山核桃油水代法提取工艺研究

王顺民 吴李勤

山核桃油水代法提取工艺研究

王顺民 吴李勤

(安徽工程大学生物与化学工程学院，芜湖 241000)

研究水代法提取山核桃油的可行性和工艺条件，试图为山核桃油生产提供新的途径。本研究以山核桃为原料，以出油率为指标，在单因素的基础上采用正交试验设计方法研究水代法提取山核桃油的工艺条件。结果表明:影响山核桃油出油率的因素顺序依次为振荡温度、浆液pH和料液比。最佳提取条件为140℃下烘烤45 min、料液比1∶5、浆液pH 5．0、60℃振荡150 min和转速5 500 r/min离心30 min。在此条件下出油率达79．3%，其油以不饱和脂肪酸含量约92%，主要为油酸(C18∶1)、亚油酸(C18∶2)和亚麻酸(C18∶3);饱和脂肪酸质量分数约为7%，主要为棕榈酸。

山核桃 油 水代法

山核桃(Carya cathayensis Sarg．)又名“小胡桃”、山核桃楸。属胡桃科、纯野生果类，居世界四大坚果之首，其油中含有大量的油酸、亚油酸和亚麻酸等不饱和脂肪酸，质量分数达88．38% ～95．78%，超过油茶4倍，也高于橄榄油。山核桃油不仅易消化，而且具有降血脂和预防冠心病等老年病，是优良的食用油之一［1］。其富含的DHA对治疗老年性痴呆症有着很好的功效［2］，还具有抗氧化［3］和增加免疫作用［4］。Haddad 等［5］证实高山核桃的膳食可以增加血液中的γ－VE，对癌症具有一定的预防效果。由于缺乏适用于工业化提取的方法和油加工品质等相关研究资料，山核桃油现阶段尚没有得到合理的利用。山核桃油提取方法有溶剂法［6］、超声波法［7］、水代法［8］和微波法［9］等。水代法提油操作条件温和，原料利用率高，成本低。其获得的油脂品质较高，不需要精炼，其中不饱和脂肪酸种类多、含量高［10－11］。本研究以安徽宁国产山核桃为对象，研究水代法提取其油脂的最佳工艺条件及分析其成分。

1 材料与方法

1．1 材料与设备

山核桃，产自安徽宁国;氢氧化钠、柠檬酸等(均为分析纯):中国国药集团。

PHS－2F数字pH计:上海精密科学仪器有限公司;电子天平:塞多利斯科学仪器(北京)有限公司;L－550台式低速大容量离心机:长沙湘仪离心机仪器有限公司;FW－100高速万能粉碎机:黄骅市振兴机电仪器厂。

1．2 试验方法

1．2．1 山核桃仁基本成分的测定

粗脂肪含量及粕中残油测定，参照GB/T 5512—2008;粗蛋白质含量测定，参照GB/T 5511—2008;水分测定，参照GB 5009．3—2010;灰分测定，参照GB 5505—2008。

1．2．2 工艺

1．2．3 水代法取油单因素试验

烘烤温度对出油率的影响:取山核桃适量，在140 ℃下分别烘烤15、25、35、45和55 min后，去壳、除杂，干法打碎、磨浆。称取浆料10．00 g，以料液比1∶4兑水，调整浆液pH值为5．0。60℃恒温振荡150 min后，在4 500 r/min条件下离心30 min，测定、计算出油率。确定最佳烘烤温度。

料液比对出油率的影响:分别以料液比为1∶2、1∶3、1∶4、1∶5 和 1∶6 给浆料兑水，提取山核桃油(其他条件同1．2．2．1)。测定、计算出油率，以确定最佳料液比。

浆液pH对出油率的影响:浆料兑水后，调整pH值分别为 3．5、4．0、4．5、5．0 和 5．5，提取山核桃油(其他条件同1．2．2．1)，以确定最佳浆液pH值。

振荡温度对出油率的影响:浆料兑水、调pH值后，分别在30、40、50、60、70 ℃下恒温振荡提取山核桃油(其他条件同1．2．2．1)。以确定最佳振荡温度。

离心速度对出油率的影响:恒温振荡提取后，分别在2 500、3 500、4 500和5 500 r/min条件下离心分离，以确定最佳离心速度。

1．2．4 正交试验

根据单因素试验结果，选择对出油率影响大的振荡温度、浆液pH和料液比为进一步考察的试验因素，并设计L9(34)正交试验，以确定最佳提取条件。

1．2．5 测定指标

1．2．5．1 山核桃含油量的测定

参照GB/T 14488．1—2008，以石油醚作溶剂抽提种仁，将得石油醚可溶物除去溶剂后得到固形物，称重，即为样品中的油脂含量。

含油量=(G2－G1)/W×100%

式中:G1为抽提前抽提瓶质量/g;G2为抽提后抽提瓶和油的质量/g;W为样品质量/g。

1．2．5．2 山核桃粕中残油含量的测定

离心分离取出清油后的浆渣中仍含有大量的油脂，故需对浆渣中的核桃油进行提取测定。参照GB 10359—2008，以石油醚作溶剂抽提残渣，将得石油醚可溶物除去溶剂后得到固形物，称重，即为残渣中的油脂质量。含量计算同上。

