乙醇提取油茶餅殘油的研究

唐祚姣，李 艷，董新榮，周寶磊，楊 超

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410128)

茶油[1,2]，又名山茶油、茶籽油、茶樹油，是我國(guó)最古老的高營(yíng)養(yǎng)保健食用植物油之一。茶油味道香醇，主要由不飽和脂肪酸組成，含量超過90％[3]，具有降低膽固醇、降血脂、抗氧化、抗癌、提高免疫力及預(yù)防心血管疾病等醫(yī)療保健功效，享有“油中珍品”和“長(zhǎng)壽油”之美譽(yù)[4,5]。油茶餅是油茶籽榨油后的餅粕，其中殘油含量為5％～8％。我國(guó)油茶林面積和油茶籽產(chǎn)量均居世界第一位，每年壓榨生產(chǎn)茶油后會(huì)產(chǎn)生100多萬(wàn)t油茶餅[6]，其中大部分未被開發(fā)利用。

由于油茶餅中殘留油脂的含量不高，而茶皂素的含量較高，使其殘油的提取受到限制。目前國(guó)內(nèi)油茶餅殘油的提取一般采用6號(hào)溶劑油，但存在溶劑揮發(fā)污染環(huán)境以及溶劑殘留等問題[7]。為此人們一直在積極尋找替代6號(hào)溶劑油萃取油脂的溶劑，水代法、水酶法等油脂提取新技術(shù)得以開發(fā)[8]，并在花生、椰子、玉米胚芽等油脂提取中得到應(yīng)用，但因?yàn)橛筒枳鸭坝筒栾炛懈缓柙硭卦谔幚磉^程中會(huì)存在起泡、乳化等現(xiàn)象而影響提取效果[9]。一些研究者嘗試采用混合溶劑法提取油脂以減少6號(hào)溶劑油的使用量。如錢仁淵等[10]用甲醇-6號(hào)溶劑-水混合溶劑從油茶籽中浸提茶油，油收率達(dá)84.97％。有研究者用異丙醇替代6號(hào)溶劑油進(jìn)行大豆、谷糠中油脂的萃取研究[11,12]，但仍然存在毒性較大的問題。近年來，研究者對(duì)乙醇作為一種新型的植物油浸提溶劑進(jìn)行了有益的探索，劉大川等[13]以乙醇為溶劑提取紫蘇籽餅中的油脂取得了較好的效果，殘油浸提率高達(dá)94.71％。

作者在此探討乙醇為溶劑的回流法提取油茶餅中殘油的影響因素，以期開發(fā)替代6號(hào)溶劑油萃取油茶餅中殘油的新技術(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑和儀器

油茶餅，含水量為16.01％、含油率為6.21％。

石油醚(沸程60～90 ℃)、95％乙醇均為分析純。

AX-200型電子天平，日本Shimadzu Philippines公司；CB11240-89型不銹鋼電熱恒溫水浴鍋，北京醫(yī)療設(shè)備廠；80-2型離心沉淀器，上海手術(shù)器械廠。

1.2 方法

1.2.1 油茶餅中殘油的提取

準(zhǔn)確稱取油茶餅粉末10 g，置于250 mL圓底燒瓶中，加入適量乙醇，水浴加熱(為了均勻加熱、防止局部受熱不均，采用水浴替代直接加熱)回流提取一定時(shí)間后，過濾，收集濾液。減壓濃縮至無乙醇，加入20 mL石油醚超聲溶解油脂，取石油醚溶液，回收石油醚，稱量茶油質(zhì)量(g)并計(jì)算殘油收率。

1.2.2 油茶餅中水分與殘油含量的測(cè)定

(1)油茶餅中水分含量：參照 GB/T 14489.1-1993[14]方法測(cè)定。

(2)殘油含量：參照GB/T 14488.1-1993[15]方法測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙醇回流提取油茶餅中殘油的單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)殘油收率的影響

固定油茶餅原料為10 g、乙醇用量為80 mL、浸提溫度為92 ℃、浸提時(shí)間為2 h，考察溶劑乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)油茶餅中殘油收率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)殘油收率的影響

由圖1可看出，油茶餅中殘油收率隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大而增大；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大于80％時(shí)，殘油收率增加緩慢；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為95％時(shí)，殘油經(jīng)一次提取的收率高達(dá)5.31％，達(dá)到油茶餅中殘油含量的80％。乙醇為兩親分子，乙醇體積分?jǐn)?shù)高時(shí)，含水量低，有利于油脂溶出進(jìn)入萃取溶劑中。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇95％乙醇為浸提溶劑。

