油茶籽餅提取油茶籽油工藝研究

王曄洋，劉楊春，劉覺天，黃莎，李偉榮，楊選

（1.麗水市農(nóng)林科學(xué)研究院，浙江 麗水 323000；2.麗水市食品藥品與質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測院，浙江 麗水 323000；3.浙江貝尼菲特藥業(yè)有限公司，浙江 麗水 323000）

油茶Camellia oleifera是我國特有的一種木本油料樹種，在中國已有2 000多年的栽培歷史。油茶籽油又名山茶油、茶籽油是我國特有的一種食用油，其富含不飽和脂肪酸，具有抗血管硬化和降血壓[1-2]、調(diào)節(jié)血膽固醇[3]、抑制組織過氧化[4]等功效。發(fā)展油茶籽油產(chǎn)業(yè)對于緩解中國食用油的供給矛盾有重要作用。油茶籽餅是油茶經(jīng)過壓榨制油后的餅粕，通常還殘有5%～10%的油茶籽油，這部分油脂通過壓榨工藝很難再被提取。王文杰[5]等對油茶餅粕進(jìn)行高溫蒸汽蒸制處理后再液壓壓榨，出油率提高近5%，但是對機(jī)器以及操作要求比較高。因此，目前大部分企業(yè)均采用有機(jī)溶劑提取，但是在提取工藝上均存在提取不完全現(xiàn)象。在已有的文獻(xiàn)報(bào)道中[6-9]采用有機(jī)溶劑提取時(shí)，存在提取溫度高、提取時(shí)間長等現(xiàn)象。因此，本試驗(yàn)以壓榨后的油茶籽餅為原料，采用有機(jī)溶劑正己烷浸提工藝對其殘油進(jìn)行提取，希望通過溫度、時(shí)間、溶劑比例等具體的工藝參數(shù)來探索油茶籽餅提取油茶籽油的最佳提取工藝，以期利用最低成本來提升油茶籽餅的利用率，提高油茶籽油的產(chǎn)量。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

油茶籽餅：油脂含量6.7%，產(chǎn)于浙江山茶潤生物科技有限公司，采用螺桿壓榨制油后的茶籽餅；正己烷：購自阿拉丁試劑（上海）有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FW135粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司，SQP電子天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司，DZF-6050AB真空干燥箱：邦西儀器科技（上海）有限公司，RE-5298旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠，SHA-C振蕩水浴鍋：常州市億能試驗(yàn)儀器廠，SHZ-D（III）循環(huán)水式真空泵：上海力辰科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料處理 將油茶籽餅?zāi)シ?，過40目篩，于55～60℃恒溫干燥至水分含量＜5%，備用。

1.3.2 提取方法 油脂含量測定采用國標(biāo)索氏抽提法[10]：稱取一定量的油茶籽餅粉，將其置于三角燒瓶中，加入一定體積的正己烷溶劑，放入振蕩水浴鍋中，在一定溫度下提取一定時(shí)間，振蕩速度為120 r·min-1，提取次數(shù)為1次。

1.3.3 抽濾 提取完成后進(jìn)行抽濾，濾液經(jīng)真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)可得到油茶籽油，濾渣即為油脂提取完成后的油茶籽粕，同時(shí)回收溶劑循環(huán)使用。

1.3.4 油脂提取率測定

式中，R為油脂提取率；M1為油茶籽餅原料的油脂含量，單位為g；Mn為濾渣的油脂含量，單位為g。

1.3.5 單因素試驗(yàn)

1.3.5.1 不同提取溫度對油茶籽餅油脂提取率的影響 在料液比為1∶1（g∶mL）、提取時(shí)間為0.5 h的條件下，設(shè)定提取溫度分別為20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃進(jìn)行提取試驗(yàn)，確定適宜的提取溫度。

1.3.5.2 不同料液比對油茶籽餅油脂提取率的影響 在提取溫度為30℃、提取時(shí)間為0.5 h的條件下，稱取油茶籽餅50 g，加入正己烷試劑25 mL，按1∶0.5進(jìn)行配比，之后分別按1∶0.5、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6（g∶mL）的比例進(jìn)行油脂提取試驗(yàn)，確定適宜的料液比。

1.3.5.3 不同提取時(shí)間對油茶籽餅油脂提取率的影響 在料液比1∶1（g∶mL）、提取溫度30℃的條件下，設(shè)定提取時(shí)間分別為0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h進(jìn)行提取試驗(yàn)，確定適宜的提取時(shí)間。

1.3.6 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選擇提取溫度（A）、料液比（B）、提取時(shí)間（C）設(shè)計(jì)三因素三水平L9（33）正交試驗(yàn)，確定最佳提取工藝，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1和表2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組試驗(yàn)重復(fù)3次，采用SPSS對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用Excel對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 油茶籽餅油脂提取試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of oil extraction from C.oleifera seed cake

表2 正交試驗(yàn)表Table 2 Orthogonal test

2 結(jié)果與分析

2.1 提取溫度對油茶籽餅油脂提取率的影響

根據(jù)所使用的正己烷的沸點(diǎn)為69℃，將單因素溫度梯度實(shí)驗(yàn)范圍設(shè)定在20～70℃。由圖2可知，在20～40℃時(shí)，油茶籽餅油脂提取率隨著溫度的升高顯著增加，在40℃時(shí)油脂提取率達(dá)到最高，為（72.05±1.71）%，此后隨著溫度的進(jìn)一步升高，油脂提取率顯著下降，在60℃時(shí)達(dá)到最低，為（48.31±2.53）%，在70℃提取條件下與60℃時(shí)的油脂提取率之間無顯著差異。說明適宜的提取溫度有助于增加油脂提取率，溫度太低可能不適宜油脂的溶出，溫度過高，可能造成溶劑慢慢蒸發(fā)回流影響油脂提取效率。因此，選擇40℃進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

