提油方法對巴旦木粕成分及品質的影響

張喆文，梁苑錕，敬思群，林旭坤

(1喀什大學生命與地理科學學院，新疆喀什 844006；2韶關學院英東食品學院，廣東韶關 512005)

目前市面上對巴旦木仁的研究較多[1-3]，但通過對巴旦木及其油的營養進行分析發現，巴旦木是營養保健油的優質原料[4-5]。劉鳳蘭等[6]對不同種類的巴旦木的油脂脂肪酸進行分析，發現巴旦木是一種具有很高開發價值的高品質油料作物。巴旦木粕是其提油后的粕，保留了大量的優質蛋白[7]，但粕常被視為飼料及殘余物[8]，造成營養資源的極大浪費。目前，對巴旦木粕的研究相對較少，且多數為其提取工藝的研究，楊曉平等[8]對巴旦木粕蛋白的提取工藝利用響應面法進行優化；孫月娥等[9]對巴旦木蛋白提取工藝進行研究，發現與堿提酸沉法比較，超聲波輔助堿液提取法時間短、得率高，對巴旦木粕本身和其在食品中的應用研究分析較少。由于巴旦木粕的蛋白資源相對豐富且經濟[8]，研究不同提取方法對巴旦木粕品質的影響具有重要意義。本試驗分別用水酶法、水酶凍融法、回流提取法、索氏提取法、亞臨界萃取法對粉碎過后的巴旦木進行提油后，對粕進行分離與干燥，比較分析不同提取方法的油提取率、粕粉得率、感官特性，以及使用近紅外品質分析儀及使用臺式掃描電鏡結合粕粉的吸水指數對不同提取方法的粕的基本成分和結構進行分析比較。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

巴旦木，新疆產，去殼、去雜以及粉碎后烘干儲存備用；正己烷(分析純)，天津市百世化工有限公司；纖維素酶(100 000 U/g)，和氏璧生物科技有限公司；果膠酶(50 000 U/g)，南寧龐博生物工程有限公司；堿性蛋白酶(20 000 U/g)，南寧龐博生物工程有限公司。

1.2 設備與儀器

HH-S型恒溫水浴鍋，鞏義市英峪予華儀器廠；SHB-111型循環水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司；LEO1430VP型掃描電鏡，德國LEO公司；RE-52AA型旋轉蒸發器，上海亞榮生化儀器廠；Anke TDL-5-A型離心機，上海安亭科學儀器廠；DHG-9123A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科技有限公司；FW-100高速萬能粉碎機，北京市永光明醫療儀器廠；氣相色譜-質譜聯用儀(VARIANCP-3800/Saturn2000)，美國瓦里安公司；SpectraStar 2600XT近紅外光譜儀，美國Unity；臺式掃描電鏡(TM3030)，日立高新技術公司；索氏提取器；回流提取器；CBE-100L型亞臨界試驗室成套設備；氨基酸分析儀(日立L-8900型)。

1.3 巴旦木粕的制備

新鮮巴旦木去殼處理后，錘碎，放入鼓風干燥箱干燥后，用萬能粉碎機粉碎10 s左右，再放入鼓風干燥機干燥處理，密封保存。

1.3.1 提取巴旦木粕的工藝流程 (1)水酶法[10]：巴旦木粉→加酶、加水→水浴→加酶→水浴→冷卻→離心→分離→粕和毛油。(2)水酶凍融法[11]：巴旦木粉→加酶、加水→水浴→加酶→水浴→冷凍→冷卻→離心→分離→粕和毛油。(3)回流提取法：巴旦木仁→加入正己烷→回流提取→抽濾→粕→濾液→旋轉蒸發→毛油。(4)索氏提取法：巴旦木仁→濾紙包被放入虹吸裝置→燒瓶加入正己烷→索氏提取→粕與溶液→旋轉蒸發(40 ℃)→毛油。(5)亞臨界萃取法(委托加工)：液壓出油→亞臨界萃取。

