沙田柚柚子籽油提取工藝優化及性質研究

寧 芯 陸秋琪 班薇薇 羅 弦羅志輝 莫紫梅 杜 偉 汪 磊

(廣西農產資源化學與生物技術重點實驗室1，玉林 537000) (廣西高校桂東南特色農產資源高效利用重點實驗室2，玉林 537000) (玉林師范學院化學與食品科學學院3，玉林 537000) (益海嘉里(武漢)糧油工業有限公司4，武漢 430040) (廣西-東盟食品藥品安全檢驗檢測中心5，南寧 530001) (廣西宏邦食品有限公司6，玉林 537400)

沙田柚是世界四大名柚之一，也是我國產銷量最大的柚子品種。廣西容縣種植沙田柚已有2000多年歷史，是沙田柚的原產地，被譽為“中國沙田柚之鄉”。預計2020年容縣沙田柚種植面積將達25萬畝，產值超20億元，是帶動縣域經濟發展、農民增收、脫貧致富的重要支柱產業。沙田柚可食率約40.1%～50.38%，可溶性固形物12%～16%，蛋白質、有機酸、維生素等營養素居各種柑桔之首，且具有消食、化痰、止咳、潤肺等功效，食用價值與經濟價值高[1]。

容縣沙田柚以鮮銷為主，附加值低，產業鏈脆弱，缺乏沙田柚加工副產品綜合利用技術是制約沙田柚高值化加工的瓶頸。當前，柚子皮主要用來提取植物精油[2]、果膠[2,3]、柚皮苷[4]、纖維素[5]，或作為主要原料制備可食用膜[6]、柚子茶[7]、果脯[8]等產品。沙田柚籽粒較多，而柚子籽加工利用方面的研究相對較少。Rashid等[9]研究表明柑橘類籽粒中含有豐富油脂，一般在40%以上，且富含亞油酸、油酸以及類黃酮、檸檬苦素等高效抗氧化成分[10]，有較高的食用價值，可以作為新型油脂資源。

超聲波通過機械和空化效應破壞細胞壁和減小物料粒徑，促進目標組分溶出，是一種綠色、清潔的提取技術，具有提取時間短、效率高、成本低和降低高溫對提取物的影響等優點[11，12]，已廣泛應用于諸如米糠油[13]、橄欖油[14]、南瓜籽油[15]、辣木籽油[16]等各類油脂的提取。本研究以容縣沙田柚柚子籽為原料，優化超聲波輔助溶劑法浸提沙田柚柚子籽油工藝，并研究其理化性質，以期為沙田柚柚子籽的高值化利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙田柚柚子籽、葵花籽油、菜籽油、芝麻油、玉米油、大豆油；正己烷、石油醚、乙醚、氫氧化鉀、甲醇：分析純。

1.2 儀器與設備

AR224CN分析天平，DHG-9146A鼓風干燥機，FW110萬能粉碎機，KQ5200DE超聲波清洗器，RE-2000A旋轉蒸發儀，GC-2010氣相色譜儀。

1.3 方法

1.3.1 沙田柚柚子籽油提取方法

沙田柚柚子籽粉碎，精確稱取10.0 g樣品放入三角瓶中，加入一定量的正己烷，然后置于超聲波裝置中，設置好超聲功率，一定溫度下超聲一定時間，然后4 000 r/min離心10 min，收集上清液，用旋轉蒸發儀回收溶劑，將柚子籽油置于鼓風干燥箱中50 ℃烘4 h，充分去除殘余溶劑，然后稱量柚子籽油的重量[16]。

沙田柚柚子籽油得率/%=沙田柚柚子籽油質量×100/10

1.3.2 單因素實驗

本研究分別以超聲功率(120、140、160、180、200 W)、料液比(1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12 g/mL)、超聲溫度(35、40、45、50、55 ℃)和超聲時間(15、25、35、45、55 min)為影響因素進行單因素實驗，研究上述因素對沙田柚柚子籽油得率的影響。

