唐祚姣，楊超，董新榮，周寶磊，李艷

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128）

乙醇-水微波輔助提取油茶餅殘油的研究

唐祚姣，楊超，董新榮*，周寶磊，李艷

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128）

摘 要：研究了以乙醇-水為溶劑微波輔助提取油茶餅中殘油的方法。通過(guò)乙醇濃度、微波功率、反應(yīng)時(shí)間、料液比等單因素實(shí)驗(yàn)和正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法探討油茶餅中殘油提取的影響因素。得到最佳提取條件為：乙醇濃度95%，微波功率320 W，微波處理時(shí)間10 min，料液比1∶10（g/mL），此條件下一次提取殘油的收率達(dá)5.57%。此法提取油茶餅殘油收率高，提取時(shí)間短，方法簡(jiǎn)單可行。

關(guān)鍵詞：油茶餅；殘油；提?。晃⒉ㄝo助法

茶油是我國(guó)最古老的植物食用油，營(yíng)養(yǎng)豐富，其中油酸和亞油酸的含量在80%以上[1]，具有降低膽固醇、降血脂、抗氧化、抗癌、提高免疫力及預(yù)防心血管疾病等效果，有“東方橄欖油”之美稱[2-3]。我國(guó)現(xiàn)有油茶林面積400 hm2，主要分布在四川、安徽、江蘇、湖北、湖南、廣西等地，其中以湖南最多，年產(chǎn)茶油籽超過(guò)60萬(wàn)t[4]。油茶籽一般用壓榨法制備茶油[5]，壓榨后得到的渣稱為油茶餅，其中殘油的含量為5%～8%左右，具有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用的價(jià)值。目前從油茶餅中萃取殘油方法主要為6號(hào)溶劑油萃取法，該法產(chǎn)油率較高，但存在生產(chǎn)中溶劑揮發(fā)污染環(huán)境以及溶劑殘留等問(wèn)題[6]。隨著美國(guó)和歐盟對(duì)油脂浸出的有機(jī)溶劑的使用要求越來(lái)越嚴(yán)格，該法制油成本增加[7]。

近年來(lái)，人們一直在尋找替代6號(hào)溶劑油萃取油脂的溶劑，水代法、水酶法等油脂提取新方法得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[8]。水代法和水酶法在提取花生、椰子、玉米胚芽等油脂得到應(yīng)用，但由于油茶餅中含有較高含量的茶皂素，且殘油較低，這兩種方法在提取油茶餅中殘油過(guò)程中易發(fā)生乳化現(xiàn)象，使進(jìn)一步分離的難度加大[9]。異丙醇被一些研究者用以替代6號(hào)溶劑油用于萃取大豆、谷糠中的油脂[10-11]，但異丙醇仍然存在較大的毒性問(wèn)題。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些新技術(shù)如超聲波法、微波輔助法等逐漸用于天然產(chǎn)物的提取與分離的研究中。微波輔助提取法具有穿透力強(qiáng)、溶劑用量少、萃取時(shí)間短、提取率高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)廣泛用于天然產(chǎn)物有效成分的提取研究中[12]。采用乙醇-水為溶劑，微波輔助的方法提取油茶餅中的殘油，以期為油茶餅中殘油的利用提供新的提取方法。

1 材料與方法

1.1 原料和試劑

油茶餅，湖南某廠提供；石油醚（60℃～90℃），95%乙醇，均為分析純?cè)噭?/p>

1.2 主要設(shè)備

MCR-3微波化學(xué)反應(yīng)器：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；AX-200型萬(wàn)分之一電子天平：日本Shimadzu Philippines公司。

1.3 方法

1.3.1 油茶餅水分與殘油含量的測(cè)定

按照GB/T 14489.1-1993《油料水分及揮發(fā)物含量測(cè)定法》[13]和GB/T 14488.1-1993《油料種籽含油量測(cè)定法》[14]分別測(cè)定油茶餅的水分和殘油含量。

1.3.2 微波提取單因素實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取粉碎的油茶餅10 g，分別考察乙醇濃度（60%、70%、80%、90%、95%）、微波功率（80、160、240、320、400、480 W）、提取時(shí)間（5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 min）、料液比（1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12 g/mL）、提取次數(shù)（1次、2次、3次）對(duì)殘油提取收率的影響。提取液過(guò)濾后收集濾液，減壓濃縮至浸膏，加20 mL石油醚超聲溶解油脂，收集石油醚液，減壓濃縮，得殘油粗品，計(jì)算殘油的收率。

1.3.3 微波提取正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，以探討微波輔助提取油茶餅中殘油的最佳工藝條件，因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交因素表Table 1 Orthogonal factor table

1.3.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取樣品10 g，以正交試驗(yàn)優(yōu)化所得工藝參數(shù)下，進(jìn)行三平行的驗(yàn)證試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 國(guó)標(biāo)法測(cè)定油茶餅中含油量

