不同前處理對亞麻籽出油率及亞麻籽油品質影響研究

李應霞 韓玉澤 王興瑞 陳昀昀 王進英,2

(青海大學農牧學院1，西寧 810016)(青海大學三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室2,西寧 810016)

亞麻是一種古老的作物，屬亞麻科、亞麻屬一年生或多年生草本植物[1]。亞麻是重要的油料作物，外觀黃色、透明，其中亞麻酸質量分數高達40%～60%[2]。因亞麻籽油中含有豐富的亞麻酸、木酚素、亞麻籽膠、膳食纖維和蛋白質等營養成分[3，4]，對人體有重要的保健作用，如降低血脂和膽固醇，預防心臟病、高血壓、動脈硬化、糖尿病等[5，6]。青海是亞麻的主要種植地之一，近年來，根據青海省農業結構調整的戰略部署，開始大面積種植亞麻[7]。目前亞麻油的提取工藝包括壓榨法、溶劑浸提法、超臨界萃取法和酶法[8]。其中壓榨法、浸出法是食用油的基本制作工藝。壓榨法是靠物理壓力將油脂直接從油料中分離出來，分為熱榨法和冷榨法。壓榨全過程不涉及任何化學添加劑。冷榨法則在自然條件下直接加工，能夠保證產品的安全、衛生，天然營養不受破壞，但油的色澤較暗。溶劑法操作簡單，溶劑可以回收，生產成本較低，是理想的加工方式，但是存在溶劑殘留問題[9]。

在油料種子中，油脂以脂蛋白、脂多糖等復合體的形式存在。為了提高提油效率，需要破壞細胞壁，所以，對原料進行前處理非常必要。脫膠前處理的方法有很多，目前已投入實際生產的主要是水化脫膠，其脫膠效果明顯，但水化脫膠會影響亞麻籽油的品質。焙炒前處理后，雖然亞麻籽的出油率有所提高，但亞麻籽油的過氧化值和酸價變化較快，穩定性較差。濕熱法又叫蒸汽加熱法，是在干熱法的基礎上通入熱的蒸汽來處理原料。濕熱法是利用水的良好導熱性，來增加原料的溫度并加快其導熱速率，其優點是加熱速度快，原料受熱相對比較均勻。賈雪峰等[10]的研究表明，熱風干燥、真空干燥、微波干燥和真空冷凍干燥四種干燥方式中，微波干燥處理后出油率最高，真空冷凍干燥處理后植物油的飽和脂肪酸含量較低，而不飽和脂肪酸含量較高。鄧博心[11]的研究表示，紅外、微波和烘箱三種烘烤技術中，紅外和微波的烘烤效率最高，而紅外烘烤過程最溫和且出油率最高，植物油的品質也最好，因此，通過比較可以確定紅外為最佳烘烤方式。

目前，亞麻籽的研究主要集中在油脂提取和工藝優化方面，對亞麻籽前處理的研究相對較少。鞠陽等[12]研究發現微波預處理芝麻籽可顯著提高芝麻油的出油率，而關于前處理方式對亞麻籽出油率及油脂品質影響等卻鮮有報道。本研究采用響應面分析法優化亞麻籽油的提取條件，同時研究脫膠、焙炒、濕熱、冷凍干燥、烘烤5種前處理對亞麻籽出油率及油脂品質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

亞麻籽：產自青海省互助縣，顆粒新鮮、飽滿，為當年產油料。石油醚(沸程為60～90 ℃)、氫氧化鉀、95%乙醇、酚酞、三氯甲烷、冰乙酸、可溶性淀粉、碘化鉀、硫代硫酸鈉，均為分析純。