1.3.3 響應面實驗

在單因素實驗結果的基礎上，根據Box-Benhnken中心組合設計(BBD)的實驗原理，以沙田柚柚子籽油得率為響應值，選取對沙田柚柚子籽油得率有顯著性影響的料液比、超聲溫度和超聲時間 3個因素為自變量，采用3因素3水平的響應面分析法進行實驗設計，優化超聲波輔助溶劑法浸提沙田柚柚子籽油工藝。響應面因素水平編碼表見表1。

表1 Box-Behnken實驗因素和水平

1.3.4 沙田柚柚子籽油理化性質測定

1.3.4.1 脂肪酸組成測定

稱取100～250 mg油樣，精確至1 mg，裝入25 mL具塞容量瓶中，加入石油醚-乙醚溶液約2 mL，振搖至油樣溶解后，再加入氫氧化鉀-甲醇溶液約1 mL，混勻，在室溫下放置約30 min，再沿瓶壁加入水，靜置，待分層，吸取上清液1 μL進行氣相色譜測定。

色譜條件：色譜柱，SP-2560彈性石英毛細管柱(100 m×0.25 mm，0.20 μm)；程序升溫，初始溫度100 ℃，保持13 min，以10 ℃/min的速率升至180 ℃，保持6 min，以1 ℃/min升至200 ℃，保持20 min；以4 ℃/min升至230 ℃，保持10.5 min；進樣口溫度230 ℃；進樣量1 μL；分流比100∶1。

1.3.4.2 油脂理化性質

采用羅維朋比色法檢測油脂色差，密度和碘值分別參照GB/T 5526—1985、GB/T 5532—2008方法進行檢測。

1.4 統計處理

所有數據應用Excel軟件、SPSS軟件和Designer expert軟件進行處理和分析。其中，顯著性分析采用Duncan檢驗，P>0.05判定為變化不顯著，P<0.05判定為變化顯著。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 超聲功率

實驗研究了超聲功率對沙田柚柚子籽油得率的影響，結果見圖1。超聲功率對沙田柚柚子籽油得率無顯著性影響。這可能與沙田柚柚子籽籽粒結構有關，其籽粒顆粒較大，且內部組織相對蓬松，較低的超聲功率即可使脂類成分充分溶出。

圖1 單因素對沙田柚柚子籽油得率的影響

2.1.2 料液比

濃度差是浸出成分在擴散階段的的主要推動力[17]。提取過程中，增大料液比加大了固液相的濃度差，從而有效提高沙田柚柚子籽油的得率。圖1表明：沙田柚柚子籽油的得率隨料液比的增大而顯著增大，但增幅卻由最初的7.6%大幅度減小至1.8%，同時料液比的增大，反而會造成溶劑回收困難和生產成本增加。

2.1.3 超聲溫度

沙田柚柚子籽油得率隨超聲溫度的增大呈現先增大后減小的趨勢(圖1)。超聲溫度低于45 ℃時，超聲溫度的提高加劇了溶劑分子和油脂分子的運動速率、降低了正己烷和果籽油的黏度，減小了傳質阻力，從而提高沙田柚柚子籽油得率。但超聲溫度超過45 ℃時，沙田柚柚子籽油得率顯著下降，這是由于正己烷在較高的溫度條件下易氣化，減小了超聲氣泡內部和外部的壓力差，氣泡破裂的沖擊力減弱。同時，由于正己烷氣化，降低了浸提液固比[16]。

2.1.4 超聲時間

超聲時間對沙田柚柚子籽油得率有顯著性影響(圖1)。在15～45 min超聲時間范圍內，隨著超聲時間的延長，沙田柚柚子籽油得率顯著增大，這是由于在超聲波輔助浸提初期，固液相濃度差大，油脂能快速從樣品中溶出，而在超聲波輔助浸提后期，油脂溶出以擴散和滲透為主[18]，且長時間超聲波作用下，提取溶劑易損耗揮發以及對油脂的夾帶作用[19]，造成沙田柚柚子籽油得率有所下降。

