水代法提取鮮果茶籽油的工藝優化及其品質分析

黃閃閃 吳蘇喜，2 聶楷峰

（1．長沙理工大學化學與生物工程學院，湖南 常德 410114；2．湖南博邦農林科技股份有限公司，湖南 常德 415700；

3．湖南貴太太茶油科技有限公司，湖南 長沙 410152）

茶籽油又稱山茶油，素有“東方橄欖油”的美譽。茶籽油不飽和脂肪酸含量高達90%，且含有VE、角鯊烯等多種功能成分［1］，可以有效預防冠心病、高血壓等心血管疾?。?－4］。

茶籽油的生產方法主要有壓榨法和浸出法。但是，壓榨法的動力消耗大，高溫壓榨法還可能破壞茶籽油中的天然活性營養成分；浸出法不僅對生產環境和油脂產品帶來一定的安全隱患，而且浸出工藝復雜、得到的毛油品質差［5］。因此，油茶籽的綠色低溫節能制油新技術受到追捧。水代法是一種利用水與蛋白質等親水物質的親和力比油與蛋白質等親水物質的親和力大、讓水分進入油料細胞而取代出油脂的工藝方法，符合安全、營養、綠色的要求，對環境污染少、生產成本低，特別是得到的毛油品質好［6］。水代法在芝麻油、核桃油和花生油等高含油油料的制油生產中得到了廣泛的應用［7－9］。關于水代法應用在茶籽油提取上的研究雖然也有一些報道［10，11］，但是傳統水代法提取茶籽油一般需要對油茶籽進行干燥，有時甚至需要150 ℃左右的高溫烘烤［12］。而干燥或高溫烘烤工藝步驟不僅增大了能源消耗和勞力成本，而且還容易破壞油茶籽中的VE、角鯊烯等生物活性成分，且還可能導致毛油中苯并（a）芘含量超標。本研究擬直接以高水分含量的油茶籽鮮果為材料，采用水代法提取鮮果茶籽油并利用響應面法優化工藝條件，再對優化條件下得到的鮮果茶籽油進行理化指標分析，從而確定水代法提取鮮果油茶籽油的可行性，為水代法提取油茶籽油的工業化應用提供參考。

1 材料與方法

1．1 材料

油茶籽鮮果：采自長沙理工大學油茶種植園。攤放在室內2d讓茶蒲自然裂開，然后手工去蒲脫殼，得到鮮果茶籽仁，經超微粉碎后得到粒度20～100μm 的茶籽仁粉，備用。

1．2 儀器

高速萬能粉碎機：FW100 型，天津市泰斯特儀器有限公司；

數顯pH 計：PHS－25型，梅特勒—托利多（上海）儀器有限公司；

數顯恒溫油浴鍋：HH－S型，江蘇金壇金城國勝實驗儀器廠；

低速大容量離心機：DL－5－B型，上海安亭科學儀器廠。

1．3 試驗方法

1．3．1 茶籽油的提取

鮮果茶籽仁→粉碎→調漿→糊化→浸提→離心分離→清油

稱取鮮果茶籽仁粉約500g，按照設定的液料比（m∶m）加入一定pH 值的水溶液進行調漿，然后加熱料漿至90 ℃進行糊化處理一段時間，再在適當溫度下恒溫攪拌浸提一段時間，經離心分離后得到清亮的油茶籽油，按式（1）計算提油效率。

1．3．2 油料和油脂主要理化指標檢測

（1）油料含油量測定：按GB／T 10359—2008 中的石油醚提取法執行；

（2）油料水分含量：按GB／T 5528—2008中的105 ℃恒重法執行；

（3）VE含量的測定：按GB／T 5009．82—2003中的高效液相色譜法執行；

（4）角鯊烯的測定：氣相色譜法［13］；

（5）苯并（a）芘的測定：反相高效液相色譜法［14］。

1．3．3 單因素試驗

（1）液料比對提油效率的影響：將鮮果茶籽仁粉分別按不同的液料比與水混合，攪拌均勻，用食用級磷酸調節pH值至4．5，在90℃條件下糊化處理15min，降溫至80℃后恒溫攪拌浸提2h，經離心分離得到清油。利用式（1）計算出不同液料比條件下的提油效率。

（2）pH 值對提油效率的影響：在液料比5∶1（m∶m）、90 ℃下糊化15min、浸提溫度80 ℃及浸提時間2h的工藝條件下，考察pH 值對油茶籽提油效率的影響。

（3）糊化時間對提油效率的影響：在液料比5∶1（m∶m）、pH 4．5、90℃下糊化不同時間、浸提溫度80℃及浸提時間2h的工藝條件下，考察糊化時間對茶籽油提油效率的影響。

