櫻桃籽油提取工藝研究

陳 倩 朱傳合 趙 麗

(山東農業大學食品科學與工程學院,泰安 271018)

櫻桃籽油提取工藝研究

陳 倩 朱傳合 趙 麗

(山東農業大學食品科學與工程學院,泰安 271018)

以生產櫻桃制品所產生的櫻桃籽為原料,采用單因素試驗和響應面設計法研究提取溶劑、溶劑用量、物料粒度、提取溫度和提取時間對櫻桃籽油提取率的影響。通過單因素試驗、中心組合試驗設計,建立櫻桃籽油提取數學模型(R2=93.64%)。結果表明:影響櫻桃籽油提取率的主要因素依次是浸提溫度、浸提時間、溶劑用量;得到優化組合條件為提取溶劑為正己烷,物料粒度 40目,溶劑用量 7.5 mL/g,提取溫度 69.4℃,提取時間 4.1 h。在此工藝條件下,提油率可達 9.24%。

櫻桃籽油 提取 響應面優化

櫻桃 (Prunus Pseudocerasus)為薔薇科落葉喬木,是營養和風味俱佳的果品,主要栽培品種有中國櫻桃、歐洲甜櫻桃、歐洲酸櫻桃 3種。近年來,隨著國家農業產業化結構的調整,櫻桃的種植面積擴大,產量劇增[1-2]。目前全世界櫻桃產量為 183.4萬噸。罐頭、果酒、果汁、果脯、果醬等櫻桃制品逐漸涌現在市場,這些產品所產生的櫻桃籽只有極少量用于枕頭填充物,而大量櫻桃籽作為動物飼料或廢渣被拋棄,不能充分發揮櫻桃籽價值,造成了嚴重的資源浪費和環境污染。

櫻桃果出籽率達 20%,櫻桃籽油屬油酸 -亞油酸型油脂,其不飽和脂肪酸含量較高。經常食用櫻桃籽油,可以預防心臟病、抗癌、降血壓、防止動脈硬化等[3-4]。可見,櫻桃籽油具有較高的營養價值和較好的保健功能。隨著我國社會經濟的發展,油料資源日趨短缺,每年都需要進口大量的油料[5]。因此,進行櫻桃籽油提取研究,對提高櫻桃附加值、解決櫻桃加工過程的環境污染、解決我國油料資源短缺問題有著重要的意義。

現代油脂制取和分析方法已發展十分成熟,國內外對水果籽油的研究報道較多,還未見櫻桃籽油提取研究報道。通過借鑒前人對其他水果籽油 (如:葡萄籽油、桑椹籽油、獼猴桃籽油等[6-8])研究的一些成熟方法,研究櫻桃籽油提取,為櫻桃籽的綜合利用提供借鑒,也為開發櫻桃籽油使其成為新一代保健型油脂提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

櫻桃籽,品種中華櫻桃,產地山東泰安。粗纖維質量分數 55.96%,粗蛋白質量分數 8.52%,水分為7.67%。

1.2 試劑及儀器

石油醚 (60～90℃)、正己烷、丙酮、無水乙醇、乙酸乙酯(均為分析純):天津永大化學試劑開發中心。

JFSD-70型實驗室粉碎磨:上海市嘉定糧油檢測儀器廠;RE52CS型旋轉蒸發器:上海亞榮生化儀器廠;5975C氣相色譜/質譜聯用儀:安捷倫科技有限公司。

1.3 試驗方法

采用溶劑提取法,選擇不同的提取溶劑、物料粒度、溶劑用量、提取溫度和提取時間進行單因素試驗,確定獲得較高櫻桃籽油提取率的提取條件。在單因素試驗的基礎上,采用中心組合試驗設計進行提取工藝條件的優化。

