核桃油綠色提取技術的研究進展

陳海東，張志峰，王勇

（1.常州大學體育學院，江蘇常州213000；2.湖南農業大學食品科學技術學院，湖南 長沙 410000；3.三旺實業有限公司，湖南 韶山 411300）

核桃中含有較高含量的蛋白質和油脂，具有健腦、滋補等功能，已成為人類所必需的營養物質。我國是世界上最大的核桃生產國和消費國，核桃種植面積和總產量均居世界首位。2019年我國核桃產量達到362.7 萬t，預計2023年產量將突破450 萬t。我國的核桃資源分布廣泛，但未被充分開發和利用，僅停留在原材料出口階段。核桃仁含有大量的磷、鎂、鉀、鐵以及豐富的維生素。每100 g 核桃仁含有30～300 IU 維生素A、0.22～0.45 mg 硫胺素、0.10～0.16 mg 核黃素和0.700～1.105 mg 煙酸[1]。核桃的生果和葉是維生素C 的主要來源，未成熟的核桃的維生素C 含量為2 400～3 700 mg/100 g，其抗氧化活性是柑橘類水果的40～50 倍。

核桃仁中通常含有60%～70%的核桃油。核桃油的主要成分是占總油餾分83%～95%的三酰基甘油，這些三酰基甘油由三不飽和甘油酯以及不對稱的二不飽和甘油酯組成[2]。核桃油含有大量多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFAs），例如亞油酸和α-亞麻酸[3]。人體無法合成PUFAs，而PUFAs 又被認為是人體生理學中必不可少的營養物質。核桃油還含有一些具有藥理特性的成分，如植物甾醇和生育酚等，其數量可觀，拓寬了在藥用領域的應用范圍。此外，核桃油含有礦物質，例如鉀、鈉、鋅、鈣、磷、鐵等，必需微量元素銅和錳[4]。研究表明，核桃油能降低血液中對人體有害的膽固醇和甘油三脂水平，在控制人體血脂濃度、預防心血管疾病、改善內分泌等方面都起著關鍵的作用[5-6]。

深入開發核桃資源，提高核桃深加工產品的品質和產量，生產出高附加值產品，這將會帶來巨大的經濟效益。核桃油的提取通常有冷壓萃取和溶劑萃取兩種傳統方式[7]。隨著科學技術的不斷進步，新興提取技術旨在減少工藝時間和能耗，生產出高穩定性的產品，主要包括超臨界和亞臨界流體萃取、超聲波、微波提取和酶提取等技術，這些新興技術中的大多數已在植物或食品加工領域得到廣泛應用，并取得可喜成果[8-9]。本文介紹核桃油的成分及組成，對傳統的提取技術以及新型綠色提取技術的主要研究成果進行全面綜述，旨在為核桃油的開發利用提供參考。

1 核桃油的傳統提取技術

1.1 冷壓萃取技術

機械榨油工藝一般分為熱壓和冷壓兩種。在熱壓法中，盡管油脂提取率較高，但溫度對產品中抗氧化成分降解有著較大的影響。冷壓法則是從油籽中提取油的安全性最高的方法，該技術的缺點是提取率低、產品質量不一。

Xie 等[10]采用冷壓法從新疆核桃中提取核桃油，研究番茄紅素對核桃油過氧化值、酸值、脂肪酸、總酚含量和鐵還原抗氧化能力的影響。Ghiasi 等[11]開發了一套間歇式冷壓榨油系統，研究了壓力、油脂加工溫度和投料量對核桃油提取量的影響。結果表明，在壓力10.5 MPa、溫度31.5 ℃、樣品質量8 g 的條件下，核桃的出油率最高，為25.36%。核桃的最佳條件（樣品質量8.03 g、壓力10.41 MPa、溫度27.37 ℃）下，核桃過氧化物的量為（1.90±0.07）meq O2/kg。同樣，核桃的酸量為（0.06±0.02）g/%。

冷壓萃取技術無需添加任何額外的化學試劑，是挖掘原始自然產品的理想選擇，其主要過程是將原料以較高的壓力夾持，并將油從物料中萃取出來。對于冷壓萃取來說，其優點是可以提取大量濃縮精華，不會影響和破壞核桃仁中原有的活性營養成分；缺點是油的提取率較低，油的質量較難把控。

