余兆碩，丁宏武，唐　琦，沈　旭，蒲靈操，麻成金，2

（1.吉首大學(xué)植物資源保護(hù)與利用湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南吉首　416000；2.吉首大學(xué)食品科學(xué)研究所，湖南吉首　416000）

山核桃油提取工藝優(yōu)化及脂肪酸組成分析

余兆碩1，丁宏武1，唐琦1，沈旭1，蒲靈操1，*麻成金1，2

（1.吉首大學(xué)植物資源保護(hù)與利用湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南吉首416000；2.吉首大學(xué)食品科學(xué)研究所，湖南吉首416000）

以山核桃為原料、正己烷為溶劑，研究超聲波輔助提取山核桃油工藝條件?？疾炝颂崛r間、提取溫度、料液比和超聲波功率對山核桃油提取效果的影響。結(jié)果表明，提取山核桃油的優(yōu)化工藝條件為提取時間40 min，提取溫度35℃，料液比1∶7.8，超聲功率370 W；在此條件下，山核桃油的平均得率達(dá)到67.63%。對提取所得山核桃油進(jìn)行GC-MS分析可知，其主要不飽和脂肪酸有油酸（67.62%）、亞油酸（23.75%）、α-亞麻酸（1.53%）等。

山核桃油；超聲波輔助提?。豁憫?yīng)面法；脂肪酸組成

0　引言

山核桃（Carya cathayensis Sarg） 為胡桃科山核桃屬植物果實(shí)，又叫核桃楸、胡桃楸，屬高檔堅(jiān)果，主要分布在我國湖南、貴州、江西、浙江等省的山區(qū)［1］。山核桃仁含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、總糖、粗纖維等營養(yǎng)成分，其中粗脂肪含量在59%～72%。山核桃油中含有豐富的不飽和脂肪酸，具有預(yù)防冠心病、降低血脂等多種功效［2-4］。

目前，山核桃油脂的提取主要采用壓榨法、有機(jī)溶劑浸提法、水酶法、超臨界流體萃取等方法，尤其是超聲波、微波等輔助技術(shù)的應(yīng)用，有助于提高油脂得率和產(chǎn)品的品質(zhì)［5-8］。本試驗(yàn)以湘西山區(qū)的山核桃為研究對象，對山核桃油的提取工藝條件、理化性質(zhì)及脂肪酸組成進(jìn)行分析，并采用響應(yīng)面法優(yōu)化山核桃油的超聲波輔助提取工藝參數(shù)，旨在為山核桃油的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

山核桃，購于湖南古丈縣農(nóng)貿(mào)市場，經(jīng)測定其粗脂肪含量為68.85%。

正己烷、無水硫酸鎂、氫氧化鉀，均為國產(chǎn)分析純；甲醇、正己烷，均為國產(chǎn)色譜純。

1.2儀器與設(shè)備

7890A-5975C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國安捷倫公司產(chǎn)品；JY92-IIDN型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，寧波新芝生物科技公司產(chǎn)品；FW100型高速萬能粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；FA2004型電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；LXJ-IIB型臺式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器公司產(chǎn)品；HHW21.420-2B型精密恒溫水浴鍋，上?？坪銓?shí)業(yè)發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

1.3研究方法

1.3.1山核桃預(yù)處理

將去殼烘干后的山核桃仁進(jìn)行粉碎，過40目篩，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2工藝流程

山核桃仁→干燥→粉碎→過篩→超聲波輔助提取→離心分離→過濾→溶劑回收→干燥→山核桃毛油。1.3.3操作要點(diǎn)

準(zhǔn)確稱取10 g（精確到0.000 1 g） 山核桃粉，置于250 mL燒杯中，以正己烷（68.7℃）為浸提劑，在預(yù)設(shè)溫度下，超聲波輔助處理，提取結(jié)束后，離心、過濾、分離混合油與殘?jiān)?，少量正己烷洗滌殘?jiān)?～2次，合并濾液（混合油），蒸餾回收有機(jī)溶劑，得到山核桃毛油在105℃烘箱中干燥至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量并計(jì)算山核桃油得率。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

