超聲波輔助溶劑浸出法提取巴塘核桃油工藝優化及脂肪酸組分分析

王翔宇,羅珍岑,李 鍵,陳煉紅，張 巖

(西南民族大學生命科學與技術學院,四川成都 610041)

核桃(Juglansregia)中不僅含有豐富的蛋白質和氨基酸,而且其油中含有大量的不飽和脂肪酸,尤其是其油酸(C18∶1)、亞油酸(C18∶2)及亞麻酸(C18∶3)含量較高,是易消化和防治高血脂、冠心病等老年病的優良食用油[1-3],也是高空作業和飛行人員的高級保健食用油[4]。在國際市場上,核桃油同橄欖油一樣都倍受消費者青睞,市場前景廣闊。

巴塘核桃主要產于巴塘縣海拔2800 m以下的金沙江干旱河谷地帶,是全國最優質的產品之一,是無污染無公害的綠色天然保健食品。其以果大、殼薄、仁多、質好而著稱,深受消費者喜愛。巴塘核桃核桃仁中油脂含量高于60%,不飽和脂肪酸占90%以上[5],是制作核桃油的優良原料。傳統提油多采用壓榨法和有機溶劑浸出法,這些方法不能充分利用油料中所含的豐富蛋白質,且壓榨法提油率低,精制工藝繁瑣,油品色澤不理想;有機溶劑浸提法提取時間較長,溶劑揮發損失較多,成本較高,且提油率較低。而超聲波輔助提取可提高有效成分的提取率,縮短提取時間,提高提取效率,節省溶劑用量,簡化操作步驟[6]。

目前,超聲波輔助溶劑浸出法用于提取核桃油已有研究,如王順民[4]等采用正交實驗法研究超聲波法提取山核桃油的工藝條件。結果表明影響山核桃油提取率的主要因素是油料與溶劑量比,提取溫度和提取時間影響其次。項方獻等[7]以臨安山核桃仁為原料,結合超聲波輔助,研究水酶法提取山核桃油的加工工藝。王文瓊等[8]采用超聲波輔助法提取山核桃油,研究超聲波處理參數,提取溶劑、液料比、提取時間對超聲提取山核桃油的影響。結果表明,正己烷是較理想的山核桃油提取溶劑;適當增加溶劑量、提取時間、超聲波功率,山核桃油得率隨之增加。而巴塘核桃油提取還未見報道。本實驗通過單因素以及L9(33)正交實驗研究料液比、單次超聲時間與間歇時間比及超聲時間3個因素對超聲波輔助溶劑浸出法提取核桃油提油率的影響,并采用氣相色譜(GC)法同時測定超聲波輔助溶劑浸出法與超聲波輔助水酶法所提巴塘核桃油脂肪酸,對比分析脂肪酸種類和含量,旨在為巴塘核桃的深加工提供理論依據與技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

巴塘核桃(金核1號) 2016年10月采自四川省甘孜州巴塘縣(蛋白質含量為19.69%,水分含量為4.06%,脂肪含量為65.29%);硫酸銅、硫酸鉀、氫氧化鈉、無水硫酸鈉、無水碳酸鈉、三氟化硼、硼酸等試劑 均為分析純,成都市科龍化工試劑廠。

MP512-02精密純水pH計 上海三信儀表廠;SKD-800凱氏定氮儀、SKD-08S2紅外石英消化爐 上海沛歐分析儀器有限公司;N-1000旋轉蒸發器 南通瑞普科技儀器有限公司;BYSXT-02索氏提取 四川蜀玻有限公司;CSJ-40P高速萬能粉碎機 成都超純科技有限公司;DL-20G-Ⅱ臺式高速離心機 上海安亭科學儀器廠;ATPIO超聲波細胞破碎儀 合肥金尼機械制造有限公司;7890A氣相色譜儀 美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 超聲波輔助溶劑浸出法提取核桃油的工藝流程及操作要點 巴塘核桃→破碎去殼→除隔膜及霉變核桃仁→粉碎成漿料→烘干→稱樣→加正己烷→超聲波細胞破碎→離心→取上清液→回收正己烷→烘至恒重→巴塘核桃油

將核桃去殼除隔膜獲取核桃仁,用高速粉碎機將核桃仁粉粹成漿料后過60目篩,置于60～70 ℃電熱鼓風干燥箱中烘干至水分低于5%;精確稱量一定量烘干后的核桃仁,按一定比例添加正己烷,設置一定比例的單次超聲時間與間歇時間比,用超聲波細胞破碎儀處理一定時間,處理后的溶液于4000 r/min條件下離心20 min,通過旋轉蒸發器回收正己烷,剩余液體在60～70 ℃電熱鼓風干燥箱烘至恒重即為核桃油粗品。