1.3.1 工藝流程

1.3.2 分析方法

櫻桃籽含油量測定采用索氏提取法[9]。櫻桃籽油提取采用溶劑提取法。櫻桃籽油甲酯化后,采用氣相色譜 /質譜分析進行脂肪酸組成測定[10]。

1.3.3 提油率的計算

式中:m1為每份樣品質量/g;m2為濾渣質量/g。

2 結果與分析

2.1 櫻桃籽含油量的測定

分別采集泰安市不同櫻桃產區(東平產區、泰安徂徠產區、肥城產區、寧陽產區、新泰天寶產區)的櫻桃籽使用索氏提取法進行含油量測定,每個樣品測定3次,結果見圖 1。

圖1 泰安市不同產區櫻桃含油量

由圖 1可知,不同櫻桃產區櫻桃籽含油量存在一定差異,含油量在 11.07%～12.63%之間,其中以新泰天寶產區櫻桃籽含油量最大。

2.2 櫻桃籽油提取條件的初步選擇

2.2.1 提取劑對櫻桃籽提油率的影響

分別選取石油醚、正己烷、丙酮、無水乙醇和乙酸乙酯為提取溶劑,以櫻桃籽物料粒度 60目,溶劑用量 6.0 mL/g,在 55℃下提取 4 h,平行試驗 3次,結果見圖2。

圖 2 提取溶劑對櫻桃籽提油率的影響

由圖 2可以看出,石油醚提取效果較差,乙酸乙酯和無水乙醇提取率雖高但提取的雜質含量較高,丙酮毒性較大,都不宜作浸提劑。正己烷的提取率高且提取的雜質少,油質好,油色黃亮清澈。正己烷化學性質穩定,在蒸發、冷卻、回收等情況下,化學性質不發生變化,且毒性小沸程低易于回收[10],確定其為理想的提取溶劑。

2.2.2 物料粒度對櫻桃籽提油率的影響

物料粒度反映了物料的比表面積,物料顆粒越小,物料的比表面積越大。設置 20、30、40、50、60目共 5個梯度的物料粒度,以溶劑用量6.0 mL/g,55℃下中提取 4 h,平行試驗 3次,結果見圖 3。

圖 3 物料粒度對櫻桃籽提油率的影響

物料粒度影響與溶劑傳質面積和物料之間的接觸面積,從而影響提取率。由圖 3可知櫻桃籽提油率隨物料粒度的增大而增大,在 40目時達到高峰,之后開始下降并在 50目后達到穩定。這因為物料粒度小于 40目時,隨著櫻桃籽顆粒與溶質傳質面積的加大,籽油的浸出能力增大;大于 40目時,櫻桃籽顆粒過小,其在浸提過程中的沉積使顆粒間隙減小,反而增加顆粒與溶劑間傳質阻力,提油率降低。故選 40目為較適物料粒度。

2.2.3 溶劑用量對櫻桃籽提油率的影響

設置 3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0 mL/g共 8個梯度的溶劑用量,以物料粒度 40目,55℃下提取 4 h,平行試驗 3次,結果見圖 4。

圖 4 溶劑用量對櫻桃籽提油率的影響

溶劑用量反映了溶劑對物料的滲透狀況,用量越大,滲透壓越大,油脂就越容易滲透出來。由圖 4知,提油率隨溶劑用量的增加而不斷提高。經差異性分析,溶劑用量小于 7.0 mL/g時,提油率增長顯著(P<0.05),大于 7.0 mL/g增長則開始不顯著 (P >0.05)。出于節約溶劑考慮,選擇 7.0 mL/g為最適料液比。

2.2.4 提取溫度對櫻桃籽提油率的影響

選取 50、55、60、65、70℃共 5個溫度進行本因素的探究。以物料粒度 40目,溶劑用量 7.0 mL/g,提取時間 4 h,平行試驗 3次,結果如圖 5。

圖 5 提取溫度對櫻桃籽提油率的影響

溫度是影響分子熱運動的主要因素之一,同時高溫會造成低沸點有機溶劑的揮發。從圖 5可知,小于 65℃時,提油率隨溫度升高而加大,高于 65℃提油率出現穩定趨勢,65℃與 70℃提油率經差異性分析差別不大(P>0.05)。因此,選擇 65℃為最適提取溫度,以節約能源。