國(guó)標(biāo)GB/T 1488.1-1993油料種籽含油量測(cè)定法測(cè)定油茶籽的油脂含量時(shí)，要求原料的水分少于10%。按照GB/T 14489.1-1993油料水分及揮發(fā)物含量測(cè)定法測(cè)定本實(shí)驗(yàn)用油茶餅含水量為16.01%，RSD=0.27（n=3）。按照國(guó)標(biāo)GB/T 14488.1-1993方法測(cè)得本實(shí)驗(yàn)用油茶餅中含油率為6.21%，RSD=2.25（n=3）。

2.2 提取油茶餅殘油的單因素試驗(yàn)

2.2.1 乙醇濃度對(duì)殘油收率的影響

準(zhǔn)確稱取10 g油茶餅粉末，在微波功率為240 W，加熱時(shí)間為 7.5 min，料液比為 1∶8（g/mL），提取一次的條件下，分別考察了60%、70%、80%、90%、95%的乙醇對(duì)萃取油茶餅殘油效率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 乙醇濃度對(duì)茶油餅中殘油收率的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction rate of residual oil

由圖1可看出，當(dāng)乙醇濃度小于70%時(shí)，隨著乙醇濃度的增加，油茶餅殘油的浸提收率增加緩慢；當(dāng)乙醇濃度大于70%時(shí)，油茶餅殘油浸提收率上升較快。乙醇濃度越高，越有利于溶劑與油脂接觸將其提取出來(lái)，因此選擇95%的乙醇做為萃取溶劑。

2.2.2 微波功率對(duì)殘油收率的影響

準(zhǔn)確稱取10 g油茶餅粉末，在乙醇濃度為95%，加熱時(shí)間為 7.5 min，料液比為 1∶8（g/mL），提取一次的條件下，分別考察了微波功率為80、160、240、320、400、480 W對(duì)油茶餅殘油收率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 微波功率對(duì)茶油餅中殘油收率的影響Fig.2 Effect of microwave power on extraction rate of residual oil

由圖2可知，當(dāng)微波加熱功率小于160 W時(shí)，油茶餅中殘油提取的收率上升較快，因?yàn)槲⒉ㄖ苯幼饔糜诩?xì)胞內(nèi)的細(xì)胞質(zhì)和溶劑，隨著微波輻射功率的增加，引起其瞬間快速加熱，細(xì)胞膨脹至破裂的速度增快，收率增加較快；當(dāng)微波功率達(dá)到320 W后，功率增加時(shí)油茶餅中殘油的提取收率增加幅度緩慢；但當(dāng)微波功率大于400 W時(shí)，收率反而降低，可能是因?yàn)槲⒉üβ蔬^(guò)大時(shí)，反應(yīng)激烈，溶劑爆沸，甚至沖出冷凝管，引起收率下降。由于在320 W與400 W條件下，殘油收率比較接近，因此本實(shí)驗(yàn)選用微波功率較小的320 W為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的條件。

2.2.3 時(shí)間對(duì)殘油收的影響

準(zhǔn)確稱取10 g油茶餅粉末，在乙醇濃度為95%，微波功率為320 W，料液比為1∶8（g/mL），提取一次的條件下，分別考察了微波輻射時(shí)間為5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 min對(duì)油茶餅中殘油收率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 時(shí)間對(duì)油茶餅中殘油收率的影響Fig.3 Effect of extraction time on extraction rate of residual oil

由圖3可知，隨著微波輻照時(shí)間的增長(zhǎng)，油茶餅殘油的收率逐漸增加。當(dāng)處理時(shí)間在10 min以內(nèi)時(shí)，油茶餅中殘油的提取收率上升較快。這是因?yàn)殡姶挪ò涯芰恐苯觽鞑サ接筒栾炘鼉?nèi)部，加熱時(shí)間太短，殘油浸出不充分，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，殘油浸出越充分；當(dāng)微波處理時(shí)間為10 min～15 min時(shí)，油茶餅殘油的收率基本保持不變。綜合考慮殘油收率與生產(chǎn)成本，選擇微波輔助萃取時(shí)間為10 min。

2.2.4 料液比對(duì)殘油收率的影響

準(zhǔn)確稱取10 g油茶餅粉末，在乙醇濃度為95%，微波功率為320 W，加熱時(shí)間為10 min，提取一次的條件下，分別考察了料液比為 1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12（g/mL）對(duì)浸取油茶餅殘油收率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 料液比對(duì)油茶餅中殘油收率的影響Fig.4 Effect of liquid to solid ratio on extraction rate of residual oil

由圖4可知，隨著料液比的增加，微波輔助提取油茶餅中殘油的收率逐漸增加。料液比低于1∶10（g/mL）時(shí)，殘油提取的收率上升較快，這是因?yàn)橐掖加昧康脑黾樱黾恿擞筒栾炛杏椭c乙醇的接觸幾率，有助于油脂分子在溶劑中的擴(kuò)散，茶油在乙醇和茶油餅細(xì)胞中的濃度差增大，更容易滲透出來(lái)；當(dāng)料液比高于1∶10（g/mL）時(shí)，油茶餅殘油的提取收率增加緩慢，由于料液比增大到一定值后，油茶餅中油脂的含量有限，因而油脂收率趨于穩(wěn)定。綜合考慮生產(chǎn)成本等因素，本實(shí)驗(yàn)選擇料液比為1∶10（g/mL）進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

