南眉籽油低溫壓榨工藝優(yōu)化及理化指標(biāo)分析

李 甜 郭 芹 段玉權(quán) 李慶鵬 孫志高 王 強(qiáng)

(1.西南大學(xué)柑橘研究所，重慶 400712；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193)

食用油已成為日常生活中不可或缺的重要食物[1]，主要為人體提供必須的脂肪酸和能量等，2017年食用油消費(fèi)量超過(guò)了3 200萬(wàn)t[2]。研究表明，小品種健康木本食用油[3-4]具有高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[5]、低脂肪能量[6]、良好藥用保健功能[7]等多種優(yōu)點(diǎn)，具有較好的市場(chǎng)前景[8]。南眉籽(OcimumbasilicumL.)是草本植物羅勒的種子[9]，在中國(guó)內(nèi)蒙古、安徽、山東、河北、河南等省均有種植[10]，其營(yíng)養(yǎng)豐富，含有較高的α-亞麻酸[11]、多種維生素、礦物元素、氨基酸等[12]，具有提高代謝[13-14]、促進(jìn)大腦發(fā)育、抗血栓、降血脂、減少中風(fēng)和高血壓發(fā)病率等[15]作用，享有“植物黑黃金”的美稱(chēng)，適用于開(kāi)發(fā)新型健康食用油。

南眉籽制油的方法有微波輔助法、超臨界CO2法、有機(jī)溶劑萃取法、壓榨法等。微波輔助法利用微波能量破碎細(xì)胞，雖縮短提取時(shí)間，但影響品質(zhì)風(fēng)味；超臨界CO2法利用超臨界狀態(tài)下CO2來(lái)萃取，雖簡(jiǎn)單安全，但設(shè)備昂貴[16]；有機(jī)溶劑萃取法成本低，但可能有安全問(wèn)題[17]；壓榨法雖提取率相對(duì)較低，但安全簡(jiǎn)單，能最大化保留營(yíng)養(yǎng)成分。

低溫壓榨法借助外力將油脂擠壓出來(lái)，避免高溫對(duì)南眉籽造成的營(yíng)養(yǎng)損失，保持其原有的風(fēng)味，增大出油率。本研究擬對(duì)南眉籽油低溫壓榨工藝進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)檢測(cè)南眉籽油的色澤、水分及揮發(fā)物、酸價(jià)、過(guò)氧化值、氧化誘導(dǎo)時(shí)間及脂肪酸組成等理化指標(biāo)，以期為豐富特色小品種食用油的種類(lèi)及其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南眉籽：江西省綠滋肴實(shí)業(yè)有限公司；

石油醚(30～60 ℃)：分析純，北京化工廠；

95%乙醇：優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

自動(dòng)液壓榨油機(jī)：QYZ-230型，山東省泰安市良君益友機(jī)械公司；

離心機(jī)：LXJ-IIB型，上海安亭科學(xué)儀器廠；

高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：FW100型，天津泰斯特儀器有限公司；

儀恒溫水浴鍋：LK-S12型，北京利康達(dá)圣科技發(fā)展有限公司；

氣相色譜儀：GC-2010型，日本島津公司；

鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9140A型，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；

集中控制器：SFH系列型，北京森雷普實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司；

油脂氧化穩(wěn)定性測(cè)試儀：743 Rancimat型，北京信諾萊伯儀器有限公司；

羅維朋比色儀：PFX-1 Series型，英國(guó)Lovibond公司。

1.3 方法

1.3.1 低溫壓榨南眉籽油 采用自動(dòng)液壓榨油機(jī)對(duì)南眉籽進(jìn)行低溫壓榨，壓榨工藝流程為：南眉籽置入液壓榨油機(jī)中預(yù)熱，在一定的溫度下預(yù)熱一段時(shí)間，設(shè)定合適的壓榨溫度、壓榨壓力和壓榨時(shí)間進(jìn)行壓榨，得到南眉籽油。出油率按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：

c——南眉籽出油率，%；

m1——低溫壓榨后南眉籽油質(zhì)量，g；

m2——原料南眉籽質(zhì)量，g。

1.3.2 單因素試驗(yàn) 稱(chēng)取一定量的南眉籽低溫液壓制得南眉籽油，分別研究預(yù)熱溫度、預(yù)熱時(shí)間、壓榨溫度、壓榨壓力和壓榨時(shí)間對(duì)南眉籽出油率的影響，確定最適宜的單因素條件。

