乙醇-水微波輔助提取油茶餅殘油的研究

唐祚姣，楊超，董新榮，周寶磊，李艷

（湖南農業大學理學院，湖南長沙 410128）

乙醇-水微波輔助提取油茶餅殘油的研究

唐祚姣，楊超，董新榮*，周寶磊，李艷

（湖南農業大學理學院，湖南長沙 410128）

摘 要：研究了以乙醇-水為溶劑微波輔助提取油茶餅中殘油的方法。通過乙醇濃度、微波功率、反應時間、料液比等單因素實驗和正交設計實驗方法探討油茶餅中殘油提取的影響因素。得到最佳提取條件為：乙醇濃度95%，微波功率320 W，微波處理時間10 min，料液比1∶10（g/mL），此條件下一次提取殘油的收率達5.57%。此法提取油茶餅殘油收率高，提取時間短，方法簡單可行。

關鍵詞：油茶餅；殘油；提取；微波輔助法

茶油是我國最古老的植物食用油，營養豐富，其中油酸和亞油酸的含量在80%以上[1]，具有降低膽固醇、降血脂、抗氧化、抗癌、提高免疫力及預防心血管疾病等效果，有“東方橄欖油”之美稱[2-3]。我國現有油茶林面積400 hm2，主要分布在四川、安徽、江蘇、湖北、湖南、廣西等地，其中以湖南最多，年產茶油籽超過60萬t[4]。油茶籽一般用壓榨法制備茶油[5]，壓榨后得到的渣稱為油茶餅，其中殘油的含量為5%～8%左右，具有進一步開發利用的價值。目前從油茶餅中萃取殘油方法主要為6號溶劑油萃取法，該法產油率較高，但存在生產中溶劑揮發污染環境以及溶劑殘留等問題[6]。隨著美國和歐盟對油脂浸出的有機溶劑的使用要求越來越嚴格，該法制油成本增加[7]。

近年來，人們一直在尋找替代6號溶劑油萃取油脂的溶劑，水代法、水酶法等油脂提取新方法得到開發和應用[8]。水代法和水酶法在提取花生、椰子、玉米胚芽等油脂得到應用，但由于油茶餅中含有較高含量的茶皂素，且殘油較低，這兩種方法在提取油茶餅中殘油過程中易發生乳化現象，使進一步分離的難度加大[9]。異丙醇被一些研究者用以替代6號溶劑油用于萃取大豆、谷糠中的油脂[10-11]，但異丙醇仍然存在較大的毒性問題。

隨著科學技術的發展，一些新技術如超聲波法、微波輔助法等逐漸用于天然產物的提取與分離的研究中。微波輔助提取法具有穿透力強、溶劑用量少、萃取時間短、提取率高等優點，近年來廣泛用于天然產物有效成分的提取研究中[12]。采用乙醇-水為溶劑，微波輔助的方法提取油茶餅中的殘油，以期為油茶餅中殘油的利用提供新的提取方法。

1 材料與方法

1.1 原料和試劑

油茶餅，湖南某廠提供；石油醚（60℃～90℃），95%乙醇，均為分析純試劑。

1.2 主要設備

MCR-3微波化學反應器：鞏義市予華儀器有限責任公司；AX-200型萬分之一電子天平：日本Shimadzu Philippines公司。

1.3 方法

1.3.1 油茶餅水分與殘油含量的測定

按照GB/T 14489.1-1993《油料水分及揮發物含量測定法》[13]和GB/T 14488.1-1993《油料種籽含油量測定法》[14]分別測定油茶餅的水分和殘油含量。

1.3.2 微波提取單因素實驗

準確稱取粉碎的油茶餅10 g，分別考察乙醇濃度（60%、70%、80%、90%、95%）、微波功率（80、160、240、320、400、480 W）、提取時間（5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 min）、料液比（1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12 g/mL）、提取次數（1次、2次、3次）對殘油提取收率的影響。提取液過濾后收集濾液，減壓濃縮至浸膏，加20 mL石油醚超聲溶解油脂，收集石油醚液，減壓濃縮，得殘油粗品，計算殘油的收率。

1.3.3 微波提取正交試驗

在單因素試驗的基礎上，采用L9（34）正交表進行正交試驗，以探討微波輔助提取油茶餅中殘油的最佳工藝條件，因素水平設計見表1。

表1 正交因素表Table 1 Orthogonal factor table

1.3.4 驗證試驗

準確稱取樣品10 g，以正交試驗優化所得工藝參數下，進行三平行的驗證試驗。

2 結果與分析

2.1 國標法測定油茶餅中含油量

國標GB/T 1488.1-1993油料種籽含油量測定法測定油茶籽的油脂含量時，要求原料的水分少于10%。按照GB/T 14489.1-1993油料水分及揮發物含量測定法測定本實驗用油茶餅含水量為16.01%，RSD=0.27（n=3）。按照國標GB/T 14488.1-1993方法測得本實驗用油茶餅中含油率為6.21%，RSD=2.25（n=3）。