1.3.4山核桃粗脂肪含量測定

山核桃粗脂肪含量測定參照GB/T 14772—2008。

1.3.6單因素試驗(yàn)

在其他條件相同的情況下，分別研究提取時間（20，30，40，50，60 min）、提取溫度（30，35，40，45，50℃）、料液比（1∶5，1∶6，1∶7，1∶8，1∶9） 和超聲功率（300，360，420，480，540 W）對山核桃油得率的影響。

1.3.7優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，應(yīng)用Design Expert 8.0.5.0軟件，對提取時間、提取溫度、料液比和超聲功率4個因素進(jìn)行Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以山核桃油得率為響應(yīng)值，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行響應(yīng)面分析和工藝條件優(yōu)化，最后進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)［9-10］。

1.3.8山核桃油脂肪酸組成GC-MS分析

山核桃油甲酯化：稱取1 g油樣，置于具塞錐形瓶中，加入0.5 mol/L的KOH-甲醇溶液10 mL，混勻后置于70℃下水浴超聲波輔助處理1 h，冷卻至室溫，用20 mL色譜純正己烷萃取，靜置分層取上層液，用蒸餾水洗滌2～3次，加入無水硫酸鎂干燥脫水，最后以轉(zhuǎn)速4 500 r/min離心10 min，取上層清液置于瓶中待測。

GC條件：HP-5MSAgilent 190191S-433型石英毛細(xì)管柱（325℃，30 m×250 μm）；載氣為高純氦氣（99.999%），柱前壓69.8 kPa，柱內(nèi)載氣流量2 mL/min；80℃開始保持2 min，以10℃/min升溫到160℃，保持2 min，再以5℃/min升溫到250℃，保持5 min；樣品進(jìn)樣量1 μL；分流比80∶1。

MS條件：四級桿溫度150℃，EI離子源溫度230℃，溶劑延時4 min，電子能量70 eV，掃描范圍30～500 u。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1提取時間對山核桃油得率的影響

固定提取溫度35℃，料液比1∶8，超聲功率360 W，探討不同提取時間對山核桃油得率的影響。

不同提取時間對山核桃油得率的影響見圖1。

圖1　不同提取時間對山核桃油得率的影響

由圖1可知，提取時間小于40 min時，山核桃油得率隨提取時間的延長呈增加趨勢；當(dāng)提取時間超過40 min時，山核桃油得率趨于穩(wěn)定。因此，提取時間以40 min左右為宜。

2.1.2提取溫度對山核桃油得率的影響

固定提取時間40 min，料液比1∶8，超聲功率360 W，探討不同提取溫度對山核桃油得率的影響。

不同提取溫度對山核桃油得率的影響見圖2。

圖2　不同提取溫度對山核桃油得率的影響

由圖2可知，不同提取溫度對山核桃油得率有一定的影響。提取溫度小于35℃時，山核桃油得率逐漸增大；當(dāng)提取溫度超過35℃時，山核桃油得率開始降低，這是由于溶劑揮發(fā)所致。因此，提取溫度選擇35℃左右為宜。

2.1.3料液比對山核桃油得率的影響

固定提取時間40 min，提取溫度35℃，超聲功率360 W，探討不同料液比對山核桃油得率的影響。

不同料液比對山核桃油得率的影響見圖3。

圖3　不同料液比對山核桃油得率的影響

由圖3可知，在所設(shè)置的料液比范圍內(nèi)，隨著提取劑用量的增加，山核桃油得率明顯增大；當(dāng)料液比超過1∶8時，由于溶劑的稀釋作用，山核桃油得率趨于平穩(wěn)。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，料液比選擇在1∶8比較適宜。

