山核桃油水代法提取工藝研究

王順民 吳李勤

山核桃油水代法提取工藝研究

王順民 吳李勤

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，蕪湖 241000)

研究水代法提取山核桃油的可行性和工藝條件，試圖為山核桃油生產(chǎn)提供新的途徑。本研究以山核桃為原料，以出油率為指標(biāo)，在單因素的基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法研究水代法提取山核桃油的工藝條件。結(jié)果表明:影響山核桃油出油率的因素順序依次為振蕩溫度、漿液pH和料液比。最佳提取條件為140℃下烘烤45 min、料液比1∶5、漿液pH 5．0、60℃振蕩150 min和轉(zhuǎn)速5 500 r/min離心30 min。在此條件下出油率達(dá)79．3%，其油以不飽和脂肪酸含量約92%，主要為油酸(C18∶1)、亞油酸(C18∶2)和亞麻酸(C18∶3);飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為7%，主要為棕櫚酸。

山核桃 油 水代法

山核桃(Carya cathayensis Sarg．)又名“小胡桃”、山核桃楸。屬胡桃科、純野生果類，居世界四大堅(jiān)果之首，其油中含有大量的油酸、亞油酸和亞麻酸等不飽和脂肪酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)88．38% ～95．78%，超過油茶4倍，也高于橄欖油。山核桃油不僅易消化，而且具有降血脂和預(yù)防冠心病等老年病，是優(yōu)良的食用油之一［1］。其富含的DHA對治療老年性癡呆癥有著很好的功效［2］，還具有抗氧化［3］和增加免疫作用［4］。Haddad 等［5］證實(shí)高山核桃的膳食可以增加血液中的γ－VE，對癌癥具有一定的預(yù)防效果。由于缺乏適用于工業(yè)化提取的方法和油加工品質(zhì)等相關(guān)研究資料，山核桃油現(xiàn)階段尚沒有得到合理的利用。山核桃油提取方法有溶劑法［6］、超聲波法［7］、水代法［8］和微波法［9］等。水代法提油操作條件溫和，原料利用率高，成本低。其獲得的油脂品質(zhì)較高，不需要精煉，其中不飽和脂肪酸種類多、含量高［10－11］。本研究以安徽寧國產(chǎn)山核桃為對象，研究水代法提取其油脂的最佳工藝條件及分析其成分。

1 材料與方法

1．1 材料與設(shè)備

山核桃，產(chǎn)自安徽寧國;氫氧化鈉、檸檬酸等(均為分析純):中國國藥集團(tuán)。

PHS－2F數(shù)字pH計(jì):上海精密科學(xué)儀器有限公司;電子天平:塞多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;L－550臺式低速大容量離心機(jī):長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;FW－100高速萬能粉碎機(jī):黃驊市振興機(jī)電儀器廠。

1．2 試驗(yàn)方法

1．2．1 山核桃仁基本成分的測定

粗脂肪含量及粕中殘油測定，參照GB/T 5512—2008;粗蛋白質(zhì)含量測定，參照GB/T 5511—2008;水分測定，參照GB 5009．3—2010;灰分測定，參照GB 5505—2008。

1．2．2 工藝

1．2．3 水代法取油單因素試驗(yàn)

烘烤溫度對出油率的影響:取山核桃適量，在140 ℃下分別烘烤15、25、35、45和55 min后，去殼、除雜，干法打碎、磨漿。稱取漿料10．00 g，以料液比1∶4兌水，調(diào)整漿液pH值為5．0。60℃恒溫振蕩150 min后，在4 500 r/min條件下離心30 min，測定、計(jì)算出油率。確定最佳烘烤溫度。

料液比對出油率的影響:分別以料液比為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5 和 1∶6 給漿料兌水，提取山核桃油(其他條件同1．2．2．1)。測定、計(jì)算出油率，以確定最佳料液比。

漿液pH對出油率的影響:漿料兌水后，調(diào)整pH值分別為 3．5、4．0、4．5、5．0 和 5．5，提取山核桃油(其他條件同1．2．2．1)，以確定最佳漿液pH值。

