超声细胞破碎提取白果油工艺研究

郑皓远，赵再贵

（1. 三明学院 资源与化工学院，福建 三明365004；2. 药用植物开发利用福建省高校工程研究中心，福建 三明365004）

银杏又名白果，是我国特有的多用途珍稀植物，也是我国古老珍贵的树种之一。银杏在我国各地均有栽培，但主要分布在江苏、浙江、广西、河南、贵州等地。而白果其实是银杏果实的果核，其核仁为可食用部分，但有微毒，不可生吃。白果是我国传统药食同源植物之一，现被收录于药食同源目录，是国家认可的食物、药材双用植物。白果具有敛肺平喘、除湿、抑菌杀菌等多种保健功效，对心脏病、高血压、癌症、糖尿病等病症也有较好的防治作用。白果油是以白果为原料，通过高温压榨等方式提取出来的植物油，主要成分为多种不饱和脂肪酸，包括银杏酸、白果酚、脂固醇等多种健康物质。白果油的油酸含量高达83%，远高于花生油的48%、芝麻油的39%，被称为植物油油酸含量之最。被认为是比橄榄油还要健康的植物油，可作为一种良好的食用油脂替代品。但目前为止我国的白果油工业提取还停留在粗加工阶段，主要出油方式以高温压榨为主。这样的加工方式不仅出油率低、利润低廉，对白果原料的浪费也十分明显［1-5］。如果能对白果油的提取技术进行升级，发展前景是十分可期的。

目前我国对白果油脂方面的研究十分稀少，其中大部分都是对油脂成分的分析，最佳提取工艺的优化以及低温条件油脂的提取效率等［6-10］，少有涉及对具体实验步骤的探究、储存烘干时间以及不同提取方式对白果含油量的影响等。比较磁力搅拌辅助提取白果油脂是否可以作为测量白果粗脂肪含量测定的常用实验方式，以及超声波破碎辅助提取白果油脂能否真正提高白果的出油率［11-12］；同时，在白果的处理上，探究为什么白果一般均要在40℃的条件下鼓风烘干48 h 才能去壳去除红衣，如果去壳发生改变会对白果的出油率产生什么影响？这些实验数据将进一步补充对白果粗脂肪提取的工艺研究中的空白，为将来白果油提取工艺的产业升级提供参考依据。根据白果的品种和产地不同，含油量的差距也很大，但主要集中在3.6%～11%之间。传统获得植物油脂的主要方式是加热压榨法［13-14］，但这种针对含油量巨大的花生等植物开发压榨工艺，对含油量低下的白果树显然并不适用（花生的出油率一般在40%～50%之间）。目前比较流行用超临界萃取等方式测定和优化白果的油脂含量以及工艺流程。超临界萃取的优点是用时少、效率高、出油率大，但缺点也很明显，就是实验成本高、实验操作复杂，一般的本科院校也少有能够独立完成实验的全套设施。因此本文主要探讨的是索氏提取法、磁力搅拌辅助提取法和超声波破碎辅助提取法对白果在不同提取条件下的出油率产生的影响。

1 实验材料与方法

1.1 白果原材料的预处理

实验采用的材料均为网购的江苏泰州大佛指白果，经烘干去壳去除红衣后，选择色泽均匀，厚黑发亮，果肉饱满的研磨成粉末状备用。去除干瘪、发霉、色泽不均匀果实。白果去壳前的鼓风烘干时间根据实验要求分为5 个组，0 h 组，24 h 组，48 h 组，60 h 组，72 h 组。每组的白果粉末准备3 份，通过索氏提取法测量最大含油量。

