李 信，鄭 暢，上官慧娟，楊 博，李文林

(中國農(nóng)業(yè)科學院 油料作物研究所，油料油脂加工技術國家地方聯(lián)合工程實驗室，農(nóng)業(yè)部油料加工重點實驗室，油料脂質(zhì)化學與營養(yǎng)湖北省重點實驗室，武漢 430062)

文冠果(XanthocerassorbifoliaBunge.)又名崖木瓜、文燈果等，是我國北方特有的木本油料樹種，具有很強的耐旱、耐寒以及耐土壤貧瘠的特性，經(jīng)常被種植在環(huán)境條件惡劣的山區(qū)地段，用于綠化山區(qū)、防風固沙[1]。近幾年我國大力提倡加快木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增加優(yōu)質(zhì)食用植物油的供給。文冠果種子含油率30%以上，去皮后種仁含油率可達60%以上，油中不飽和脂肪酸含量高達90%以上，且含有豐富的亞油酸，被用作中藥“益壽寧”的主要原材料[2]。文冠果油營養(yǎng)豐富，顏色清亮，含有豐富的維生素E、植物甾醇及礦物質(zhì)元素等[3]。文冠果油中含有少量神經(jīng)酸，神經(jīng)酸是大腦神經(jīng)系統(tǒng)生長發(fā)育及修復的必需物質(zhì)，具有促進神經(jīng)細胞生長和發(fā)育的功能[4-5]。此外，文冠果油的脂肪酸組成與理想柴油替代品的分子組成相似，適合作為制備生物柴油的原料[6-7]。

目前，文冠果油的提取多采用傳統(tǒng)壓榨法、溶劑提取法、超臨界CO2萃取法等[8]。傳統(tǒng)壓榨法多采用液壓榨油機壓榨制油，其出油率低，壓榨時間長，效率低；溶劑提取法出油率高，但溶劑容易污染環(huán)境，且油中存在溶劑殘留等安全問題；超臨界CO2萃取法出油率高，但設備昂貴，工業(yè)化生產(chǎn)成本高。微波技術應用于油脂加工業(yè)，具有加熱速度快、受熱均勻、操作簡單及節(jié)約能源等特點，可以在一定程度上改變油料作物的細胞壁結構，擴張油脂通路，提高出油率，且能鈍化脂肪酶和脂肪氧化酶，提高油的氧化穩(wěn)定性，并對油脂品質(zhì)有一定影響[9-10]。本文以文冠果種仁為原料，進行微波預處理后，通過螺旋榨油機壓榨制取文冠果油，探討微波預處理對文冠果出油率及油脂品質(zhì)的影響，以期對文冠果油的加工技術有一定指導意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

文冠果種子，產(chǎn)自山西霍州。石油醚(30～60℃)、無水乙醚、異丙醇、氫氧化鉀、三氯甲烷、乙酸、戊二醛、磷酸緩沖溶液、無水乙醇、丙酮均為分析純；鋨酸，SPI-CHEM公司。

密閉式微波消解儀，美國CEM公司；CA59G冷榨機，德國Komet公司；Avanti J-26XP型落地離心機，美國Beckman公司；B-811索氏提取/固液萃取儀，瑞士Buchi公司；DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱；ME104/02電子天平,梅特勒-托利多儀器有限公司;HCP-2型臨界點干燥儀、SU-8010型掃描電鏡，日本Hitachi公司；7890A氣相色譜儀，美國Agilent公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 文冠果油的制備

將清理挑選好的文冠果種子破殼后分離出種仁，低溫儲藏備用。根據(jù)實驗需要調(diào)節(jié)文冠果種仁的水分，于4℃冰箱中放置24 h，使水分被充分吸收。取8個直徑85 mm玻璃平皿，每個平皿上稱取40 g文冠果種仁，放置于微波消解儀中，在既定微波條件下進行微波處理后，置于干燥器中冷卻至室溫，摻入文冠果種殼后用螺旋榨油機壓榨制油，8 000 r/min 離心15 min去除殘渣后得到文冠果油，按下式計算出油率。

文冠果出油率=(m1-m2)/m3×100%

式中：m1為文冠果油及油瓶的總質(zhì)量，g；m2為油瓶質(zhì)量，g；m3為文冠果種仁的質(zhì)量，g。

1.2.2 掃描電鏡觀察微波預處理前后文冠果種仁的結構變化

將樣品在2.5%戊二醛溶液中4℃固定12 h，用0.1 mol/L、pH 7.0的磷酸緩沖溶液漂洗后，再用1%鋨酸溶液固定樣品1 h，磷酸緩沖溶液漂洗樣品; 將固定好的樣品用梯度濃度的乙醇溶液進行脫水處理；然后經(jīng)臨界點干燥， 鍍膜后在掃描電鏡中觀察。

