百香果果籽油提取工艺优化及其调和油的调配研究

2020-05-24黎梓玉彭艳华罗志辉陈丽娜

中国粮油学报 2020年2期

宁芯韦静黎梓玉彭艳华罗弦罗志辉陈渊陈丽娜杜伟汪磊

(广西农产资源化学与生物技术重点实验室1，玉林 537000)(广西高校桂东南特色农产资源高效利用重点实验室2，玉林 537000)(玉林师范学院化学与食品科学学院3，玉林 537000)(益海嘉里(武汉)粮油工业有限公司4，武汉 430040)(广西宏邦食品有限公司5，玉林 537400)

百香果，又名西番莲(Passifloraedulis)，是一种原产于南美洲的亚热带芳香型水果，营养丰富，且兼具保健和食疗功效[1，2]。百香果含有38种脂类挥发性芳香成分，特殊香味十分浓郁，具有“饮料味精”的美誉[3-4]，常用来加工成各类饮料。百香果饮料加工过程中产生大量的加工副产品，主要有果皮和果籽，其中百香果果籽约占果实质量的6%～12%[5]。百香果果籽中含有约30%的脂肪[5,6]，还富含生育酚、类胡萝卜素和酚类化合物等多种抗氧化活性成分[5,7]，是一种优质的植物油资源。然而，百香果果籽在实际加工过程中往往粉碎后直接丢弃，未得到充分利用[8]。

油脂工业提取常采用压榨法和有机溶剂浸提法。超声波是一种绿色、清洁的提取技术，通过超声波机械振动在液体介质中产生空穴效应强化萃取效果，具有提取时间短、效率高、成本低和降低高温对提取物的影响等优点[9，10]，广泛用于油脂[11]、酚类物质[12]、蛋白质[13]、精油[14]和多糖[15，16]等物质的提取。

本研究以百香果果籽为原料，优化超声波辅助溶剂法浸提百香果果籽油工艺，检测百香果果籽油脂肪酸组成，并根据食用调和油标准Q/BAAK0012S设计百香果果籽食用调和油配方。研究结果有利于推动百香果加工副产品的深加工水平，提高百香果产业的综合经济效益。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫香百香果由企业提供，正己烷、石油醚、乙醚、氢氧化钾、甲醇均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DHG-9146A鼓风干燥机；FW110万能粉碎机；KQ5200DE超声波清洗器；RE-2000A旋转蒸发仪；GC-2010气相色谱仪。

1.3 方法

1.3.1 百香果果籽的制备

百香果洗净后沿果实纵径切开，取汁过滤分离果籽，再将百香果果籽用清水充分洗净，置于鼓风干燥机中，50 ℃烘干至恒重。样品置于塑料袋中4 ℃保存备用。

1.3.2 百香果果籽油提取方法

百香果果籽粉碎，精确称取10.0 g样品放入三角瓶中，加入一定量的正己烷，然后置于超声波装置中，设置好超声功率，一定温度下超声一定时间，然后4 000 r/min离心10 min，收集上清液，用旋转蒸发仪回收溶剂，将百香果果籽油置于鼓风干燥箱中50 ℃烘4 h，充分去除残余溶剂，然后称量果籽油的重量[17]。

百香果果籽油得率=百香果果籽油质量/10×100%

1.3.3 百香果果籽油脂肪酸组成测定

称取100～250 mg油样，精确至1 mg，装入25 mL具塞容量瓶中，加入石油醚-乙醚溶液约2 mL，稍事振摇，待油样溶解后，再加入氢氧化钾-甲醇溶液约1 mL，混匀，在室温下放置约30 min，再沿瓶壁加入水，静置，待分层，吸取上清液1 μL进行气相色谱测定[18]。

色谱条件：色谱柱，SP-2560弹性石英毛细管柱(100 m×0.25 mm，0.20 μm)；程序升温，初始温度175 ℃，以2.5 ℃/min的速率升至230 ℃，保持3 min，以1.0 ℃/min升至235 ℃，保持1 min；氢气流速35 mL/min；进样口温度230 ℃；进样量2 μL；分流比100∶1。

1.3.4 单因素实验

本研究分别以超声功率(120、140、160、180、200 W)、料液比(1∶4、1∶8、1∶12、1∶16、1∶20 g/mL)、超声温度(35、40、45、50、55 ℃)和超声时间(10、20、30、40、50 min)为影响因素进行单因素实验，研究上述因素对百香果果籽油得率的影响。

1.3.5 响应面实验

在单因素实验结果的基础上，根据Box-Benhnken中心组合设计(BBD)的实验原理，以百香果果籽油得率为响应值，选取对百香果果籽油得率有显著性影响的超声功率、料液比、超声温度和超声时间 4个因素为自变量，采用4因素3水平的响应面分析法进行实验设计，优化超声波辅助溶剂法浸提百香果果籽油工艺。响应面因素水平编码表见表1。

表1 Box-Behnken实验因素和水平

1.4 统计处理

所有数据应用Excel软件、SPSS软件和Designer expert软件进行处理和分析。其中，显著性分析采用Duncan检验，P>0.05判定为变化不显著，P<0.05判定为变化显著。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 超声功率

超声功率对百香果果籽油得率有显著性影响(图1)。超声功率越大，空化作用和机械作用越强烈，促进了细胞壁的破碎，大大加快了粒子的运动速度，进而增加油脂分子和溶剂间相互碰撞的概率，提高油脂得率，在超声功率160 W时得率最大。之后，百香果果籽油得率随超声功率的继续增大而降低，其主要原因是过大的超声强度会产生大量气泡，阻碍超声波在液体内部传播，从而使超声波散射衰减，降低了空化强度，导致百香果果籽油浸提效果下降[19]。