2.2.5 提取時間對櫻桃籽提油率的影響

分別選取 2、3、4、5、6 h,以物料粒度 60目,溶劑用量 6.0 mL/g,提取溫度 55℃,平行試驗 3次,結果見圖6。

圖 6 提取時間對櫻桃籽提油率的影響

由圖 6所示,浸提時間越長,產率越高,當浸提時間為 4 h時,櫻桃籽提油率達到較高水平,經差異性分析,4h與 5h、6h提油率變化很小 (P>0.05)。在獲得較好的提油率的基礎上考慮提油效率問題,選取 4 h為最適提取時間。

2.3 櫻桃籽油提取條件優化

根據響應面法原理,提取溶劑和物料粒度這兩個因素與提取率不能形成線形關系,綜合相關研究[7]及單因素試驗結果,固定提取溶劑為正己烷,物料粒度為 40目,選取溶劑用量、提取溫度、提取時間進行中心組合試驗設計[11-12],試驗因素水平編碼值如表1所示。

表1 中心組合試驗設計因素水平表

2.3.1 試驗設計及結果

櫻桃籽油提取試驗方案及結果見表 2。20個試驗點分為兩類,一類是析因點,共 14個(試驗點 1～14);一類是零點,共 6個(試驗點 15～20),為區域的中心點。零點重復,用于估計試驗的誤差。

表2 中心組合試驗設計及結果

2.3.2 回歸模型擬合及方差分析

根據表 2的試驗結果,以櫻桃籽的提油率為響應值(即因變量 Y),確定回歸方程的系數并進行 T檢驗,對該回歸方程進行方差分析,結果如表 3及表4。

表3 回歸方程系數及 T檢驗

表4 試驗模型的方差分析結果

由回歸模型的方差分析結果可知,一次項和二次項對響應值的影響極顯著,說明響應面分析所選的 3個因素的主效應顯著。由交互項 F-檢驗,因素X1與 X2,X1與 X3,X2與 X3相互間有一定的影響。較高的 R2(93.64%)及模型 P>F<0.01表明該模型擬合度很好,低的 CV值 (2.428 951)表明試驗具有較高的可靠性及精密度。因此,可以用該回歸方程代替真實試驗點進行分析。

2.3.3 二次擬合響應面的分析

根據回歸模型,采用 SAS8.2對三個因素進行3D響應面分析,其預測立體圖見圖 7。

圖7 響應面預測立體圖

如圖 7所示,響應曲線陡峭,表明在任何兩個因素之間都存在一個最佳交互水平;響應面為凸面,表明櫻桃籽的提油率存在一個預測最大值。因此,通過規范形分析,考察擬合曲面的形狀,獲得了各因素的編碼值櫻桃籽油提取率的最大預測值,結果見表5。

表5 響應面規范分析

由表 5可知,回歸模型存在穩定點,穩定點為最大值。Y的最大估計值為 9.263。將表 3各因素的編碼值轉化為實際值,可計算出 3個主要因素的最佳水平值。考慮到試驗的實施情況,將上述 3個因素的實際水平分別取 69.4℃、7.5mL/g、4.1 h。

對此進行了驗證試驗,試驗結果如表 6所示。

表6 驗證試驗結果

由表 6結果看出,由回歸方程所得的最高轉化率的預測值(9.26)與驗證試驗的平均值(9.24)很接近(P>0.05),說明回歸方程能夠比較真實地反映各篩選因素對櫻桃籽提油率的影響,對于提取條件的研究具有較強的指導意義。

2.4 櫻桃籽油脂肪酸組成及含量的分析

用質譜電子轟擊電離對櫻桃籽中脂肪酸進行了定性分析,采用面積歸一化法進行計算櫻桃籽油脂肪酸的含量,結果如表 7所示。

表 7 櫻桃籽油脂肪酸組成

由表 7可知,櫻桃籽油不飽和脂肪酸質量分數達 71.85%,其中多不飽和脂肪酸質量分數也高達27.44%,因此,櫻桃籽油具有較高的營養價值,同時在提取過程中應注意防止其氧化。