(1)預(yù)熱溫度：設(shè)定預(yù)熱時(shí)間1.5 h，壓榨溫度50 ℃，壓榨壓力35 MPa，壓榨時(shí)間2 h，考察預(yù)熱溫度(60，65，70，75，80 ℃)對(duì)南眉籽出油率的影響。

(2)預(yù)熱時(shí)間：設(shè)定預(yù)熱溫度75 ℃，壓榨溫度50 ℃，壓榨壓力41 MPa，壓榨時(shí)間2.5 h，考察預(yù)熱時(shí)間(1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 ℃)對(duì)南眉籽出油率的影響。

(3)壓榨溫度：設(shè)定預(yù)熱溫度75 ℃，預(yù)熱時(shí)間3.0 h，壓榨壓力41 MPa，壓榨時(shí)間2.5 h，考察壓榨溫度(50，55，60，65，70 ℃)對(duì)南眉籽出油率的影響。

(4)壓榨壓力：設(shè)定預(yù)熱溫度75 ℃，壓榨溫度50 ℃，預(yù)熱時(shí)間3.0 h，壓榨時(shí)間2.5 h，考察壓榨壓力(33，35，37，39，41 MPa)對(duì)南眉籽出油率的影響。

(5)壓榨時(shí)間：設(shè)定預(yù)熱溫度75 ℃，壓榨溫度50 ℃，壓榨壓力41 MPa，預(yù)熱時(shí)間3.0 h，考察壓榨時(shí)間(1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 h)對(duì)南眉籽出油率的影響。

1.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取影響南眉籽出油率的主要因素為自變量，并以南眉籽出油率為響應(yīng)值，采用Box-Behnken進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)[18-19]，Design Expert 進(jìn)行回歸擬合分析，預(yù)測(cè)低溫壓榨南眉籽油的最佳工藝參數(shù)。

1.3.4 基本理化指標(biāo)檢測(cè)

(1)色澤的測(cè)定：按GB/T 22460—2008執(zhí)行。

(2)水分及揮發(fā)物的測(cè)定：按GB 5009.236—2016執(zhí)行。

(3)過(guò)氧化值測(cè)定：按 GB 5009.227—2016執(zhí)行。

(4)酸價(jià)的測(cè)定：按 GB 5009.229—2016執(zhí)行。

(5)脂肪酸的測(cè)定：按 GB 5009.168—2016執(zhí)行。

(6)氧化誘導(dǎo)時(shí)間的測(cè)定：按GB/T 21121—2007執(zhí)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組試驗(yàn)進(jìn)行3次，結(jié)果用(平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差)表示，采用SigmaPlot 12.0(Systat Software Inc.,San Jose,CA,USA)作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)熱溫度對(duì)南眉籽出油率的影響

由圖1可知，南眉籽的出油率隨著預(yù)熱溫度的升高而增加，在預(yù)熱溫度75 ℃時(shí)，出油率達(dá)到最高(15.15%)，后稍有下降。可能是由于一定溫度下南眉籽細(xì)胞受熱破碎，更易析出；預(yù)熱溫度達(dá)到75 ℃后，高溫破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，降低南眉籽出油率，故選擇75 ℃為最佳預(yù)熱溫度。

2.2 預(yù)熱時(shí)間對(duì)南眉籽出油率的影響

由圖2可知，南眉籽的出油率隨著預(yù)熱時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。開(kāi)始?jí)赫r(shí)南眉籽油脂含量高，出油快，出油量顯著；壓榨一段時(shí)間后，出油速率不斷降低，直到不再析出，出油率變化不顯著。故選擇3.0 h為最佳預(yù)熱時(shí)間。

2.3 壓榨溫度對(duì)南眉籽出油率的影響

由圖3可知，南眉籽的出油率隨著壓榨溫度稍有降低。可能是由于前期預(yù)熱已經(jīng)使南眉籽細(xì)胞剛好破碎，壓榨時(shí)繼續(xù)加熱會(huì)使南眉籽細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到影響，降低出油率。為了減少能耗，選擇50 ℃為最佳壓榨溫度。

圖1 預(yù)熱溫度對(duì)南眉籽出油率的影響Figure 1 Effects of preheating temperature on the yield of basil seed oil

圖2 預(yù)熱時(shí)間對(duì)南眉籽出油率的影響Figure 2 Effects of preheating time onon the yield of basil seed oil