2.2 提取油茶餅殘油的單因素試驗

2.2.1 乙醇濃度對殘油收率的影響

準確稱取10 g油茶餅粉末，在微波功率為240 W，加熱時間為 7.5 min，料液比為 1∶8（g/mL），提取一次的條件下，分別考察了60%、70%、80%、90%、95%的乙醇對萃取油茶餅殘油效率的影響，結果如圖1所示。

圖1 乙醇濃度對茶油餅中殘油收率的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction rate of residual oil

由圖1可看出，當乙醇濃度小于70%時，隨著乙醇濃度的增加，油茶餅殘油的浸提收率增加緩慢；當乙醇濃度大于70%時，油茶餅殘油浸提收率上升較快。乙醇濃度越高，越有利于溶劑與油脂接觸將其提取出來，因此選擇95%的乙醇做為萃取溶劑。

2.2.2 微波功率對殘油收率的影響

準確稱取10 g油茶餅粉末，在乙醇濃度為95%，加熱時間為 7.5 min，料液比為 1∶8（g/mL），提取一次的條件下，分別考察了微波功率為80、160、240、320、400、480 W對油茶餅殘油收率的影響。實驗結果如圖2所示。

圖2 微波功率對茶油餅中殘油收率的影響Fig.2 Effect of microwave power on extraction rate of residual oil

由圖2可知，當微波加熱功率小于160 W時，油茶餅中殘油提取的收率上升較快，因為微波直接作用于細胞內的細胞質和溶劑，隨著微波輻射功率的增加，引起其瞬間快速加熱，細胞膨脹至破裂的速度增快，收率增加較快；當微波功率達到320 W后，功率增加時油茶餅中殘油的提取收率增加幅度緩慢；但當微波功率大于400 W時，收率反而降低，可能是因為微波功率過大時，反應激烈，溶劑爆沸，甚至沖出冷凝管，引起收率下降。由于在320 W與400 W條件下，殘油收率比較接近，因此本實驗選用微波功率較小的320 W為后續實驗的條件。

2.2.3 時間對殘油收的影響

準確稱取10 g油茶餅粉末，在乙醇濃度為95%，微波功率為320 W，料液比為1∶8（g/mL），提取一次的條件下，分別考察了微波輻射時間為5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 min對油茶餅中殘油收率的影響。實驗結果如圖3所示。

圖3 時間對油茶餅中殘油收率的影響Fig.3 Effect of extraction time on extraction rate of residual oil

由圖3可知，隨著微波輻照時間的增長，油茶餅殘油的收率逐漸增加。當處理時間在10 min以內時，油茶餅中殘油的提取收率上升較快。這是因為電磁波把能量直接傳播到油茶餅渣內部，加熱時間太短，殘油浸出不充分，加熱時間越長，殘油浸出越充分；當微波處理時間為10 min～15 min時，油茶餅殘油的收率基本保持不變。綜合考慮殘油收率與生產成本，選擇微波輔助萃取時間為10 min。

2.2.4 料液比對殘油收率的影響

準確稱取10 g油茶餅粉末，在乙醇濃度為95%，微波功率為320 W，加熱時間為10 min，提取一次的條件下，分別考察了料液比為 1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12（g/mL）對浸取油茶餅殘油收率的影響。實驗結果如圖4所示。

圖4 料液比對油茶餅中殘油收率的影響Fig.4 Effect of liquid to solid ratio on extraction rate of residual oil

由圖4可知，隨著料液比的增加，微波輔助提取油茶餅中殘油的收率逐漸增加。料液比低于1∶10（g/mL）時，殘油提取的收率上升較快，這是因為乙醇用量的增加，增加了油茶餅中油脂與乙醇的接觸幾率，有助于油脂分子在溶劑中的擴散，茶油在乙醇和茶油餅細胞中的濃度差增大，更容易滲透出來；當料液比高于1∶10（g/mL）時，油茶餅殘油的提取收率增加緩慢，由于料液比增大到一定值后，油茶餅中油脂的含量有限，因而油脂收率趨于穩定。綜合考慮生產成本等因素，本實驗選擇料液比為1∶10（g/mL）進行后續實驗。

2.2.5 提取次數對殘油收率的影響

準確稱取10 g油茶餅粉末，在乙醇濃度為95%，微波功率為320 W，加熱時間為10 min，料液比為1∶10（g/mL）的條件下，考察了提取次數對油茶餅中殘油提取收率的影響。實驗結果為：油茶餅經一次提取，殘油的收率為4.86%；其渣經第2次提取時，殘油收率為0.64%；渣經第3次提取時，殘油收率為0.00%。油茶餅中的殘油經兩次微波輔助提取的收率達到5.50%，而一次提取時殘油的收率達達到3次提取總和的88.36%，即油茶餅中的殘油經一次微波輔助提取具有較高的收率。因此綜合考慮生產成本因素，實際生產中只需要提取一次。

2.3 殘油提取的正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選取乙醇濃度（A）、微波功率（B）、微波時間（C）、料液比（D）4個因素，進行L9（34）的正交試驗，結果見表2所示。

