洪晴悅，張玉*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715) 2(西南大學(xué) 食品科學(xué)與工程國(guó)家級(jí)教學(xué)示范中心，重慶，400715)3(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400715)

2016年我國(guó)進(jìn)口食用植物油總量650萬(wàn)t，而我國(guó)出口食用植物油僅為13.39萬(wàn)t。我國(guó)食用油進(jìn)口量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了出口量，這充分說(shuō)明我國(guó)食用植物油不能自給自足，很大程度上依靠進(jìn)口食用植物油(油料)。為維護(hù)糧油安全、增加優(yōu)質(zhì)食用油供給，國(guó)務(wù)院辦公廳在2015年1月13日印發(fā)了《關(guān)于加快木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見(jiàn)》，部署木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1]。

牡丹(PaeoniasuffruticasaAndr.)，芍藥科(Paeoniaeeae)芍藥屬(Paeonia)牡丹組(Sect.MoutanDC.)植物，是多年生落葉小灌木，在我國(guó)已有2000多年的栽培歷史，主要具有觀賞和藥用價(jià)值[2-3]。油用牡丹作為草本油料作物，可種植于非耕性土壤，有利于水土保持和退耕還林，更重要的是有利于解決我國(guó)目前食用油緊缺的現(xiàn)狀[4]。牡丹籽油含有豐富的不飽和脂肪酸，具有抗氧化、保護(hù)肝臟、降低血脂血糖、預(yù)防糖尿病等作用，且含有人體必需脂肪酸亞麻酸和亞油酸，亞麻酸具有抗氧化、防癌抗癌、保護(hù)肝臟、調(diào)節(jié)脂肪酸代謝等作用，亞油酸還具有抑制人體內(nèi)膽固醇合成、促進(jìn)脂肪酸代謝等功效，研究表明人體每天需攝取6 g亞油酸，以維持正常的生理代謝[5-11]。但關(guān)于牡丹籽油的研究才剛剛起步，牡丹籽油的加工尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。因此，牡丹籽油的加工方式和制油過(guò)程中脂肪酸的組成特征的研究將對(duì)牡丹籽油的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)提油多采用壓榨法，產(chǎn)油率低，精制工藝繁瑣，油脂感官色澤不理想且不能有效利用蛋白質(zhì)；有機(jī)溶劑浸提法提取時(shí)間較長(zhǎng)，容易造成試劑的浪費(fèi)和環(huán)境的污染[12]。超聲波輔助提取油脂是利用超聲波產(chǎn)生的振動(dòng)、空化和攪拌作用，提高分子的運(yùn)動(dòng)頻率和速度，促進(jìn)組織細(xì)胞的破裂，加速細(xì)胞與溶劑的滲透溶解，從而提高油脂的提取率，縮短提取時(shí)間，節(jié)約溶劑，簡(jiǎn)化操作步驟，應(yīng)用前景廣闊[13-17]。目前關(guān)于超聲波輔助提取在牡丹籽油的研究甚少，因此本實(shí)驗(yàn)通過(guò)超聲波輔助提取的方法，研究牡丹籽毛油的最佳提取工藝。并利用氣相色譜儀分析超聲波輔助提取的牡丹籽毛油的脂肪酸組成，為牡丹籽油的進(jìn)一步研究提供參考，也為牡丹籽油的深度加工提供基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1　材料與試劑

油用牡丹籽，產(chǎn)自菏澤油用牡丹產(chǎn)業(yè)基地。石油醚(沸點(diǎn)60～90 ℃)、正己烷、甲醇、乙醇均為分析純，購(gòu)自成都市科龍化工試劑廠。脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品(sAOCS-007N),購(gòu)于中華試劑網(wǎng)。

1.2　儀器與設(shè)備

SB-3200DTDN型超聲波清洗機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；SHB-III型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；5810R型離心機(jī)，Eppendorf公司；FW-100型粉碎機(jī)，北京永光明醫(yī)療儀器有限公司；YLD-6000型烘箱，天津市通利信達(dá)儀器廠；SL602N型天平，上海越平科學(xué)儀器公司；GC-2010氣相色譜儀，日本島津公司。

1.3　試驗(yàn)方法

1.3.1提取工藝流程

牡丹籽→粉碎→過(guò)篩→稱重→與溶劑混合→浸泡30 min→超聲波處理→離心→取上清液→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→牡丹籽毛油

1.3.2牡丹籽毛油提取率的計(jì)算

(1)