2.1.2 液料比(乙醇用量∶油茶餅量，mL∶g，下同)對(duì)殘油收率的影響

固定油茶餅原料為10 g、浸提溫度為92 ℃、浸提時(shí)間為2 h，考察液料比對(duì)殘油收率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 液料比對(duì)殘油收率的影響

由圖2可看出，隨著液料比的增大，油茶餅中殘油收率逐漸增大；當(dāng)液料比超過6∶1時(shí)，殘油收率隨著料液比的增大增加緩慢。這是因?yàn)椋S著液料比的增大即乙醇用量的增加，油脂與乙醇的接觸增多，有利于油脂向乙醇中擴(kuò)散，然而油茶餅中的茶油含量有限，收率因而趨于穩(wěn)定。當(dāng)液料比為12∶1時(shí)，殘油收率達(dá)5.94％。由于液料比為10∶1時(shí)殘油收率已達(dá)到液料比12∶1時(shí)的98％，綜合考慮生產(chǎn)成本和溶劑回收等問題，選擇液料比以10∶1為宜。

2.1.3 浸提溫度對(duì)殘油收率的影響

固定油茶餅原料為10 g、液料比為10∶1、浸提時(shí)間為2 h，考察浸提溫度對(duì)殘油收率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 浸提溫度對(duì)殘油收率的影響

由圖3可看出，隨著浸提溫度的升高，殘油收率增大；當(dāng)浸提溫度為50 ℃時(shí)，殘油收率只有3.48％；當(dāng)浸提溫度超過60 ℃后，殘油收率迅速增大；當(dāng)浸提溫度為92 ℃時(shí)，殘油收率達(dá)到5.57％。這是因?yàn)椋?5％乙醇在沸點(diǎn)溫度時(shí)對(duì)油脂具有較大的溶解度，另外，隨著浸提溫度的升高，乙醇的粘度降低，也有利于油脂分子與乙醇分子運(yùn)動(dòng)與接觸。當(dāng)浸提溫度為92 ℃時(shí)，95％乙醇沸騰較好，導(dǎo)致油茶餅原料的有效攪動(dòng)，因而殘油提取效果較好。因此，選擇浸提溫度(即水浴溫度)以92 ℃為宜。

2.1.4 浸提時(shí)間對(duì)殘油收率的影響

固定油茶餅原料為10 g、液料比為10∶1、浸提溫度為92 ℃，考察浸提時(shí)間對(duì)油茶餅殘油收率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 浸提時(shí)間對(duì)殘油收率的影響

由圖4可看出，隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，殘油收率增大；當(dāng)浸提時(shí)間由0.5 h延長(zhǎng)至4 h時(shí)，殘油收率由5.32％增大至6.23％；繼續(xù)延長(zhǎng)浸提時(shí)間，殘油收率趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)椋椭慕嵝逝c油脂在乙醇溶劑和細(xì)胞中的濃度差有關(guān)。開始提取時(shí)，兩者之間濃度差較大，油脂收率上升較快；但經(jīng)過一段時(shí)間的提取后，細(xì)胞和乙醇溶劑中油脂的濃度差減小甚至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，殘油收率增長(zhǎng)趨勢(shì)減緩甚至趨于穩(wěn)定。浸提時(shí)間為3 h時(shí)，殘油收率為6.12％，與浸提4 h的收率接近，綜合考慮生產(chǎn)效率等因素，浸提時(shí)間以3 h為宜。

2.1.5 提取次數(shù)對(duì)殘油收率的影響

固定油茶餅原料為10 g，加入100 mL 95％乙醇，控制水浴溫度為92 ℃，回流提取2 h，提取3次。結(jié)果表明，油茶餅第1次提取時(shí)殘油收率為4.68％，第2次提取時(shí)殘油收率為1.04％，第3次提取時(shí)殘油收率僅為0.49％。前2次浸提的殘油收率占3次浸提總量的92.11％，因此，選擇提取2次為宜。

2.2 殘油提取的正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取乙醇體積分?jǐn)?shù)(A)、液料比(B)、浸提溫度(C)、浸提時(shí)間(D)4個(gè)因素，進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，為消除實(shí)驗(yàn)時(shí)的人為誤差，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，取3次結(jié)果的平均值，結(jié)果見表1。