1.3.2 操作要點 (1)水酶法：在巴旦木仁粉中加入3.5%的復合酶(纖維素酶：果膠酶=1∶2)，按照料液比1∶5的比例加入水，在40 ℃下水浴鍋加熱并攪拌4 h后，升溫至50 ℃后加入1.5%堿性蛋白酶加熱并攪拌2 h，最后升溫至85 ℃，10 min滅酶。冷卻后以4 000 r/min的轉速離心20m in，得到的上清液即為巴旦木游離油，底層即為巴旦木粕。吸取上層油待檢測，下層巴旦木粕風干后密封避光保存待檢測。(2)水酶凍融法：在巴旦木仁粉中加入3.5%的復合酶(纖維素酶：果膠酶=1∶2)，按照料液比1∶5的比例加入水，在40 ℃下水浴鍋加熱并攪拌4 h后，升溫至50 ℃，然后加入1.5%堿性蛋白酶加熱并攪拌2 h，最后升溫至85 ℃，10 min滅酶。冷卻后放入-30 ℃冷藏30 min，室溫解凍后，以4 000 r/min的轉速離心20 min，得到的上清液即為巴旦木游離油，底層即為巴旦木粕。吸取上層油待檢測，下層巴旦木粕風干后密封保存避光待檢測。(3)回流提取法：按照料液比1∶15添加原料和溶劑，即每次添加25 g原料，375 mL正己烷入燒瓶中，水浴鍋90 ℃下回流提取2 h后，用布氏漏斗減壓抽濾，濾液在40 ℃下用旋轉蒸發儀分離油和正己烷，分離油后避光冷藏保存。剩下物質為巴旦木粕，取出后風干干燥后密封保存待檢測。(4)索氏提取法：將25 g巴旦木仁粉用濾紙包好后放入虹吸裝置，向虹吸裝置的燒瓶中加入適量正己烷，水浴鍋90 ℃下加熱2 h后，取出濾紙里巴旦木粕，干燥后密封保存待檢測。燒瓶的溶液在40 ℃下用旋轉蒸發儀分離油和正己烷，分離油后密封避光冷藏保存。(5)亞臨界萃取法：本方法為委托河南省亞臨界生物技術有限公司加工的形式提取油巴旦木，原料4.1 kg，液壓壓榨出油1 553.8 g，得率37.90%；原料為巴旦木(壓榨粕)；萃取溶劑為丁烷、萃取溫度為40 ℃、萃取次數4次、每次萃取時間40 min、萃取壓力為0.4 MPa；投料2 246.1 g；出油243 g；得率10.82%。

1.4 巴旦木粕得率和提油率的測定

每種方法平行試驗6次計算粕得率和提油率，并取6次試驗的平均值及計算誤差，其中粕得率計算公式如式(1)、提油率計算公式如式(2)：

(1)

(2)

1.5 巴旦木粕成分分析

用近紅外光譜儀進行粕成分的分析：將巴旦木粕樣品室溫下放置7 d，平衡水分，并去除雜質。將近紅外光譜儀器開機預熱30 min，開始性能測試和白板參比，把樣品裝入樣品杯(容積25 cm3)，每次裝樣以容積的2/3最佳，并將巴旦木粕表面刮平。利用近紅外光譜儀對巴旦木粕進行成分分析，模型為豆粕。

1.6 巴旦木粕蛋白氨基酸的組成分析

參照GB 5009.124—2016的測定方法[12]處理，檢測條件：柱溫為程序恒溫 57℃；色譜柱為日立855-4506型；反應柱溫為135 ℃；檸檬酸(鈉)pH緩沖液梯度洗脫；檢測波長為570～440 nm；流速為洗脫泵0.40 mL/min、衍生泵0.35 mL/min；分析時間為59 min。