式中：M1-接收瓶和牡丹籽毛油的總質(zhì)量，g；M2-接收瓶的質(zhì)量，g；M-牡丹籽的質(zhì)量，g。

1.3.3提取試劑的篩選

準(zhǔn)確稱量牡丹籽10 g，置于100 mL燒杯中，分別加入提取試劑:正己烷、石油醚(沸點(diǎn)60～90 ℃)、甲醇、乙醇50 mL,浸泡30 min，再進(jìn)行超聲波輔助處理，超聲條件為超聲功率180 W、超聲溫度40 ℃、超聲時(shí)間30 min。超聲處理后，在4 000 r/min條件下離心10 min，取上清液，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行濃縮，將濃縮物置鼓風(fēng)干燥箱中烘干至恒重，得牡丹籽毛油，稱油質(zhì)量，重復(fù)3次。

1.3.4超聲溫度對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響

牡丹籽粉10 g，以最佳試劑為提取試劑，在料液比1∶5(g∶mL)，超聲功率180 W，超聲時(shí)間30 min條件下，超聲處理不同溫度(20、30、40、50、60 ℃)，研究超聲溫度對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響。

1.3.5超聲時(shí)間對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響

牡丹籽粉10 g，以最佳試劑為提取試劑，在料液比1∶5(g∶mL)，最佳超聲溫度，超聲功率180 W條件下，超聲處理不同時(shí)間(20、30、40、50、60 min)，研究超聲時(shí)間對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響。

1.3.6超聲功率對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響

牡丹籽粉10 g，以最佳試劑為提取試劑，在料液比1∶5(g∶mL)，最佳超聲時(shí)間，最佳超聲溫度條件下，不同超聲功率(100、120、140、160、180 W)，研究超聲功率對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響。

1.3.7料液比對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響

牡丹籽粉10 g，以最佳試劑為提取試劑，最佳超聲功率、超聲時(shí)間、超聲溫度條件下，不同料液比1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25(g∶mL)，研究料液比對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響。

1.3.8超聲波輔助提取工藝優(yōu)化——正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以料液比、超聲時(shí)間、超聲功率和超聲溫度為考察因素，以牡丹籽毛油提取率為考察指標(biāo)，選用L9(34)正交試驗(yàn)表對(duì)牡丹籽毛油的提取工藝進(jìn)行研究。正交試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

表1　牡丹籽毛油提取工藝正交試驗(yàn)因素水平表Table 1　The orthogonal experiment factor level table ofpeony seed oil extraction technology

1.3.9牡丹籽毛油脂肪酸成分的分析

甲脂化方法：參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/5009.168——2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪酸的測(cè)定》測(cè)試各個(gè)脂肪酸組分的含量[18]。用100 μL移液槍取0.1 mL，裝入5 mL試管，加石油醚-乙醚(1∶1)溶液2 mL，稍適振搖，放置40 min。再加氫氧化鉀-甲醇(0.4 mol/L)溶液1 mL混勻，靜置30 min。沿瓶壁加入1 mL蒸餾水，靜置，待分層后，吸取1 mL上清液到新的EP管中。再將其稀釋為原來(lái)的10倍，利用氣相色譜儀進(jìn)行測(cè)定。

GC條件：色譜柱：DB-WAX(30m×0.246mm×0.25 mm)；升溫程序：185 ℃保持3 min；氣化室250 ℃；進(jìn)樣溫度250 ℃；載氣：高純氦氣(60 mL/min)，氫氣(40 mL/min)，空氣(400 mL/min)；進(jìn)樣(1 mL)。

1.4　數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel 2010 統(tǒng)計(jì)分析所有數(shù)據(jù)，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差并繪制圖表；應(yīng)用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和差異顯著性分析(p<0.05表示差異顯著，p<0.01表示差異極顯著)；所有試驗(yàn)重復(fù)3次。

2　結(jié)果與分析

2.1　試劑的篩選

由圖1可以看出，石油醚(60～90 ℃)提取的牡丹籽毛油提取率最高，為(21.77±0.22)%。甲醇和乙醇提取的毛油提取率較低，正己烷提取的牡丹籽毛油提取率為(20.00±0.22)%，與石油醚提取的提取率差異不顯著(p>0.05)，但正己烷的安全性高于石油醚，故綜合考慮選用正己烷作為牡丹籽油的提取試劑。

