核桃油绿色提取技术的研究进展

陈海东，张志峰，王勇

（1.常州大学体育学院，江苏常州213000；2.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410000；3.三旺实业有限公司，湖南 韶山 411300）

核桃中含有较高含量的蛋白质和油脂，具有健脑、滋补等功能，已成为人类所必需的营养物质。我国是世界上最大的核桃生产国和消费国，核桃种植面积和总产量均居世界首位。2019年我国核桃产量达到362.7 万t，预计2023年产量将突破450 万t。我国的核桃资源分布广泛，但未被充分开发和利用，仅停留在原材料出口阶段。核桃仁含有大量的磷、镁、钾、铁以及丰富的维生素。每100 g 核桃仁含有30～300 IU 维生素A、0.22～0.45 mg 硫胺素、0.10～0.16 mg 核黄素和0.700～1.105 mg 烟酸[1]。核桃的生果和叶是维生素C 的主要来源，未成熟的核桃的维生素C 含量为2 400～3 700 mg/100 g，其抗氧化活性是柑橘类水果的40～50 倍。

核桃仁中通常含有60%～70%的核桃油。核桃油的主要成分是占总油馏分83%～95%的三酰基甘油，这些三酰基甘油由三不饱和甘油酯以及不对称的二不饱和甘油酯组成[2]。核桃油含有大量多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFAs），例如亚油酸和α-亚麻酸[3]。人体无法合成PUFAs，而PUFAs 又被认为是人体生理学中必不可少的营养物质。核桃油还含有一些具有药理特性的成分，如植物甾醇和生育酚等，其数量可观，拓宽了在药用领域的应用范围。此外，核桃油含有矿物质，例如钾、钠、锌、钙、磷、铁等，必需微量元素铜和锰[4]。研究表明，核桃油能降低血液中对人体有害的胆固醇和甘油三脂水平，在控制人体血脂浓度、预防心血管疾病、改善内分泌等方面都起着关键的作用[5-6]。

深入开发核桃资源，提高核桃深加工产品的品质和产量，生产出高附加值产品，这将会带来巨大的经济效益。核桃油的提取通常有冷压萃取和溶剂萃取两种传统方式[7]。随着科学技术的不断进步，新兴提取技术旨在减少工艺时间和能耗，生产出高稳定性的产品，主要包括超临界和亚临界流体萃取、超声波、微波提取和酶提取等技术，这些新兴技术中的大多数已在植物或食品加工领域得到广泛应用，并取得可喜成果[8-9]。本文介绍核桃油的成分及组成，对传统的提取技术以及新型绿色提取技术的主要研究成果进行全面综述，旨在为核桃油的开发利用提供参考。

1 核桃油的传统提取技术

1.1 冷压萃取技术

机械榨油工艺一般分为热压和冷压两种。在热压法中，尽管油脂提取率较高，但温度对产品中抗氧化成分降解有着较大的影响。冷压法则是从油籽中提取油的安全性最高的方法，该技术的缺点是提取率低、产品质量不一。

Xie 等[10]采用冷压法从新疆核桃中提取核桃油，研究番茄红素对核桃油过氧化值、酸值、脂肪酸、总酚含量和铁还原抗氧化能力的影响。Ghiasi 等[11]开发了一套间歇式冷压榨油系统，研究了压力、油脂加工温度和投料量对核桃油提取量的影响。结果表明，在压力10.5 MPa、温度31.5 ℃、样品质量8 g 的条件下，核桃的出油率最高，为25.36%。核桃的最佳条件（样品质量8.03 g、压力10.41 MPa、温度27.37 ℃）下，核桃过氧化物的量为（1.90±0.07）meq O2/kg。同样，核桃的酸量为（0.06±0.02）g/%。

冷压萃取技术无需添加任何额外的化学试剂，是挖掘原始自然产品的理想选择，其主要过程是将原料以较高的压力夹持，并将油从物料中萃取出来。对于冷压萃取来说，其优点是可以提取大量浓缩精华，不会影响和破坏核桃仁中原有的活性营养成分；缺点是油的提取率较低，油的质量较难把控。