振蕩溫度對出油率的影響:漿料兌水、調(diào)pH值后，分別在30、40、50、60、70 ℃下恒溫振蕩提取山核桃油(其他條件同1．2．2．1)。以確定最佳振蕩溫度。

離心速度對出油率的影響:恒溫振蕩提取后，分別在2 500、3 500、4 500和5 500 r/min條件下離心分離，以確定最佳離心速度。

1．2．4 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇對出油率影響大的振蕩溫度、漿液pH和料液比為進(jìn)一步考察的試驗(yàn)因素，并設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，以確定最佳提取條件。

1．2．5 測定指標(biāo)

1．2．5．1 山核桃含油量的測定

參照GB/T 14488．1—2008，以石油醚作溶劑抽提種仁，將得石油醚可溶物除去溶劑后得到固形物，稱重，即為樣品中的油脂含量。

含油量=(G2－G1)/W×100%

式中:G1為抽提前抽提瓶質(zhì)量/g;G2為抽提后抽提瓶和油的質(zhì)量/g;W為樣品質(zhì)量/g。

1．2．5．2 山核桃粕中殘油含量的測定

離心分離取出清油后的漿渣中仍含有大量的油脂，故需對漿渣中的核桃油進(jìn)行提取測定。參照GB 10359—2008，以石油醚作溶劑抽提殘?jiān)瑢⒌檬兔芽扇芪锍ト軇┖蟮玫焦绦挝铮Q重，即為殘?jiān)械挠椭|(zhì)量。含量計(jì)算同上。

1．2．5．3 出油率的計(jì)算公式［10］

1．2．6 山核桃仁油的品質(zhì)分析

色澤測定，參照GB/T 22460—2008;酸價(jià)測定，參照GB/T 5530—2005;過氧化值測定，參照GB/T 5538—2005;油脂水分及揮發(fā)物測定，參照 GB/T 5528—2008。

1．2．7 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)為3次重復(fù)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1．3 脂肪酸測定

1．3．1 樣品處理 稱取一定量水代法提取的山核桃油，用苯－石油醚溶液浸提20 min，后用NaOH－CH3OH溶液甲酯化，正己烷萃取，取上清液上機(jī)分析［12］。

1．3．2 測定條件

在車網(wǎng)協(xié)同的基礎(chǔ)上，通過車與車、車與路、車與標(biāo)之間構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來提高交通系統(tǒng)的智能化。多車協(xié)同自動駕駛技術(shù)是當(dāng)下智能駕駛的研究熱點(diǎn)，也是未來無人駕駛研究的重點(diǎn)技術(shù)，該技術(shù)的研究可以有效降低交通控制管理的復(fù)雜度，同時也能讓交通路況更通暢從而減少環(huán)境的污染。

色譜儀:Finnigan Trace GC，F(xiàn)ID檢測器。

氣相色譜分析條件:SUPELCO SPTM－2 330(60 m ×0．32 mm ×0．2 μm)毛細(xì)管柱(TM 為上標(biāo))140℃(1 min)→(40℃ /min)→215℃(5 min)→(28℃/min)→240℃(5 min);檢測器:氫火焰離子檢測器(FID);載氣:N2(30 mL/min);H2:35 mL/min;空氣:350 mL/min;尾吹流速(N2):45 mL/min;進(jìn)樣溫度:220℃，檢測器FID溫度為280℃;進(jìn)樣方式:不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量:0．5μL。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2．1 山核桃仁基本成分

山核桃仁基本成分見表1。

表1 山核桃仁基本成分

2．2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2．2．1 烘烤時間對出油率的影響

從圖1可知，出油率隨著烘烤時間的增加而增加。但超過35 min后，出油率增加緩慢，清油顏色也加深，影響了油脂的品質(zhì)。山核桃仁含有一定量的水分，高水分磨漿會引起乳化，使油水難以分離，導(dǎo)致出油率降低，因此需將水分降至5%左右。合適的烘烤時間有助提高出油率和產(chǎn)生山核桃獨(dú)特的香味，但烘烤時間過長，油料表面發(fā)生焦化，部分油脂溢出，取油效率降低，還會產(chǎn)生焦糊味乃至苦味［13］。因此，烘烤時間以45 min為宜，此時清油色澤較好。

