光皮树果实高效制油的低温压榨与正丁醇研磨浸提技术

肖志红 刘汝宽 李昌珠 吴晓芙

（中南林业科技大学生命科学与技术学院1，长沙 410004）

（湖南省林业科学院2，长沙 410004）

光皮树（Swida wilsoniana）为山茱萸科梾木属，是一种生态适应性广的木本油料植物[1]，其果实的干果含油率约为30%，油脂中的不饱和酸含量高，种植良种可实现平均年亩产油大于100 kg，是一种优良的油料资源[2]。一般而言，油料制油工艺有机械压榨、溶剂浸提和预榨-浸出联合制油等3种方法。具体采用何种制油工艺，应根据油料果实中的油脂含油量，对于高含油率（含油率大于25%）的油料果实，多采用预榨-浸出联合制油技术[3]。结合光皮树果实资源量少和含油率高的特点，采用低温压榨与正丁醇研磨浸提制油技术，一方面，直接入料压榨减少了工艺步骤（无调质过程）；另一方面，采用正丁醇为溶剂，可以实现高附加值物质的同步提取[4]。联合使用2种不同油料处理工序，综合实现了低温条件下（＜80℃）油脂和高附加值副产品（磷脂）的高效提取，简化了工艺流程。

本试验对46个光皮树果实样品进行了内含物分析，确定了光皮树果实直接入料的理论基础。通过一步低温压榨实现了光皮树果实油脂的高效提取，得到了含油率降低的光皮树果饼，以低温压榨得到的果饼为原料，通过单因素试验和正交试验，建立了正丁醇研磨浸提同步提取油脂和磷脂的工艺并优化了操作参数。最后，对得到的油脂进行了脱胶、脱酸和脱色处理，分析了光皮树果实油脂的基本理化性质和主要脂肪酸组成，为规模化开发和利用光皮树果实油脂提供了参考。

1 材料与方法

1.1 材料与方法

光皮树果实：湖南省林业科技示范园（长沙）；正丁醇（工业级）：凌天化工实业有限公司；纤维素酶（CR）：杭州贝奥生物技术工程有限公司；蛋白酶（CR）：上海卒瑞生物科技有限公司；乙醚（AR）、橄榄油（CR）、聚乙烯醇（CR，1 750±50）及其他试剂（AR）：国药集团化学试剂有限公司（上海）。

光皮树果实专用型螺旋冷榨机（XLK-2010）：湖南省林业科学院自制；脂肪测定仪（SZC-D）：上海楚柏；离心机（TDL-5-A）：上海安亭科学仪器厂；循环水式真空泵（SHZ-D III）：巩义科瑞食品有限公司；旋转蒸发器（RE52CS-1）：上海亚荣生化仪器厂。

1.2 试验方法

1.2.1 油料及油脂的基本性质

1.2.1.1 理化指标

含油率：GB／T 14488.1—2008；含水率：GB／T 5497—2008；透明度、色泽：GB／T 5525—2008（罗维朋比色槽 25.4 mm）；酸价：GB／T 5530—2005；皂化值：GB／T 5534—2008；碘值：GB／T 5532—2008；过氧化值：GB／T 5538—2005；磷脂：GB／T 5531—2008。

1.2.1.2 油脂脂肪酸分析

采用气相色谱法分析光皮树果实油的脂肪酸组成[5]。将油样进行快速甲酯化后，采用日本岛津GC-2014型气相色谱仪，以各种标准脂肪酸的气相图谱作参照，定性判断其主要脂肪酸组成，采用峰面积归一法统一汇总计算。

具体操作步骤：50 mL试管中加入几滴待测样品，加入1∶1苯-石油醚2 mL溶解油样，再加入0.5 mol／L NaOH-CH3OH溶液2 mL，振摇后置于50℃水浴约15 min，取出后沿管壁加入蒸馏水使有机层上升至试管上部，静置分层后（若仍有混浊，滴加几滴乙醇），取上层清液1μL作气相色谱分析。

气相色谱条件：GC-2014气相色谱仪，FID检测器；固定液为FFAP的石英玻璃毛细管柱，柱长25 m，柱径0.3 mm；载气 N2：78 kPa；分流比100∶1；燃气H2：30 mL／min；进样口温度 250℃；柱温 190℃；检测器温度250℃。

1.2.2 低温压榨制油步骤

与热榨工艺不同，低温冷榨不需要蒸炒、调湿、压坯等调质预处理操作[6]，只需将物料除杂后直接干燥到符合要求的含水率范围内即可入料。取足量光皮树果实，调节榨轴转速和出饼孔径，进行低温压榨制油。待出饼温度恒定时，走空榨膛内物料并及时加入待测油料，分别搜集并测定油脂和饼粕的物性参数，得到的饼粕作为下一步浸提试验的原料。温度为30℃，榨轴转速为40 r／min，出饼孔径8 mm。