1.2 试验改良概念

实验探究分别为磁力搅拌辅助提取法、索氏提取结合超声波破碎辅助提取法。其中索式提取法又名连续提取法、索氏抽提法，是从固体物质中萃取化合物的一种方法。索氏提取法还可用于粗脂肪含量的测定。脂肪广泛存在于许多植物的种子和果实中，测定脂肪的含量可以作为鉴别其品质优劣的一个指标。国内外普遍采用抽提法，其中索氏抽提法（Soxhlet extractor method）是公认的经典方法，也是我国粮油分析首选的标准方法。此法花费时间较长，在实验室多采用脂肪提取器（索氏提取器）来提取，磁力搅拌提取配合索氏提取器用来探究测定白果的最大含油量。磁力搅拌辅助提取一般是在测量植物蛋白质的实验中脱脂用的，在本实验中将其略做改动，配合索氏提取器用来测定白果的含油量。操作步骤如下：将白果粉末溶于石油醚之中，经搅拌过滤得到含有油脂的石油醚混合液，再经过索氏提取器提取回收石油谜，测定白果的含油量。超声波辅助提取则是通过超声波的空化效应破坏细胞壁结构，从而提高出油率。

1.3 出油率设计

白果在去外壳前一般会连壳鼓风烘干48 h，再去壳彻底鼓风烘干。为探究提前去壳对白果含油量的影响，这里设置了5 个对照组。去壳时间分别为在40 ℃烘干0 h，24 h，48 h，60 h，72 h。去壳后的白果继续在40 ℃的条件下鼓风烘干直到去除全部水分。风干的白果去除风衣可比较白果色泽。0 h 组的白果风衣较难除去，且颜色分布不均匀，棕色的果肉中常常夹杂中大块的白斑，24 h 组的白果也有1/3的夹杂着白斑，但斑点较小。而48 h 组风衣较好除去，含有白斑的白果十分稀少，通体为棕色，色泽均匀。60 h 组和72 h 组则几乎没有白斑。将不同去壳时间的白果分别研碎成细粉状，用电子天平准确称取3.000 g。将称取得白果粉末用滤纸包扎，标记备用。

对索氏提取器进行气密性检测，确定气密性良好之后，将其洗净，至于鼓风烘干器中120 ℃条件下连续烘干2 h。烘干的蛇形管、脂肪瓶、提取管中均没有水滴残留。待索氏提取器冷却至室温，用电子天平准确称量脂肪瓶的重量，经多次称量重量不再发生改变的重量记为g1。取80 mL 石油醚于脂肪瓶中，将备用的白果粉末样品（质量为g0）放进提取器中，固定索氏提取器，通水，置在55℃的恒温水浴锅中开始计时加热。脂肪瓶中的石油醚受热沸腾蒸发，遇水冷凝重新流入提取管中。当提取管中的石油醚累积到一定高度时，会在压力的作用下将提取管中的所有石油醚重新压回脂肪瓶中（虹吸现象）。虹吸大约每18 min 发生1 次。保持这样的速度，连续抽提12 h。12 h 后，更换脂肪瓶和石油醚继续抽提4 h。利用索氏提取器在虹吸发生前将石油醚回收，在脂肪瓶中只留下少量的黄色混合液体。将脂肪瓶放入120℃的鼓风烘干器中2 h，取出，等脂肪瓶冷却至常温后进行称量，经多次称量重量不改变得脂肪瓶加白果油重量为g2。出油率可根据公式计算

运用索氏提取法对样品白果连续提取16 h 得到一个出油率1 后，更换脂肪瓶，溶剂再次抽提4 h 并根据公式1 计算得出油率2。若出油率2 为0，则最大出油率为1，若出油率2 不为0，则再次更换脂肪瓶和溶剂抽提4 h 得出油率3，若出油率3 为0，则最大出油率为出油率1+出油率2，若不为0，则再次更换脂肪瓶和溶剂……，依次类推。因此对最大出油率测定经合理化后以含油率1 为最大出油率。出油率=油脂质量/样品白果质量×100%，油脂提取率=当前出油率/最大出油率×100%。

1.4 磁力搅拌辅助设计

索氏提取法测定白果油耗时极长，操作也相对繁琐，使用极不方便。而磁力搅拌辅助脱脂是目前去除植物中油脂的一种常用方法，常在测定蛋白质含量中做脱脂用。将脱脂后的石油醚中油脂重新提取出来称重，如果油脂重量等于白果中的最大含油量，即可用磁力搅拌脱脂替代索氏提取法用来测定白果的最大含油量。

