乙醇水提法提取葡萄籽油的工藝正交試驗法優化研究

陸道雪 陳陽 吳秋瑜 李婷 劉林 王勇

摘? ? 要：為解決傳統溶劑法提取葡萄籽油溶劑難回收、有毒、安全性差等問題，本研究以葡萄籽為原料，采用乙醇水提法水相循環重復提取葡萄籽油，研究乙醇體積分數、料液比、pH值、時間、溫度等因素對提取率的影響，在此基礎上進行正交試驗，并對乙醇水提法提取的葡萄籽油品質進行研究。結果表明：通過正交試驗優化出葡萄籽油提取最佳條件是乙醇體積分數45%、pH值9、溫度70 ℃，在此條件組合下葡萄籽油提取率高達30.1%，且葡萄籽油品質接近或達到國家標準。乙醇提取法滿足綠色提取工藝的特點，為葡萄籽油高效提取提供一種新思路。

關鍵詞：葡萄籽油；乙醇水提法；工藝優化；正交試驗法；品質分析

中圖分類號：TS224? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2023.05.015

Abstract：In order to solve the problems that solvent cannot be recovered， is poisonous， is not safe， etc when using traditional solvent method to extract grape seed oil， this paper took grape seed as the material， extracted grape seed oil in way of water-phase repeating with ethanol water extraction method and studied the influence of ethanol volume fraction， solid-liquid ratio， PH， time， temperature and other factors on extraction rate. On this basis， an orthogonal test was done and the quality of grape seed oil extracted with ethanol water extraction method was studied. The results showed the best conditions for extracting grape seed oil through orthogonal test optimization： ethanol volume fraction was 45%， pH was 9， and temperature was 70 ℃. Under these conditions， the extraction rate of grape seed oil reached up to 30.1% and the quality of grape seed oil approached or met national standard. Ethanol extraction method satisfies the characteristics of green extraction technology and provides a new idea to efficient extraction of grade seed oil.

Key words： grape seed oil; ethanol water extraction method; process optimization; orthogonal test method; quality analysis

葡萄籽油（GSPE）作為葡萄酒工業的副產品，是一種優質的食用油脂資源，葡萄籽中的含油量約占其14%～17%[1]，其中亞油酸含量高達70%以上[2]，其具有降血脂、預防動脈粥樣硬化、防治心腦血管等功效；葡萄籽油中還含維生素A和維生素E、多酚等生物活性物質，能夠起到一定的抗衰老、促進人體新陳代謝、防止慢性疾病的發生等作用[3]。在國外，葡萄籽油備受青睞，不同年齡段、不同職業人員都以葡萄籽油來作為營養保健油[4]。我國盛產葡萄，有極其豐富的葡萄籽資源，因此，積極開發和利用葡萄籽油，既可避免環境污染，又可變廢為寶，提高經濟效益[5]。

壓榨法、溶劑浸出法是常用的葡萄籽油提取方法。壓榨法需要進行油料前處理，處理過程產生的熱會使蛋白質嚴重變性，導致出油率低[6]；而溶劑浸出法雖出油效率高，操作簡便，但是溶劑易殘留，降低了油品質。超臨界CO2萃取法雖也是常用提取方法，但目前仍在實驗室層面較為常見，尚未形成工業化生產[7]。水酶法提取葡萄籽油提取條件煩瑣，酶用量多、耗時長、耗水量高，提升了生產成本。

乙醇具有無污染、易回收、易制備，可重復利用等特點[8-9]，乙醇水提法是指以水為主要提取介質，輔以一定量的乙醇作為破乳劑來提取油脂的一種方法，乙醇屬于水溶性破乳劑，加入水相后，通過分子擴散進入到油水界面，界面性質被改變，從而減少或破除乳狀液[10]。

本研究以乙醇為提取劑，采用單因素試驗和正交試驗方法對葡萄籽油的提取工藝進行了探究[11]，此工藝提取的葡萄籽油品質好，油脂價值量高，無殘留，是安全放心油。工業上乙醇水提法作為提取技術生產成本低、設備操作簡單、無需高強度勞動力，是一項符合企業標準和綠色環保的生產工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑 葡萄籽（來自王朝葡萄釀酒公司），國產分析純無水乙醇，氫氧化鈉（分析純）。