3 結論

3.1 通過單因素試驗、中心組合試驗設計,建立櫻桃籽油提取數學模型。

回歸模型擬合及方差分析表明,影響櫻桃籽油提取率的主要因素依次是:浸提溫度、浸提時間、正己烷用量;回歸方程具有較好的擬合度 (R2= 93.64%、P>F<0.01=0.000 1)及試驗具有較高的可靠性及精密度(CV=2.43),可以用該回歸模型代替真實試驗點進行分析,對于櫻桃籽油工業化開發具有較強的指導意義。

3.2 櫻桃籽油最佳提取工藝:提取溶劑為正己烷,物料粒度 40目,溶劑用量 7.5 mL/g,提取溫度69.4℃,提取時間 4.1 h。在該工藝條件下所制取櫻桃籽油油質好,油色黃亮。

志謝:感謝山東省科學院分析檢測中心李福偉副研究員在脂肪酸分析中提供的幫助。

[1]孫玉剛,秦志華,安淼.甜櫻桃發展 30年回顧與展望[J].煙臺果樹,2008,104(4):11-14

[2]韓禮星,黃貞光,趙改榮,等.我國甜櫻桃產業發展現狀和展望[J].中國果樹,2008,1:58-60

[3]F Farrohi,M Mehran.Oil characteristics of sweet and sour cherry kernels[J].Journalof the American Oil Chemists’So2 ciety,1975,52(12):520-521

[4]B S Kamel,Y Kakuda.Characterization of the seed oil and meal from apricot,cherry,nectarine,peach and plum.Jour2 nal of the American Oil Chemists’Society,1992,69(5): 492-494

[5]徐偉平.2007年油料食用植物油市場回顧與 2008年展望[J].農業展望,2008,1:12-16

[6]劉穎,范婷婷,李笑梅,等.葡萄籽油提取與微膠囊化研究[J].中國糧油學報,2009,24(1):65-69

[7]徐建國,胡青平,王彥彥,等.桑椹籽油的提取及其脂肪酸組成分析[J].中國糧油學報,2009,24(5):88-90

[8]姚茂君.獼猴桃籽油不同提取方法的比較研究 [J].食品科學,2006,27,10:242-244

[9]GB/T 5512-2008,糧食中粗脂肪含量測定[S]

[10]GB/T 17376-2008,動植物油脂脂肪酸甲酯制備[S]

[11]吳謀成主編.食品分析與感官評定[M].北京:中國農業出版社,2002,7:62-63

[12]Plackett R,Burman J P.The design of optimum multifactori2 al experiments[J].Biometrika,1946.37:305-325.

Extraction of Cherry Seed Oil

Chen Qian Zhu Chuanhe Zhao Li
(College of food science and engineering,ShandongAgriculturalUniversity,Tai′an 271018)

The extraction technology of cherry seed oil from the byproduct of cherry wine manufacture was re2 searched by using single factor experi ment and response surface methodology.A polynomialmodel related to the ex2 traction factors and the extraction rate had been established.Results:The obtained high coefficient of determination (R2=93.64%)indicates good agreement bet ween the experimental and predicted values of extraction rate. Student’s T-test of each coefficient shows that all the linear and quadratic terms have significant effect(P> |T| <0.05)on the extraction rate.The established opti mum conditions are hexane as extraction solvent,material parti2 cle size 40 mesh,solvent volume 7.5 mL/g,temperature 69.4℃and duration 4.1 h.Under the opti mized condi2 tions,the extraction rate reaches 9.24% (P>0.05).

cherry seeds oil,extraction,response surface methodology

TS224.4 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)06-0076-05

2009-06-22

陳倩,女,1986年出生,碩士,農產品加工與貯藏工程

朱傳合,男,1978年出生,副教授,碩士生導師,農產品綜合利用