吳蘇喜,周東蓉,王彥心,黃艷慧,李普選,李昌珠

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 化學(xué)與食品工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410114； 2.鄭州遠(yuǎn)洋油脂工程技術(shù)有限公司，鄭州 450000；3.湖南省林業(yè)科學(xué)院 木本油料資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410018)

油茶籽是油茶的種子，含油率達(dá)30%～60%[1]。油茶籽油的脂肪酸組成與橄欖油相似，故有“東方橄欖油”的美譽(yù)[2]。研究表明，油茶籽油有抗氧化[3]、消炎抗菌[4-5]、保護(hù)胃腸道[6]及肝臟[7]等多種功效作用。近年來(lái)，隨著《“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要》《油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》等政策的頒布以及國(guó)家油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)油茶產(chǎn)業(yè)朝著高質(zhì)量方向快速發(fā)展[8-9]。

目前油茶籽油的制取方式主要有熱榨法、冷榨法、溶劑浸出法和水代法等。熱榨油茶籽油風(fēng)味濃郁，但生物活性成分損失大、能量消耗高，而且易產(chǎn)生苯并芘等有害物質(zhì)[10]；溶劑浸出法雖然提油效率高，但存在溶劑殘留風(fēng)險(xiǎn)和生產(chǎn)環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)[11]；冷榨法和水代法雖然能保持油茶籽油的天然生物活性成分，但冷榨法的電力消耗大、冷榨油風(fēng)味偏淡、提油效率偏低[12]，水代法用水量大、產(chǎn)生廢水多[13]，難以得到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)集綠色低溫、能有效保持生物活性成分的油茶籽制油新技術(shù)成為油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

項(xiàng)目組在研究傳統(tǒng)水代法利用親水分子之間的內(nèi)聚力排擠出油脂等提油原理的基礎(chǔ)上，借鑒和參考ALCON調(diào)質(zhì)原理[14]，開(kāi)發(fā)出了一種油茶籽油濕法提取新技術(shù)[15]。本文通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究濕法提取工藝中加水量、提油助劑添加量、提取溫度、提取時(shí)間等關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)油茶籽提油效率的影響，以求達(dá)到在相對(duì)低溫處理后得到大部分油并保護(hù)油中生物活性成分不受破壞、不排放廢水、同時(shí)節(jié)約能源等目的，為油茶籽油的濕法提取技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和高品質(zhì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

油茶籽，湖南省瀏陽(yáng)市聚康油茶專業(yè)合作社。石油醚、無(wú)水乙醇、冰醋酸、異辛烷、濃硫酸、3,5-二硝基水楊酸，分析純，市售；提油助劑；正己烷、甲醇，色譜純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；福林酚(Folin-Ciocalteu)試劑，合肥博美生物科技有限公司；沒(méi)食子酸(≥98%，CAS號(hào)149-91-7)、角鯊烯(≥98%，CAS號(hào)111-02-4)、角鯊?fù)?≥98%，CAS號(hào)111-01-3)、維生素E(≥97%，CAS號(hào)10191-41-0)、β-谷甾醇(≥98%，CAS號(hào)83-46-5)、苯并(a)芘(≥95%，CAS號(hào)50-32-8)標(biāo)準(zhǔn)品，上海源葉生物有限公司。

FW-100高速萬(wàn)能粉碎機(jī);101-2A電熱鼓風(fēng)干燥箱；DL-5-B低速大容量離心機(jī)；UV-5200紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；DHG-9140A數(shù)顯恒溫水浴鍋；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；島津GC-14C氣相色譜儀(配FID檢測(cè)器)；Agilent1100型高效液相色譜儀；SZF-6型粗脂肪測(cè)定儀(索氏抽提原理)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 油茶籽濕法提油工藝

油茶籽濕法提油工藝流程如圖1所示。

圖1 油茶籽濕法提油工藝流程

油茶籽濕法提油具體的操作參數(shù)和步驟：油茶籽經(jīng)脫殼后，將油茶籽仁在80℃下烘烤、冷卻、粉碎，用陶瓷研磨棒將油茶籽仁粉研磨過(guò)約180 μm(80目)篩；取一定質(zhì)量(10 g左右，W1)的篩下仁粉(脂肪含量為Y1)，加入適量預(yù)先混合的水和提油助劑溶液，在適當(dāng)?shù)臏囟认聰嚢枞啻昙s50 min(在該過(guò)程可觀察到游離油和聚集性固體顆粒)，直至聚集的顆粒成團(tuán)而難以攪動(dòng)；將游離油和聚集固渣團(tuán)進(jìn)行離心分離，傾出上清油相，再重復(fù)離心2次，傾出上清油相，匯總油相，備存，用于油脂品質(zhì)測(cè)定；取脫脂固渣稱重(W2)，并測(cè)其脂肪含量(Y2)，按式(1)計(jì)算油茶籽仁提油效率(Y)。