2.1.4超聲功率對山核桃油得率的影響

固定提取時間40 min，提取溫度35℃，料液比1∶8，研究不同超聲功率對山核桃油得率的影響。

不同超聲功率對山核桃油得率的影響見圖4。

圖4　不同超聲功率對山核桃油得率的影響

由圖4可知，當(dāng)超聲功率小于360 W，山核桃油得率隨超聲功率的增大而提高，這主要是因?yàn)槌暪β试酱?，空化作用和機(jī)械作用越強(qiáng)烈，分子擴(kuò)散速度越大，油脂滲出越快；在超聲功率超過360 W之后，隨著超聲功率的增大，山核桃油得率趨于穩(wěn)定。因此，較適宜的超聲功率為360 W。

2.2響應(yīng)面優(yōu)化提取工藝參數(shù)試驗(yàn)

2.2.1山核桃油提取Box-Behnken中心組合試驗(yàn)及結(jié)果分析

根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，以山核桃油得率Y為響應(yīng)值，提取時間（A）、提取溫度（B）、料液比（C）、超聲功率（D）為自變量，進(jìn)行Box-Behnken中心組合試驗(yàn)及響應(yīng)面分析，并以自變量的編碼值1，0，-1分別代表自變量的高、中、低水平，對自變量進(jìn)行編碼。

中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)水平編碼見表1，中心組合響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果見表2。

對表2中試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得二次多元回歸模型方程為：Y=72.34-0.18A+0.13B-0.67C+0.52D-0.047AB-0.7AC+0.91AD+1.25BC+0.23BD-1.66CD-2.25A2-3.47B2-2.66C2-3.04D2.

表1　中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)水平編碼

2.2.2超聲輔助提取山核桃油工藝模型方差分析及其顯著性檢驗(yàn)

方差分析結(jié)果見表3，回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)見表4。

由表3和表4可知，模型極顯著（p＜0.000 1），相關(guān)系數(shù)R2=0.956 7，模型調(diào)整確定系數(shù)R2Adj=0.913 4，失擬項(xiàng)不顯著（p＞0.05），說明本試驗(yàn)所得二次回歸方程高度顯著.該模型對試驗(yàn)數(shù)據(jù)能進(jìn)行較好地?cái)M合，能很好地對響應(yīng)值進(jìn)行預(yù)測，其影響因素主次順序?yàn)榱弦罕龋境暪β剩咎崛r間＞提取溫度。刪除不顯著交互項(xiàng)，二次多元回歸模型方程可簡化為：Y=72.34-0.18A+0.13B-0.67C+0.52D+0.91AD+

表2　中心組合響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

1.25BC-1.66CD-2.25A2-3.47B2-2.66C2-3.04D2.

表3　方差分析結(jié)果

表4　回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

2.2.3響應(yīng)面分析和參數(shù)優(yōu)化

AD因素交互作用的響應(yīng)面及等高線見圖5，BC因素交互作用的響應(yīng)面及等高線見圖6，CD因素交互作用的響應(yīng)面及等高線見圖7。

圖5　AD因素交互作用的響應(yīng)面及等高線

由圖5可知，提取時間與超聲功率交互作用顯著。在提取時間一定時，山核桃油得率隨超聲功率的增加而先增加后減少；在提取時間延長時，隨著提取時間的推移，山核桃油得率增加幅度較大；但提取時間過長、超聲功率過大時，山核桃油得率反而降低。

圖6　BC因素交互作用的響應(yīng)面及等高線

由圖6可知，山核桃油的得率隨提取溫度和料液比的增加，山核桃油得率呈現(xiàn)先明顯增大，后緩慢下降的趨勢。

圖7　CD因素交互作用的響應(yīng)面及等高線

由圖7可知，料液比與超聲功率交互作用顯著。在料液比一定時，山核桃油得率隨超聲功率的增加而緩慢增加后減少；當(dāng)超聲功率一定時也是如此。

為進(jìn)一步確定最佳點(diǎn)，再對數(shù)學(xué)回歸模型求一階偏導(dǎo)，計(jì)算得出優(yōu)化條件為提取時間40.1 min，提取溫度34.95℃，料液比1∶7.83，超聲功率367.8 W，山核桃油脂得率理論預(yù)測值為67.95%?？紤]到實(shí)際可操作性，工藝參數(shù)調(diào)整為提取時間40 min，提取溫度35℃，料液比1∶7.8，超聲功率370 W。在此優(yōu)化條件下進(jìn)行3組驗(yàn)證性試驗(yàn)，山核桃油脂得率平均值為67.63%。