2.2.5 提取次數(shù)對(duì)殘油收率的影響

準(zhǔn)確稱取10 g油茶餅粉末，在乙醇濃度為95%，微波功率為320 W，加熱時(shí)間為10 min，料液比為1∶10（g/mL）的條件下，考察了提取次數(shù)對(duì)油茶餅中殘油提取收率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：油茶餅經(jīng)一次提取，殘油的收率為4.86%；其渣經(jīng)第2次提取時(shí)，殘油收率為0.64%；渣經(jīng)第3次提取時(shí)，殘油收率為0.00%。油茶餅中的殘油經(jīng)兩次微波輔助提取的收率達(dá)到5.50%，而一次提取時(shí)殘油的收率達(dá)達(dá)到3次提取總和的88.36%，即油茶餅中的殘油經(jīng)一次微波輔助提取具有較高的收率。因此綜合考慮生產(chǎn)成本因素，實(shí)際生產(chǎn)中只需要提取一次。

2.3 殘油提取的正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取乙醇濃度（A）、微波功率（B）、微波時(shí)間（C）、料液比（D）4個(gè)因素，進(jìn)行L9（34）的正交試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The results of orthogonal experimental

由表2可看出，影響油茶餅中殘油微波輔助提取收率的因素按影響程度由大到小排列為A＞D＞C＞B，即乙醇濃度對(duì)殘油收率影響最大，其次是料液比，然后為微波加熱時(shí)間，影響最小的是微波功率。由于微波功率對(duì)殘油收率的影響最小，生產(chǎn)中可用較小的功率加熱以降低成本。得到微波輔助提取的最優(yōu)工藝條件為：A3B2C3D3，即乙醇濃度為95%，微波加熱功率為320 W，加熱時(shí)間為 12.5 min，料液比為 1∶10（g/mL）。

2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為了考察實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方案對(duì)油茶餅殘油提取的效果，以最優(yōu)工藝條件，即在乙醇濃度為95%，微波加熱功率為 320 W，加熱時(shí)間為 12.5 min，料液比為 1∶10（g/mL）進(jìn)行了3種不同油茶餅原料中殘油的提取實(shí)驗(yàn)，每種原料進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Optimization scheme experimental results

由表3可知，3種油茶餅原料用微波輔助95%乙醇為溶劑提取其中的殘油的收率（一次提?。┓謩e達(dá)到國(guó)標(biāo)法所測(cè)定的殘油含量的89.7%、91.5%及87.5%，平均為89.9%?？偟膩?lái)說(shuō)殘油提取效果較好，但也存在因原料中水分含量的差異，導(dǎo)致殘油提取收率有高低，即原料水分含量低，殘油提取收率高，生產(chǎn)中可考慮先干燥再提取殘油。

3 結(jié)論

對(duì)微波輔助含水乙醇為溶劑提取油茶餅中殘油的影響因素進(jìn)行了優(yōu)選，最優(yōu)工藝條件為：乙醇濃度95%，微波加熱功率320 W，微波輔助提取時(shí)間12.5 min，料液比1∶10（g/mL）。并以此優(yōu)化條件進(jìn)行了3種油茶餅原料中的殘油的提取試驗(yàn)，結(jié)果表明：經(jīng)一次提取殘油的收率達(dá)到國(guó)標(biāo)法所測(cè)定的茶油餅中殘油含量的90%。該法提取時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單方便，具有替代6號(hào)溶劑油萃取油茶餅中殘油的前景。但為了考察殘油收率，后續(xù)處理過(guò)程中使用了少量6號(hào)溶劑油為溶劑萃取乙醇提取物的方法，下一步將繼續(xù)研究乙醇－水提取油茶餅中殘油的精制方法，以期為油茶餅中殘油的利用提供了一種全新的工藝。

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Study on Microwave-assisted Extraction of Residual Oil in Defatted Cake of Camellia

Using Ethanol-water as Solvent TANG Zuo-jiao，YANG Chao，DONG Xin-rong*，ZHOU Bao-lei，LI Yan

（College of Science，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，Hunan，China）

Abstract：The method for microwave-assisted extraction of residual oil in defatted cake of camellia using ethanol-water as solvent was investigated.The effect of ethanol concentration， microwave power， heating time and solid-to-liquid rate on extraction rate of oil were studied in detail by single-factor experiments and orthogonal experiments.The optimum conditions were obtained as follows： the concentration of ethanol was 95%，microwave power is 320 W，heating time is 10 min，solid to liquid ratio was 1∶10.Under the optimum conditions，the yield of oil was 5.57%，which gets closed to the result of soxhlet extraction using petroleum ether as solvent.This method for extraction of residual oil in defatted cake of camellia was simple and effective.

Key words：defatted cake of camellia；residual oil；extraction；microwave-assisted method

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.06.008

唐祚姣（1987—），女（漢），碩士研究生，研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)。

董新榮（1963—），男（漢），教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事有機(jī)合成化學(xué)及天然產(chǎn)物化學(xué)方面的研究工作。

2012－08－19