Y=(W1Y1-W2Y2)/W1Y1×100%

(1)

1.2.2 油茶籽仁主要成分測(cè)定

水分及揮發(fā)物含量，參照GB 5009.3—2016；蛋白質(zhì)含量，參照GB 5009.5—2016(第一法)；脂肪含量，參照GB 5009.6—2016(第一法)；淀粉含量，參照GB 5009.9—2016。

1.2.3 油茶籽油相關(guān)指標(biāo)測(cè)定

色澤，參照GB/T 22460—2008；透明度、氣味、滋味，參照GB/T 5525—2008；水分及揮發(fā)物含量，參照GB 5009.236—2016第二法；不溶性雜質(zhì)含量，參照GB/T 15688—2008；酸值，參照GB 5009.229—2016第一法；過(guò)氧化值，參照GB 5009.227—2016第一法；谷甾醇含量，參照GB/T 25223—2010；維生素E含量，參考GB/T 26635—2011；角鯊烯含量，參考LS/T 6120—2017；溶劑殘留量，參照GB 5009.262—2016；苯并(a)芘含量，參考GB 5009.27—2016第一法。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin2018軟件進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理、分析與作圖，利用Design-Expert V 8.0.6.1對(duì)Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 油茶籽仁的主要成分

實(shí)驗(yàn)所用油茶籽仁的主要成分如表1所示。

表1 油茶籽仁主要成分

由表1可知：本實(shí)驗(yàn)所用油茶籽仁的脂肪含量為43.65%，符合水熱調(diào)質(zhì)法從油茶籽仁中提取油脂的基本要求(脂肪含量大于40%)[16]；油茶籽仁的蛋白質(zhì)含量為8.68%淀粉含量為8.03%，與一般油茶籽仁的蛋白質(zhì)和淀粉含量相符；水分含量為4.36%，低于油茶籽的安全水分(10%)，有利于貯藏期間保持油茶籽仁的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[17]。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化油茶籽濕法提油工藝條件

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

在前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定提取時(shí)間50 min，選取加水量(A)、提取溫度(B)、提油助劑添加量(C)為自變量，以油茶籽仁提油效率(Y)作為響應(yīng)值，進(jìn)行Box-Behnken優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。Box-Behnken實(shí)驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表2，Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可見(jiàn)，各組實(shí)驗(yàn)的提油效率都在65%以上，最高可達(dá)88.18%，說(shuō)明本研究采取的濕法提油技術(shù)可以將油茶籽仁中的大部分油脂提取出來(lái)。原因可能在于：①在一定的濕熱條件下，提油助劑溶液和油茶籽仁中的皂素、蛋白質(zhì)、淀粉等親水分子之間相互作用而形成氫鍵等內(nèi)聚力[18]，在特制器械的攪拌、揉搓和推拉等作用下，使油料細(xì)胞中的油滴分子受到內(nèi)外夾擊而更易被擠出；②提油助劑會(huì)引起皂素、淀粉和蛋白質(zhì)的表面張力和表面電荷發(fā)生變化，從而防止和破壞油茶籽油提取過(guò)程中可能形成的乳化現(xiàn)象，有利于油脂和油溶性生物活性成分被排擠出來(lái)[19-20]；③一定的溫度會(huì)促進(jìn)提油助劑分解釋放出氣體，從而使揉搓過(guò)程中形成的緊密結(jié)實(shí)的料渣聚集團(tuán)產(chǎn)生蓬松效果，有利于油脂和油溶性生物活性成分的流出。排出油脂后剩余的固體料渣顆粒會(huì)吸收水分而聚集成團(tuán)(最終脫脂固渣水分含量為16.47%)，通過(guò)離心即可實(shí)現(xiàn)油脂與結(jié)團(tuán)料渣的分離。

表2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)因素與水平

表3 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果的回歸分析

利用Design-Expert V 8.0.6.1對(duì)表3中17組數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到以提油效率(Y)為目標(biāo)函數(shù)的響應(yīng)面回歸方程：Y=85.27-1.93A-1.51B-0.22C+0.045AB+0.54AC-0.18BC-9.81A2-4.51B2-6.20C2。