1.2 儀器與設備

SZC-D脂肪測定儀，HH-6數顯恒溫水浴鍋，YM75立式壓力蒸汽滅菌鍋，CS55-9冷凍干燥機，QE-400克萬能粉碎機。

1.3 方法

1.3.1 亞麻籽油提取工藝

將亞麻籽進行清理、分揀等除去雜質、雜種、碎殼、霉變籽等；亞麻籽經粉碎得亞麻籽粉，裝入廣口瓶備用；稱取適量亞麻籽粉裝入濾紙筒中，用脫脂線捆扎，待測。脂肪測定儀先通冷凝水后開電源，設定溫度，預熱；將濾紙筒放入樣品架內，再放入鋁杯內，向鋁杯中內倒入適量石油醚；將鋁杯放在加熱板上，壓下壓桿并鎖住，浸泡、抽提、溶劑回收后，關閉電源和冷凝水。如果鋁杯里還有殘留的石油醚，可以放在烘箱里，使溶劑完全揮發，得到亞麻籽油。

亞麻籽出油率的計算：

式中：X為亞麻籽出油率/%；m為亞麻籽的質量/g；m0為鋁杯的質量/g；m1為亞麻籽油和鋁杯的質量/g。

1.3.2 前處理方法

脫膠法：熱水浸泡法脫除亞麻籽表面膠體，浸泡溫度為65 ℃、浸提時間為30 min、物料與水的比例為1∶10(g/mL)，脫膠2次[13]，過濾之后平鋪于烘箱中，65 ℃熱風干燥至含水量小于3%。

焙炒法：將亞麻籽置于電磁爐上，在100 ℃下翻炒3 min[14]。

高壓高溫濕熱法：將亞麻籽置于滅菌鍋中，在121 ℃下處理15 min[15]。之后用烘箱干燥至含水量小于3%。

冷凍干燥法：先將亞麻籽置于-7 ℃冰箱中預凍17 h，再置于冷凍干燥機中處理7 h[16]。干燥至水分含量小于3%。

烘烤法：將亞麻籽置于遠紅外電熱食品烤爐中，在100 ℃下處理30 min。

1.3.3 亞麻籽油理化指標的測定

過氧化值的測定參照GB 5009.227—2016；酸價的測定參照GB 5009.229—2016。

1.4 數據處理

采用 SPSS 18.0 對數據進行差異顯著性分析；用Origin 2018軟件統計分析數據并繪圖；用Design-Expert V10.0.7軟件分析得出亞麻籽油提取的最優條件；各實驗重復3次。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 料液比對亞麻籽出油率的影響

固定抽提溫度為70 ℃，抽提時間為8 h，分別以料液比0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 g/mL進行實驗，探究不同料液比對亞麻籽出油率的影響。結果如圖1所示，隨著料液比的增加，出油率先逐漸增加后迅速下降，料液比在0.06 g/mL時出油率最高。其原因可能是鋁杯空間有限，單次樣品的質量會影響亞麻籽與有機溶劑的傳質速率，進而影響亞麻籽油在溶劑中的溶解效率。料液比較低時，石油醚對亞麻籽油的提取率低；料液比過高時，鋁杯內亞麻籽與石油醚接觸面積受限，亞麻籽油不能在特定時間內完全浸出，因此計算后出油率結果降低[17]。

圖1 料液比、抽提溫度、抽提時間對亞麻籽出油率的影響

2.1.2 抽提溫度對亞麻籽出油率的影響

固定料液比為0.06 g/mL，抽提時間為8 h，分別以抽提溫度60、65、70、75、80 ℃進行實驗，探究不同抽提溫度對亞麻籽出油率的影響，結果見圖1。溫度在60～70 ℃時，亞麻籽出油率在不斷上升，原因可能是溫度升高，促進分子間的熱運動，加快溶劑滲透和油脂浸出；溫度在60～65 ℃時所測得出油率較低，其原因可能是溫度較低，回流速度慢，所以脂肪萃取量少；75～80 ℃時出油率逐漸下降的原因可能是溫度太高，石油醚揮發太快，冷凝不充分，導致出油率下降[18]。