圖1　提取試劑對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響Fig.1　Influence of extraction reagent on yield ofpeony seed oil注：不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。圖2、圖3、圖4、圖5同。

2.2　單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1超聲溫度對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響

在料液比1∶5(g∶mL)，超聲功率180 W，超聲時(shí)間40 min的條件下，不同提取溫度對(duì)提取率的影響見(jiàn)圖2，提取溫度在20～60 ℃范圍內(nèi)，牡丹籽毛油的提取率隨著溫度的升高而升高，但50 ℃時(shí)提取率為(20.05±0.01)%，60 ℃提取率為(20.10±0.08)%，兩者差異不顯著(p>0.05)。原因有三點(diǎn)，一是隨著溫度的升高，油脂的溶解度隨之增大，但正己烷溶劑具有揮發(fā)性，減小了溶劑與物料的接觸面積，影響了擴(kuò)散速率，二是高溫使牡丹籽毛油成分受到破壞，三是高溫下蒸氣壓有利于形成氣泡，氣泡的破裂產(chǎn)生緩沖效應(yīng)，削弱了空化效應(yīng)[19-21]。因此，結(jié)合能耗和牡丹籽毛油提取率的綜合考慮，選用50 ℃作為牡丹籽油提取的最佳溫度。

圖2　溫度對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響Fig.2　Influence ofextraction temperature on yield ofpeony seed oil

2.2.2超聲時(shí)間對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響

在料液比1∶5(g∶mL)，超聲功率180 W，超聲溫度50 ℃的條件下，不同提取時(shí)間對(duì)提取率的影響如圖3，牡丹籽毛油的提取率在20～50 min范圍內(nèi)，隨著時(shí)間的增加而增加，超聲處理50 min時(shí)牡丹籽毛油的提取率為(23.21±0.07)%，60 min時(shí)牡丹籽毛油的提取率為(22.72±0.17)%，兩者差異不顯著(p>0.05)?？赡苁怯捎谔崛∵^(guò)程中開(kāi)始時(shí)，固液濃度差大，擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力大，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，油脂在提取液和物料中的濃度達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，其出油率基本穩(wěn)定[21-23]。因此，綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)中牡丹籽毛油的最佳提取時(shí)間為50 min。

圖3　時(shí)間對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響Fig.3　Influence of extraction time on yield of peony seed oil

2.2.3超聲功率對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響

在料液比1∶5(g∶mL)，超聲時(shí)間50 min，超聲溫度50 ℃的條件下，不同提取功率對(duì)提取率的影響如圖4。牡丹籽毛油的提取率在100～160 W時(shí)隨著超聲波功率的增大而增大，原因可能是超聲波的功率越大，其強(qiáng)烈振動(dòng)、空化作用及攪拌作用越強(qiáng)烈，油脂的擴(kuò)散速率也越大，但隨著超聲波功率達(dá)到一定值時(shí)，滲透壓達(dá)到平衡，超過(guò)該平衡，自由基導(dǎo)致油的降解，導(dǎo)致提取率下降[21-23]。但由于140 W時(shí)牡丹籽毛油的提取率為(21.51±0.06)%，160W時(shí)牡丹籽毛油的提取率為(21.69±0.07)%，兩者無(wú)顯著性差異(p>0.05)，因此本實(shí)驗(yàn)中提取牡丹籽毛油的最佳超聲功率為140 W。

圖4　功率對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響Fig.4　Influence of ultrasonic power on yield ofpeony seed oil

2.2.4料液比對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響

在超聲時(shí)間50 min，超聲溫度50 ℃，超聲功率140 W的條件下，不同料液比對(duì)提取率的影響如圖5。由于溶劑量的增大使溶劑與物料的接觸面積增大，提高了擴(kuò)散速率，因此隨著料液比的增大，牡丹籽毛油的提取率逐漸增大，但料液比為1∶15(g∶mL)時(shí)牡丹籽毛油的提取率為(23.70±0.39)%，1∶20(g∶mL)時(shí)為(24.39±0.19)%，兩者差異不顯著(p>0.05)，為了后續(xù)油脂精煉過(guò)程易操作性，故選用1∶15(g∶mL)的料液比作為最佳料液比。

圖5　料液比對(duì)牡丹籽毛油提取率的影響Fig.5　Influence of liquid-solid ratioon yield ofpeony seed oil

2.3　正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

以牡丹籽毛油提取率為考察指標(biāo)，根據(jù)表1設(shè)計(jì)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2，方差分析見(jiàn)表3。