回歸方程的方差分析見(jiàn)表4。由表4可知：回歸方程模型極顯著(P<0.01)，表明濕法提油的提油效率和各因素之間的相關(guān)關(guān)系顯著；失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05)，表明該模型可用于預(yù)測(cè)油茶籽仁提油效率。由Design-Expert V8.0.6.1分析可知：模型響應(yīng)值(提油效率)決定系數(shù)R2為0.948 5，校正后R2為0.917 7，表明模型擬合程度高；模型的變異系數(shù)(2.70%)小于5%，表明模型對(duì)響應(yīng)值的置信度好，可真實(shí)反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果。綜上所述，該回歸模型對(duì)響應(yīng)值的擬合程度高，能夠良好地反映響應(yīng)值與自變量的關(guān)系，可以用該模型對(duì)濕法提取油茶籽油的提油效率進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。其中二次項(xiàng)A2、B2、C2影響極顯著(P<0.01)，表明這幾個(gè)因素對(duì)濕法提取油茶籽油提油效率的影響并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。根據(jù)F值的大小判斷各因素對(duì)濕法提取油茶籽油提油效率的影響程度為加水量(A)>提取溫度(B)>提油助劑添加量(C)。

表4 回歸方程方差分析

2.2.3 最佳工藝條件的確定

通過(guò)Design-Expert V 8.0.6.1預(yù)測(cè)濕法提取油茶籽油的最佳工藝條件為：加水量11.9%，提取溫度54.15℃，提油助劑添加量0.99%，提取時(shí)間50 min。在最佳工藝條件下，理論提油效率為85.48%。根據(jù)實(shí)際操作情況將最佳工藝條件調(diào)整為加水量12%、提取溫度55℃、提油助劑添加量1%、提取時(shí)間50 min，該條件下的提油效率為86.38%，與油茶籽油冷榨提油效率[21]相當(dāng)，但相比于冷榨法，本法已將具有親水性的蛋白質(zhì)、淀粉等固雜顆粒凝聚成緊密的固渣料團(tuán)，從而大大減少了混入油脂中的固渣量。在最佳條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到平均提油效率為86.07%，與理論預(yù)測(cè)值(85.48%)只相差0.59百分點(diǎn)，表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型預(yù)測(cè)值相符度較高，說(shuō)明采用該響應(yīng)面優(yōu)化所得工藝條件可靠。

2.3 濕法提取油茶籽油的品質(zhì)

按1.2.1方法，在上述最佳工藝條件下提取得到的油茶籽油，經(jīng)湖南省振華食品檢測(cè)研究院檢測(cè)其品質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，濕法提取的油茶籽油除透明度微濁、水分及揮發(fā)物含量偏高以外，其他指標(biāo)滿足T/LYCY 001—2020《特、優(yōu)級(jí)油茶籽油》要求，尤其是其維生素E、角鯊烯和谷甾醇含量明顯高于標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)級(jí)油茶籽油的指標(biāo)值，分別達(dá)到189.0、221.9 mg/kg和385.2 mg/kg。根據(jù)工廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采取吸附劑吸附或真空干燥處理即可得到澄清透明油茶籽油，各項(xiàng)指標(biāo)滿足T/LYCY 001—2020中的優(yōu)級(jí)油茶籽油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，濕法提油工藝對(duì)于油茶籽油的生產(chǎn)具有積極作用，尤其是對(duì)維生素E、角鯊烯等生物活性成分的保護(hù)有明顯優(yōu)勢(shì)。

表5 濕法提取的油茶籽油品質(zhì)

3 結(jié) 論

(1)以油茶籽仁為原料，加入少量的水和提油助劑，在低溫條件下進(jìn)行適宜強(qiáng)度和時(shí)間的攪拌，再通過(guò)離心，可以提取出油茶籽仁中的絕大部分油脂，整個(gè)生產(chǎn)工藝不產(chǎn)生廢水，所得毛油基本不含固雜。

(2)濕法提取油茶籽油的最佳工藝條件為加水量12%、提油助劑添加量1%、提取溫度55℃、提取時(shí)間50 min，在此條件下油茶籽仁提油效率達(dá)86%以上，生物活性成分維生素E、角鯊烯和谷甾醇含量分別高達(dá)189.0、221.9 mg/kg和385.2 mg/kg，油脂整體品質(zhì)基本達(dá)到T/LYCY 001—2020《特、優(yōu)級(jí)油茶籽油》中的優(yōu)級(jí)油茶籽油質(zhì)量要求。