堅果油脂的超聲提取工藝優化及其脂肪酸分析

張明霞，龐建光*，蔡冬梅，王秀梅，金玉美，高賢良

1.河北工程大學（邯鄲 056038）；2.邯鄲市牧漁生物科技中心（邯鄲 056002）

核桃、杏仁和松子均屬于樹堅果，富含脂肪、蛋白質、碳水化合物和膳食纖維等多種營養素，是我國河北山區的重要堅果資源，年產果仁幾萬噸以上。3種堅果營養成分中脂肪含量均達50%以上，屬油料堅果，且其脂肪主要由不飽和脂肪酸組成[1]。尤其亞油酸、亞麻酸等人體必需脂肪酸的含量，高于其他非堅果食用油類，經常食用具有疏導清理血管、健腦益智等作用。近年來堅果油作為高級食用油，受到越來越多人們的關注[2]。由于不同種類堅果脂肪酸組成差異很大，即使同一種堅果，其成分也因品種和產地的不同而有所區別。陳逸鵬等[3]對花生、核桃、葵花籽、西瓜子、南瓜子、巴旦木、開心果和腰果8種堅果油脂中的脂肪酸進行分析，結果發現不飽和脂肪酸含量在78%～92%之間，其中多不飽和脂肪酸（亞油酸和亞麻酸）含量較高，核桃、葵花籽、西瓜子和南瓜子4種堅果亞油酸含量均在50%以上，可作為補充多不飽和脂肪酸的良好食材。

目前植物油脂的提取方法多采用傳統壓榨法、冷浸法和超臨界流體CO2萃取法等[4-5]。超臨界CO2萃取技術是近年來發展起來的一種新型分離技術，它克服了傳統壓榨法出油率低、精制工藝繁瑣等缺點，也克服了冷浸法在混合油蒸餾分離過程中油脂氧化酸敗，有機溶劑殘留和環境污染等缺點，成為倍受關注的油脂提取方法。但此法對設備要求較高，導致成本升高。近年來，超聲波技術在植物油脂提取中的研究應用日漸增多，利用超聲波的空化、粉碎和乳化等作用可以提高出油率、減少溶劑用量、縮短提取時間和提升油的感官品質[6-7]。目前，利用超聲波輔助提取堅果油脂的研究較少[8-10]。此次研究以河北山區常見油料堅果——核桃、杏仁和松子為原料，將超聲波技術應用到堅果油脂的提取中，考察了液固比、超聲時間、超聲功率和超聲溫度等因素對堅果出油率的影響，通過單因素試驗和正交試驗L9(33)優化超聲提取條件，采用GC法對堅果油脂的脂肪酸組成進行解析。研究結果對堅果類食品消費和營養價值的充分利用有重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

核桃（河北邯鄲山區）、松子（河北承德山區）、杏仁（河北張家口和承德山區）三種堅果，取其未經任何加工處理的果仁原材料于陰涼干燥處保存、備用。

石油醚（Bp：60～90 ℃）、無水硫酸鈉（使用前250 ℃烘箱中烘4 h）、甲醇、氫氧化鈉等（均為分析純）；正己烷（色譜純）；脂肪酸標準品（購自百靈威公司）。

1.2 儀器與設備

KQ5200DB型數控超聲清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；旋轉蒸發器RE-52AA（上海榮盛生化儀器廠）；TG16-W臺式高速離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司）；XW-80A型漩渦混合器（上海精密儀器儀表有限公司）；Agilent 6890N氣相色譜儀（美國安捷倫科技公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 超聲輔助提取油脂

堅果果仁于研缽中研碎（粒度＜1 mm），準確稱取5 g樣品于100 mL平底燒瓶中，加入不同體積石油醚為提取溶劑，在不同超聲時間、超聲功率和超聲溫度下提取油脂。取出平底燒瓶，氮氣保護下50 ℃旋轉蒸發除去石油醚，以2 500 r/min離心10 min后取上清液，即為堅果樣品粗脂肪，稱其質量，按式（1）計算堅果出油率。

設計單因素和正交試驗時，考慮到三種堅果中核桃容易獲得且價格最低，故利用核桃出油率確定最佳超聲提取工藝。粗脂肪轉移至具塞玻璃瓶中，室溫下微氮氣流吹干殘留溶劑，-20 ℃下保存，用于脂肪酸組成測定。