1.2.2 超聲波輔助水酶法提取核桃油的提取工藝流程及操作要點:篩選核桃→破碎去殼→核桃仁粉碎成漿料→烘干→稱取樣品→加水→調pH為7.0→超聲波細胞破碎→加酶,酶解→滅酶(100 ℃,5 min)→離心分離→清油→取上清液→過濾→干燥→巴塘核桃油

將核桃去殼除隔膜獲取核桃仁,用高速粉碎機將核桃仁粉粹成漿料后過60目篩,60～70 ℃烘干至水分低于5%[7];按1∶5 g/mL的比例加入蒸餾水[9];超聲功率400 W,超聲時間30 min,溫度50 ℃;超聲處理后,加入復合酶酶解(纖維素酶/果膠酶/中性蛋白酶為1∶1∶1)[10];酶解完成后,酶解液經100 ℃滅酶5 min,采用離心工藝使酶解液分層,離心轉速4000 r/min,時間20 min,離心后取上層油體濾膜過濾,干燥至恒重后即可得到澄清透明的核桃油。該法提油率為51.52%。

1.2.3 超聲波輔助溶劑浸出法提取巴塘核桃油工藝優化

1.2.3.1 單因素實驗 根據操作要點,固定單次超聲時間與間歇時間比為3∶8 s/s,超聲時間為10 min,探究料液比1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9 g/mL對提油率的影響;固定料液比為1∶7 g/mL,超聲時間為10 min,探究單次超聲時間與間歇時間比3∶4、3∶5、3∶6、3∶7、3∶8 s/s對提油率的影響;固定料液比為1∶7 g/mL,單次超聲時間與間歇時間比為3∶8 s/s,探究超聲時間10、20、30、40、50 min對提油率的影響。

1.2.3.2 正交實驗 通過單因素以及L9(33)正交實驗研究料液比、單次超聲時間與間歇時間比及超聲時間3個因素對超聲波輔助溶劑浸出法提取核桃油提油率的影響,以提油率為指標,確定最佳的提取工藝條件[11]。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal experiment

1.2.3.3 超聲波輔助溶劑浸出法與超聲波輔助水酶法提取的脂肪酸對比 用GC法對超聲波輔助溶劑浸出法與超聲波輔助水酶法提取的主要脂肪酸組分進行測定,并對測定結果進行對比分析。

1.3 測定方法

1.3.1 提油率測定方法 經測定并計算巴塘核桃核桃油質量記為m,準確稱取粉碎巴塘核桃仁質量記為M,提油率記為ω,按下式計算:

ω(%)=m/M×100

1.3.2 脂肪酸測定方法 依據GB17376-2008(三氟化硼法)制備脂肪酸甲酯[12],甲酯化后的樣品按下列條件進行色譜分析[13]:色譜柱:DB-5 MS石英毛細管柱(30.0 m×0.25 mm×0.25 μm);固定相:聚乙二醇,質量分數為10%,涂層0.2 μm;FID檢測器,柱溫:80 ℃保持5 min,再以5 ℃/min的速度升溫至180 ℃,進樣口溫度:270 ℃,檢測器溫度:300 ℃;載氣:氦氣,純度≥99.999%,載氣流速:30 mL/min;進樣量:1 μL。通過AMDIS自動質譜圖解卷積和鑒定系統軟件進行定性分析,確定脂肪酸組成。根據峰面積以歸一法進行定量分析,測定脂肪酸的相對含量[14]。

1.4 數據統計分析

用Excel軟件對數據進行整理,使用SPSS 19.0軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 溶劑浸出法優化實驗

2.1.1 料液比對提油率的影響 以提油率為評價指標,考察料液比對提油率的影響,結果見圖1。

圖1 料液比對巴塘核桃油提油率的影響Fig.1 Influences of the solid-liquid ratio Batang on oil extraction rates

由圖1可知:隨著料液比的增大,提油率呈先上升后下降的趨勢,料液比為1∶7 g/mL時提油率最高可達56.37%。這是因為對于一定質量的核桃仁來說,溶劑體積的增加,增大了核桃仁與溶劑接觸界面的濃度差,從而提高了傳質速率,使提油率增大。然而核桃仁中的油脂含量是一定的,隨著料液比的增加而沒有明顯變化[15],且在細胞破碎過程中正己烷揮發并帶走一定量的核桃油,提油率呈下降趨勢。

2.1.2 單次超聲時間與間歇時間比對提油率的影響 以提油率為評價指標,考察超聲波細胞破碎儀單次超聲時間與間隔時間比對提油率的影響,結果見圖2。

圖2 單次超聲時間與間隔時間比 對巴塘核桃油提油率的影響Fig.2 Influences of the single/separate time ratio on Batang oil extraction rates