表2　超聲波輔助法提取牡丹籽毛油正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2　The orthogonal experiment design and results ofultrasonic assisted extraction peony seed oil

表3　方差分析表Table 3　Analysis of variance table

由正交試驗(yàn)極差(R)分析可知，超聲波輔助提取牡丹籽毛油的4個(gè)影響因素主次順序?yàn)椋篋>C>B>A，即功率>時(shí)間>溫度>料液比；最佳浸出方案為A2B1C3D3，即以正己烷為溶劑，按料液比1∶15(g∶mL)、超聲時(shí)間45 min、超聲溫度55 ℃、超聲功率150 W提取牡丹籽毛油。由方差分析得出料液比、超聲時(shí)間、超聲溫度和超聲功率對(duì)牡丹籽毛油提取率影響顯著。

2.4　驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

在最優(yōu)條件作為一組處理進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，重復(fù)3次，得到的牡丹籽毛油平均提取率為(26.11±0.01)%。

2.5　牡丹籽油的脂肪酸成分分析

采用超聲波輔助提取法獲得的牡丹籽毛油，經(jīng)過(guò)甲酯化處理后進(jìn)行GC分析，得到的總離子流色譜圖如圖6所示。根據(jù)各成分的保留時(shí)間確定牡丹籽毛油的組成成分，并用面積歸一法確定各組分的相對(duì)含量。

由表4可知，超聲波輔助提取法提取的牡丹籽毛油中主要脂肪酸包括棕櫚酸(5.11±0.06)%、硬脂酸(1.48±0.01)%、油酸(22.42±0.19)%、亞油酸(28.80±0.24)%和亞麻酸(41.13±0.09)%，已鑒定組分占(98.93±0.56)%，其中不飽和脂肪酸含量高達(dá)(92.35±0.51)%，多不飽和脂肪酸以亞油酸和亞麻酸為主，二者皆為人體必需脂肪酸。天然食用植物油脂中，橄欖油不飽和脂肪酸含量在85%左右，油茶籽油、核桃油、牡丹籽油等油脂的不飽和脂肪酸含量均超過(guò)90%，其中核桃油的亞油酸含量超過(guò)60%，牡丹籽油的亞麻酸含量超過(guò)40%，而常用食用油的亞麻酸含量均不高，如大豆油為6%、菜籽油為0.3%～1.3%[24～29]。可見(jiàn)，牡丹籽油有望成為高營(yíng)養(yǎng)高質(zhì)量的“雙高”新型植物油，非常值得推廣和利用。

1-棕櫚酸甲酯；2-硬脂酸甲酯；3-油酸甲酯；4-亞油酸甲酯；5-亞麻酸甲酯圖6　牡丹籽毛油脂肪酸甲酯總離子流圖Fig.6　Total ion chromatogram of peeny seed oil FAME

脂肪酸組成分子式相對(duì)含量/%棕櫚酸C16:05.11±0.06硬脂酸C18:01.48±0.01油酸C18:122.42±0.19亞油酸C18:228.80±0.24亞麻酸C18:341.13±0.09總飽和脂肪酸6.58±0.05總不飽和脂肪酸92.35±0.51單不飽和脂肪酸22.42±0.19多不飽和脂肪酸69.93±0.32

3　結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用超聲波輔助提取牡丹籽毛油，采用正已烷為提取試劑，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)超聲波提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出的最佳工藝條件為：超聲溫度50 ℃，超聲時(shí)間50 min，超聲功率140 W，料液比1∶15(g∶mL)，在此條件下牡丹籽毛油的提取率可達(dá)到(26.11±0.01)%，而機(jī)械壓榨法提取的牡丹籽油提取率僅為18.56%，且工藝復(fù)雜，提取時(shí)間較長(zhǎng)，品質(zhì)不佳[30]。本實(shí)驗(yàn)方法縮短了牡丹籽毛油的提取時(shí)間，提高了牡丹籽毛油的提取效率。

牡丹籽毛油的脂肪酸主要由棕櫚酸(5.11±0.06)%、硬脂酸(1.48±0.01)%、油酸(22.42±0.19)%、亞油酸(28.80±0.24)%和亞麻酸(41.13±0.09)%組成，其中飽和脂肪酸含量為(6.58±0.05)%，不飽和脂肪酸含量為(92.35±0.51)%，且含有豐富的亞油酸和亞麻酸，是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健價(jià)值較高的油脂。

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