乙醇提取油茶饼残油的研究

唐祚姣，李 艳，董新荣，周宝磊，杨 超

(湖南农业大学理学院,湖南 长沙 410128)

茶油[1,2]，又名山茶油、茶籽油、茶树油，是我国最古老的高营养保健食用植物油之一。茶油味道香醇，主要由不饱和脂肪酸组成，含量超过90％[3]，具有降低胆固醇、降血脂、抗氧化、抗癌、提高免疫力及预防心血管疾病等医疗保健功效，享有“油中珍品”和“长寿油”之美誉[4,5]。油茶饼是油茶籽榨油后的饼粕，其中残油含量为5％～8％。我国油茶林面积和油茶籽产量均居世界第一位，每年压榨生产茶油后会产生100多万t油茶饼[6]，其中大部分未被开发利用。

由于油茶饼中残留油脂的含量不高，而茶皂素的含量较高，使其残油的提取受到限制。目前国内油茶饼残油的提取一般采用6号溶剂油，但存在溶剂挥发污染环境以及溶剂残留等问题[7]。为此人们一直在积极寻找替代6号溶剂油萃取油脂的溶剂，水代法、水酶法等油脂提取新技术得以开发[8]，并在花生、椰子、玉米胚芽等油脂提取中得到应用，但因为油茶籽及油茶饼中富含茶皂素在处理过程中会存在起泡、乳化等现象而影响提取效果[9]。一些研究者尝试采用混合溶剂法提取油脂以减少6号溶剂油的使用量。如钱仁渊等[10]用甲醇-6号溶剂-水混合溶剂从油茶籽中浸提茶油，油收率达84.97％。有研究者用异丙醇替代6号溶剂油进行大豆、谷糠中油脂的萃取研究[11,12]，但仍然存在毒性较大的问题。近年来，研究者对乙醇作为一种新型的植物油浸提溶剂进行了有益的探索，刘大川等[13]以乙醇为溶剂提取紫苏籽饼中的油脂取得了较好的效果，残油浸提率高达94.71％。

作者在此探讨乙醇为溶剂的回流法提取油茶饼中残油的影响因素，以期开发替代6号溶剂油萃取油茶饼中残油的新技术。

1 实验

1.1 材料、试剂和仪器

油茶饼，含水量为16.01％、含油率为6.21％。

石油醚(沸程60～90 ℃)、95％乙醇均为分析纯。

AX-200型电子天平，日本Shimadzu Philippines公司；CB11240-89型不锈钢电热恒温水浴锅，北京医疗设备厂；80-2型离心沉淀器，上海手术器械厂。

1.2 方法

1.2.1 油茶饼中残油的提取

准确称取油茶饼粉末10 g，置于250 mL圆底烧瓶中，加入适量乙醇，水浴加热(为了均匀加热、防止局部受热不均，采用水浴替代直接加热)回流提取一定时间后，过滤，收集滤液。减压浓缩至无乙醇，加入20 mL石油醚超声溶解油脂，取石油醚溶液，回收石油醚，称量茶油质量(g)并计算残油收率。

1.2.2 油茶饼中水分与残油含量的测定

(1)油茶饼中水分含量：参照 GB/T 14489.1-1993[14]方法测定。

(2)残油含量：参照GB/T 14488.1-1993[15]方法测定。

2 结果与讨论

2.1 乙醇回流提取油茶饼中残油的单因素实验

2.1.1 乙醇体积分数对残油收率的影响

固定油茶饼原料为10 g、乙醇用量为80 mL、浸提温度为92 ℃、浸提时间为2 h，考察溶剂乙醇体积分数对油茶饼中残油收率的影响，结果如图1所示。

图1 乙醇体积分数对残油收率的影响

由图1可看出，油茶饼中残油收率随着乙醇体积分数的增大而增大；当乙醇体积分数大于80％时，残油收率增加缓慢；当乙醇体积分数为95％时，残油经一次提取的收率高达5.31％，达到油茶饼中残油含量的80％。乙醇为两亲分子，乙醇体积分数高时，含水量低，有利于油脂溶出进入萃取溶剂中。因此，后续实验选择95％乙醇为浸提溶剂。