1.3.2 堅果油脂的甲酯化與色譜分析

取60 mg上述粗脂肪樣品于具塞玻璃試管中，加4 mL正己烷和2 mL氫氧化鈉甲醇溶液，渦旋混合10 s，在50 ℃條件下加熱10 min甲酯化。冷卻分層后吸出上層脂肪酸甲酯溶液，無水硫酸鈉脫水，用針式濾膜過濾轉移至樣品瓶中，冷藏供氣相色譜分析。

色譜條件：氫火焰離子化檢測器（FID）280 ℃，KB-FFAP 脂肪酸色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 mm，美國Kromat公司）；程序升溫160 ℃（2 min），8 ℃/min至250 ℃（10 min）；進樣口溫度250 ℃；載氣為高純氦氣，流速0.8 mL/min；氫氣流量30 mL/min；空氣流量300 mL/min；分流進樣，分流比15∶1；進樣量1 μL。每個樣品平行測3次。

根據脂肪酸標準品的保留時間確定待測樣品中脂肪酸的組成。采用峰面積歸一化方法確定各脂肪酸的相對含量。

2 結果與分析

2.1 超聲提取條件對出油率的影響

2.1.1 液固比對出油率的影響

石油醚為提取溶劑，超聲功率 300 W、超聲時間30 min、超聲溫度30 ℃條件不變，考察液固比對核桃出油率的影響，結果如圖1所示。隨著液固比的增大，出油率呈上升趨勢。原因是對于固定質量的核桃仁，提取溶劑體積增加時，導致溶劑中脂肪的濃度降低，則核桃仁與溶劑接觸界面處的濃度差增大，從而提高了傳質速率，出油率增大。當液固比增大到8∶1（mL/g）以后，隨溶劑用量增加，出油率沒有明顯變化，表明脂肪已基本被提取出來。繼續增大液固比，后期溶劑揮發會造成少量核桃油的損失。從經濟角度考慮，選擇液固比8∶1（mL/g），與寧宇等[9]研究結果一致。

圖1 液固比對核桃出油率的影響

2.1.2 超聲功率對出油率的影響

控制液固比8∶1（mL/g）、超聲溫度30 ℃，在功率100～600 W條件下超聲處理30 min，核桃出油率見圖2。從圖2可知，當超聲功率從100 W上升到200 W時，出油率急劇上升，之后速度變慢，400 W時出油率達到最大，隨后出油率變化不大略有下降。原因主要為隨超聲功率增大，空化、乳化和粉碎等作用加強，界面層分子擴散速度加快，從而核桃仁中的脂肪浸出速度加快。但功率過大（500 W以上），脂肪分子的結構和性質可能被破壞，導致出油率稍微下降。所以選取400 W為最佳功率條件，高于文獻報道值[11]。

圖2 超聲功率對核桃出油率的影響

2.1.3 超聲處理時間對出油率的影響

在液固比8∶1（mL/g）、超聲溫度30 ℃、功率400 W條件下處理10～50 min，核桃出油率如圖3所示。由圖3可以看出，20 min前，隨著超聲時間的延長，核桃出油率顯著上升，20 min后上升趨勢變緩。原因是超聲波產生的能量使物料溫度有一定程度的上升，導致脂肪溶出速率增大，但超聲處理時間過長可能會導致脂肪發生分解使出油率下降。故選擇20 min為最佳超聲時間，既節省時間又能保證出油率。

圖3 超聲時間對核桃出油率的影響

2.1.4 超聲溫度對出油率的影響

由于研究所用石油醚的沸點范圍在60～90 ℃，故超聲溫度設在較低范圍。控制液固比8∶1（mL/g）、超聲功率400 W，在溫度20～45 ℃條件下超聲處理20 min，核桃出油率如圖4所示。由圖4可知，隨著溫度升高，核桃出油率上升趨勢非常小，從經濟效益考慮，升高溫度會造成成本增加，而出油率變化不大，所以選擇在常溫下進行超聲提取。

圖4 超聲溫度對核桃出油率的影響

2.1.5 超聲輔助提取油脂的工藝條件優化

根據單因素試驗，溫度對出油率影響非常小，常溫即可保證高出油率。故試驗選擇液固比（A）、超聲功率（B）和超聲時間（C）設計三因素三水平正交試驗，試驗方案及結果見表1。