1．2．5．3 出油率的计算公式［10］

1．2．6 山核桃仁油的品质分析

色泽测定，参照GB/T 22460—2008;酸价测定，参照GB/T 5530—2005;过氧化值测定，参照GB/T 5538—2005;油脂水分及挥发物测定，参照 GB/T 5528—2008。

1．2．7 数据处理

试验数据为3次重复，结果以平均值±标准差表示。

1．3 脂肪酸测定

1．3．1 样品处理 称取一定量水代法提取的山核桃油，用苯－石油醚溶液浸提20 min，后用NaOH－CH3OH溶液甲酯化，正己烷萃取，取上清液上机分析［12］。

1．3．2 测定条件

在车网协同的基础上，通过车与车、车与路、车与标之间构成一个网络系统来提高交通系统的智能化。多车协同自动驾驶技术是当下智能驾驶的研究热点，也是未来无人驾驶研究的重点技术，该技术的研究可以有效降低交通控制管理的复杂度，同时也能让交通路况更通畅从而减少环境的污染。

色谱仪:Finnigan Trace GC，FID检测器。

气相色谱分析条件:SUPELCO SPTM－2 330(60 m ×0．32 mm ×0．2 μm)毛细管柱(TM 为上标)140℃(1 min)→(40℃ /min)→215℃(5 min)→(28℃/min)→240℃(5 min);检测器:氢火焰离子检测器(FID);载气:N2(30 mL/min);H2:35 mL/min;空气:350 mL/min;尾吹流速(N2):45 mL/min;进样温度:220℃，检测器FID温度为280℃;进样方式:不分流进样，进样量:0．5μL。

2 试验结果与分析

2．1 山核桃仁基本成分

山核桃仁基本成分见表1。

表1 山核桃仁基本成分

2．2 试验结果与分析

2．2．1 烘烤时间对出油率的影响

从图1可知，出油率随着烘烤时间的增加而增加。但超过35 min后，出油率增加缓慢，清油颜色也加深，影响了油脂的品质。山核桃仁含有一定量的水分，高水分磨浆会引起乳化，使油水难以分离，导致出油率降低，因此需将水分降至5%左右。合适的烘烤时间有助提高出油率和产生山核桃独特的香味，但烘烤时间过长，油料表面发生焦化，部分油脂溢出，取油效率降低，还会产生焦糊味乃至苦味［13］。因此，烘烤时间以45 min为宜，此时清油色泽较好。

图1 烘烤时间对出油率的影响

2．2．2 兑水量(料液比)对出油率的影响

由图2可知，出油率随着料水比的增加而升高。当料液比超过1∶5时，继续增加料液比，出油率反而降低。料浆中的非油物质在吸水量合适的情况下，不仅能将油尽可能的替换出，还可使浆渣的黏度与表面张力达到最优，在分油时容易将包裹在其中的分散油脂分离出来。加水量过少，料浆吸水量不足，生成的浆渣黏度大，油脂不易从蛋白乳渣中分离出来。加水量过多，分油时油与浆渣容易混合，产生乳化从而不易分离，也影响了出油效果。适宜的加水量才能得到较高的出油率［13］。故料液比为1∶4～1∶6 为宜。

图2 料液比对出油率的影响

2．2．3 pH值对出油率的影响

当pH值小于5时，出油率随pH值增加而增大;当pH值超过5时，出油率急剧下降(图3)。浆液pH值的大小影响蛋白的溶解及乳化能力，水代法取油效果与山核桃蛋白的溶解度、等电点有关，合适的pH值能促进蛋白质的溶解有利于油脂的释放［8］。因此，pH 值以4．5 ～5．5 为宜。

图3 料浆pH对出油率的影响

2．2．4 振荡温度对出油率的影响

由图4可以知道，出油率随着振荡温度的升高而增加，60℃后出油率反而降低。温度升高油脂黏度降低，流动性好，蛋白质部分变性，油脂易于分层，有利于取油。振荡温度超过60℃后，水在油脂中溶解度就会增加，形成水包油型，阻止油滴出来，乳化层也较厚。因为温度低，油脂黏度大，浆液粘稠，油水难以分层;而温度高，油脂黏度降低，浆液变稀，油水易于分层［14］。因此，兑水温度不宜过高，以50～70℃为宜。

图4 振荡温度对出油率的影响

2．2．5 离心速度对取油率的影响

随着离心速度的增大，浆渣内部包裹的分散油脂越易被分离出来，因此出油率与离心速度成正相关。当离心速度达到5 500 r/min，离心管内的料浆受到4 240 N的离心力，在此离心力的作用下，与浆渣内部紧密结合的油极易被分离出来，此时出油率达最大(图5)。离心速度影响出油率，离心速度越大，油与固体粒子越容易分离［8］。本试验使用的离心机的最大转速为5 500 r/min，因此，离心速度为5 500 r/min。