1.2 溶剂萃取技术

溶剂萃取技术是提取核桃油的常用方法之一，根据各物质溶解度的差异，通过溶解和挥发等方式将样品中物质分离出来。该提取法的优点是提取效率高，在对核桃油进行萃取时，选用6 号溶剂油和正己烷提取时出油率最高。但该法存在重金属残留、后续需要精炼操作、对环境污染大等缺点，限制了广泛应用[12]。

Ghasemi 等[13]研究了以正己烷为溶剂，提取核桃油的超声波辅助酶技术。研究表明，使用正己烷溶剂的超声波辅助酶技术可以提高核桃油的提取率、总酚含量和碘值，提取的核桃油中多不饱和脂肪酸（亚麻酸和亚油酸）含量多，表明该方法是一种很有发展前景的提取方法。由于人们对环境的日益关注，为克服传统技术的弊端，研究人员正研究替代有毒有机溶剂的绿色提取剂。Liu 等[14]以新型绿色溶剂碳酸二甲酯（dimethyl carbonate，DMC）为原料，开发了一种快速高效的提取方法——超声微波辅助提取（ultrasonic and microwave assisted extraction，UMAE），用于提取满洲核桃仁油（manchurian walnut kernel oil，MWKO）。通过Box-Behnken 设计分析，得到最佳提取条件：提取时间28 min，液固比7∶1（mL/g），辐照功率400 W，最大提取率为59.30%。气相色谱-质谱分析表明，提取的MWKO 中不饱和脂肪酸含量均高于90%。经1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除率、2，2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid，ABTS]阳离子自由基清除率、铁离子还原能力测试，MWKO 具有较强的抗氧化活性。对MWKO 的降脂活性进行测试，发现UMAE-DMC 提取的MWKO 显著抑制了HepG2 细胞的脂质积累。总之，UMAE-DMC 是一种从植物中选择性提取种子油的高效的提取方法。

传统的溶剂提取技术存在较多的缺点，快速溶剂萃取技术被逐渐应用。在现代食品工业技术当中，快速溶剂萃取技术能够减少溶剂的使用量，能够保证提取效率高、耗时短、所需的溶剂量少、成本较低，对于植物油的提取起到了促进作用。

2 核桃油绿色提取技术

2.1 超临界CO2 萃取技术

超临界CO2萃取是一种现代高科技食品技术，以CO2作为流动相，在超临界状态下分离非极性物质，其设备和操作成本较高。CO2是天然产物的理想溶剂，与有机溶剂相比，CO2具有安全、环保、低成本和易于获得的优点。超临界CO2萃取得到的油相对澄清，具有一定的精制效果。在提取过程中，所获得的核桃油与压力、温度、粒度或表面速度密切相关[15]。

Oliveira 等[16]研究了超临界CO2萃取和索氏提取的核桃油中游离脂肪酸、固醇、甘油三酸酯和生育酚的组成，发现与以正己烷为溶剂所提取的油相似，超临界CO2萃取比正己烷萃取的油品更加清澈。Wright等[17]采用超临界流体萃取和加压溶剂萃取法对核桃油中的γ-生育酚的回收进行了比较，研究表明，超临界流体萃取与其他烃基萃取技术相比，萃取时间大大缩短，萃取选择性更高，溶剂使用量减少，从而降低溶剂处理成本。此外，在提取后，超临界流体萃取几乎不需要干燥。由于超临界CO2与油的相容性，超临界萃取技术更适合从天然产品中提取油。

超临界CO2萃取技术具有对温度要求不高、无残留物、可靠性高、成本低的特点，适用于挥发性、热敏性、脂溶性等成分的提取，如天然植物色素、天然植物挥发油、植物油脂、生物碱类化合物、黄酮类化合物等。但实现该技术需要特制的设备，其成本造价较高，且萃取工艺在高压状态下进行，存在一定安全风险，目前未能在实际生产上广泛应用。