圖3 壓榨溫度對(duì)南眉籽出油率的影響Figure 3 Effects of pressing temperature on the yield of basil seed oil

2.4 壓榨壓力對(duì)南眉籽出油率的影響

由圖4可知，在試驗(yàn)條件下，南眉籽的出油率隨著壓榨壓力的增加逐漸增加，在壓榨壓力為設(shè)備最高安全壓力(41 MPa)時(shí)，南眉籽出油率達(dá)到最高(20.23%)。壓榨壓力增大時(shí)機(jī)械外力增大，油脂分離析出。為保證試驗(yàn)安全，選擇41 MPa為最佳壓榨壓力。

2.5 壓榨時(shí)間對(duì)出油率的影響

由圖5可知，南眉籽的出油率隨壓榨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，在壓榨時(shí)間為1.5 h時(shí)，出油率達(dá)到最大值(19.52%)，后稍有下降。可能是由于開(kāi)始時(shí)南眉籽中大量的油脂壓榨析出，出油速率較高；達(dá)到峰值后，南眉籽中油脂大多榨出，出油量變化不顯著，故選擇1.5 h為最佳壓榨時(shí)間。

圖4 壓榨壓力對(duì)南眉籽出油率的影響Figure 4 Effects of pressing pressure on the yield of basil seed oil

圖5 壓榨時(shí)間對(duì)南眉籽出油率的影響Figure 5 Effects of pressing time on the yield of basil seed oil

2.6 響應(yīng)面法優(yōu)化南眉籽油低溫壓榨工藝

依據(jù)Box-Behnken中心設(shè)計(jì)的原理，在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取對(duì)出油率影響較大的3個(gè)因素(預(yù)熱溫度、預(yù)熱時(shí)間和壓榨時(shí)間)為自變量，以南眉籽的出油率為響應(yīng)值，運(yùn)用Design Expert軟件進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面設(shè)計(jì)(表1)。

2.6.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表2所示。對(duì)表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到南眉籽出油率對(duì)自變量預(yù)熱溫度、預(yù)熱時(shí)間和壓榨時(shí)間實(shí)際值的二次多項(xiàng)回歸方程：

表1 試驗(yàn)因素水平Table 1 Experimental factor level

(2)

通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表3。該模型具有極顯著性(P<0.000 5)，各因素對(duì)Y的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系；方程決定系數(shù)R2為0.959 0，表明該回歸模型能夠很好地解釋自變量和Y之間的關(guān)系。校正決定系數(shù)AdjR2為0.906 2，說(shuō)明該模型具有良好的擬合性。模型的失擬項(xiàng) P = 0.968 7 >0.05，說(shuō)明該模型的失擬項(xiàng)不顯著。模型的變異系數(shù)C.V.為3.84% <5%，表明該二次多項(xiàng)式模型具有可重復(fù)性。因此，此模型可較為準(zhǔn)確地分析和預(yù)測(cè)低溫壓榨南眉籽的出油率。

分析預(yù)熱時(shí)間與壓榨時(shí)間的交互作用對(duì)南眉籽出油率的影響(圖6)可知：壓榨時(shí)間一定時(shí)，南眉籽出油率隨著預(yù)熱時(shí)間的延長(zhǎng)而增加；預(yù)熱時(shí)間一定時(shí)，南眉籽出油率隨著壓榨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加；且預(yù)熱時(shí)間的延長(zhǎng)幅度更大，說(shuō)明預(yù)熱時(shí)間比壓榨時(shí)間對(duì)出油率影響大。

2.6.2 最佳工藝參數(shù)的確定 運(yùn)用Design Expert 軟件分析預(yù)測(cè)得到最佳工藝參數(shù)為：預(yù)熱溫度73.02 ℃、預(yù)熱時(shí)間3.09 h、壓榨溫度50 ℃、壓榨壓力41 MPa和壓榨時(shí)間為1.69 h。在此工藝條件下，南眉籽的出油率達(dá)20.88%。然而，考慮到實(shí)際操作以及設(shè)備誤差，工藝條件調(diào)整為：預(yù)熱溫度73 ℃、預(yù)熱時(shí)間3.0 h、壓榨溫度50 ℃、壓榨壓力41 MPa、壓榨時(shí)間1.7 h，南眉籽的出油率達(dá)到(20.33±0.59)%。預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果無(wú)顯著差異，說(shuō)明模型較為可靠，可以用來(lái)預(yù)測(cè)提取過(guò)程。此方法提取南眉籽的出油率比微波輔助法和超臨界CO2法分別提高了9.70%和19.23%，說(shuō)明經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的低溫壓榨工藝能顯著提高南眉籽的出油率。

