乙醇水提法提取葡萄籽油的工藝正交試驗(yàn)法優(yōu)化研究

陸道雪 陳陽(yáng) 吳秋瑜 李婷 劉林 王勇

摘? ? 要：為解決傳統(tǒng)溶劑法提取葡萄籽油溶劑難回收、有毒、安全性差等問(wèn)題，本研究以葡萄籽為原料，采用乙醇水提法水相循環(huán)重復(fù)提取葡萄籽油，研究乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、pH值、時(shí)間、溫度等因素對(duì)提取率的影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，并對(duì)乙醇水提法提取的葡萄籽油品質(zhì)進(jìn)行研究。結(jié)果表明：通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化出葡萄籽油提取最佳條件是乙醇體積分?jǐn)?shù)45%、pH值9、溫度70 ℃，在此條件組合下葡萄籽油提取率高達(dá)30.1%，且葡萄籽油品質(zhì)接近或達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。乙醇提取法滿足綠色提取工藝的特點(diǎn)，為葡萄籽油高效提取提供一種新思路。

關(guān)鍵詞：葡萄籽油；乙醇水提法；工藝優(yōu)化；正交試驗(yàn)法；品質(zhì)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TS224? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2023.05.015

Abstract：In order to solve the problems that solvent cannot be recovered， is poisonous， is not safe， etc when using traditional solvent method to extract grape seed oil， this paper took grape seed as the material， extracted grape seed oil in way of water-phase repeating with ethanol water extraction method and studied the influence of ethanol volume fraction， solid-liquid ratio， PH， time， temperature and other factors on extraction rate. On this basis， an orthogonal test was done and the quality of grape seed oil extracted with ethanol water extraction method was studied. The results showed the best conditions for extracting grape seed oil through orthogonal test optimization： ethanol volume fraction was 45%， pH was 9， and temperature was 70 ℃. Under these conditions， the extraction rate of grape seed oil reached up to 30.1% and the quality of grape seed oil approached or met national standard. Ethanol extraction method satisfies the characteristics of green extraction technology and provides a new idea to efficient extraction of grade seed oil.

Key words： grape seed oil; ethanol water extraction method; process optimization; orthogonal test method; quality analysis

葡萄籽油（GSPE）作為葡萄酒工業(yè)的副產(chǎn)品，是一種優(yōu)質(zhì)的食用油脂資源，葡萄籽中的含油量約占其14%～17%[1]，其中亞油酸含量高達(dá)70%以上[2]，其具有降血脂、預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化、防治心腦血管等功效；葡萄籽油中還含維生素A和維生素E、多酚等生物活性物質(zhì)，能夠起到一定的抗衰老、促進(jìn)人體新陳代謝、防止慢性疾病的發(fā)生等作用[3]。在國(guó)外，葡萄籽油備受青睞，不同年齡段、不同職業(yè)人員都以葡萄籽油來(lái)作為營(yíng)養(yǎng)保健油[4]。我國(guó)盛產(chǎn)葡萄，有極其豐富的葡萄籽資源，因此，積極開(kāi)發(fā)和利用葡萄籽油，既可避免環(huán)境污染，又可變廢為寶，提高經(jīng)濟(jì)效益[5]。

壓榨法、溶劑浸出法是常用的葡萄籽油提取方法。壓榨法需要進(jìn)行油料前處理，處理過(guò)程產(chǎn)生的熱會(huì)使蛋白質(zhì)嚴(yán)重變性，導(dǎo)致出油率低[6]；而溶劑浸出法雖出油效率高，操作簡(jiǎn)便，但是溶劑易殘留，降低了油品質(zhì)。超臨界CO2萃取法雖也是常用提取方法，但目前仍在實(shí)驗(yàn)室層面較為常見(jiàn)，尚未形成工業(yè)化生產(chǎn)[7]。水酶法提取葡萄籽油提取條件煩瑣，酶用量多、耗時(shí)長(zhǎng)、耗水量高，提升了生產(chǎn)成本。

乙醇具有無(wú)污染、易回收、易制備，可重復(fù)利用等特點(diǎn)[8-9]，乙醇水提法是指以水為主要提取介質(zhì)，輔以一定量的乙醇作為破乳劑來(lái)提取油脂的一種方法，乙醇屬于水溶性破乳劑，加入水相后，通過(guò)分子擴(kuò)散進(jìn)入到油水界面，界面性質(zhì)被改變，從而減少或破除乳狀液[10]。