2.2 亚临界萃取技术

亚临界萃取是一种相对较新的技术。在100～374 ℃的温度下，亚临界水在高压下保持液体状态。在萃取过程中，高温降低了溶剂的黏度和密度，使其能够更深入地渗透到样品基质中。此外，气体和液体之间的扩散率随着温度的升高而增加[18-19]。

马燕等[20]以新疆薄皮核桃温185 作为试验原料，研究萃取时间、萃取温度和萃取压力对核桃油出油率的影响，并通过气相色谱-质谱联用（gas chromatography and mass spectrometry，GC-MS）法对核桃油中的脂肪酸进行定性定量分析。研究表明，萃取核桃油的最佳工艺参数为萃取时间40 min、萃取温度45 ℃、萃取压力0.5 MPa，出油率达65.11%；不饱和脂肪酸含量为90.85%，其中亚油酸的含量高达61.23%。Gao 等[21]研究不同预处理和加工方法对核桃油化学性质和品质特性的影响。研究表明，亚临界萃取油脂的出油率（59.53%～61.19%）高于其他工艺，且具有较好的DPPH-极性（287.59～373.14 μmol TE/kg）和ABTS+（269.34～280.28 μmol TE/kg）自由基清除能力。

亚临界萃取工艺具有较高的出油率和较好的抗氧化活性，可用于核桃油的工业化生产。与传统萃取方法相比具有许多优势，包括萃取时间短，溶剂使用量少，效率和安全性高。由于较低的萃取温度而使得油品易于储存，更适用于工业化推广应用。

2.3 超声波辅助提取技术

超声波辅助提取法是利用超声波产生的空化效应对样品的细胞进行破坏，使溶剂渗透到细胞内以加速提取效率。除了使提取效率提高、提取时间缩短外，超声波提取法还可以减少溶剂的使用、减少提取杂质、降低提取温度和有效降低提取工艺成本等，但此法对设备要求高，且受超声波衰减的制约。超声波的有效区域呈环形，可能形成超声的空白区域，导致提取率降低[22]。因其没有配套的成熟工业化超声波提取设备，所以未得到广泛的工业化推广。

Wong 等[23]以乙醇作为极性溶剂进行超声波辅助提取核桃油。结果表明，超声波处理使油的产率从38.93%提高到79.88%，并确定了最佳条件，即超声振幅90%，萃取温度29 ℃和萃取时间51 min。在最佳条件下，预计最大含油量为55.39%，最小游离脂肪酸（free fatty acid，FFA）值、碘值和过氧化物值分别为1.75%、14.52 g/100 g 和10.50 meq g O2/kg。超声提取与其他方法相结合，可以提高出油率。超声波辅助酶法的提取率相对较高，为（78.91±0.03）%；超声波辅助溶剂提取法的提取率为58.9%。汪锦等[24]采用超声波辅助酶法提取山核桃油，超声波处理和果胶酶处理促进了坚果中游离酚类物质的释放，其油脂中总酚和油酸的含量显著高于超临界流体萃取和冷压法所得的油脂。因此，过氧化值降低，油的稳定性提高。

2.4 微波辅助提取技术

微波辅助提取的原理是通过对细胞壁和细胞器的高压引起基质发生物理变化，使一种溶质从样品基质中释放到溶剂中，从而提高提取率。

Zhou 等[25]研究了微波预处理在改善核桃油的风味和氧化稳定性中的作用以及对不饱和脂肪酸（油酸、棕榈油酸、亚油酸和亚麻酸）和抗氧化剂成分（生育酚和植物甾醇）的影响。结果表明，微波预处理可有效提取吡嗪化合物。当预处理进行2 min 或更长时间时，会出现“烤焦”的味道。与对照样品相比，只有经过处理的样品（微波预处理4 min）显示出更高的氧化稳定性。同时，不饱和脂肪酸的组成只有微小的变化。尽管其对生育酚和植物甾醇有不利影响，微波预处理仍可用于改善核桃油的风味和氧化稳定性。刘畅[26]研究了以碳酸二甲酯为提取溶剂的超声波-微波辅助提取东北山核桃油工艺。通过对东北山核桃油的提取方法和溶剂的筛选，确定了超声波-微波辅助提取法结合碳酸二甲酯的提取系统的提取工艺可以得到较高的提取率，分别以提取温度、提取时间、辐照功率和液固比作为单一变量，研究东北山核桃油提取率的变化。根据单因素试验结果设计三因素三水平的响应面试验，得出的最佳提取工艺参数为提取时间25 min、液固比7∶1（mL/g）、辐照功率440 W，此时提取率最佳，为（58.15±0.08）%。