1.1.2 儀器與設備 粉碎機（FW-100上海趙迪生物科技有限公司），離心機（TD5k-Ⅲ安徽積步儀器設備有限公司），水浴鍋（XMTD-204天津市歐諾儀器表有限公司），鼓風干燥箱（DH-101-3 BS天津市中環實驗電爐有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 葡萄籽前處理 將釀酒后的葡萄籽粉碎過60目篩，葡萄籽粉末裝自封袋，置于干燥陰涼處備用。

1.2.2 葡萄籽中粗脂肪的測定 葡萄籽中粗脂肪測定參照《食品中粗脂肪的測定》（GB/T 14772—2008）。葡萄籽粗脂肪含量計算公式如下（所有質量精確至0.001 g）：

葡萄籽脂肪含量=（m2-m1/m）×100%? ? ?（1）

式中，m1為圓底燒瓶質量（g）； m2為圓底燒瓶和粗脂肪的質量（g）；m為葡萄籽粉末質量（g）。

1.2.3 乙醇水提法提取葡萄籽油工藝流程[12]? 葡萄籽粉→乙醇水溶液→加熱提取→離心（5 000 r·min-1， 15 min）→收集清油→水相重復提取渣相→離心（5 000 r·min-1，15 min）→氯化鈉油水分層→收集清油→合并清油。

操作要點：取10 g葡萄籽粉于錐形瓶中并加入一定體積分數的乙醇水溶液，使用1 mol·L-1氫氧化鈉溶液調節體系pH值，當達到設定溫度時，使用封口膜封口加熱，反應時間結束后5 000 r·min-1離心15 min。收集清油，使用其水相再重復提取渣相1次，反應結束后5 000 r·min-1離心15 min，加入飽和氯化鈉溶液，再合并清油，葡萄籽油提取率計算公式如下：

葡萄籽油提取率=m0/（m×n1）×100%? （2）

式中，m0為葡萄籽油質量（g）； m為葡萄籽粉末質量（g）； n1為葡萄籽粉脂肪含量（%）。

1.2.4 葡萄籽油提取單因素試驗 a. 乙醇體積分數對葡萄籽油提取率的影響。分別稱取5份各10 g的葡萄籽粉于潔凈的錐形瓶中，分別加入體積分數為35%、40%、45%、50%、55%的乙醇水溶液，在水浴鍋溫度為60 ℃、料液比1∶5、pH值為9的條件下提取2 h，用塑料薄膜將瓶口密封加熱提取。

b. pH值對葡萄籽油提取率的影響。分別稱取5份各10 g的葡萄籽粉于潔凈的錐形瓶中，各調節pH值為6、7、8、9、10，并加入最高提取率的乙醇體積分數，在固定水浴鍋溫度為60 ℃、料液比1∶5條件下提取2 h，用塑料薄膜將瓶口密封加熱提取。

c. 料液比對葡萄籽油提取率的影響。分別稱取5份各10 g的葡萄籽粉于潔凈的錐形瓶中，料液比分別設為1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8，并加入上述最高提取率的乙醇體積分數、調節到最佳pH值，在固定水浴鍋溫度為60 ℃條件下提取2 h，用塑料薄膜將瓶口密封加熱提取。

d.提取時間對葡萄籽油提取率的影響。分別稱取5份各10 g的葡萄籽粉于潔凈的錐形瓶中，調整乙醇體積分數、料液比、PH值到上述各因素中最高提取率的數值，在固定水浴鍋溫度為60 ℃條件下、分別提取0.5、1、1.5、2、2.5、3 h，用塑料薄膜將瓶口密封加熱提取。

e. 提取溫度對葡萄籽油提取率的影響。分別稱取5份各10 g的葡萄籽粉于潔凈的錐形瓶中，分別設置提取溫度為40、50、60、70、80 ℃，調整乙醇體積分數、料液比、pH值、提取時間到上述最高提取率的數值，用塑料薄膜將瓶口密封加熱提取。