圖1 提取溫度對油茶籽餅油脂提取率的影響Figure 1 Effect of extraction temperature on oil extraction rate

圖2 料液比對油茶籽餅油脂提取率的影響Figure 2 Effect of solid-liquid ratio on oil extraction rate

2.2 料液比對油茶籽餅油脂提取率的影響

由圖2可知，油茶籽餅的油脂提取率隨著料液比的減小呈現(xiàn)先顯著增加后無顯著變化的趨勢。當(dāng)料液比為1∶0.5時(shí)，油脂提取率僅為（28.92±2.42）%，當(dāng)料液比減小到1∶1時(shí)，油脂提取率達(dá)到（64.39±2.41）%，是1∶0.5時(shí)的2.23倍，此后在（1∶3）～（1∶6）時(shí)達(dá)到最大，且其油脂提取率之間無顯著差異。料液比為1∶2時(shí)的油脂提取率（85.21±3.27）%和1∶3時(shí)的提取率（89.75±2.70）%之間無顯著性差異，因此從節(jié)約能源的角度考慮將料液比1∶2作為中間值進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

2.3 提取時(shí)間對油茶籽餅油脂提取率的影響

由圖3可以看出，油茶籽餅的油脂提取率隨著提取時(shí)間的增加呈現(xiàn)先顯著增加后降低的趨勢。當(dāng)提取時(shí)間為2 h時(shí)達(dá)到最大，但其與1.5 h時(shí)的提取率之間無顯著差異。適當(dāng)?shù)奶崛r(shí)間有利于油茶籽油的溶出，但當(dāng)提取時(shí)間過長時(shí)可能導(dǎo)致已經(jīng)提取出的油脂與有機(jī)溶劑發(fā)生其他反應(yīng)，導(dǎo)致油脂提取率降低。因此，從節(jié)約能源的角度考慮，將提取時(shí)間1.5 h作為中間值進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

按表1的正交因素水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步作方差分析，結(jié)果見表4。

由表3可以看出，直觀最優(yōu)組合為A2B3C1，在該組合下的油脂提取率達(dá)到（91.23±0.40）%，各因素的極差大小順序?yàn)镽B＞RA＞RC，即對油茶籽餅油脂提取率影響最大的是B因素（料液比），其次是A因素（提取溫度），C因素（提取時(shí)間）的影響最小。由表4可知，在三個(gè)因素中料液比的影響達(dá)到顯著水平，其他兩個(gè)指標(biāo)的作用不顯著。由試驗(yàn)結(jié)果得到脫色條件的最優(yōu)組合為A2B3C2，與直觀組合不一致，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)后，A2B3C2的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果為（90.62±0.85）%，將其與直觀最優(yōu)組合的結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明二者間無顯著性差異。因此，從經(jīng)濟(jì)角度考慮選擇A2B3C1組合為最佳提取工藝。因此，油茶籽餅油脂提取的最佳條件為：提取溫度為40℃、油茶籽餅和溶劑的比例為1∶3、提取時(shí)間為1 h。

圖3 提取時(shí)間對油茶籽餅油脂提取率的影響Figure 3 Effect of extraction time on oil extraction rate

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of orthogonal test

表4 正交試驗(yàn)方差分析Table 4 ANOVA on orthogonal test result

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)中以油茶籽餅為原料，通過單因素和正交試驗(yàn)，結(jié)果表明，提取油茶籽油的最佳工藝條件為：在提取1次情況下，提取溫度為40℃，物料與正己烷溶劑的料液比為1∶3（g∶mL），提取時(shí)間為1 h。在此工藝條件下，油茶籽油的油脂提取率達(dá)到（91.23±0.40）%。馬力等[6]以石油醚作為提取溶劑所得油茶餅粕的最佳提取條件為：浸提溫度為60℃，提取時(shí)間為5 h，料液比為1∶9（g∶mL），與本文的工藝條件在浸取溫度、提取時(shí)間、料液比上均不同，可能是由于該文獻(xiàn)中使用的提取劑為石油醚所致。易笑生等[7]以正丁醇作為提取溶劑，在浸提次數(shù)為4次、料液比為：1∶1.36（g∶mL）、溫度為80℃、浸提時(shí)間為2.57 h條件下，油茶餅粕中茶油的提取率為（92.88±1.41）%。唐祚姣等[8]以乙醇作為提取劑提取茶餅中殘油的最佳工藝為：乙醇體積分?jǐn)?shù)為95%、液料比為1∶10（g∶mL）、浸提溫度為92℃、浸提時(shí)間為3 h、提取次數(shù)為2次。胡平平等[9]用石油醚作為浸提溶劑的最佳工藝條件為：在提取溫度為60℃、料液比為1∶8（g∶mL）、提取時(shí)間7 h的浸提條件下，可以從油茶籽餅中提取出8.72%的油脂，由于未說明油脂的提取率，不做比較。由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，使用不同的工藝條件，提取結(jié)果不同。從已有文獻(xiàn)可以看出，在油茶籽餅的提取工藝上提取溫度均在60℃以上，溫度較高，提取時(shí)間較長，從而提高了生產(chǎn)成本。而本文中雖然在使用溶劑方面有不足，但是從提取工藝上不論是溶劑成本還是能源消耗以及時(shí)間成本均有明顯優(yōu)勢。而從溶劑與油脂的接觸時(shí)間、溶劑本身的安全性以及油脂生產(chǎn)工廠設(shè)備限制等問題考慮，工廠化安全節(jié)能油脂浸提工藝有待更進(jìn)一步的探索。