与其他技术相比，微波辅助提取技术可以降低能耗、减少溶剂用量以及废物的产生，同时可以提高收率和提取物的纯度；缺点是反应周期较长、操作过程繁琐、设备成本高昂。

2.5 酶辅助提取技术

酶可生物降解，对环境不会产生任何污染。在温和的条件下，几种酶可以溶解或分解水溶液中的细胞壁和细胞膜，被认为是一种有前途的技术[27]。在选择酶时，需考虑化学组成，在油提取优化试验中，除pH 值、温度、粒径和酶浓度因素外，还应考虑油水比，这是由于酶需要水分才能发挥作用，油料种子中的低水分含量会导致浓稠悬浮液的产生，从而抑制酶活性。

González-gómez 等[28]对一种酶辅助的水性工艺进行了优化，在最佳条件（41.8 ℃，88 min）下，核桃油的产率为75.4%。酶辅助提取法提取的核桃油的抗氧化能力比溶剂提取法提取的油高5 倍，表明油的稳定性提高，这可能是由于新的替代技术提高了总生育酚含量。为了提高核桃的综合利用率，刘璇璇等[29]对水酶法同步生产核桃油和多肽的工艺进行优化，并对核桃油的脂肪酸组成进行分析。通过比较4 种不同蛋白酶和纤维素酶对核桃油提取率和多肽产量的影响，确定了最佳酶组合。结果表明，木瓜蛋白酶和纤维素酶（2∶1，质量比）的组合是最佳的酶组合。油和多肽的最佳同步提取工艺为酶用量3.0%、固液比1∶5（g/mL）、pH5、酶解时间3.0 h、酶解温度60 ℃。在此条件下，核桃油的提取率可达53.37%，多肽的产率为4.01 mg/g，该工艺可为水酶法同步生产核桃油和多肽的工业应用提供参考。

尽管有诸多优点，酶辅助提取的使用仍受到酶后处理时间长的限制。除了成本较高外，酶辅助提取的另一个问题是防止油乳化，为了提高油的产量，必须在提取后进行去乳化处理。因此，未来应向更经济、更易于处理的酶促过程方向开展研究。表1 总结了各种提取技术的优缺点。

3 结语

随着科学技术的不断发展，绿色提取技术为核桃油的提取提供了一种有效的替代方法。超临界流体萃取、亚临界流体萃取、超声波辅助萃取、微波辅助萃取、酶辅助萃取等技术的兴起，缩短了萃取工艺的时间，减少了有机溶剂的使用，且生产的油抗氧化活性良好。为使核桃油产业能够蓬勃发展：1）应深化核桃油提取工艺方面的研究，优化并完善提取工艺条件使之适用于大规模商业应用，促进核桃油产业的进一步发展，如缩短酶辅助技术的酶解时间、优化乳化液的分离等问题，将大大提高核桃油的提取效率及产品质量。2）对核桃油的营养活性物质进行更深入的研究，开发核桃油加工产品，利用高新技术手段，在现有研究基础上探索核桃油的深精加工和创新升级，拓展产品涉及领域的广度与深度，提升行业规划与产业融合，实现核桃资源利用最大化。3）核桃油的化学成分和营养活性研究仍处于基础阶段，其发挥作用的物质基础、各成分间的相互作用尚不明确，作用机制鲜有报道，为更好地开发利用核桃油资源，除了探索其提取技术外，更应深入探索其化学成分、营养作用、药用机制，为核桃油的推广应用提供参考。