1.2 溶劑萃取技術

溶劑萃取技術是提取核桃油的常用方法之一，根據各物質溶解度的差異，通過溶解和揮發等方式將樣品中物質分離出來。該提取法的優點是提取效率高，在對核桃油進行萃取時，選用6 號溶劑油和正己烷提取時出油率最高。但該法存在重金屬殘留、后續需要精煉操作、對環境污染大等缺點，限制了廣泛應用[12]。

Ghasemi 等[13]研究了以正己烷為溶劑，提取核桃油的超聲波輔助酶技術。研究表明，使用正己烷溶劑的超聲波輔助酶技術可以提高核桃油的提取率、總酚含量和碘值，提取的核桃油中多不飽和脂肪酸（亞麻酸和亞油酸）含量多，表明該方法是一種很有發展前景的提取方法。由于人們對環境的日益關注，為克服傳統技術的弊端，研究人員正研究替代有毒有機溶劑的綠色提取劑。Liu 等[14]以新型綠色溶劑碳酸二甲酯（dimethyl carbonate，DMC）為原料，開發了一種快速高效的提取方法——超聲微波輔助提取（ultrasonic and microwave assisted extraction，UMAE），用于提取滿洲核桃仁油（manchurian walnut kernel oil，MWKO）。通過Box-Behnken 設計分析，得到最佳提取條件：提取時間28 min，液固比7∶1（mL/g），輻照功率400 W，最大提取率為59.30%。氣相色譜-質譜分析表明，提取的MWKO 中不飽和脂肪酸含量均高于90%。經1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除率、2，2'-聯氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid，ABTS]陽離子自由基清除率、鐵離子還原能力測試，MWKO 具有較強的抗氧化活性。對MWKO 的降脂活性進行測試，發現UMAE-DMC 提取的MWKO 顯著抑制了HepG2 細胞的脂質積累。總之，UMAE-DMC 是一種從植物中選擇性提取種子油的高效的提取方法。

傳統的溶劑提取技術存在較多的缺點，快速溶劑萃取技術被逐漸應用。在現代食品工業技術當中，快速溶劑萃取技術能夠減少溶劑的使用量，能夠保證提取效率高、耗時短、所需的溶劑量少、成本較低，對于植物油的提取起到了促進作用。

2 核桃油綠色提取技術

2.1 超臨界CO2 萃取技術

超臨界CO2萃取是一種現代高科技食品技術，以CO2作為流動相，在超臨界狀態下分離非極性物質，其設備和操作成本較高。CO2是天然產物的理想溶劑，與有機溶劑相比，CO2具有安全、環保、低成本和易于獲得的優點。超臨界CO2萃取得到的油相對澄清，具有一定的精制效果。在提取過程中，所獲得的核桃油與壓力、溫度、粒度或表面速度密切相關[15]。

Oliveira 等[16]研究了超臨界CO2萃取和索氏提取的核桃油中游離脂肪酸、固醇、甘油三酸酯和生育酚的組成，發現與以正己烷為溶劑所提取的油相似，超臨界CO2萃取比正己烷萃取的油品更加清澈。Wright等[17]采用超臨界流體萃取和加壓溶劑萃取法對核桃油中的γ-生育酚的回收進行了比較，研究表明，超臨界流體萃取與其他烴基萃取技術相比，萃取時間大大縮短，萃取選擇性更高，溶劑使用量減少，從而降低溶劑處理成本。此外，在提取后，超臨界流體萃取幾乎不需要干燥。由于超臨界CO2與油的相容性，超臨界萃取技術更適合從天然產品中提取油。

超臨界CO2萃取技術具有對溫度要求不高、無殘留物、可靠性高、成本低的特點，適用于揮發性、熱敏性、脂溶性等成分的提取，如天然植物色素、天然植物揮發油、植物油脂、生物堿類化合物、黃酮類化合物等。但實現該技術需要特制的設備，其成本造價較高，且萃取工藝在高壓狀態下進行，存在一定安全風險，目前未能在實際生產上廣泛應用。