准确称取白果粉末3 g，石油醚（30～60 ℃）60 mL。打开磁力搅拌器，将控温棒放入烧杯中，调整好位置，加入石油醚，温度设置为2 5℃，等待温度稳定后，加入白果粉，开始计时。40 min 关闭磁力搅拌器，对白果粉末进行过滤，过滤的溶液放入脂肪瓶中备用，白果粉末则更换溶液再次进行抽提，抽提进行3 次，第3 次抽提过滤后用石油醚20 mL 对滤纸进行冲洗。将所有溶液汇入脂肪瓶中，回收石油醚，计算出提取所得脂肪重量。实验重复3 次。固定抽提时间为40 min，提取温度为55 ℃（这里的温度指恒温水浴锅的温度，由于使用的是索氏提取法，温度对实验影响有限，故不参与讨论）。料液比设置5 个水平，分别为1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30。通过考察出油的效率，比较料液比对出油率的影响，提取时间对粗脂肪提取效率的影响设计为固定料液比为1∶20，提取温度为55℃，提取时间设置5 个水平，分别为20、40、60、80、100 min，通过考察白果的出油效率，研究提取时间对提取白果粗脂肪的影响。

1.5 超声波辅助提取优化

固定料液比为1∶25，温度25℃（石油醚提取白果油的出油率随温度的升高而降低，由王佳宏等研究测定得25 ℃为最佳提取温度［7］），提取时间40 min，超声波设置5 个水平，10、25、40、55、70 W。实验步骤如下：用恒温水浴锅将水温加热到25℃，用空调将室温加热到25℃（如果超声波清洗器有控温功能，则可不用空调），将白果粉末和石油醚放入脂肪瓶，混均密封，用铁架台固定放置于超声波清洗器中，清洗器中加入用恒温水浴锅加热的水，水要刚好淹没脂肪瓶。启动超声波清洗器，开始计时。

2 实验数据分析

2.1 去外壳前鼓风烘干时间对白果含油量的影响

去壳导致部分油脂随白果中的水分蒸发而流失。为确保实验的准确性，后面所有实验所用的白果均为经过60 h 鼓风烘干之后，再去除果壳红衣接着鼓风烘干的白果。

图1 比较5 个不同烘干时间去壳对白果最大出油率的影响。

图1 去外壳前鼓风烘干时间对白果含油量的影响

直接去壳烘干的白果含油量仅为白果正常含油量的62%，油脂流失超过油脂含量的1/3。但经过48 h 烘干后去壳油脂的含油量变化数值极小，油脂的流失也几乎停止了。通过对比3 组鼓风烘干超过48 h 其含油量变化极微，综合取得白果的最大含油量为5.90%。而较早去壳导致白果含油量减少，推测可能是去壳较早导致一部分油脂随水分蒸发而流失。

2.2 磁力搅拌辅助提取、测量白果含油量分析

由图2 可得，3 次实验所得数据均十分接近5.9%的最大值，故采用磁力搅拌辅助提取的方法替代索氏提取法取最大出油率的方式是可行的。

图2 磁力搅拌辅助提取测量白果含油量的可行性分析

磁力搅拌辅助提取需要过滤3 次，为了明白每次过滤的提取效率，将3 次所得的滤液分开测量，但因为第2、3 次的数值过小，误差控制十分困难，所以采用了另一种方式。准备3 分重量均为3g 的石油醚，做好标记1，2，3。1 号只过滤1 次，2 号过滤2 次，3 号过滤3 次。