圖1 烘烤時間對出油率的影響

2．2．2 兌水量(料液比)對出油率的影響

由圖2可知，出油率隨著料水比的增加而升高。當(dāng)料液比超過1∶5時，繼續(xù)增加料液比，出油率反而降低。料漿中的非油物質(zhì)在吸水量合適的情況下，不僅能將油盡可能的替換出，還可使?jié){渣的黏度與表面張力達(dá)到最優(yōu)，在分油時容易將包裹在其中的分散油脂分離出來。加水量過少，料漿吸水量不足，生成的漿渣黏度大，油脂不易從蛋白乳渣中分離出來。加水量過多，分油時油與漿渣容易混合，產(chǎn)生乳化從而不易分離，也影響了出油效果。適宜的加水量才能得到較高的出油率［13］。故料液比為1∶4～1∶6 為宜。

圖2 料液比對出油率的影響

2．2．3 pH值對出油率的影響

當(dāng)pH值小于5時，出油率隨pH值增加而增大;當(dāng)pH值超過5時，出油率急劇下降(圖3)。漿液pH值的大小影響蛋白的溶解及乳化能力，水代法取油效果與山核桃蛋白的溶解度、等電點(diǎn)有關(guān)，合適的pH值能促進(jìn)蛋白質(zhì)的溶解有利于油脂的釋放［8］。因此，pH 值以4．5 ～5．5 為宜。

圖3 料漿pH對出油率的影響

2．2．4 振蕩溫度對出油率的影響

由圖4可以知道，出油率隨著振蕩溫度的升高而增加，60℃后出油率反而降低。溫度升高油脂黏度降低，流動性好，蛋白質(zhì)部分變性，油脂易于分層，有利于取油。振蕩溫度超過60℃后，水在油脂中溶解度就會增加，形成水包油型，阻止油滴出來，乳化層也較厚。因?yàn)闇囟鹊停椭ざ却螅瑵{液粘稠，油水難以分層;而溫度高，油脂黏度降低，漿液變稀，油水易于分層［14］。因此，兌水溫度不宜過高，以50～70℃為宜。

圖4 振蕩溫度對出油率的影響

2．2．5 離心速度對取油率的影響

隨著離心速度的增大，漿渣內(nèi)部包裹的分散油脂越易被分離出來，因此出油率與離心速度成正相關(guān)。當(dāng)離心速度達(dá)到5 500 r/min，離心管內(nèi)的料漿受到4 240 N的離心力，在此離心力的作用下，與漿渣內(nèi)部緊密結(jié)合的油極易被分離出來，此時出油率達(dá)最大(圖5)。離心速度影響出油率，離心速度越大，油與固體粒子越容易分離［8］。本試驗(yàn)使用的離心機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為5 500 r/min，因此，離心速度為5 500 r/min。

圖5 離心速度對出油率的影響

2．3 水代法取油工藝的優(yōu)化結(jié)果及分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用L9(34)正交試驗(yàn)，以即漿液的pH、料液比和水浴振蕩溫度作為考察對象，以出油率為指標(biāo)，對水代法提取山核桃油的工藝進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)因素水平及結(jié)果見表2。

由表2試驗(yàn)結(jié)果及極差法分析可知，影響水代法提取山核桃油的因素的主次順序?yàn)?振蕩溫度＞料液比＞漿液pH。確定最佳提取工藝條件的組合是:A2B2C2。即料水比為1∶5，振蕩溫度60℃，漿液pH值為5。

表2 正交試驗(yàn)因素水平及結(jié)果分析

山核桃在140℃烘烤45 min后分別稱取3份10．00 g左右，在料液比為1∶5，振蕩溫度為 60 ℃，振蕩時間為150 min，漿液pH值為5，離心速度為5 500 r/min的條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在最佳工藝條件下，出油率達(dá)79．3%。

2．4 山核桃仁油的品質(zhì)分析

測定水代法獲取的山核桃仁油的主要理化指標(biāo)，并與核桃油國標(biāo)進(jìn)行比較。水代法提取的山核桃油酸價(jià)及過氧化值等指標(biāo)都符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而且澄清透明，具有山核桃特有清香(表3)。

表3 山核桃仁油的理化指標(biāo)