2.2 響應面法優化超聲波輔助溶劑法提取沙田柚柚子籽油工藝

2.2.1 實驗設計與結果

在單因素實驗的基礎上，采用Box-Behnken實驗設計原理，以沙田柚柚子籽油得率為響應值，選取料液比、超聲溫度、超聲時間為影響因素，進行三因素三水平的響應面分析，實驗方案及結果見表2。

表2 響應面實驗設計與結果

2.2.2 回歸方程方差分析

利用Design-expert對實驗結果進行多元回歸擬合，得到以沙田柚柚子籽油得率Y為目標函數的預測模型：

Y=32.16+1.48A-0.17B-0.24C-0.14AB+0.01AC+0.3BC-0.21A2-0.34B2-0.36C2

2.2.3 模型及回歸方程系數的顯著性檢驗

對回歸模型方差進行分析，具體結果見表3。該模型的P值<0.000 1，說明實驗選用的二次多項模型極顯著。失擬項P值=0.024 5<0.05，顯著，說明數據中有異常點。模型相關系數R2=0.995，說明擬合程度良好，實驗誤差小，可以用本模型來預測沙田柚柚子籽油的得率。各因素顯著性程度依次為：料液比>超聲時間>超聲溫度。

表3 回歸方程方差分析

根據分析結果做出響應面曲面圖，結果如圖2所示。超聲溫度和超聲時間兩因素的等高線圖曲率最大，交互作用最強，其次分別為超聲溫度和料液比、超聲時間和料液比。結果與表3中方差分析結果一致。

2.2.4 最佳提取工藝參數的確定

采用Design expert軟件對回歸模型進行數學分析得到超聲波輔助溶劑法浸提沙田柚柚子籽油的最佳工藝參數為：料液比1∶8 g/mL，超聲溫度41.28 ℃，超聲時間38.61 min，該條件下沙田柚柚子籽油的得率為33.62%。考慮到實際操作情況，將上述工藝參數調整為料液比1∶8 g/mL，超聲溫度41 ℃，超聲時間38.6 min，驗證試驗結果表明：最優工藝條件下沙田柚柚子籽油得率為33.1%，與預測值擬合性良好，說明結果具有可靠性。

表4 沙田柚柚子籽油的主要脂肪酸組成

2.3 沙田柚柚子籽油理化性質

沙田柚柚子籽油主要由棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和硬脂酸組成(表4)，飽和脂肪酸含量為32.15%，是葵花籽油、菜籽油、芝麻油、玉米油和大豆油等常見食用油的2～3倍；沙田柚柚子籽油含有4.18%的亞麻酸，顯著高于葵花籽油、芝麻油和玉米油。反式脂肪酸含量僅為0.04%，明顯低于其他油脂。沙田柚柚子籽油飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的比例為32.15∶22.70∶45.06，脂肪酸組成更接近1∶1∶1，可作為主要原料調制食用調和油。

各類油脂密度約為0.92 g/mL，差異不大(表5)。沙田柚柚子籽油顏色較淺，Y值為18，R值為1.8，顯著低于菜籽油、芝麻油、玉米油和大豆油。沙田柚柚子籽油碘值為103.5 gI/100 g，顯著低于葵花籽油、菜籽油、芝麻油、玉米油和大豆油，屬半干性油，且與非干性油接近，說明沙田柚柚子籽油不飽和度顯著低于上述油脂，結果與表4一致。結果也表明沙田柚柚子籽油除可作為食用油使用外，還具有用于制備樹脂、增塑劑或者潤滑油等化工產品的可能性。

表5 沙田柚柚子籽油理化性質

3 結論

采用響應面法優化沙田柚柚子籽油提取工藝，最佳提取工藝參數為：料液比1∶8 g/mL，超聲溫度41 ℃，超聲時間38.6 min，該條件下沙田柚柚子籽油得率為33.1%。

沙田柚柚子籽油主要由棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和硬脂酸組成，飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的比例為32.09∶22.69∶45.21，可作為主要原料調制食用調和油。

沙田柚柚子籽油顏色較淺，密度為0.92 g/mL，碘值為103.5 gI/100 g，屬于半干性油脂。