1.2.3 水酶法提油工艺

光皮树果实饼粕经粉碎、加水热处理、纤维素酶和蛋白酶保温搅拌反应，再经离心分离便可得到光皮树果实油。操作条件为[7]：先纤维素酶3 h再加蛋白酶，加酶量2.5%，酶比例4∶1，酶解时间4 h。

1.2.4 正丁醇研磨同步提油和磷脂方法的操作流程

正丁醇研磨同步提油和磷脂方法主要步骤[8]：

1）一次磨料浸提：将物料经“连续多级浸提磨”（自制设备）研磨，使其颗粒粒度达到0.1～0.2 mm；

2）压滤：压力式过滤器进行过滤，收集滤液；

3）二次磨料浸提：向步骤2）的滤渣中补加含水5%～10%的丁醇溶液，浸泡30 min重复磨料和压滤等操作；

4）三次磨料浸提取：重复3）的过程；

5）减压蒸馏：将3次提取得到的滤液合并，在70～75℃进行减压蒸馏去除该提取液的水（部分丁醇也会被蒸馏出）；丁醇蒸出后静置5 min，磷脂聚集并形成沉淀，同时得到相应的油脂。

1.2.5 正丁醇研磨制油试验因素水平表

正交试验采用L9（34）正交表。正丁醇研磨浸提制油工序的4个因素：浸出温度、时间、液料比和研磨次数，见表1。

表1 研磨浸出试验因素水平表

1.2.6 油脂简易精炼方法

1.2.6.1 脱胶[9]：采用高温水化法，加水量为25 mL／50 g油，温度90℃，水化时间20 min。

1.2.6.2 脱酸[10]：以乙醇为溶剂，醇与油的液料比为2.4∶1（V／m），温度为30℃，萃取次数为 4次，单次萃取时间为10 min。

1.2.6.3 脱色[11]：白土用量为4.0%、脱色温度为110℃、脱色时间为30 min。

2 结果与讨论

2.1 光皮树果实主成分及直接入料压榨制油分析

2.1.1 光皮树果实主要成分分析

收集湖南省林业科学院试验林场种植基地的不同种属的光皮树样品46个，采用常规化学分析方法进行果实中油脂、水分和粗蛋白质等3个指标的测量，构建其基础数据库，具体结果见表2。

表2 光皮树果实基础数据／%

2.1.2 光皮树果实直接入料低温压榨的理论计算

油料的组成主要包括油脂、蛋白质、纤维素和水分，这些物质的不同组成一定程度上影响着油料的物理强度。其中水分是唯一可方便调节的因素，并且其变化会直接导致油料含油率、蛋白质、纤维素等指标的变化，同时会对物料性质的物理强度产生变化。因此，有效控制光皮树果实的含水率是有效调整低温冷榨效果的重要因素。油料的水率变化一般遵循“高温低水分，低温高水分”的规律，其具体的值可以根据N.B.葛符里林柯经验公式计算[8]：

式中：c为油料含水率／%；T为榨料压榨温度／℃；k为油料含油率校正系数，k＝（100-M）／55，M为入榨料含油率／%。

光皮树果实采摘后进行自然晾晒，其平均含油率为28.02%，平均含水率为8.19%。若取压榨温度为70～80℃，通过式（1）则可以得出光皮树果实的最佳出油时含水率7.85%～9.16%，这与自然干燥条件下的光皮树果实含水量基本吻合，因此光皮树果实适合直接入料压榨。

2.1.3 光皮树果实低温压榨制油方法

采用自制的XLK-2010型榨油机压榨光皮树果实，得到光皮树果实油及其饼粕，见表3。

表3 低温压榨制油工艺参数及其结果

2.2 正丁醇为溶剂研磨浸提制油工序

2.2.1 单因素试验

2.2.1.1 研磨次数对光皮树果饼出油率的影响

本试验用浸提循环操作次数来表示，每次研磨制油操作的时间记为100min，其中研磨操作20min，静置浸提时间80 min。

由图1可知，在温度30℃、单次浸提操作时间100 min和液料比1∶1的条件下，随着浸提次数的增加，光皮树果饼的出油率呈增加趋势，经过4次浸提以后，油脂提取率达到78.24%，此时的饼粕残油率为1.46%。继续增加研磨次数，油脂提取率也会提高，但是正丁醇的回收量会相应增多，为溶剂回收工段带来压力，初步选取浸提次数为3次。

图1 浸提次数对预榨饼提油效果的影响

2.2.1.2 液料比对光皮树果饼出油率的影响

液料比是指使用浸出溶剂（含水10%的正丁醇溶液）与所浸出料胚（光皮树果饼）的质量之比。一般来说，液料比愈大，对降低粕残油量愈有利。但混合油浓度会随之降低，增大溶剂回收工作量。因此，要控制适当料液比，以保证足够浓度差和饼粕残油率。一般料液比多选为（0.8～1.2）∶1。由图2可知，在温度30℃，单次浸提时间100 min，浸提次数3次的条件下，果饼中的油脂提取率为76.00%，此时饼粕残油率为1.62%。随着液料比的增加，光皮树果饼的出油率呈增加趋势，但过度增加液料比会使后续溶剂回收工序消耗更多的能量，初步选用液料比为1.2∶1。