2.1.2 液料比(乙醇用量∶油茶饼量，mL∶g，下同)对残油收率的影响

固定油茶饼原料为10 g、浸提温度为92 ℃、浸提时间为2 h，考察液料比对残油收率的影响，结果如图2所示。

图2 液料比对残油收率的影响

由图2可看出，随着液料比的增大，油茶饼中残油收率逐渐增大；当液料比超过6∶1时，残油收率随着料液比的增大增加缓慢。这是因为，随着液料比的增大即乙醇用量的增加，油脂与乙醇的接触增多，有利于油脂向乙醇中扩散，然而油茶饼中的茶油含量有限，收率因而趋于稳定。当液料比为12∶1时，残油收率达5.94％。由于液料比为10∶1时残油收率已达到液料比12∶1时的98％，综合考虑生产成本和溶剂回收等问题，选择液料比以10∶1为宜。

2.1.3 浸提温度对残油收率的影响

固定油茶饼原料为10 g、液料比为10∶1、浸提时间为2 h，考察浸提温度对残油收率的影响，结果如图3所示。

图3 浸提温度对残油收率的影响

由图3可看出，随着浸提温度的升高，残油收率增大；当浸提温度为50 ℃时，残油收率只有3.48％；当浸提温度超过60 ℃后，残油收率迅速增大；当浸提温度为92 ℃时，残油收率达到5.57％。这是因为，95％乙醇在沸点温度时对油脂具有较大的溶解度，另外，随着浸提温度的升高，乙醇的粘度降低，也有利于油脂分子与乙醇分子运动与接触。当浸提温度为92 ℃时，95％乙醇沸腾较好，导致油茶饼原料的有效搅动，因而残油提取效果较好。因此，选择浸提温度(即水浴温度)以92 ℃为宜。

2.1.4 浸提时间对残油收率的影响

固定油茶饼原料为10 g、液料比为10∶1、浸提温度为92 ℃，考察浸提时间对油茶饼残油收率的影响，结果如图4所示。

图4 浸提时间对残油收率的影响

由图4可看出，随着浸提时间的延长，残油收率增大；当浸提时间由0.5 h延长至4 h时，残油收率由5.32％增大至6.23％；继续延长浸提时间，残油收率趋于稳定。这是因为，油脂的浸提效率与油脂在乙醇溶剂和细胞中的浓度差有关。开始提取时，两者之间浓度差较大，油脂收率上升较快；但经过一段时间的提取后，细胞和乙醇溶剂中油脂的浓度差减小甚至达到动态平衡，残油收率增长趋势减缓甚至趋于稳定。浸提时间为3 h时，残油收率为6.12％，与浸提4 h的收率接近，综合考虑生产效率等因素，浸提时间以3 h为宜。

2.1.5 提取次数对残油收率的影响

固定油茶饼原料为10 g，加入100 mL 95％乙醇，控制水浴温度为92 ℃，回流提取2 h，提取3次。结果表明，油茶饼第1次提取时残油收率为4.68％，第2次提取时残油收率为1.04％，第3次提取时残油收率仅为0.49％。前2次浸提的残油收率占3次浸提总量的92.11％，因此，选择提取2次为宜。

2.2 残油提取的正交实验

在单因素实验的基础上，选取乙醇体积分数(A)、液料比(B)、浸提温度(C)、浸提时间(D)4个因素，进行L9(34)正交实验，为消除实验时的人为误差，每个实验重复3次，取3次结果的平均值，结果见表1。