（4）浸提時間對提油效率的影響：在液料比5∶1（m∶m）、pH 4．5、90 ℃下糊化20 min、浸提溫度80 ℃的工藝條件下，考察浸提時間對油茶籽提油效率的影響。

（5）浸提溫度對提油效率的影響：在液料比5∶1（m∶m）、pH 4．5、90 ℃下糊化20min、浸提時間2h的工藝條件下，考察浸提溫度對油茶籽提油效率的影響。

1．3．4 數據處理 采用Design－Expert 8．0．6軟件處理試驗數據。

2 結果與分析

2．1 原料油茶籽仁質量

鮮果茶籽仁含水24．36%，含油46．46%（濕基），仁和油均未檢出苯并（a）芘。

2．2 單因素試驗

2．2．1 液料比對提油效率的影響 由圖1可知，隨著液料比從3∶1（m∶m）逐漸增加至5∶1（m∶m），提油效率呈明顯的增加趨勢；當液料比從5∶1（m∶m）增加至7∶1（m∶m）時，提油效率增加緩慢且趨于平穩。這是因為：當液料比過低，料漿吸水不足時，不利于細胞內油脂分子被取代出來，且漿渣黏度大，油分子不易從蛋白乳狀體系中分離出來；而隨著液料比的增大，料漿中親水物質吸水增加，不僅加快替換出油，并且漿渣的黏度降低而有利于油脂分離出來；當液料比達到一定大小后，親水物質吃足了水，能夠被取代出來的油脂量達到了最大，此時再增大液料比不僅不會增大油脂的取代量，反而增大廢水量。因此，選取液料比為5∶1（m∶m）。

圖1 液料比對提油效率的影響Figure1 Effect of different liquid to material ratio on camellia oil extraction efficiency

2．2．2 pH 值對提油效率的影響 由圖2可知，在pH 3．5～4．5時，隨著pH 值的升高，提油效率逐漸升高；在pH 4．5處，提油效率最高；在pH 4．5～5．5時，提油效率隨pH 值的增大而呈下降趨勢。這種pH 值對提油效率的影響可能與蛋白質的等電點有關，因為在等電點處的蛋白質分子與油分子間發生乳化現象的程度最輕，有利于油脂的釋放，而植物蛋白質的等電點一般在pH 4．5左右，因此，pH 4．5處的提油效率最高。

圖2 pH 值對提油效率的影響Figure2 Effect of different solution pH on camellia oil extraction efficiency

2．2．3 糊化時間對提油效率的影響 糊化是指對含有淀粉的物系進行加熱處理而使淀粉熟化變性的過程。糊化可以破壞油茶籽的細胞結構，便于油茶籽細胞內部的油脂釋放出來。試驗結果表明，水代法提取茶籽油工藝中若無糊化這一步驟，其提油效率將降低10%左右。由圖3可知，糊化時間在10～25min時，隨著糊化時間的延長，提油效率呈明顯的增加趨勢；糊化時間在25～30 min時，提油效率增加緩慢，趨于平穩。為節約能源，選取糊化時間為25min。

圖3 糊化時間對提油效率的影響Figure3 Effect of different gelatinization time on camellia oil extraction efficiency

2．2．4 浸提時間對提油效率的影響 由圖4可知，在0．5～2．0h時，隨著浸提時間的延長，提油效率明顯升高。浸提時間達到2h后，其提油效率幾乎不變，因此確定浸提時間為2h。

圖4 浸提時間對提油效率的影響Figure4 Effect of different extracting time on camellia oil extraction efficiency

圖5 浸提溫度對提油效率的影響Figure5 Effect of different extracting time on camellia oil extraction efficiency

2．2．5 浸提溫度對提油效率的影響 由圖5可知，在50～80℃時，隨著浸提溫度的升高，提油效率基本上呈線性增大；浸提溫度為80～90 ℃時，提油效率基本不變。這可能由于熱效應加速了分子熱運動，使得傳質作用增強［15］而利于油脂分子的釋放；而熱效應達到最大后，油脂分子得到了最大釋放，再升高溫度自然不會再提高提油效率，反而增大能耗。因此，選取80 ℃為適宜浸提溫度。

2．3 響應面優化試驗

2．3．1 響應面試驗設計及結果 根據單因素試驗結果，以提油效率為響應值（Y），采用中心組合設計（CCD）對影響提油效率的4個主要因素，即液料比、浸提溫度、pH 值和浸提時間，進行優化試驗，響應面試驗因素與水平選擇見表1，響應面試驗設計方案與結果見表2。