由图3 可知，磁力搅拌辅助提取第1 次过滤就能达到最大出油率的80%以上，2～3 次过滤后可以达到最大含油量的98%以上，且用磁力搅拌辅助提取油脂单次测量总是不超过2 h，对比索氏提取法每次测量提取用时16 h 来算，使用磁力搅拌辅助提取油脂来测量白果最大含油量是一种十分方便快速的方式。同时，磁力搅拌辅助单次提取过滤即可得到80%油脂含量以上，后两次提取过滤总计不超过含油量的18%。此种提取效率在工业应用上将十分宽广。

图3 磁力搅拌辅助提取次数对粗脂肪提取效率的影响

2.3 料液比对粗脂肪提取效率的影响

由图4 可得，料液比从1∶10 到1∶25 的范围内时白果的出油率不断提高，再提高料液比时白果的出油率却没有显著提高，推测该结果与王佳宏［7］的研究基本一致。

图4 料液比对粗脂肪提取效率的影响

2.4 提取时间对粗脂肪提取效率的影响

由图5 可得，提取时间从20 min 到60 min 时，白果的出油率不断提高，但当时间超过60 min 后，白果的出油率则不再显著提高。且时间达到100 min 之后，白果的出油率已经达到油脂提取率的80%以上，即便再增加提取时间，白果出油率增加的速度也不再显著提高。

图5 提取时间对粗脂肪提取效率的影响

2.5 超声波破碎辅助提取对油脂提取效率的影响

由图6 可得，在固定提取时间为40 min，温度25℃，料液比为1∶25 的条件下，白果的出油率随着超声波功率的提升不断提高。

图6 超声波细胞破碎辅助提取对粗脂肪提取效率的影响

在超声波清洗器的功率达到70 W 时，白果的出油率仍在显著提高。尤其是超声波功率超过50 W之后，白果的出油率上升势头更加明显。同时，以加入超声波的提取效率对比没有加入超声波（超声波功率为0），可以发现，超声波的功率在到达30 W 之前，白果的出油率均有提升，但提升的效率较为平缓，而当超声波功率超过30 W，从30 W 到70 W 这一阶段，提取的效率开始大幅度上升，其中以45 W到70 W 的提升效果最为明显。推测超声波具有能量和波动的双重属性，在震动时能传递和产生巨大的能量，超声波可以穿透细胞壁，在细胞停留，将能量传递给细胞中的物质，进而引发分子加速运动。超声波对萃取分离的强化作用主要源于超声波的空化效应，增大了穿质速率和穿质面积，强化了微控效应，因而有利于油脂的提取。

3 结论

（1）对比去壳前鼓风烘干时间白果出油率表明，白果在40 ℃鼓风烘干的条件下，经过不同的烘干时间去壳对白果的含油率有较大影响，直接去壳烘干白果含油率仅为经过48 h 以上鼓风烘干再去壳的白果含油率的62%，而鼓风烘干48 h 的含油量为不稳定，3 次得测量数据分别为5.74%，5.90%，5.43%，推荐实验使用白果是经过鼓风烘干60 h 以上再去壳的白果。

（2）白果油的提取实验中，料液比、提取时间均对白果的出油率有显著的影响。白果的出油率随着提取时间的增加、料液比的扩大而上升。推测随着料液比的增加，石油醚中油脂的浓度变低，进而加快了油脂的析出。

（3）使用磁力搅拌辅助的方式，可以有效提取白果的油脂，经过3 次萃取过滤后提取得到的油脂出油率达到了油脂含油率的98%以上，在要求不太精确的实验中，完全可以用来代替用时超过16 h 索氏提取法来进行植物含油率的测定。磁力搅拌可以快速脱脂的原因可能是在搅拌的过程中增加了白果粉与石油醚的接触面积，进而加快了油脂的析出。

（4）在引入超声波提取白果油实验中，在25 ℃、料液比为1∶25 的条件下，当超声波的功率达到70 W 时，超声波辅助提取法的提取效率超过磁力搅拌辅助提取法，且超声波辅助提取效率随着超声波功率的增大还在不断提高。3 种提取方法的提取效率从大到小的排序为：超声波破碎辅助提取法＞磁力搅拌辅助提取法＞索氏提取法。