎn)品涉及領(lǐng)域的廣度與深度，提升行業(yè)規(guī)劃與產(chǎn)業(yè)融合，實現(xiàn)核桃資源利用最大化。3）核桃油的化學(xué)成分和營養(yǎng)活性研究仍處于基礎(chǔ)階段，其發(fā)揮作用的物質(zhì)基礎(chǔ)、各成分間的相互作用尚不明確，作用機制鮮有報道，為更好地開發(fā)利用核桃油資源，除了探索其提取技術(shù)外，更應(yīng)深入探索其化學(xué)成分、營養(yǎng)作用、藥用機制，為核桃油的推廣應(yīng)用提供參考。