2.2 亞臨界萃取技術

亞臨界萃取是一種相對較新的技術。在100～374 ℃的溫度下，亞臨界水在高壓下保持液體狀態。在萃取過程中，高溫降低了溶劑的黏度和密度，使其能夠更深入地滲透到樣品基質中。此外，氣體和液體之間的擴散率隨著溫度的升高而增加[18-19]。

馬燕等[20]以新疆薄皮核桃溫185 作為試驗原料，研究萃取時間、萃取溫度和萃取壓力對核桃油出油率的影響，并通過氣相色譜-質譜聯用（gas chromatography and mass spectrometry，GC-MS）法對核桃油中的脂肪酸進行定性定量分析。研究表明，萃取核桃油的最佳工藝參數為萃取時間40 min、萃取溫度45 ℃、萃取壓力0.5 MPa，出油率達65.11%；不飽和脂肪酸含量為90.85%，其中亞油酸的含量高達61.23%。Gao 等[21]研究不同預處理和加工方法對核桃油化學性質和品質特性的影響。研究表明，亞臨界萃取油脂的出油率（59.53%～61.19%）高于其他工藝，且具有較好的DPPH-極性（287.59～373.14 μmol TE/kg）和ABTS+（269.34～280.28 μmol TE/kg）自由基清除能力。

亞臨界萃取工藝具有較高的出油率和較好的抗氧化活性，可用于核桃油的工業化生產。與傳統萃取方法相比具有許多優勢，包括萃取時間短，溶劑使用量少，效率和安全性高。由于較低的萃取溫度而使得油品易于儲存，更適用于工業化推廣應用。

2.3 超聲波輔助提取技術

超聲波輔助提取法是利用超聲波產生的空化效應對樣品的細胞進行破壞，使溶劑滲透到細胞內以加速提取效率。除了使提取效率提高、提取時間縮短外，超聲波提取法還可以減少溶劑的使用、減少提取雜質、降低提取溫度和有效降低提取工藝成本等，但此法對設備要求高，且受超聲波衰減的制約。超聲波的有效區域呈環形，可能形成超聲的空白區域，導致提取率降低[22]。因其沒有配套的成熟工業化超聲波提取設備，所以未得到廣泛的工業化推廣。

Wong 等[23]以乙醇作為極性溶劑進行超聲波輔助提取核桃油。結果表明，超聲波處理使油的產率從38.93%提高到79.88%，并確定了最佳條件，即超聲振幅90%，萃取溫度29 ℃和萃取時間51 min。在最佳條件下，預計最大含油量為55.39%，最小游離脂肪酸（free fatty acid，FFA）值、碘值和過氧化物值分別為1.75%、14.52 g/100 g 和10.50 meq g O2/kg。超聲提取與其他方法相結合，可以提高出油率。超聲波輔助酶法的提取率相對較高，為（78.91±0.03）%；超聲波輔助溶劑提取法的提取率為58.9%。汪錦等[24]采用超聲波輔助酶法提取山核桃油，超聲波處理和果膠酶處理促進了堅果中游離酚類物質的釋放，其油脂中總酚和油酸的含量顯著高于超臨界流體萃取和冷壓法所得的油脂。因此，過氧化值降低，油的穩定性提高。

2.4 微波輔助提取技術

微波輔助提取的原理是通過對細胞壁和細胞器的高壓引起基質發生物理變化，使一種溶質從樣品基質中釋放到溶劑中，從而提高提取率。

Zhou 等[25]研究了微波預處理在改善核桃油的風味和氧化穩定性中的作用以及對不飽和脂肪酸（油酸、棕櫚油酸、亞油酸和亞麻酸）和抗氧化劑成分（生育酚和植物甾醇）的影響。結果表明，微波預處理可有效提取吡嗪化合物。當預處理進行2 min 或更長時間時，會出現“烤焦”的味道。與對照樣品相比，只有經過處理的樣品（微波預處理4 min）顯示出更高的氧化穩定性。同時，不飽和脂肪酸的組成只有微小的變化。盡管其對生育酚和植物甾醇有不利影響，微波預處理仍可用于改善核桃油的風味和氧化穩定性。劉暢[26]研究了以碳酸二甲酯為提取溶劑的超聲波-微波輔助提取東北山核桃油工藝。通過對東北山核桃油的提取方法和溶劑的篩選，確定了超聲波-微波輔助提取法結合碳酸二甲酯的提取系統的提取工藝可以得到較高的提取率，分別以提取溫度、提取時間、輻照功率和液固比作為單一變量，研究東北山核桃油提取率的變化。根據單因素試驗結果設計三因素三水平的響應面試驗，得出的最佳提取工藝參數為提取時間25 min、液固比7∶1（mL/g）、輻照功率440 W，此時提取率最佳，為（58.15±0.08）%。