1.2.5 葡萄籽油提取正交優化試驗 根據以上單因素試驗結果分析，設計L9（3）3正交設計，選擇乙醇體積分數（A）、pH值（B）和提取溫度（C）作為試驗考察因素，對應因素的水平見表1。

1.2.6 索氏提取法提取葡萄籽油工藝 a. 工藝流程：葡萄籽→粉碎→置于索氏提取器中→加入石油醚→回流提取→旋轉蒸發→收集清油。

b. 提取條件：以石油醚為提取溶劑，提取溫度85 ℃、提取時間4 h、料液比1 ∶ 8 （g·mL-1）。

1.3 葡萄籽油質量分析

檢測乙醇水提法提取的葡萄籽油質量指標、索氏提取法提取的葡萄籽油質量指標，并與葡萄籽油國標對照，分析葡萄籽油的品質。

葡萄籽油質量國家標準：GB/T 22478—2008[13]；

色澤測定參照：GB/T 5009.37—2003；

氣味、滋味、透明度測定參照：GB/T 5525—2008；

水分及揮發物測定參照：GB/T 5528—2008[14]；

酸值測定參照：GB 5009.229—2016[15]；

過氧化值測定參照：GB 5009.227—2016[16]；

碘值測定參照：GB/T 5532—2008[17]；

皂化值測定參照：GB/T 5534—2008[18]。

2 結果與分析

2.1 單因素對葡萄籽油提取率的影響

2.1.1 乙醇體積分數對葡萄籽油提取率的影響 如圖1所示，隨著乙醇體積分數升高，葡萄籽油提取率提高，當乙醇體積分數達到45%時，葡萄籽油提取率達到28.92%，說明乙醇的加入降低了乳狀液和渣相中的含油率，起到了良好的破乳效果，進而提高了葡萄籽油的提取率；隨著乙醇體積分數繼續升高，葡萄籽油提取率逐漸降低，因為乙醇濃度過高容易溶解出葡萄籽中的膠質、多糖等物質[12]，同時會導致蛋白質嚴重變性；當破乳效果達到最大時，油脂不易分離，降低了葡萄籽油提取率[9]。因此，確定乙醇最佳體積分數為45%。

2.1.2 pH值對葡萄籽油提取率的影響 pH值作為工藝過程中重要因素之一，通過影響油料作物蛋白的溶解度[19]來影響油脂提取率。如圖2所示，當pH值為6～9時，隨著pH值的升高，葡萄籽油提取率逐漸升高；pH值增加至10時，葡萄籽油得率略有下降；當pH值為6時，葡萄籽油提取率僅為21.25%；當pH值增加到9，提取率提高到28.79%；葡萄籽蛋白等電點pI3.8 [20]，隨著pH值的升高，蛋白質的溶解度變大[21]，油脂隨著蛋白質的溶出而游離；當pH值過高時，蛋白易變性和聚合，使得部分油脂被截留，導致提取率有所下降；綜合考慮，pH值9是較優的提取條件。

2.1.3 料液比對葡萄籽油提取率的影響 在溶劑浸提過程中，料液比不同，可使溶劑與油脂之間存在不同的濃度差，影響油脂的提取率。料液比過低時，濃度差小，從而導致油脂提取率偏低；料液比過高時，葡萄籽油提取率下降，原因可能是游離出來的油滴與體系中的蛋白質重新乳化。

由圖3可知，當料液比為1∶4時，乙醇濃度過低導致溶劑與油脂之間濃度差小，從而導致提取率為22.14%，當料液比為1∶5時，油脂與溶劑之間的濃度差增大，物料與溶劑得到了充分的接觸，使油脂分子能夠充分地分散于液相中[11]，從而使提取率增加到26.84%，但隨料液比增大，葡萄籽油提取率有緩慢降低趨勢。故選擇料液比1∶5作為提取條件更為合適。