1.2.3 文冠果油理化指標及脂肪酸組成測定

文冠果種仁含油率按GB/T 14488.1—2008方法測定；酸價按GB 5009.229—2016方法測定；過氧化值按GB 5009.227—2016方法測定;脂肪酸組成按GB/T 17376—2008、GB/T 17377—2008方法測定。

2 結果與分析

2.1 文冠果種仁微波預處理前后微觀結構的變化(見圖1)

注：A.微波預處理前; B.微波預處理后。

微波是從原料內(nèi)部開始加熱，使水分從內(nèi)向外擴散，增加了油脂溢出的通路。由圖1可以看出，不經(jīng)微波預處理的文冠果種仁細胞完整，排列緊密，經(jīng)微波預處理后文冠果種仁細胞破裂，結構被破壞，使油更容易被榨出[11-12]。

2.2 單因素實驗

2.2.1 原料水分對文冠果出油率的影響

將清理挑選好的文冠果種仁水分分別調(diào)至7%、8%、9%、10%、11%，在4℃冰箱中放置24 h,使水分被充分吸收。設置微波消解儀參數(shù)為微波功率800 W、微波時間5 min，對不同水分的文冠果種仁進行微波預處理，冷卻后摻入文冠果種殼，使仁殼比為9∶1，充分混勻后壓榨制油，計算出油率。結果見圖2。

圖2 原料水分對文冠果出油率的影響

由圖2可知，隨著原料水分的提高，文冠果出油率先增后減，當原料水分為8%時，出油率最高。當原料水分過低時，微波預處理后文冠果種仁過于干燥，榨油時容易被擠壓成粉末，難以出粕，且容易焦化堵膛，影響出油率；而原料水分過高時，在壓榨時容易使原料形成團塊，降低出油率。因此，文冠果種仁水分適當時，原料流動性好，可以保證原料有適當?shù)膹椥院退苄?，使榨油機保持正常的榨膛壓力，從而使出油效果更好。

2.2.2 仁殼比對文冠果出油率的影響

將文冠果種仁水分調(diào)至8%，4℃冰箱中放置24 h,使水分被充分吸收。設置微波消解儀參數(shù)為微波功率800 W、微波時間5 min，對文冠果種仁進行微波預處理，冷卻后摻入文冠果種殼，調(diào)節(jié)仁殼比為10∶0、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4，充分混勻后壓榨制油，計算出油率。結果見圖3。

圖3 仁殼比對文冠果出油率的影響

由圖3可知，文冠果出油率隨著含殼率的增大呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當仁殼比為9∶1時，文冠果出油率最高。這是由于榨油過程中，當螺桿推動物料向前時，種仁較軟，難以擠壓出粕，加入適當?shù)姆N殼后，種殼較硬，可起到增加摩擦力的作用，對種仁形成推力，同時增加了油的通路，有利于提高出油率。但是在榨油的過程中，種殼也會吸收種仁中的部分油脂，當加入過多的殼后，出油率反而會下降，且容易堵塞榨油機。在本實驗中，當仁殼比調(diào)至6∶4時，由于加入的殼過多，對榨油機造成堵塞，已不能正常出油。

2.2.3 微波功率對文冠果出油率的影響

將文冠果種仁水分調(diào)至8%，4℃冰箱中放置24 h，使水分被充分吸收。設置微波消解儀參數(shù)微波功率分別為400、600、800、1 000、1 200 W,微波時間為5 min,對文冠果種仁進行微波預處理，冷卻后加入種殼，使仁殼比為9∶1，充分混勻后壓榨制油，計算出油率。結果見圖4。

圖4 微波功率對文冠果出油率的影響

由圖4可知，隨著微波功率的增加，文冠果出油率呈現(xiàn)先增后減的趨勢，當微波功率為1 000 W時，文冠果出油率最高。這是由于不同微波功率對文冠果種仁結構的破壞程度不同，其出油效果也不同，較高的微波功率可以更大程度上破壞文冠果種仁的結構，并且在微波輻射下，原料中的水分子逸出，使油脂的通路增多，有利于出油。但微波功率過高容易使原料水分降低過大，原料過于干燥，反而不利于出油[13]。

2.2.4 微波時間對文冠果出油率的影響

將文冠果種仁水分調(diào)至8%，4℃冰箱放置24 h，使水分被充分吸收。設置微波消解儀參數(shù)微波時間分別為4、4.5、5、5.5、6 min，微波功率為800 W，對文冠果種仁進行微波預處理，冷卻后加入種殼，使仁殼比為9∶1，充分混勻后壓榨制油，計算出油率。結果見圖5。