由表1可知，各因素對(duì)油茶餅殘油收率的影響大小依次為：浸提溫度(C)>液料比(B)>乙醇體積分?jǐn)?shù)(A)>浸提時(shí)間(D)。即浸提溫度對(duì)殘油收率的影響最大,其次是液料比，影響最小的是浸提時(shí)間，可以選擇較短的浸提時(shí)間。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果并綜合考慮生產(chǎn)成本及生產(chǎn)效率等因素，確定乙醇為溶劑熱回流提取油茶餅殘油的優(yōu)化工藝條件為：A3B3C3D3，即浸提溫度為92 ℃、液料比為10∶1、溶劑乙醇體積分?jǐn)?shù)為95％、浸提時(shí)間為3 h。

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為了考察實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方案對(duì)油茶餅殘油提取的效果，選取兩種不同油茶餅原料在優(yōu)化工藝條件(浸提溫度92 ℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)95％、浸提時(shí)間3 h)下，進(jìn)行殘油提取實(shí)驗(yàn)，提取2次(第1次液料比為6∶1，第2次液料比為4∶1)，每種原料進(jìn)行3組平行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果/％

由表2可知，以95％乙醇為溶劑提取兩種油茶餅原料中殘油的收率分別為5.89％、5.97％，達(dá)到國(guó)標(biāo)法所測(cè)定殘油含量的94.85％、97.23％，平均為96.04％，殘油提取效果較好。但也存在因原料中水分含量的差異，導(dǎo)致殘油收率有高低，即原料水分含量低，殘油收率高，生產(chǎn)中可考慮先干燥再提取殘油。

3 結(jié)論

對(duì)乙醇熱回流提取油茶餅殘油的影響因素進(jìn)行了考察，確定優(yōu)化的工藝條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)95％、浸提溫度92 ℃、浸提時(shí)間3 h、提取次數(shù)2次[第1次液料比為6∶1(mL∶g)，第2次液料比為4∶1(mL∶g)]。并以此優(yōu)化條件進(jìn)行了兩種油茶餅原料中殘油提取的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，殘油收率分別為5.89％和5.97％，達(dá)到國(guó)標(biāo)法所測(cè)定油茶餅中殘油含量的94.85％、97.23％，平均為96.04％。該法提取油茶餅中殘油的效率高，95％乙醇易得、易回收再利用、無污染，不存在溶劑殘留問題，可以作為替代6號(hào)溶劑油提取油茶餅中殘油的新型溶劑，具有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘海雁，謝碧霞，王承南.我國(guó)油茶加工利用研究現(xiàn)狀及分析[J].林業(yè)科技開發(fā)，2010，15(4)：6-8.

[2]鄭竟成.浸出茶油加工工藝研究[J].食品科技，1999，12(4)：11-12.

[3]朱文鑫,相海,劉期成.油茶籽制油及綜合利用[J].農(nóng)牧與食品機(jī)械，2004，(11)：42-43.

[4]李麗，吳雪輝，寇巧花.茶油的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景[J].中國(guó)油脂，2010，35(3)：10-13.

[5]吳雪輝，黃永芳，謝治芳.茶油的保健功能作用及開發(fā)前景[J].食品科技，2005，18(8)：94-96.

[6]陳欽，鄭清芳.油茶餅綜合利用的研究[J].浙江林業(yè)科技，1972，20(2)：97-100.

[7]劉朝霞，陳海光，劉麗微.山茶油提取方法研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(10)：6067-6069.

[8]郭玉寶,湯斌,裘愛泳，等.水代法從油茶籽中提取茶油的工藝[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(9)：249-252.

[9]紀(jì)鵬，周建平，劉向宇.微波輔助水代法提取油茶籽油條件研究[J].現(xiàn)代食品科技，2010，26(5)：486-489.

[10]錢仁淵，陳德軍，包宗宏.甲醇-6號(hào)溶劑-水混合溶劑浸提油茶籽油的研究[J].中國(guó)油脂，2005，30(10)：36-38.

[11]王秀菊，王麗娟.異丙醇提取大豆油脂的研究[J].糧油加工，2008，(6)：48-50.

[12]趙陳勇，王常青,許潔,等.富含甾醇小米谷糠油提取工藝研究[J].中國(guó)油脂，2011，36(7)：12-14.

[13]劉大川，余華峰.乙醇浸提紫蘇籽壓榨餅中油脂的工藝[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(11)：242-246.

[14]GB/T 14489.1-1993，油料水分及揮發(fā)物含量測(cè)定法[S].

[15]GB/T 14488.1-1993，油料種籽含油量測(cè)定法[S].