2.3山核桃油脂肪酸組成的GC-MS分析

山核桃油經(jīng)甲酯化處理后進(jìn)行GC-MS分析，形成的色譜峰通過NIST 05標(biāo)準(zhǔn)譜庫逐個進(jìn)行檢索，解析出各峰相應(yīng)的質(zhì)譜圖，并利用不做校正的峰面積歸一法確定各組分的相對含量。

山核桃油中脂肪酸組分及相對含量見表5。

由表5可知，山核桃油中主要含有棕櫚酸、亞油酸、油酸、α-亞麻酸、硬脂酸等7種脂肪酸，其中飽和脂肪酸6.8%，不飽和脂肪酸92.98%（單不飽和脂肪酸為67.7%，多不飽和脂肪酸為25.28%）。

表5　山核桃油中脂肪酸組分及相對含量

3　結(jié)論

采用山核桃仁為原料，測定粗脂肪含量平均值為68.85%；以正己烷為浸提溶劑，運(yùn)用超聲波輔助方法提取山核桃油。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法進(jìn)行工藝條件優(yōu)化，得到回歸模型方程：

Y=72.34-0.18A+0.13B-0.67C+0.52D+0.91AD+

1.25BC-1.66CD-2.25A2-3.47B2-2.66C2-3.04D2.

確定最佳提取工藝參數(shù)為提取時間40 min，提取溫度35℃，料液比1∶7.8，超聲功率370 W，此時山核桃油得率可達(dá)67.63%。所得山核桃油帶有淡淡香味，色澤透明，品質(zhì)較高。山核桃油經(jīng)GC-MS分析，其主要成分為油酸、亞油酸、棕櫚酸、α-亞麻酸，不飽和脂肪酸含量高達(dá)92.98%，具有較高的應(yīng)用價值。

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Optimization of Extraction Process of Carya Cathayensis Oil and Analysis of Fatty Acid Composition

YU Zhaoshuo1，DING Hongwu1，TANG Qi1，SHEN Xu1，PU Lingcao1，MA Chengjin1，2
（1.Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Utilization College of Hunan Province，Jishou Univerusity，Jishou，Hu'nan 416000，China；2.Institute of Food Science，Jishou University，Jishou，Hu'nan 416000，China）

Extraction of Carya cathayensis oil from Carya hunanensis assisted by ultrasound and n-hexane is studied.Effects of extraction time，extraction temperature，ratio of solid to liquid and ultrasonic power on the extraction rate are explored.The result show that the optimum extraction condition is obtained as follows：extraction time 40 min，extraction temperature 35℃，ratio of solid to liquid 1∶7.8，ultrasonic power 370 W.Under the optimal conditions，the extraction rate of Carya cathayensis oil is up to 67.63%.GC-MS is employed to analyze the components of fatty acid of the oil.The main components of Carya cathayensis oil are linoleic acid 67.62%，oleic acid 23.75%，linolenic acid 1.53%.

Carya cathayensis Oil；ultrasonic-assisted extraction；RSM；fatty acid composition

TS224.3

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.035

2015-10-21

吉首大學(xué)食品與生物類專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練中心資助項(xiàng)目（JDCX2013-02）。

余兆碩（1995— ），男，在讀本科，研究方向?yàn)槭澄镔Y源研究與利用。

麻成金（1963— ），男，碩士，教授，研究方向?yàn)槭澄镔Y源研究與利用。