表2 三因素三水平Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Experimental design and result of 3-level 3-variable Box-Behnken design

表3出油率的響應(yīng)面二次模型方差分析?
Table 3 Analysis of variance for response surface quadratic model for the yield of basil seed oil

方差來(lái)源平方和自由度 均方F值P值顯著性模型77.6998.6318.170.000 5??X113.00113.0027.380.001 2??X27.5717.5715.930.005 2??X34.2614.268.980.020 1?X1X20.7610.761.590.247 2NSX1X32.2812.284.800.064 6NSX2X34.4914.499.460.017 9?X2118.17118.1738.260.000 5??X2217.91117.9137.710.000 5??X234.8914.8910.290.014 9?殘差3.3270.47 失擬性0.1830.060.080.968 7NS純誤差3.1440.79總差126.4616

? NS：無(wú)顯著性差異；*：差異顯著；**：差異極顯著；R2為0.959 0；AdjR2為0.906 2；C.V.為3.84%。

圖6 預(yù)熱時(shí)間和壓榨時(shí)間的交互作用對(duì)南眉籽出油率的影響Figure 6 Interaction of preheating time and pressing time on oil yeld of basil seed

表4 南眉籽油的理化指標(biāo)值Table 4 Physicochemical indexes of basil seed oil

表5 南眉籽油的主要脂肪酸組成Table 5 Major fatty acid composition of basil seed oil %

2.7 基本理化指標(biāo)的測(cè)定

測(cè)定液壓壓榨法制得的南眉籽油理化指標(biāo)(表4)，油樣澄清透明，呈淡黃色，水分及揮發(fā)物、過(guò)氧化值、酸價(jià)和氧化誘導(dǎo)時(shí)間都符合植物油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2716—2018)；經(jīng)過(guò)低溫壓榨工藝優(yōu)化后，南眉籽油氧化誘導(dǎo)時(shí)間提高11.5倍，說(shuō)明其穩(wěn)定性顯著提高，可能是溫度和壓力等工藝參數(shù)對(duì)南眉籽油品質(zhì)有影響。

南眉籽油脂肪酸組成分析結(jié)果(表5)表明：該工藝所制得的南眉籽油不飽和脂肪酸含量達(dá)到了90.22%，其中人體必需的亞麻酸和亞油酸含量分別為53.28%和23.16%，與曹維金等[20]對(duì)南眉籽油的脂肪酸組成分析結(jié)果一致。制備的南眉籽油脂肪酸組成與亞麻籽油相近[21]，說(shuō)明南眉籽油有可能與亞麻籽油[22-23]一樣成為一種新型的營(yíng)養(yǎng)健康食用油[24]。

3 結(jié)論

本研究采用低溫液壓壓榨南眉籽，基于單因素試驗(yàn)，利用響應(yīng)面法對(duì)南眉籽低溫壓榨工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：在壓榨壓力和壓榨溫度一定的條件下，預(yù)熱溫度、預(yù)熱時(shí)間和壓榨時(shí)間對(duì)南眉籽出油率有影響顯著，最優(yōu)壓榨工藝為：壓榨壓力41 MPa、壓榨溫度50 ℃、預(yù)熱溫度73 ℃、預(yù)熱時(shí)間3.0 h和壓榨時(shí)間1.7 h，在此工藝條件下，南眉籽的出油率達(dá)20.33%。該低溫壓榨工藝得到的南眉籽油的出油率較前人研究提高了9.70%～19.23%，制得的南眉籽油色澤較好，水分及揮發(fā)物、過(guò)氧化值、酸價(jià)都符合中國(guó)植物油標(biāo)準(zhǔn)，其脂肪酸的組成與亞麻籽油相近，品質(zhì)和穩(wěn)定性更好，更適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

目前南眉籽主要應(yīng)用于飲料與制酒行業(yè)，對(duì)南眉籽制油和南眉籽油利用的研究不夠充分，產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。未來(lái)需要不同的制油方法結(jié)合制取南眉籽油，并探究南眉籽油的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化，提高出油率的同時(shí)，最大程度減少對(duì)南眉籽功能成分的損害，開(kāi)發(fā)高附加值的南眉籽油產(chǎn)品，為南眉籽油的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。