图1 单因素对百香果果籽油得率的影响

2.1.2 料液比

浓度差是浸出成分在扩散阶段的的主要推动力。料液比越大，固液相浓度差随之增大，增加了传质推动力[20]，有利于果籽油从固相扩散到液相，从而提高了百香果果籽油得率(图1)。料液比增大到1∶16 g/mL时，果籽油得率趋向稳定。继续增加浸提溶剂用量，会造成溶剂回收困难和生产成本增加。

2.1.3 超声温度

一定温度范围内，提高浸提温度有利于加剧溶剂分子和油脂分子的运动速率，同时降低溶剂和油脂的黏度，减小传质阻力，从而提高油脂得率。当超声温度超过50 ℃以后，百香果果籽油得率显著下降，这是由于正己烷在超声波作用下，挥发作用会增大，降低了液固比，同时正己烷表面的饱和蒸气压增加，抑制了超声波的空化作用[21]。此外，较高温度条件下，正己烷的表面张力减小，也不利于溶质的浸出[22]。

2.1.4 超声时间

固液相浓度差是超声波辅助溶剂法提取油脂的主要推动力，在提取的初期，有效成分浓度差最大，随着时间的增加，油脂不断的溶出，溶剂中的油脂与百香果果籽中的油脂浓度差不断减小。达到动态平衡后，长时间作用下，由于提取溶剂的损耗挥发和对于油脂夹带作用[23]，造成百香果果籽油得率有略微下降趋势。

综合考虑，选超声功率160 W、料液比1∶16g/mL、超声温度40 ℃和超声时间30 min作为响应面的中心点。

2.2 响应面法优化超声波辅助溶剂法提取百香果果籽油工艺

2.2.1 实验设计与结果

在单因素实验的基础上，采用Box-Behnken实验设计原理，以百香果果籽油得率为响应值，选取超声功率、料液比、超声温度、超声时间为影响因素，进行四因素三水平的响应面分析，实验方案及结果见表2。

表2 响应面实验设计与结果

续表

2.2.2 回归方程方差分析

利用Design-expert对实验结果进行多元回归拟合，得到以百香果果籽油得率Y为目标函数的预测模型：

Y=24.04-0.31A+0.22B-0.72C-0.26D-0.075AB-0.60AC-0.050AD-0.23BC+0.70BD-0.58CD-0.65A2-0.11B2-0.71C2-0.54D2

2.2.3 模型及回归方程系数的显著性检验

对回归模型方差进行分析，具体结果见表3。该模型的P值<0.000 1，说明实验选用的二次多项模型极显著。失拟项P值=0.511 3>0.05，不显著，模型相关系数R2=0.934 0，说明拟合程度良好，实验误差小，可以用本模型来预测百香果果籽油的得率。各因素显著性程度依次为：超声温度>超声功率>超声时间>料液比。

表3 回归方程方差分析

注：**差异极显著，P<0.01；*差异显著，P<0.05；差异不显著，P>0.05。

2.2.4 最佳浸提工艺条件的验证结果

对回归模型进行数学分析得到超声波辅助溶剂法浸提百香果果籽油的最佳工艺参数为超声功率162.6 W、料液比1∶16 g/mL，超声温度35 ℃，超声时间39.26 min，此条件下百香果果籽油得率为24.9%。考虑到实际操作情况，将上述工艺参数调整为超声功率160 W、料液比1∶16 g/mL，超声温度35 ℃，超声时间39.3 min，此条件下百香果果籽油得率为24.7%，与预测值拟合性良好，说明结果具有可靠性。

2.3 百香果果籽调和油的配制

百香果果籽油经甲酯化处理，采用气相色谱法分析其脂肪酸组成。通过标准谱库进行定性分析，并采用峰面积归一化法测定各组成的相对含量，百香果果籽油的主要脂肪酸组成见表4。结果表明：百香果果籽油共检出15种脂肪酸，主要由亚油酸、油酸和棕榈酸组成，不饱和脂肪酸质量分数高达87.66%，其中亚油酸质量分数为69.57%，反式脂肪酸质量分数为0.1%。亚油酸是人体必需脂肪酸，具有预防动脉粥状硬化、高血压和高胆固醇等功效。百香果果籽油是一种典型的高亚油酸型油脂，有较高的营养和食用价值。

表4 百香果果籽油的主要脂肪酸组成

食用油提供人体所需约50%的脂肪酸，因此，食用油与人体的营养和健康有着密切的关系，单一食用油往往达不到脂肪酸均衡的要求。食用调合油采用两种及以上食用植物油调和制成，改变了原料油的脂肪酸组成及有益伴随物的含量，营养成分搭配合理，比单一食用油更有优势，有利于增进人体健康，改善食用油脂品质，开发新型油脂制品[24]，百香果果籽调和油见表5。

表5 百香果果籽调和油

参照食用调和油标准(Q/BAAK0012S)，以大豆油、菜籽油、百香果果籽油等为主要原料设计百香果果籽调和油配方：大豆油56.5%、菜籽油20.9%、百香果果籽油10.0%、玉米油3.0%、葵花籽油3.0%、花生油6.0%、芝麻油0.6%。该调和油饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸、n-3多不饱和脂肪酸、n-6多不饱和脂肪酸、反式脂肪酸质量分数分别为13.876%、33.85%、50.657%、4.735%、45.898%、1.617%，能较好的满足人体脂肪酸摄入需求，有利于人体健康。