圖5 微波時間對文冠果出油率的影響

由圖5可知，文冠果出油率隨著微波時間的延長呈現(xiàn)先增后降的趨勢，當微波時間為5.5 min時，出油率最高。微波對文冠果種仁有一定的破壁作用，隨著微波時間的延長，物料結構逐漸被破壞，水分子逐漸逸出，有利于油脂的溢出，增加出油率,而微波時間過長會使原料過于干燥，容易破碎，反而不利于出油。

2.3 響應面優(yōu)化實驗

2.3.1 響應面實驗設計及結果

在單因素實驗的基礎上, 根據(jù)Box-Behnken實驗設計原理對微波預處理文冠果冷榨工藝進行響應面優(yōu)化實驗，以原料水分(A)、仁殼比(B)、微波時間(C)、微波功率(D)為實驗因素，以文冠果出油率(Y)為響應值，實驗因素及水平見表1，響應面實驗設計及結果見表2。

表1 實驗因素及水平

表2 響應面實驗設計及結果

利用Design-Expert8.0.6軟件對表2進行回歸擬合，得到文冠果出油率對原料水分、仁殼比、微波時間以及微波功率的二次多項式回歸方程為：Y=56.38+2.14A+3.46B-0.97C-0.42D-0.14AB-0.24AC-0.064AD+0.12BC+0.23BD-0.12CD-3.60A2-5.78B2-3.31C2-1.28D2。對此模型進行方差分析，結果見表3。

表3 響應面回歸模型方差分析

2.3.2 驗證實驗

通過響應面軟件分析，預測出微波預處理冷榨文冠果油的最佳工藝條件為原料水分8.3%、仁殼比9∶1、微波時間5.42 min、微波功率967.51 W，在此工藝條件下預測的出油率為56.82%。為了滿足實際操作過程中的可行性，將工藝條件修正為原料水分8.3%、仁殼比9∶1、微波時間5.4 min、微波功率960 W，在此條件下進行3次驗證實驗，得到文冠果平均出油率為56.79%，與模型的預測值相近，且與直接冷榨文冠果的出油率(46.37%)相比，提高了10.42個百分點。因此，此模型可以用來預測微波預處理冷榨文冠果的出油率。

2.4 文冠果油理化指標及脂肪酸組成

通過測定發(fā)現(xiàn)：本實驗中文冠果種仁的含油率為64.76%；微波預處理前冷榨文冠果油的酸價(KOH)為0.5 mg/g，微波預處理后文冠果油的酸價(KOH)為0.68 mg/g；微波預處理后文冠果油的過氧化值由0.18 mmol/kg(預處理前)上升到0.22 mmol/kg。可知，微波預處理可使文冠果油的酸價、過氧化值略微提高，但遠低于食用油的國家標準要求。

本實驗從文冠果油中分離鑒定了10種脂肪酸，結果見表4。

表4 微波預處理前后文冠果油脂肪酸組成與相對含量 %

由表4可知，文冠果油中主要脂肪酸為亞油酸和油酸，且含有約2.5%的神經(jīng)酸。文冠果油中的不飽和脂肪酸含量高，屬優(yōu)質(zhì)食用油，微波預處理對文冠果油的脂肪酸組成及含量幾乎沒有影響。

3 結 論

微波預處理后，對文冠果進行壓榨制油，在單因素實驗的基礎上，利用Design-Expert8.0.6軟件進行Box-Behnken響應面實驗設計，以文冠果出油率為響應值進行了工藝優(yōu)化。結果表明，微波預處理冷榨文冠果油的最佳工藝條件為原料水分8.3%、仁殼比9∶1、微波時間5.4 min、微波功率960 W，在此工藝條件下文冠果出油率為56.79%，與直接冷榨文冠果出油率(46.37%)相比，提高了10.42個百分點。

微波預處理文冠果后，文冠果油的酸價(KOH)由0.5 mg/g 上升到0.68 mg/g,過氧化值由0.18 mmol/kg上升到0.22 mmol/kg，但遠低于食用油的國家標準要求限值。從文冠果油中分離鑒定了10種脂肪酸，主要脂肪酸為亞油酸、油酸、花生一烯酸等，且含有約2.5%的神經(jīng)酸，油中的不飽和脂肪酸含量高，屬優(yōu)質(zhì)食用油，微波預處理對文冠果油的脂肪酸組成及含量幾乎沒有影響。