2.1.4 提取時間對葡萄籽油提取率的影響 提取油脂的過程中，時間的長短也會影響到油脂的提取效果[22]。如圖4所示，提取時間越長，提油率越高，說明適當延長浸提時間可以提高葡萄籽油的提油率。但從不同時間提油率的變化量來看，隨著時間的延長，提取率迅速下降。為獲得較好的提取效率，浸提時間以2 h為宜。

2.1.5 提取溫度對葡萄籽油提取率的影響 溫度在溶劑浸提油脂時起到關鍵作用，提取溫度升高從而加速分子的擴散運動，提高溶劑分子與油脂分子的接觸幾率，使油脂分子從油料當中快速滲透出來并向溶劑中擴散，得到混合油[22-23]。但是過高的溫度會使溶劑過快蒸發降低提取率。

由圖5可以看出，溫度在60 ℃之前，提取率隨溫度的增加而增大，當溫度為60 ℃時，提取率為28.81%，隨著提取溫度從60 ℃上升到80 ℃時，提取率由28.81%降至26.96%。因此選取60 ℃作為最適提取溫度。

2.2 葡萄籽油提取工藝正交試驗結果與分析

按L9（3）3正交設計表的各種條件進行試驗。由表2可以得出，影響提取率的主次因素為A>C>B最佳工藝為A2B2C3，即乙醇體積分數45%，pH值為9，提取溫度70 ℃，在上述提取條件下，葡萄籽油提取率達30.1%以上，為最優提取工藝參數。

2.3 乙醇水提法提取葡萄籽油品質分析

測定乙醇水提法所得葡萄籽油各理化指標，并與索氏提取法所得葡萄籽油理化指標、葡萄籽油國標《葡萄籽油》《GB/T 22478—2008》進行比較，結果見表3。本試驗所用乙醇水提法制得葡萄籽油具有葡萄籽油固有的氣味、色澤、透明度；其中酸價和過氧化值較低，表明葡萄籽油中的大部分游離脂肪酸和雜質含量較低，碘值和皂化值所含的脂肪酸不飽和程度和平均分子量變化不大，且葡萄籽油的各項理化指標基本符合國家標準；而索氏提取法提取過程中提取溫度較高，容易造成葡萄籽油的氧化，同時提取用的溶劑易殘留，導致葡萄籽油品質下降，得到的毛油質量標準與國標有差距；從感官上來看，索氏提取法提取的葡萄籽油微渾濁，可能是產品有溶劑殘留，略微破壞了油脂的天然特色，油品質量稍差。

3 討論與結論

綜上可知，乙醇水提法提取葡萄籽油的最優組合條件：乙醇體積分數45%、料液比1∶5、pH值 9、提取時間2 h、提取溫度70 ℃，離心后水相循環提取渣相2 h。在優化條件下，葡萄籽油提取率可達30.1%，高于索氏提取法的葡萄籽油提取率14.88%。

乙醇水提法提取所得的葡萄籽油色澤呈淺黃色、澄清透明無異味，酸值、碘值、皂化值、過氧化值等理化指標均接近于或達到葡萄籽油國家標準，顯著高于索氏提取法所得的葡萄籽油質量。

乙醇水提法提取葡萄籽油，原料無需經過干燥預處理，提取工藝簡單，提取時間由索氏提取法的6 h縮短至2 h；并且乙醇作為提取劑，后期能完全回收，不易殘留，安全性較其他有機溶劑好。因此，乙醇水提法是目前最綠色環保、操作簡單、成本低廉、提取率高、油品質好的提取工藝之一。本實驗室正在著手準備對乙醇水提法提取葡萄籽油工藝進行中試試驗，為其工業化生產葡萄籽油打好基礎。

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基金項目：天津市大學生創新創業訓練計劃項目（202110859021）；天津市教委科研計劃項目（2022KJ105）

作者簡介：陸道雪（2000—），女，貴州黔南人，主要從事天然產物提取研究。

通訊作者簡介：王勇（1984—），男，甘肅天水人，工程師，碩士，主要從事葡萄酒釀造技術研究。