图2 液料比对预榨饼提油效果的影响

2.2.1.3 温度对光皮树果饼出油率的影响

提高浸出温度，可促进扩散作用，增强分子热运动，油脂和溶剂黏度减小，有利于提高浸出速度。若浸出温度过高，会造成浸出器内汽化溶剂量增多，油脂浸出困难，压力增高，溶剂损耗增大，同时浸出毛油中非油物质量增多。由图3可知，在浸提次数为3次，浸提时间100 min，液料比1.2∶1的条件下，随着温度的升高，光皮树果饼的出油率呈增加趋势。温度为50℃时，光皮树果饼中的油脂提取率为78.12%，此时饼粕残油率为1.47%。

2.2.1.4 浸提时间对光皮树果饼出油率的影响

浸提时间是影响浸提效果的一个重要因素，要保证油脂分子有足够多的时间扩散到浸提溶剂中去，但浸出时间过长则不经济，这需要根据实际情况在设备产能与油料饼粕残油率之间取得平衡。一般为90～180 min。本试验油料研磨操作时间设定为固定值20 min，静置浸提时间可调。由图4可知，在温度50℃，浸提次数3次，液料比1.2∶1的条件下，随着单次浸提时间（含研磨操作时间）的增加，光皮树果饼的出油率呈增加趋势，在120 min后，油脂提取率达到82.24%，此时果饼的残油率为1.20%。因此，初步设定研磨浸提操作时间为120 min。

图4 浸提时间对预榨饼提油效果的影响

2.2.2 正丁醇研磨制油工序的正交试验

正丁醇溶剂研磨浸提光皮树果实饼粕制备油脂的正交试验结果见表4。从表4所得的试验结果可以得出不同因素的影响顺序：液料比（mL／g）＞浸提次数＞时间（min）＞温度（℃），影响最大的因素是液料比（mL／g）。因此，在实际研磨浸提制油操作中，可以根据油料的性质来适当调整液料比，以便实现油脂的高效提取。

表4 正丁醇研磨浸提制油工艺的正交试验

图5为其因素水平的效应曲线图。综合考虑具体操作，故最终确定A2B3C3D1，即液料比为1.2∶1，浸出温度为60℃，浸出次数为4次，浸出时间为90 min。重复试验得到出油率为86.20%，此时的饼粕残油率为0.93%。综合考虑低温压榨步骤，可以实现总出油率96.73%。

图5 研磨浸提制油工艺操作因素对残油率的影响效应曲线图

2.3 联合制油工艺的选择与油脂性质分析

2.3.1 联合制油工艺对比选择、参数及结果

表5中低温预榨-正丁醇浸提联合制油工艺的油脂提取率为96.73%，磷脂含量为0.63%，提取率为81.38%，而低温预榨-水酶法联合制油工艺的油脂提取率为90.37%。综合比较2种不同工艺操作，为减少操作流程，拟选取低温预榨-正丁醇浸提联合制油工艺为较优的制油工艺。

表5 联合制油工艺对比及结果／%

2.3.2 简易精炼程序及效果

新榨光皮树果实油色泽较深，应采取特殊的脱色工艺来进行脱色操作；酸值相对较低，可采用常规碱炼操作除酸，表6为光皮树果实油精炼操作的主要技术参数。

表6 光皮树果实油简易精炼效果

2.3.3 光皮树果实油理化性质及其脂肪酸组成分析

表7为光皮树果实油理化性质分析及其脂肪酸分析，结果表明：光皮树果实油脂中油酸、亚油酸和亚麻酸占71.76%，为一种高富含不饱和脂肪酸的油脂，是一种优质的食用油资源。

表7 光皮树果实油理化性质分析及其脂肪酸分析

3 结论

3.1 光皮树果实的含油量为28.02%（干基），蛋白质含量为7.25%（干基），水分含量为8.19%。采用低温压榨和正丁醇研磨制油技术，物料加工过程温度小于80℃，可以减少高温压榨对油品质量的影响。果实油中不饱和脂肪酸质量分数达72%左右，其中油酸约为29.83%，亚油酸约为39.15%，亚麻酸为2.59%。

3.2 通过单因素试验和正交试验，得到联合制油工艺的操作条件。其中，低温压榨操作参数为：温度为20～30℃，榨轴转速为40 r／min，出饼头孔径8 mm，饼粕残油率可达到7%左右；正丁醇研磨制油操作参数为：液料比1.2∶1，浸出温度60℃，浸出次数4次，浸出时间90 min，在此条件下得到油脂提取率为86.20%。

3.3 采用低温压榨-正丁醇浸提联合制油工艺，可实现油脂提取率达到96.73%，饼粕残油可以降低至0.93%，同时实现磷脂提取率81.38%。

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