1.7 提油方法對巴旦木粕吸水指數和微觀結構的影響

1.7.1 吸水指數的測定(WAI)[13]先稱量離心管的重量記為m1，后稱取2.0 g樣品記為m0放入離心管中，加入30 mL蒸餾水進行溶解，于30 ℃水浴鍋中水浴30 min(每隔5 min攪拌1次)后，4 000 r/min離心15 min，倒掉上清液，最后稱取離心管中樣品及離心管的重量記為m2。吸水指數的計算公式如式(3)：

WAI=(m2-m1)/m0×100%

(3)

式(3)中，m0為待測樣品的樣品重量(g)、m1為離心管的重量、m2為離心管中樣品及離心管的重量。

1.7.2 微觀結構分析 取新鮮巴旦木粕，用電鏡導電膠粘臺，用掃描電子顯微鏡在15.00 kV加速電壓下觀察。

2 結果與分析

2.1 提油方法對提油率及感官特性的影響

從表1可以看出，不同提取方法粕的得率有所差別。對于粕粉來說水酶法、水酶凍融法、回流提取法、亞臨界萃取法粕的得率近似，都在50%左右，不同的是其理化指標。與回流提取法與亞臨界萃取法相比，水酶法的粕完全沒有溶劑殘留，是環境友好型的一種提油以及獲取粕的方法，但提油率對比其他方法低，只在20%左右，造成粕中油脂殘留還較高，所以風干后會有少許油脂酸味；水酶凍融法是水酶法對油脂的進一步的提取，提油率有少許的提高，仍有較高的油脂殘留，粕粉中也有少量的油脂的酸味。因為油脂殘留率較高的緣故，前2種方法的粕粉外觀都呈現黃褐色。溶劑法相對于環境友好型、不使用任何溶劑提取油的水酶法與水酶凍融法來說提油率高出1倍以上：(1)回流提取法使得有機溶劑與物質充分接觸，提油率也比其他4種方法高，接近50%，其粕粉殘油率較低，因此回流提取法的粕呈乳白色，但粕粉中有一定的溶劑殘留的味道。(2)索氏提取法因有濾紙在虹吸裝置的保護，因此提油率比回流提取略低，只有40%左右，但粕粉損失較少，粕得率接近70%，但其粕粉的理化指標與回流提取法的相似，外觀為乳白色，有溶劑殘留的味道，這在食品生產的過程中是一大問題。(3)亞臨界萃取法提油率43.8%，比提油率最高的回流提取法46.7%略低，粕粉得率為56.6%，但提油率與粕粉得率對比其他方法都處在較高水平；且其粕粉沒有明顯溶劑殘留的味道還保持一定的巴旦木特有的香味，顆粒對于前4種也最為細碎，呈粉末狀，應用在生產當中時能夠減少粗糙的口感(表2)。

表1 不同提取方法的得率的比較

表2 巴旦木粕感官特性的比較

2.2 提油方法對巴旦木粕基本成分及蛋白氨基酸組成的影響

2.2.1 近紅外光譜分析巴旦木粕化學成分 本試驗利用近紅外光譜品質分析儀對不同提取方法的巴旦木粕進行檢測。從表3結果可得，5種方法的所有指標都達到模型中豆粕的國標標準[14]。亞臨界萃取法得到的粕的水分為11.26%，含量最高，水酶法與水酶凍融法其原因是亞臨界萃取法的粉末顆粒較小；亞臨界萃取法得到的粕的脂肪含量為0，且其蛋白的含量最高，為60.96%，稍高于回流提取法以及索氏提取法，高于水酶法以及水酶凍融法的蛋白含量2倍以上，其低脂高蛋白的性質更適合于功能性食品如代餐、飽腹食品的生產。KOH溶解度一般是用來評價粕受熱程度的指標[15]，與KOH溶解度最低的89.73%的亞臨界萃取法相比，其他方法的粕在提取過程中存在著加熱過度或不足的情況，對粕的營養成分如蛋白會有一定的影響。灰分是指食品經過高溫灼燒后所殘留的無機物，亞臨界萃取法的灰分最高，其原因可能是多次萃取造成的。而亞臨界萃取法、回流提取法、索氏提取法中因為使用有機溶劑萃取，纖維被完全破壞，所以其纖維都為0，纖維的減少會減少粗糙的口感。