表1 響應面試驗因素與水平選擇Table1 Experimental factors and levels of response surface methodology

對表2試驗結果進行回歸擬合，得到提油效率與液料比、浸提溫度、pH 值和浸提時間之間的二次多元回歸模型：

2．3．2 模型方差分析 對該模型進行方差分析的結果見表3。由表3可知，液料比、浸提溫度、pH 值、浸提時間對提油效率都有顯著的影響，而pH 值和浸提時間的交互作用對提油效率有顯著影響?；貧w模型P＜0．000 1，表明該回歸方程線性達到了極顯著；失擬值項P＝0．598 6（＞0．05），失擬不顯著，說明該回歸方程擬合程度較好，誤差小。

2．3．3 響應面交互作用分析 水代法提取鮮果茶籽油工藝中液料比、浸提溫度、pH 值和浸提時間4個因素間的交互作用對茶籽油提取效率的影響見圖6、7。

表2 響應面試驗設計方案與結果Table2 Experimental design and results of response surface methodology

由圖6、7可知，液料比與pH 值、pH 值與浸提時間有交互作用，其中pH 值與浸提時間對提油效率的交互作用極顯著。浸提溫度是影響提油效率的最主要因素，浸提時間、pH值和液料比分別次之。

2．3．4 最佳工藝條件確定及驗證實驗 通過Design expert軟件分析，得出萃取油茶籽油的最佳工藝條件為液料比5．92∶1（m∶m），浸 提 溫 度79．7 ℃，pH 4．68，浸 提 時間2．81h，茶籽油提取效率預測值為86．24%。

表3 回歸方程的方差分析Table3 Analysis of variance of the regression equation

圖6 A 和C交互作用的響應面和等高線圖（B為70 ℃，D 為2h）Figure6 Interaction and contour of response surface for A and C（B：70 ℃，D：2h）

圖7 C和D 交互作用的響應面和等高線圖（A 為5∶1（m∶m），B為70 ℃）Figure7 Interaction and contour of response surface for C and D（A：5∶1（m∶m），B：70 ℃）

為檢驗響應面法優化水代法提取鮮果茶籽油工藝的可靠性，將上述參數取整數（即液料比為6∶1（m∶m），浸提溫度為80 ℃，pH 為4．6，浸提時間為2．8h），在此條件下進行3組平行驗證實驗，平均提油效率為85．86%，與軟件估測值86．24%基本一致。因此，采用響應面法優化出的工藝條件（液料比為6∶1（m∶m），浸提溫度為80℃，pH 為4．6，浸提時間為2．8h）是可靠的。

2．4 水代法提取鮮果茶籽油的質量分析

由表4可知，水代法提取鮮果茶籽油除酸價較高外，其余指標均可達到中國一級壓榨油茶籽油標準，尤其是苯并（a）芘含量明顯低于國標限量。此外，VE和角鯊烯含量分別達到169．8mg／kg和107．5 mg／kg，雖然低于文獻［1］中報道的超聲輔助水酶法提取的非鮮果油茶籽油中VE和角鯊烯含量（分別為204．5mg／kg和114．4mg／kg），這可能與提取時的振蕩程度以及原料果實的成熟度有關，但是不影響該新工藝成為高營養價值茶籽油的生產工藝，而且其生產成本顯然要低于超聲輔助水酶法的生產成本。酸價偏高可能與油茶籽原料成熟不夠有關系，可經簡單脫酸處理加以改善。由此可見，水代法對于提取高品質茶籽油有積極作用，尤其是對VE、角鯊烯等營養成分的保護有明顯優勢。

表4 水代法提取鮮果茶籽油的品質指標Table4 Quality indicators of fresh camellia seed oil extracted by aqueous extraction method

3 結論

以提油效率為考察指標而確定的水代法提取鮮果茶籽油最佳工藝條件為將鮮果茶籽仁粉碎到粒度20～100μm 大小后，按照液料比6∶1（m ∶m）的比例加入水，調節pH 到4．6，在90 ℃條件下糊化25 min，在80 ℃下恒溫攪拌浸提2．8h，經過離心分離后得到質量上乘的油茶籽油。此最佳工藝條件下的提油效率達到85%以上。該工藝制備的油茶籽油只需脫酸處理即可達到中國一級油質量標準，而且其VE和角鯊烯含量分別達到169．8 mg／kg和107．5 mg／kg。苯并（a）芘含量為3．38μg／kg，低于中國限量（10μg／kg），降低苯并（a）芘超標風險。由此可見，水代法完全具有從高水分鮮果油茶籽仁中高效制備高品質油茶籽油的潛力，具有工業化應用的經濟可行性。

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