2．5 脂肪酸測定

由圖6可知，水代法獲得的山核桃油的脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%，其中主要包括油酸(C18∶1)67．23%，亞油酸(C18∶2)23．81%，亞麻酸 (C18∶3)1．84%;飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7．56%，主要為棕櫚酸5．33%。

圖6 不同脂肪酸的GC譜圖

3 討論與結(jié)論

山核桃仁含有大量的油脂，但是被蛋白質(zhì)所包裹在內(nèi)。烘烤去除水分的同時可以破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使油料中球蛋白變性，親水基轉(zhuǎn)入不規(guī)則狀態(tài)，疏水基轉(zhuǎn)到外部，從而包含在球蛋白內(nèi)部的油脂露于表面，出油率提高［13］。本研究采用漿液 pH值為5．0提取，出油率為79．3%，結(jié)果與周文亮等［15］報(bào)道的在pH 值5．0～6．0條件下，出油率為79．41%相一致。而采用乙醚浸提山核桃油，提取率達(dá)98．17%，但其測定指標(biāo)與本研究不同［6］。李勁等［11］報(bào)道在溫度為25℃，時間4 h，磨漿料水比1∶3和離心轉(zhuǎn)速4 800 r/min的條件下，核桃出油率為72%，該值低于本試驗(yàn)結(jié)果。史雙枝等［14］證實(shí)水代法提取核桃油的最佳條件為料液比(g∶mL)1∶3，兌水 pH 5．5，浸提溫度60℃和浸提時間8 h。該條件下油脂得率為19．52%。其浸提溫度和兌水pH值與本研究的條件一致，但本研究的試驗(yàn)材料和衡量指標(biāo)均與其不同。王學(xué)輝等［13］報(bào)道采用烘烤時間80 min，兌漿水溫度70℃，兌漿水 pH 7，兌漿料液比 1∶0．7，離心速度為5 000 r/min，離心40 min的條件下進(jìn)行水代法提取核桃油，出油率可達(dá)88．51%。該值要高于本試驗(yàn)結(jié)果，原因可能為試驗(yàn)材料相異。馬云輝等［8］報(bào)道采用水代法提取小核桃仁油的條件為140℃，烘烤90 min，料液比1∶0．8，兌水溫度75 ℃，兌水pH 7 和4 000 r/min 下離心40 min，其取油率為可達(dá)88%，雖然部分條件與本試驗(yàn)相同，但其衡量指標(biāo)也有異于本試驗(yàn)。

本研究采用水代法提取山核桃油，工藝條件溫和，出油率較高，所得山核桃油品質(zhì)好，不飽和脂肪酸含量高，種類豐富。

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Study on Aqueous Extraction of Oil from Carya cathayensis Sarg

Wang Shunmin Wu Liqin
(Biological and Chemical Engineering Institute，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000)

The feasibility and technical conditions of aqueous extraction process of Carya cathayensis Sarg oil were investigated in order to provide an alternative method for oil extraction from Carya cathayensis Sarg．With the oil extraction rate as the indicators，single factor experiments and orthogonal experiments were carried out，the results showed that the order of the main influence factors was:extracting temperature＞mixed water pH＞ratio of material to liquid．The optimum extraction conditions were obtained as follows:baking 45 min under 140 ℃，the ratio of material to liquid 1∶5，extracting in 60 ℃ water bath at pH 5．0 for 150 min，centrifugal speed 5 500 r/min，centrifugal time 30 min．Under the best conditions，the oil extraction rate was 79．3%．The results showed that the content of unsaturated acid which took up 92%in the fatty acid of Carya cathayensis Sarg oil，and mainly was oleic acid(C18∶1)，linoleic acid(C18∶2)，linolenic acid(C18∶3);the content of saturated acid which took up 7%in the fatty acid of Carya cathayensis Sarg oil and mainly was palmitic acid．

Carya cathayensis Sarg，oil，aqueous extraction method

TS201．2

A

1003－0174(2012)02－0052－05

安徽工程大學(xué)青年基金(2006YQ031)，安徽工程大學(xué)青年教師科研資助計(jì)劃項(xiàng)目(2008rzr006)

2011－05－05

王順民，男，1975年出生，碩士，講師，功能性食品