2.1.3 抽提時間對亞麻籽出油率的影響

固定料液比為0.06 g/mL，抽提溫度為75 ℃，分別以抽提時間5、6、7、8、9 h進行實驗，探究不同抽提時間對亞麻籽出油率的影響，結果見圖1。隨著提取時間的延長，亞麻籽的出油率逐漸增加，抽提時間為8 h時出油率最高，達到了32.37%。這是由于當抽提時間達到8 h時，亞麻籽油已完全溶出，延長提取時間已不能明顯提高出油率，且既浪費時間，又浪費試劑。趙會芳[19]在索氏抽提法測定花生脂肪含量的方法改進中指出，適當延長浸泡時間，會縮短抽提時間，而且浸泡過程中無需管理，減少石油醚的揮發，提高回收率，節約資源。因此，確定最佳抽提時間為8 h。

2.2 響應面優化實驗

根據單因素實驗結果，選取料液比A、抽提溫度B和抽提時間C三個因素為自變量，以亞麻籽出油率為響應值，設計并進行三因素三水平響應面優化實驗，因素水平見表1，響應面實驗設計及結果見表2，方差分析見表3。

表1 響應面分析因素及水平編碼

由表3中方差分析數據顯示，模型的失擬項不顯著(P=0.055 2>0.05)，而模型極顯著(P=0.000 2<0.01)，且模型的相關系數為R2=0.969 0，表明模型相關度比較好。由P值可知，實驗所選擇的抽提溫度對結果的影響顯著(0.01

擬合回歸方程為：Y(亞麻籽出油率)=32.5-0.58A+0.76B-0.035C-0.7AB+0.4AC-0.53BC-2.96A2-2.34B2-3.44C2

在所選取的各因素水平范圍內，根據表3中F值的大小可以判斷各因素對亞麻籽出油率影響的強弱，F值越大，影響作用越強，因此各因素對亞麻籽出油率影響程度大小依次為：抽提溫度>料液比>抽提時間。

表2 響應面實驗方案及結果

表3 Box-Behnken實驗方差分析

2.3 各因素交互作用的響應曲面和等高線分析

根據亞麻籽出油率的回歸方程，運用響應面優化得出各因素交互作用的三維空間立體圖及等高線圖，其中響應曲面均呈凸型曲面，說明本實驗的響應值存在最大值；AB、BC的等高線均呈橢圓形，表示它們之間的交互作用較強，說明各因素之間的交互作用對亞麻籽出油率的影響較為顯著。而AC的等高線呈較為標準的圓形，表示它們之間的交互作用較弱，說明各因素之間的交互作用對亞麻籽出油率的影響不顯著。

2.4 驗證實驗

經響應面回歸分析得到的最佳提取工藝條件為料液比0.058 g/mL、抽提溫度70.9 ℃、抽提時間7.9 h，在此條件下亞麻籽油提取理論值為32.61%。為了便于實際操作，將最佳工藝修正為料液比0.06g/mL、抽提溫度70 ℃、抽提時間8 h，在修正條件下，驗證實驗測得亞麻籽油提取率為32.05%，與理論值較為吻合。因此，采用響應面Box-Behnken實驗優化得到的亞麻籽油提取的工藝條件準確可靠。

2.5 不同前處理對亞麻籽出油率的影響

由圖2可知，前處理方式對亞麻籽出油率有顯著性影響。在響應面優化條件下，經過焙炒法、高壓高溫濕熱法、烘烤法前處理后亞麻籽的出油率均有所提高，其中焙炒法前處理時亞麻籽出油率為35.82%，效果最好，作用時間也最短，其次為高壓高溫濕熱法、烘烤法、冷凍干燥法，脫膠法前處理時亞麻籽出油率最低，為25.10%。原因可能是脫膠處理進行不完全，脫膠率只有71.40%，亞麻籽表面殘留的膠層對制油過程產生了不利影響，一定程度上抑制了亞麻籽的出油率，而且在脫膠過程中會損失少量油脂，但是可以有效降低亞麻籽中生氰糖苷含量，有利于亞麻籽在食品行業中的進一步應用。焙炒處理不僅會破壞其細胞壁，促進分子運動，有利于蛋白質變性和油體凝聚，進而改善油脂的流動性，從而可獲得較高的出油率[20]。烘烤處理時，隨著溫度的升高，原料中的蛋白質變性，破壞了油脂和蛋白的精密結合狀態，聚集的油脂充分外露，同時細胞壁的滲透性增加，使得油脂易流出，出油率隨之升高[21]。高壓高溫濕熱法可以使亞麻籽蛋白質變性、結構疏松，便于油脂釋放，同時有害物質得到鈍化，不僅可以改善油脂品質還能提高亞麻籽出油率。冷凍干燥處理能夠減少有害物質的產生，減少揮發性成分的損失，能夠提高亞麻籽油的品質，但出油率沒有明顯變化。

