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山核桃油水代法提取工艺研究

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2012年2月 中国粮油学报 Journal of the Chinese Cereals and Oils Association Vo1.27,No.2 Feb.2O12 第27卷第2期 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,芜湖摘要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。 关键词 山核桃油水代法 中图分类号:TS201.2 文献标识码:A 文章编号:1003—0174(2012)02—0052—05 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%一 PHS一2F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一550台式低速大容量离心机:长沙湘仪离心机仪 器有限公司;FW一100高速万能粉碎机:黄骅市振兴 机电仪器厂。 1.2试验方法 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 lj。其富含的DHA对治 疗老年性痴呆症有着很好的功效 J,还具有抗氧 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_2o08;水 化lL3 和增加免疫作用 j。Haddad等 证实高山核 桃的膳食可以增加血液中的 —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 、超声波法 、水代法 和微波法 等。水 分测定,参照GB 5009.3_2Ol0;灰分测定,参照GB 5505--2008。 山核桃一烘烤一去壳除杂一打碎一磨浆一兑水 l 残渣含油量测定一浆渣一离心分离一恒温振荡 .,,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 ¨J。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。 /\\ 蛋白水溶液 浮化层 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 rain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、 l:3、1:4、1:5和1:6给浆料兑水,提取山核桃油(其 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。 基金项目:安徽工程大学青年基金(2006YQo31),安徽工程大学 青年教师科研资助计划项目(2008rzr006) 收稿日期:2011—05—05 作者简介:王顺民,男,1975年出生,硕士,讲师,功能性食品 他条件同1.2.2.1)。测定、计算出油率,以确定最佳 第27卷第2期 料液比。 王顺民等 山核桃油水代法提取工艺研究 析 。 53 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 1.3.2测定条件 色谱仪:Finnigan Trace GC,FID检测器。 气相色谱分析条件:SUPELCO SPTM一2 330 (60 m×0.32 mm×0.2 txm)毛细管柱(TM为上标) 140 oC(1 min) (40℃/min)_÷2l5 oC(5 min) (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、4o、5O、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 (28℃/min)— 4O℃(5 min);检测器:氢火焰离子 检测器(FID);载气:N2(30 rnIJmin);H2:35 mL/min; 空气:350 mL/min;尾吹流速(N2):45 mlMmin;进样 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L。(3 )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_2O08,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=(G2一G )/ ×100% 式中:G 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 。。 出油率=(样品质量×样品含油量一浆渣干重× 浆渣含油量)/样品质量×样品含油量×100% 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,用苯一石油醚溶液浸提20 min,后用NaOH—CH, OH溶液甲酯化,正己烷萃取,取上清液上机分 温度:220℃,检测器FID温度为280℃;进样方式: 不分流进样,进样量:0.5 IxL。 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 rain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¨ 。因此,烘烤时间以45 min为宜,此时清油色 泽较好。 75.0 70.0 65.0 模 墨60.0 55.O 50.0 l5 25 5 45 55 时间/min 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 54 中国粮油学报 2012年第2期 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 。故料液比为1:4~ 1:6为宜。 、 斛 黑 丑 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-8j。 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 H 。因此,兑水温度不宜过高,以5O~ 70℃为宜。 、 静 是 丑 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 J。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 、 糌 曩 丑 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(3 )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:A:B:c2。即料水比为1:5,振荡温度60℃,浆液 pH值为5。 第27卷第2期 王顺民等山核桃油水代法提取工艺研究 55 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.O0 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 越骥 兽 佳工艺条件下,出油率达79.3%。3 3 2 2 1 5 0 5 0 5 0 5  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 ∞∞∞∞∞∞∞0 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)。 室 些 £垫 堡 堂堡 样品颜色气味过/, mg。g 。 /,nln lOl ’Kg 反_例/ 无异昧 6 .。 _20o81一~ 浅黄色清香0.55 ̄0.024.72+0.520.007 o.002 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%。 6 8 10 12 14 l6 18 20 22 24 26 t,min a脂肪酸标准品  ̄I:8 65 :J , 。, ,{ Il  ”, … 8 1O l2 l4 16 18 2O 22 /min b水代法山核桃油中脂肪酸 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 。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 纠报道的 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 J。李劲等 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_1 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 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 报道采用水代法提 取小核桃仁油的条件为140 oC,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。 参考文献 [1]Lauridsen C.Jan S.Krogh J S.N一6 and n一3 fatty acids ra- tio and vitamin E in porcine maternal diet influence the an- 56 中国粮油学报 2012年第2期 tioxidant status and immune cell eicosanoid response in the 件研究[J].粮油食品科技,2008,16(4):34~37 [8]马云辉,裘爱泳,史小华.水代法提取小核桃仁油的工艺 progeny[J].Prostaglandins&Other Lipid Mediators,2007, 84(1—2):66—78 研究[J].食品工业,2007(1):13—15 [9]邵海,李丽华,宫晓杰,等.微波萃取核桃油工艺[J].辽宁 石油化工大学学报,2005,25(2):13—16 [2]Florent—B6chard S.Malaplate—Armand C.Koziel V.To— wards a nutritional approach for prevention of Alzheimer ̄dis— ease:Biochemical and cellular aspects『J].Journal of the [10]郭玉宝,汤斌,裘爱泳,等.水代法从山核桃中提取茶油 的工艺[J].农业工程学报,2008,24(9):249—252 [11]李劲,罗勤贵,徐向东,等.水代法提取核桃油工艺的研 究[J].中国粮油学报,2008,123(4):129—132 Neurologica1.Sciences,2007,262(1—2):27—36 [3]Duda M K.Karen M.O.Dietary supplementation with(I)一3 PUFA increases adiponectin and attenuates ventricular remod— cling and dysfunction with pressure overload[J].Cardiovas— culr aResearch,2007,76(2):303—310 [12]韩深,卢晓宇,邵瑞婷,等.GC—FID甲酯化法测定橄榄油 中六种脂肪酸[J].分析试验室,2007,26(12):136—139 [13]王学辉,薛风照,李丹.和田核桃的水代法提油工艺研究 [J].中国油脂,2008,33(6):12—15 [14]史双枝,杨艳斌,刘忆冬,等.水代法同时提取核桃仁油 脂及蛋白质研究[J].食品与发酵工业,2009,35(5):191 —[4]李助乐,陈红红,徐迎碧,等.山核桃油对小鼠血清与脑组 织的抗氧化作用[J].中国农学通报,2008,24(1):85—88 [5]Haddad E.Jambazian P.Kamnia M.et a1.A pecan—enriched diet increases 一tocopherol/cholesterol and decreases thio— barbituric acid reactive substances in plasma of aduhs[J]. 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Study on Aqueous Extraction of Oil from Carya cathayensis S g Wang Shunmin Wu Liqin (Biological and Chemical Engineering Institute,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000) Abstract 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 materil ato liquid 1:5,extracting in 60℃water bath at pH 5.0 for 150 min,centirfugal speed 5 500 r/min,centirfugal 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 s口rg 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. Key words Carya cathayens ̄Sarg,oil,aqueous extraction method 

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