本研究以乙醇為提取劑，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)方法對(duì)葡萄籽油的提取工藝進(jìn)行了探究[11]，此工藝提取的葡萄籽油品質(zhì)好，油脂價(jià)值量高，無(wú)殘留，是安全放心油。工業(yè)上乙醇水提法作為提取技術(shù)生產(chǎn)成本低、設(shè)備操作簡(jiǎn)單、無(wú)需高強(qiáng)度勞動(dòng)力，是一項(xiàng)符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和綠色環(huán)保的生產(chǎn)工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑 葡萄籽（來(lái)自王朝葡萄釀酒公司），國(guó)產(chǎn)分析純無(wú)水乙醇，氫氧化鈉（分析純）。

1.1.2 儀器與設(shè)備 粉碎機(jī)（FW-100上海趙迪生物科技有限公司），離心機(jī)（TD5k-Ⅲ安徽積步儀器設(shè)備有限公司），水浴鍋（XMTD-204天津市歐諾儀器表有限公司），鼓風(fēng)干燥箱（DH-101-3 BS天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 葡萄籽前處理 將釀酒后的葡萄籽粉碎過(guò)60目篩，葡萄籽粉末裝自封袋，置于干燥陰涼處備用。

1.2.2 葡萄籽中粗脂肪的測(cè)定 葡萄籽中粗脂肪測(cè)定參照《食品中粗脂肪的測(cè)定》（GB/T 14772—2008）。葡萄籽粗脂肪含量計(jì)算公式如下（所有質(zhì)量精確至0.001 g）：

葡萄籽脂肪含量=（m2-m1/m）×100%? ? ?（1）

式中，m1為圓底燒瓶質(zhì)量（g）； m2為圓底燒瓶和粗脂肪的質(zhì)量（g）；m為葡萄籽粉末質(zhì)量（g）。

1.2.3 乙醇水提法提取葡萄籽油工藝流程[12]? 葡萄籽粉→乙醇水溶液→加熱提取→離心（5 000 r·min-1， 15 min）→收集清油→水相重復(fù)提取渣相→離心（5 000 r·min-1，15 min）→氯化鈉油水分層→收集清油→合并清油。

操作要點(diǎn)：取10 g葡萄籽粉于錐形瓶中并加入一定體積分?jǐn)?shù)的乙醇水溶液，使用1 mol·L-1氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)體系pH值，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，使用封口膜封口加熱，反應(yīng)時(shí)間結(jié)束后5 000 r·min-1離心15 min。收集清油，使用其水相再重復(fù)提取渣相1次，反應(yīng)結(jié)束后5 000 r·min-1離心15 min，加入飽和氯化鈉溶液，再合并清油，葡萄籽油提取率計(jì)算公式如下：

葡萄籽油提取率=m0/（m×n1）×100%? （2）

式中，m0為葡萄籽油質(zhì)量（g）； m為葡萄籽粉末質(zhì)量（g）； n1為葡萄籽粉脂肪含量（%）。

1.2.4 葡萄籽油提取單因素試驗(yàn) a. 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)葡萄籽油提取率的影響。分別稱(chēng)取5份各10 g的葡萄籽粉于潔凈的錐形瓶中，分別加入體積分?jǐn)?shù)為35%、40%、45%、50%、55%的乙醇水溶液，在水浴鍋溫度為60 ℃、料液比1∶5、pH值為9的條件下提取2 h，用塑料薄膜將瓶口密封加熱提取。

b. pH值對(duì)葡萄籽油提取率的影響。分別稱(chēng)取5份各10 g的葡萄籽粉于潔凈的錐形瓶中，各調(diào)節(jié)pH值為6、7、8、9、10，并加入最高提取率的乙醇體積分?jǐn)?shù)，在固定水浴鍋溫度為60 ℃、料液比1∶5條件下提取2 h，用塑料薄膜將瓶口密封加熱提取。

c. 料液比對(duì)葡萄籽油提取率的影響。分別稱(chēng)取5份各10 g的葡萄籽粉于潔凈的錐形瓶中，料液比分別設(shè)為1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8，并加入上述最高提取率的乙醇體積分?jǐn)?shù)、調(diào)節(jié)到最佳pH值，在固定水浴鍋溫度為60 ℃條件下提取2 h，用塑料薄膜將瓶口密封加熱提取。

d.提取時(shí)間對(duì)葡萄籽油提取率的影響。分別稱(chēng)取5份各10 g的葡萄籽粉于潔凈的錐形瓶中，調(diào)整乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、PH值到上述各因素中最高提取率的數(shù)值，在固定水浴鍋溫度為60 ℃條件下、分別提取0.5、1、1.5、2、2.5、3 h，用塑料薄膜將瓶口密封加熱提取。

e. 提取溫度對(duì)葡萄籽油提取率的影響。分別稱(chēng)取5份各10 g的葡萄籽粉于潔凈的錐形瓶中，分別設(shè)置提取溫度為40、50、60、70、80 ℃，調(diào)整乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、pH值、提取時(shí)間到上述最高提取率的數(shù)值，用塑料薄膜將瓶口密封加熱提取。