與其他技術相比，微波輔助提取技術可以降低能耗、減少溶劑用量以及廢物的產生，同時可以提高收率和提取物的純度；缺點是反應周期較長、操作過程繁瑣、設備成本高昂。

2.5 酶輔助提取技術

酶可生物降解，對環境不會產生任何污染。在溫和的條件下，幾種酶可以溶解或分解水溶液中的細胞壁和細胞膜，被認為是一種有前途的技術[27]。在選擇酶時，需考慮化學組成，在油提取優化試驗中，除pH 值、溫度、粒徑和酶濃度因素外，還應考慮油水比，這是由于酶需要水分才能發揮作用，油料種子中的低水分含量會導致濃稠懸浮液的產生，從而抑制酶活性。

González-gómez 等[28]對一種酶輔助的水性工藝進行了優化，在最佳條件（41.8 ℃，88 min）下，核桃油的產率為75.4%。酶輔助提取法提取的核桃油的抗氧化能力比溶劑提取法提取的油高5 倍，表明油的穩定性提高，這可能是由于新的替代技術提高了總生育酚含量。為了提高核桃的綜合利用率，劉璇璇等[29]對水酶法同步生產核桃油和多肽的工藝進行優化，并對核桃油的脂肪酸組成進行分析。通過比較4 種不同蛋白酶和纖維素酶對核桃油提取率和多肽產量的影響，確定了最佳酶組合。結果表明，木瓜蛋白酶和纖維素酶（2∶1，質量比）的組合是最佳的酶組合。油和多肽的最佳同步提取工藝為酶用量3.0%、固液比1∶5（g/mL）、pH5、酶解時間3.0 h、酶解溫度60 ℃。在此條件下，核桃油的提取率可達53.37%，多肽的產率為4.01 mg/g，該工藝可為水酶法同步生產核桃油和多肽的工業應用提供參考。

盡管有諸多優點，酶輔助提取的使用仍受到酶后處理時間長的限制。除了成本較高外，酶輔助提取的另一個問題是防止油乳化，為了提高油的產量，必須在提取后進行去乳化處理。因此，未來應向更經濟、更易于處理的酶促過程方向開展研究。表1 總結了各種提取技術的優缺點。

3 結語

隨著科學技術的不斷發展，綠色提取技術為核桃油的提取提供了一種有效的替代方法。超臨界流體萃取、亞臨界流體萃取、超聲波輔助萃取、微波輔助萃取、酶輔助萃取等技術的興起，縮短了萃取工藝的時間，減少了有機溶劑的使用，且生產的油抗氧化活性良好。為使核桃油產業能夠蓬勃發展：1）應深化核桃油提取工藝方面的研究，優化并完善提取工藝條件使之適用于大規模商業應用，促進核桃油產業的進一步發展，如縮短酶輔助技術的酶解時間、優化乳化液的分離等問題，將大大提高核桃油的提取效率及產品質量。2）對核桃油的營養活性物質進行更深入的研究，開發核桃油加工產品，利用高新技術手段，在現有研究基礎上探索核桃油的深精加工和創新升級，拓展產品涉及領域的廣度與深度，提升行業規劃與產業融合，實現核桃資源利用最大化。3）核桃油的化學成分和營養活性研究仍處于基礎階段，其發揮作用的物質基礎、各成分間的相互作用尚不明確，作用機制鮮有報道，為更好地開發利用核桃油資源，除了探索其提取技術外，更應深入探索其化學成分、營養作用、藥用機制，為核桃油的推廣應用提供參考。