由圖2可知，在超聲波細胞破碎儀單次超聲時間與間隔時間比為3∶4～3∶7 s/s時,提油率變化不明顯,而超聲波細胞破碎儀單次超聲時間與間隔時間比為3∶8 s/s時,提油率出現下降趨勢。這是因為單位時間內超聲波細胞破碎儀單次超聲時間與間隔時間比為3∶4～3∶7 s/s時,細胞破碎基本完全破碎,使油脂釋放,易于提取;而超聲波細胞破碎儀單次超聲時間與間隔時間比為3∶8 s/s時,細胞破碎不完全,使部分油脂被細胞包裹,不易于提取,在考慮儀器損耗的情況下,確定單次超聲時間與間隔時間比為3∶7 s/s最佳。

2.1.3 超聲時間對提油率的影響 以提油率為評價指標,考察超聲時間對提油率的影響,結果見圖3。

圖3 超聲時間對巴塘核桃油提油率的影響Fig.3 Influences of the ultrasound time on Batang oil extraction rates

由圖3可知:超聲時間在10 min時已達最佳(55.89%),隨著超聲時間的延長而提油率變化不明顯,且超聲時間過長反而會導致正己烷揮發并帶走一定量的油脂[16-17]。實驗確定超聲時間為10 min。

2.1.4 工藝優化正交實驗 實驗選用正己烷為溶劑,研究對提油率影響最為顯著的三個因素,即料液比(A)、細胞破碎儀的單次超聲時間和間歇時間比(B)以及超聲時間(C),采用L9(33)正交實驗,以提油率為指標,篩選最佳工藝條件,實驗結果見表2[18]。

表2 巴塘核桃加工工藝正交實驗結果Table 2 Results of the orthogonal experiment of Batang walnuts processing

由表2可知，3個因素對巴塘核桃提油率影響的主次順序為:料液比>超聲時間>單次超聲時間與間歇時間比[4],分析得最佳的生產工藝方案為:A3B3C2,與實驗結果中提油率最高的第九組A3B3C2相符合,提油率為58.90%。正交實驗得出的最佳工藝參數為:料液比為1∶7.5 g/mL,最佳單次超聲時間與間隔時間比為3∶8 s/s,超聲時間為10 min。

2.2 脂肪酸檢測結果

用超聲波輔助溶劑浸出法與超聲波輔助水酶法提取的主要脂肪酸組分進行對比分析,結果如表3。

表3 GC測定脂肪酸結果Table 3 Results of GC determination of fatty oil

由表3可知，超聲波輔助溶劑浸出法與超聲波輔助水酶法提取的核桃油中主要的脂肪酸組分相同,由6種脂肪酸構成,其中亞油酸含量可達到54%,其他依次為油酸(30.5%)、亞麻酸(7.41%)、棕櫚酸(5.06%)、硬脂酸(2.73%)、棕櫚油酸(0.054%)，且含量差異不顯著(p>0.05);核桃油中油酸、亞油酸含量越高、油麻比值越高,其品質越好而且耐藏性更長。而且隨著亞油酸在抗癌、抗動脈硬化并且參與脂肪分解與新陳代謝等生理活性的確定,尋求優質亞油酸原料就更為重要了。經分析,二者不飽和脂肪酸含量均高于92%,亞油酸含量可達到54%,所以巴塘核桃油是營養豐富、品質優良的食用油。

3 結論

本實驗分析了三個對提油率影響較大的因素,結果表示,超聲波輔助溶劑浸出法提取該油的三個因素對提油率影響的主次順序為:料液比>超聲時間>單次超聲時間與間歇時間比。對工藝進行優化得到提取該油的最佳工藝條件為:料液比為1∶7.5 g/mL,單次超聲時間與間歇時間比為3∶8 s/s,超聲時間10 min,在最佳工藝條件下,提油率為58.90%,與預測值基本一致,說明得到的超聲波輔助溶劑浸出法提取核桃油工藝的條件真實可靠。充分利用超聲微波協同提取技術,得到的工藝簡單、快速、得率高,很

好地兼顧了巴塘核桃油提取的省時和高得率。

超聲波輔助溶劑浸出法與超聲波輔助水酶法提取的核桃油中主要的脂肪酸組分相同,均由6種脂肪酸構成,其中亞油酸含量可達到54%,其他依次為油酸(30.5%)、亞麻酸(7.41%)、棕櫚酸(5.06%)、硬脂酸(2.73%)、棕櫚油酸(0.054%)，且含量差異不顯著(p>0.05);二者不飽和脂肪酸含量均高于92%,是營養豐富、品質優良的食用油。

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