表1 超聲輔助提取油脂工藝條件L9(33)正交試驗設計及結果

由表1可知，各因素對出油率的影響程度為液固比（A）＞超聲波功率（B）＞超聲時間（C），分析得最優組合為A2B2C3，即液固比8∶1（mL/g），超聲功率400 W，超聲時間25 min。與正交試驗表中出油率最高的第4組相符，出油率為65.52%，可確定此為最佳提取工藝條件。結果稍高于王翔宇等[8]報道巴塘核桃油產率，可能和核桃產地、浸出溶劑和工藝條件等因素有關。

2.1.6 三種堅果油脂的提取結果

利用核桃為原料建立的超聲輔助最佳提取條件處理河北山區三種常見油料堅果，結果見表2。可以看出，所測三種堅果出油率高低順序為松子（69.16%）＞核桃（65.52%）＞杏仁（52.95%）。三種堅果含油量均很高，可作為開發功能性保健油脂的重要原料。

表2 三種油料堅果中油脂的含量（n=3，a=0.05）

2.2 堅果油脂中脂肪酸組成的檢測結果與分析

三種堅果油脂中脂肪酸（FA）的GC色譜圖見圖5～圖7。各脂肪酸的含量采用峰面積歸一法定量。可以看出，堅果中主要含有棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸，不飽和脂肪酸（UFA）含量占90%左右。圖7杏仁油中還檢測到微量的棕櫚油酸（0.85%），由于其油酸含量太高，導致保留時間2.8 min處硬脂酸峰被覆蓋。三種堅果油中飽和脂肪酸（SFA）含量較低，占FA組成的4%～7%，品種間差異不大。油酸（ω-9單不飽和脂肪酸）含量最高為杏仁油（73.31%），顯著高于松子油（21.51%）和核桃油（14.03%）。油酸和SFA同為非必需脂肪酸，可由人體內產生，也可從動植物油脂中攝取。研究表明，油酸在代謝過程中具有降低血壓、預防動脈粥樣硬化、燃燒脂肪和對抗感染等多種功效[12]。亞油酸含量以核桃油最高（68.26%），松子油次之（45.94%），杏仁油最低（20.94%）。亞麻酸的含量以松子油最高（17.00%），核桃油偏高（10.18%），杏仁油中僅檢測到微量亞麻酸（0.09%）存在，不同品種間差異較大。亞油酸（ω-6系列）和亞麻酸（ω-3系列）均為多不飽和脂肪酸（PUFA），屬必需脂肪酸，在體內不能合成，必須由食物供給。適量的攝入亞油酸和亞麻酸具有降低血液膽固醇含量、健腦益智、改善視力等功效。在油脂的評價指標中，PUFA的含量是評價食用油營養水平的重要依據。三種堅果油中PUFA含量占FA組成21%～79%，這些堅果類產品均可作為補充膳食PUFA的優質食材。

圖5 核桃油脂肪酸色譜圖

圖6 松子油脂肪酸色譜圖

圖7 杏仁油脂肪酸色譜圖

3 結論

采用超聲波輔助技術提取堅果油脂，通過單因素試驗和L9(33)正交試驗，考察了液固比、超聲功率、超聲時間和超聲溫度對出油率的影響。結果表明，各因素對出油率的影響程度為液固比＞超聲波功率＞超聲時間＞超聲溫度，超聲波輔助提取堅果油脂的最佳工藝條件：液固比8∶1（mL/g），超聲功率400 W，在常溫下超聲處理25 min，核桃出油率可達到65.52%。在相同條件下松子和杏仁出油率分別為69.16%和52.95%。

GS法分析油脂脂肪酸結果表明，三種堅果油脂主要含有棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸，杏仁油中還檢測到微量的棕櫚油酸（0.85%）。其中油酸含量以杏仁油最高（73.31%），亞油酸含量以核桃油最高（68.26%），亞麻酸的含量以松子油最高（17.00%）。油脂中UFA含量占90%左右，且PUFA含量豐富，占FA組成的21%～79%，食用這些堅果類產品是補充膳食PUFA的很好途徑。