图5 离心速度对出油率的影响

2．3 水代法取油工艺的优化结果及分析

根据单因素试验结果，采用L9(34)正交试验，以即浆液的pH、料液比和水浴振荡温度作为考察对象，以出油率为指标，对水代法提取山核桃油的工艺进行优化。试验因素水平及结果见表2。

由表2试验结果及极差法分析可知，影响水代法提取山核桃油的因素的主次顺序为:振荡温度＞料液比＞浆液pH。确定最佳提取工艺条件的组合是:A2B2C2。即料水比为1∶5，振荡温度60℃，浆液pH值为5。

表2 正交试验因素水平及结果分析

山核桃在140℃烘烤45 min后分别称取3份10．00 g左右，在料液比为1∶5，振荡温度为 60 ℃，振荡时间为150 min，浆液pH值为5，离心速度为5 500 r/min的条件下进行验证试验。试验结果表明，在最佳工艺条件下，出油率达79．3%。

2．4 山核桃仁油的品质分析

测定水代法获取的山核桃仁油的主要理化指标，并与核桃油国标进行比较。水代法提取的山核桃油酸价及过氧化值等指标都符合相关标准，而且澄清透明，具有山核桃特有清香(表3)。

表3 山核桃仁油的理化指标

2．5 脂肪酸测定

由图6可知，水代法获得的山核桃油的脂肪酸组成以不饱和脂肪酸为主，其质量分数为92%，其中主要包括油酸(C18∶1)67．23%，亚油酸(C18∶2)23．81%，亚麻酸 (C18∶3)1．84%;饱和脂肪酸质量分数为7．56%，主要为棕榈酸5．33%。

图6 不同脂肪酸的GC谱图

3 讨论与结论

山核桃仁含有大量的油脂，但是被蛋白质所包裹在内。烘烤去除水分的同时可以破坏细胞结构，使油料中球蛋白变性，亲水基转入不规则状态，疏水基转到外部，从而包含在球蛋白内部的油脂露于表面，出油率提高［13］。本研究采用浆液 pH值为5．0提取，出油率为79．3%，结果与周文亮等［15］报道的在pH 值5．0～6．0条件下，出油率为79．41%相一致。而采用乙醚浸提山核桃油，提取率达98．17%，但其测定指标与本研究不同［6］。李劲等［11］报道在温度为25℃，时间4 h，磨浆料水比1∶3和离心转速4 800 r/min的条件下，核桃出油率为72%，该值低于本试验结果。史双枝等［14］证实水代法提取核桃油的最佳条件为料液比(g∶mL)1∶3，兑水 pH 5．5，浸提温度60℃和浸提时间8 h。该条件下油脂得率为19．52%。其浸提温度和兑水pH值与本研究的条件一致，但本研究的试验材料和衡量指标均与其不同。王学辉等［13］报道采用烘烤时间80 min，兑浆水温度70℃，兑浆水 pH 7，兑浆料液比 1∶0．7，离心速度为5 000 r/min，离心40 min的条件下进行水代法提取核桃油，出油率可达88．51%。该值要高于本试验结果，原因可能为试验材料相异。马云辉等［8］报道采用水代法提取小核桃仁油的条件为140℃，烘烤90 min，料液比1∶0．8，兑水温度75 ℃，兑水pH 7 和4 000 r/min 下离心40 min，其取油率为可达88%，虽然部分条件与本试验相同，但其衡量指标也有异于本试验。

本研究采用水代法提取山核桃油，工艺条件温和，出油率较高，所得山核桃油品质好，不饱和脂肪酸含量高，种类丰富。

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Study on Aqueous Extraction of Oil from Carya cathayensis Sarg

Wang Shunmin Wu Liqin
(Biological and Chemical Engineering Institute，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000)

The feasibility and technical conditions of aqueous extraction process of Carya cathayensis Sarg oil were investigated in order to provide an alternative method for oil extraction from Carya cathayensis Sarg．With the oil extraction rate as the indicators，single factor experiments and orthogonal experiments were carried out，the results showed that the order of the main influence factors was:extracting temperature＞mixed water pH＞ratio of material to liquid．The optimum extraction conditions were obtained as follows:baking 45 min under 140 ℃，the ratio of material to liquid 1∶5，extracting in 60 ℃ water bath at pH 5．0 for 150 min，centrifugal speed 5 500 r/min，centrifugal time 30 min．Under the best conditions，the oil extraction rate was 79．3%．The results showed that the content of unsaturated acid which took up 92%in the fatty acid of Carya cathayensis Sarg oil，and mainly was oleic acid(C18∶1)，linoleic acid(C18∶2)，linolenic acid(C18∶3);the content of saturated acid which took up 7%in the fatty acid of Carya cathayensis Sarg oil and mainly was palmitic acid．

Carya cathayensis Sarg，oil，aqueous extraction method

TS201．2

A

1003－0174(2012)02－0052－05

安徽工程大学青年基金(2006YQ031)，安徽工程大学青年教师科研资助计划项目(2008rzr006)

2011－05－05

王顺民，男，1975年出生，硕士，讲师，功能性食品