圖2 不同前處理對亞麻籽出油率的影響

2.6 不同前處理方法對亞麻籽油品質的影響

提油前對油料進行適當的處理，其目的在于破壞油料的細胞壁結構，提高出油效率，但可能會影響油脂營養品質。油脂過氧化值和酸價的大小是衡量其品質優劣的重要指標。過氧化值可以衡量油脂的初級氧化程度，酸價可以反映油脂后期品質的好壞。

如圖3所示，與未處理相比，焙炒處理、濕熱處理、脫膠處理后亞麻籽油的酸價均有所升高，脫膠處理對亞麻籽油酸價的影響最大，達到1.35 mg/g。原因可能是脫膠處理時間過長，而且脫膠后還需要加熱干燥，長時間的熱處理使得油脂分解而產生較多的游離脂肪酸，所測得油脂酸價高于其他處理方法。烘烤處理、冷凍干燥處理后亞麻籽油的酸價變化不明顯。冷凍干燥處理后亞麻籽油的過氧化值變化不大。焙炒、濕熱和脫膠處理后亞麻籽油的過氧化值都有所增加，分別增加了39%、50%、49%。烘烤處理后亞麻籽油的過氧化值為0.003 3 g/100 g，比未處理的亞麻籽油低，品質較好。因此，以過氧化值的變化來確定不同前處理后亞麻籽油的品質穩定性依次為烘烤處理>未處理>冷凍干燥處理>焙炒處理>脫膠處理>濕熱處理。

圖3 不同前處理對亞麻籽油品質的影響

對亞麻籽油進行品質分析發現，烘烤前處理后亞麻籽油的過氧化值和酸價略有下降，此結果與易志[22]的亞麻籽油貯藏穩定性中描述的略有不同。原因可能是植物油的穩定性會隨著烘烤溫度的增加和時間的延長而逐漸降低，但是在低溫(60～100 ℃)下烘烤20 h以內，所得到的油脂仍具有較強的氧化穩定性，即使在150 ℃下烘烤相當長時間，其氧化穩定性仍然較高[23]。而且楊金娥等[24]在烤籽溫度對壓榨亞麻籽油品質的影響中指出亞麻籽經適當的溫度烘烤后制油，有助于增加其氧化穩定性。

3 結論

采用索氏抽提法測定亞麻籽出油率，抽提試劑為石油醚(沸程60～90 ℃)，通過響應面分析優化工藝，確定了亞麻籽油的最佳提取工藝條件為：料液比0.06(g/mL)、抽提溫度70 ℃、抽提時間8 h，此條件下亞麻籽的出油率最高，為32.50%。脫膠、焙炒、濕熱、冷凍干燥、烘烤前處理后，亞麻籽出油率最高的是焙炒法，出油率最低的是脫膠法，其出油率順序為：焙炒>濕熱>烘烤>冷凍干燥>脫膠。前處理對亞麻籽油理化指標有一定的影響，烘烤處理后亞麻籽油的酸價和過氧化值略有降低，品質較好，其他前處理后均有升高，其中脫膠處理后酸價和過氧化值升高最明顯，冷凍干燥處理對亞麻籽油的酸價和過氧化值影響不大。