1.2.5 葡萄籽油提取正交優(yōu)化試驗(yàn) 根據(jù)以上單因素試驗(yàn)結(jié)果分析，設(shè)計(jì)L9（3）3正交設(shè)計(jì)，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)（A）、pH值（B）和提取溫度（C）作為試驗(yàn)考察因素，對(duì)應(yīng)因素的水平見(jiàn)表1。

1.2.6 索氏提取法提取葡萄籽油工藝 a. 工藝流程：葡萄籽→粉碎→置于索氏提取器中→加入石油醚→回流提取→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→收集清油。

b. 提取條件：以石油醚為提取溶劑，提取溫度85 ℃、提取時(shí)間4 h、料液比1 ∶ 8 （g·mL-1）。

1.3 葡萄籽油質(zhì)量分析

檢測(cè)乙醇水提法提取的葡萄籽油質(zhì)量指標(biāo)、索氏提取法提取的葡萄籽油質(zhì)量指標(biāo)，并與葡萄籽油國(guó)標(biāo)對(duì)照，分析葡萄籽油的品質(zhì)。

葡萄籽油質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 22478—2008[13]；

色澤測(cè)定參照：GB/T 5009.37—2003；

氣味、滋味、透明度測(cè)定參照：GB/T 5525—2008；

水分及揮發(fā)物測(cè)定參照：GB/T 5528—2008[14]；

酸值測(cè)定參照：GB 5009.229—2016[15]；

過(guò)氧化值測(cè)定參照：GB 5009.227—2016[16]；

碘值測(cè)定參照：GB/T 5532—2008[17]；

皂化值測(cè)定參照：GB/T 5534—2008[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對(duì)葡萄籽油提取率的影響

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)葡萄籽油提取率的影響 如圖1所示，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)升高，葡萄籽油提取率提高，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到45%時(shí)，葡萄籽油提取率達(dá)到28.92%，說(shuō)明乙醇的加入降低了乳狀液和渣相中的含油率，起到了良好的破乳效果，進(jìn)而提高了葡萄籽油的提取率；隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)升高，葡萄籽油提取率逐漸降低，因?yàn)橐掖紳舛冗^(guò)高容易溶解出葡萄籽中的膠質(zhì)、多糖等物質(zhì)[12]，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)嚴(yán)重變性；當(dāng)破乳效果達(dá)到最大時(shí)，油脂不易分離，降低了葡萄籽油提取率[9]。因此，確定乙醇最佳體積分?jǐn)?shù)為45%。

2.1.2 pH值對(duì)葡萄籽油提取率的影響 pH值作為工藝過(guò)程中重要因素之一，通過(guò)影響油料作物蛋白的溶解度[19]來(lái)影響油脂提取率。如圖2所示，當(dāng)pH值為6～9時(shí)，隨著pH值的升高，葡萄籽油提取率逐漸升高；pH值增加至10時(shí)，葡萄籽油得率略有下降；當(dāng)pH值為6時(shí)，葡萄籽油提取率僅為21.25%；當(dāng)pH值增加到9，提取率提高到28.79%；葡萄籽蛋白等電點(diǎn)pI3.8 [20]，隨著pH值的升高，蛋白質(zhì)的溶解度變大[21]，油脂隨著蛋白質(zhì)的溶出而游離；當(dāng)pH值過(guò)高時(shí)，蛋白易變性和聚合，使得部分油脂被截留，導(dǎo)致提取率有所下降；綜合考慮，pH值9是較優(yōu)的提取條件。

2.1.3 料液比對(duì)葡萄籽油提取率的影響 在溶劑浸提過(guò)程中，料液比不同，可使溶劑與油脂之間存在不同的濃度差，影響油脂的提取率。料液比過(guò)低時(shí)，濃度差小，從而導(dǎo)致油脂提取率偏低；料液比過(guò)高時(shí)，葡萄籽油提取率下降，原因可能是游離出來(lái)的油滴與體系中的蛋白質(zhì)重新乳化。

由圖3可知，當(dāng)料液比為1∶4時(shí)，乙醇濃度過(guò)低導(dǎo)致溶劑與油脂之間濃度差小，從而導(dǎo)致提取率為22.14%，當(dāng)料液比為1∶5時(shí)，油脂與溶劑之間的濃度差增大，物料與溶劑得到了充分的接觸，使油脂分子能夠充分地分散于液相中[11]，從而使提取率增加到26.84%，但隨料液比增大，葡萄籽油提取率有緩慢降低趨勢(shì)。故選擇料液比1∶5作為提取條件更為合適。