表3 近紅外光譜分析法對不同提取方法的成分分析(模型：豆粕)

2.2.2 巴旦木粕蛋白氨基酸組成成分測定 參照1.5中測定方法，其測定結果如表4。從圖1可以看出，不同提取方法的氨基酸總量有所差別，其中亞臨界萃取法與回流提取法氨基酸總量都為較高，都達到50 g/100 g；各種氨基酸的含量的幾乎和氨基酸總量呈正相關關系，但亞臨界萃取法對比于回流提取法，減少了溶劑殘留等品質問題。由此看出，在食品生產中應用亞臨界萃取法提取的粕來進行生產具有廣闊前景。

圖1 巴旦木粕氨基酸的測定

表4 巴旦木粕氨基酸組成成分測定 單位：g/100g

2.3 提油方法對巴旦木粕吸水指數和微觀結構的影響

2.3.1 巴旦木粕吸水指數(WAI)的測定 由表5可知，其中亞臨界萃取法所得到的粕吸水指數為339.81%，比其他提油方法高出50%以上，而水酶法和水酶凍融法比吸水指數都比較低的回流提取法和索氏提取法也高出50%以上。該部分的分析需結合微觀結構(圖2)。

表5 巴旦木粕吸水指數

2.3.2 臺式掃描電鏡分析巴旦木粕結構 利用臺式掃描電鏡，對不同提取方法的巴旦木粕在1 500倍下進行掃描觀察其形態，并結合吸水指數分析。回流提取法和索氏提取法提油時，所使用的溶劑先是滲透進巴旦木仁里，利用相似相溶原理提取油脂[16]，由圖2C、D可知，以上兩者的粕粉在其表面有一定的油脂分子且生成了脂肪復合物，為蜂窩狀結構，說明有一定的油脂殘留，尤其索氏提取法殘留的更多。水酶法和水酶凍融法不使用有機溶劑而是利用酶作用于原料細胞壁使其破裂，里面的油脂溢出[16]，由圖2A可以看出，粕粉的表面有許多坑洼與孔洞，水分進入原來油脂的位置，因此吸水指數261.35%比回流提取法和索氏提取法要高。水酶凍融法因冷凍后存在脂肪結晶[11]，圖2B中表面坑洼孔洞較水酶法小，因此吸水指數246.35%會比水酶法低。因為水酶法與水酶凍融法的油脂從顆粒中分離出來進入水相后利用油水親和性、密度的差異進行分離[11]，所以沒有存在蜂窩狀結構，沒有油脂表面的殘留。但這兩者的顆粒都較大，可能的原因是其表面具有坑洼孔洞的結構，殘留的油脂將顆粒結合在一起，如果將其應用到食品生產當中，其口感可能會比較硌牙、粗糙。亞臨界萃取法的顆粒的吸水指數最大，為339.81%，比其他方法高出不少，由圖2E可知，原因可能是亞臨界萃取法得到的粕顆粒最細碎，結構最為松散，細碎、松散的結構在食品中能夠帶來松脆的口感，減少硌牙粗糙的口感。

圖2 巴旦木粕掃描電鏡圖

3 結論

試驗表明，亞臨界萃取法粕得率為55.6%、提油率為43.8%，在5種方法中處于較高水平；脂肪含量為0、蛋白含量為60.96%，低脂肪高蛋白的特性適合代餐食品，纖維含量為0可以減少粗糙的口感；KOH溶解度為89.73%，氨基酸總含量達52 g/100 g，說明對粕的營養成分影響小；吸水指數為339.81%，掃描電鏡下觀察粕粉粒細小，結構松散，在食品生產中能帶來較優口感；且亞臨界萃取法設備投資不高，適合食品工業化生產。因此亞臨界萃取法得到的巴旦木粕在食品生產尤其代餐食品中具有廣闊的應用前景。