由表1可知，各因素对油茶饼残油收率的影响大小依次为：浸提温度(C)>液料比(B)>乙醇体积分数(A)>浸提时间(D)。即浸提温度对残油收率的影响最大,其次是液料比，影响最小的是浸提时间，可以选择较短的浸提时间。根据正交实验结果并综合考虑生产成本及生产效率等因素，确定乙醇为溶剂热回流提取油茶饼残油的优化工艺条件为：A3B3C3D3，即浸提温度为92 ℃、液料比为10∶1、溶剂乙醇体积分数为95％、浸提时间为3 h。

2.3 验证实验

为了考察实验优化方案对油茶饼残油提取的效果，选取两种不同油茶饼原料在优化工艺条件(浸提温度92 ℃、乙醇体积分数95％、浸提时间3 h)下，进行残油提取实验，提取2次(第1次液料比为6∶1，第2次液料比为4∶1)，每种原料进行3组平行实验，结果见表2。

表1 正交实验结果与分析

表2 验证实验结果/％

由表2可知，以95％乙醇为溶剂提取两种油茶饼原料中残油的收率分别为5.89％、5.97％，达到国标法所测定残油含量的94.85％、97.23％，平均为96.04％，残油提取效果较好。但也存在因原料中水分含量的差异，导致残油收率有高低，即原料水分含量低，残油收率高，生产中可考虑先干燥再提取残油。

3 结论

对乙醇热回流提取油茶饼残油的影响因素进行了考察，确定优化的工艺条件为：乙醇体积分数95％、浸提温度92 ℃、浸提时间3 h、提取次数2次[第1次液料比为6∶1(mL∶g)，第2次液料比为4∶1(mL∶g)]。并以此优化条件进行了两种油茶饼原料中残油提取的验证实验，残油收率分别为5.89％和5.97％，达到国标法所测定油茶饼中残油含量的94.85％、97.23％，平均为96.04％。该法提取油茶饼中残油的效率高，95％乙醇易得、易回收再利用、无污染，不存在溶剂残留问题，可以作为替代6号溶剂油提取油茶饼中残油的新型溶剂，具有很好的发展前景。

参考文献：

[1]钟海雁，谢碧霞，王承南.我国油茶加工利用研究现状及分析[J].林业科技开发，2010，15(4)：6-8.

[2]郑竟成.浸出茶油加工工艺研究[J].食品科技，1999，12(4)：11-12.

[3]朱文鑫,相海,刘期成.油茶籽制油及综合利用[J].农牧与食品机械，2004，(11)：42-43.

[4]李丽，吴雪辉，寇巧花.茶油的研究现状及应用前景[J].中国油脂，2010，35(3)：10-13.

[5]吴雪辉，黄永芳，谢治芳.茶油的保健功能作用及开发前景[J].食品科技，2005，18(8)：94-96.

[6]陈钦，郑清芳.油茶饼综合利用的研究[J].浙江林业科技，1972，20(2)：97-100.

[7]刘朝霞，陈海光，刘丽微.山茶油提取方法研究进展[J].安徽农业科学，2011，39(10)：6067-6069.

[8]郭玉宝,汤斌,裘爱泳，等.水代法从油茶籽中提取茶油的工艺[J].农业工程学报，2008，24(9)：249-252.

[9]纪鹏，周建平，刘向宇.微波辅助水代法提取油茶籽油条件研究[J].现代食品科技，2010，26(5)：486-489.

[10]钱仁渊，陈德军，包宗宏.甲醇-6号溶剂-水混合溶剂浸提油茶籽油的研究[J].中国油脂，2005，30(10)：36-38.

[11]王秀菊，王丽娟.异丙醇提取大豆油脂的研究[J].粮油加工，2008，(6)：48-50.

[12]赵陈勇，王常青,许洁,等.富含甾醇小米谷糠油提取工艺研究[J].中国油脂，2011，36(7)：12-14.

[13]刘大川，余华峰.乙醇浸提紫苏籽压榨饼中油脂的工艺[J].农业工程学报，2008，24(11)：242-246.

[14]GB/T 14489.1-1993，油料水分及挥发物含量测定法[S].

[15]GB/T 14488.1-1993，油料种籽含油量测定法[S].