表2 正交試驗結果Table 2 The results of orthogonal experimental

由表2可看出，影響油茶餅中殘油微波輔助提取收率的因素按影響程度由大到小排列為A＞D＞C＞B，即乙醇濃度對殘油收率影響最大，其次是料液比，然后為微波加熱時間，影響最小的是微波功率。由于微波功率對殘油收率的影響最小，生產中可用較小的功率加熱以降低成本。得到微波輔助提取的最優工藝條件為：A3B2C3D3，即乙醇濃度為95%，微波加熱功率為320 W，加熱時間為 12.5 min，料液比為 1∶10（g/mL）。

2.4 驗證實驗

為了考察實驗優化方案對油茶餅殘油提取的效果，以最優工藝條件，即在乙醇濃度為95%，微波加熱功率為 320 W，加熱時間為 12.5 min，料液比為 1∶10（g/mL）進行了3種不同油茶餅原料中殘油的提取實驗，每種原料進行3次平行試驗，實驗結果見表3。

表3 驗證試驗結果Table 3 Optimization scheme experimental results

由表3可知，3種油茶餅原料用微波輔助95%乙醇為溶劑提取其中的殘油的收率（一次提取）分別達到國標法所測定的殘油含量的89.7%、91.5%及87.5%，平均為89.9%。總的來說殘油提取效果較好，但也存在因原料中水分含量的差異，導致殘油提取收率有高低，即原料水分含量低，殘油提取收率高，生產中可考慮先干燥再提取殘油。

3 結論

對微波輔助含水乙醇為溶劑提取油茶餅中殘油的影響因素進行了優選，最優工藝條件為：乙醇濃度95%，微波加熱功率320 W，微波輔助提取時間12.5 min，料液比1∶10（g/mL）。并以此優化條件進行了3種油茶餅原料中的殘油的提取試驗，結果表明：經一次提取殘油的收率達到國標法所測定的茶油餅中殘油含量的90%。該法提取時間短，操作簡單方便，具有替代6號溶劑油萃取油茶餅中殘油的前景。但為了考察殘油收率，后續處理過程中使用了少量6號溶劑油為溶劑萃取乙醇提取物的方法，下一步將繼續研究乙醇－水提取油茶餅中殘油的精制方法，以期為油茶餅中殘油的利用提供了一種全新的工藝。

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[1]Becker N.Effects of saturated,monosaturated and n－6 poly unsaturated monoundaturated fatty acids on plasma lipids,liporoteins and aporoteins in humans[J].Am J Chin Nutr,2003,37(11):355

[2]李麗,吳雪輝,寇巧花.茶油的研究現狀及應用前景[J].中國油脂,2010,35(3):10－13

[3]吳雪輝,黃永芳,謝治芳.茶油的保健功能作用及開發前景[J].食品科技,2005,18(8):95－97

[4]馬力.油茶籽的綜合開發[J].糧食食品與工業,2007,14(3):10－12,16

[5]莊瑞林.中國油茶[M].2版.北京:中國林業出版社,2008:20－24

[6]劉朝霞,陳海光,劉麗微.山茶油提取方法研究進展[J].安徽農業科學,2011,39(10):6067－6069

[7]方學智,姚小華,王開良,等.不同制油方法對油菜籽油品質的影響[J].中國油脂,2009,34(1):23－25

[8]裘愛泳,郭玉寶,湯斌,等.水代法從油茶籽中提取茶油的工藝[J].農業工程學報,2008,24(9):249－252

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

[10]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

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

[12]鄭成,李衛,楊鈴.植物有效成分微波萃取的研究進展[J].世界科技研究與發展,2006,28(5):52－61

[13]國家技術監督局.GB/T 14489.1－1993油料水分及揮發物含量測定法[S].北京:中國標準出版社,1994:1－6

[14]國家技術監督局.GB/T 14488.1－1993油料種籽含油量測定法[S].北京:中國標準出版社,1994:1－6

Study on Microwave-assisted Extraction of Residual Oil in Defatted Cake of Camellia

Using Ethanol-water as Solvent TANG Zuo-jiao，YANG Chao，DONG Xin-rong*，ZHOU Bao-lei，LI Yan

（College of Science，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，Hunan，China）

Abstract：The method for microwave-assisted extraction of residual oil in defatted cake of camellia using ethanol-water as solvent was investigated.The effect of ethanol concentration， microwave power， heating time and solid-to-liquid rate on extraction rate of oil were studied in detail by single-factor experiments and orthogonal experiments.The optimum conditions were obtained as follows： the concentration of ethanol was 95%，microwave power is 320 W，heating time is 10 min，solid to liquid ratio was 1∶10.Under the optimum conditions，the yield of oil was 5.57%，which gets closed to the result of soxhlet extraction using petroleum ether as solvent.This method for extraction of residual oil in defatted cake of camellia was simple and effective.

Key words：defatted cake of camellia；residual oil；extraction；microwave-assisted method

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.06.008

唐祚姣（1987—），女（漢），碩士研究生，研究方向：天然產物化學。

董新榮（1963—），男（漢），教授，碩士生導師，主要從事有機合成化學及天然產物化學方面的研究工作。

2012－08－19