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)葡萄籽油提取率的影響 提取油脂的過(guò)程中，時(shí)間的長(zhǎng)短也會(huì)影響到油脂的提取效果[22]。如圖4所示，提取時(shí)間越長(zhǎng)，提油率越高，說(shuō)明適當(dāng)延長(zhǎng)浸提時(shí)間可以提高葡萄籽油的提油率。但從不同時(shí)間提油率的變化量來(lái)看，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，提取率迅速下降。為獲得較好的提取效率，浸提時(shí)間以2 h為宜。

2.1.5 提取溫度對(duì)葡萄籽油提取率的影響 溫度在溶劑浸提油脂時(shí)起到關(guān)鍵作用，提取溫度升高從而加速分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，提高溶劑分子與油脂分子的接觸幾率，使油脂分子從油料當(dāng)中快速滲透出來(lái)并向溶劑中擴(kuò)散，得到混合油[22-23]。但是過(guò)高的溫度會(huì)使溶劑過(guò)快蒸發(fā)降低提取率。

由圖5可以看出，溫度在60 ℃之前，提取率隨溫度的增加而增大，當(dāng)溫度為60 ℃時(shí)，提取率為28.81%，隨著提取溫度從60 ℃上升到80 ℃時(shí)，提取率由28.81%降至26.96%。因此選取60 ℃作為最適提取溫度。

2.2 葡萄籽油提取工藝正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

按L9（3）3正交設(shè)計(jì)表的各種條件進(jìn)行試驗(yàn)。由表2可以得出，影響提取率的主次因素為A>C>B最佳工藝為A2B2C3，即乙醇體積分?jǐn)?shù)45%，pH值為9，提取溫度70 ℃，在上述提取條件下，葡萄籽油提取率達(dá)30.1%以上，為最優(yōu)提取工藝參數(shù)。

2.3 乙醇水提法提取葡萄籽油品質(zhì)分析

測(cè)定乙醇水提法所得葡萄籽油各理化指標(biāo)，并與索氏提取法所得葡萄籽油理化指標(biāo)、葡萄籽油國(guó)標(biāo)《葡萄籽油》《GB/T 22478—2008》進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表3。本試驗(yàn)所用乙醇水提法制得葡萄籽油具有葡萄籽油固有的氣味、色澤、透明度；其中酸價(jià)和過(guò)氧化值較低，表明葡萄籽油中的大部分游離脂肪酸和雜質(zhì)含量較低，碘值和皂化值所含的脂肪酸不飽和程度和平均分子量變化不大，且葡萄籽油的各項(xiàng)理化指標(biāo)基本符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；而索氏提取法提取過(guò)程中提取溫度較高，容易造成葡萄籽油的氧化，同時(shí)提取用的溶劑易殘留，導(dǎo)致葡萄籽油品質(zhì)下降，得到的毛油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)標(biāo)有差距；從感官上來(lái)看，索氏提取法提取的葡萄籽油微渾濁，可能是產(chǎn)品有溶劑殘留，略微破壞了油脂的天然特色，油品質(zhì)量稍差。

3 討論與結(jié)論

綜上可知，乙醇水提法提取葡萄籽油的最優(yōu)組合條件：乙醇體積分?jǐn)?shù)45%、料液比1∶5、pH值 9、提取時(shí)間2 h、提取溫度70 ℃，離心后水相循環(huán)提取渣相2 h。在優(yōu)化條件下，葡萄籽油提取率可達(dá)30.1%，高于索氏提取法的葡萄籽油提取率14.88%。

乙醇水提法提取所得的葡萄籽油色澤呈淺黃色、澄清透明無(wú)異味，酸值、碘值、皂化值、過(guò)氧化值等理化指標(biāo)均接近于或達(dá)到葡萄籽油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，顯著高于索氏提取法所得的葡萄籽油質(zhì)量。

乙醇水提法提取葡萄籽油，原料無(wú)需經(jīng)過(guò)干燥預(yù)處理，提取工藝簡(jiǎn)單，提取時(shí)間由索氏提取法的6 h縮短至2 h；并且乙醇作為提取劑，后期能完全回收，不易殘留，安全性較其他有機(jī)溶劑好。因此，乙醇水提法是目前最綠色環(huán)保、操作簡(jiǎn)單、成本低廉、提取率高、油品質(zhì)好的提取工藝之一。本實(shí)驗(yàn)室正在著手準(zhǔn)備對(duì)乙醇水提法提取葡萄籽油工藝進(jìn)行中試試驗(yàn)，為其工業(yè)化生產(chǎn)葡萄籽油打好基礎(chǔ)。

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基金項(xiàng)目：天津市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202110859021）；天津市教委科研計(jì)劃項(xiàng)目（2022KJ105）

作者簡(jiǎn)介：陸道雪（2000—），女，貴州黔南人，主要從事天然產(chǎn)物提取研究。

通訊作者簡(jiǎn)介：王勇（1984—），男，甘肅天水人，工程師，碩士，主要從事葡萄酒釀造技術(shù)研究。