寧 芯 陸秋琪 班薇薇 羅 弦羅志輝 莫紫梅 杜 偉 汪 磊

(廣西農(nóng)產(chǎn)資源化學與生物技術(shù)重點實驗室1，玉林 537000) (廣西高校桂東南特色農(nóng)產(chǎn)資源高效利用重點實驗室2，玉林 537000) (玉林師范學院化學與食品科學學院3，玉林 537000) (益海嘉里(武漢)糧油工業(yè)有限公司4，武漢 430040) (廣西-東盟食品藥品安全檢驗檢測中心5，南寧 530001) (廣西宏邦食品有限公司6，玉林 537400)

沙田柚是世界四大名柚之一，也是我國產(chǎn)銷量最大的柚子品種。廣西容縣種植沙田柚已有2000多年歷史，是沙田柚的原產(chǎn)地，被譽為“中國沙田柚之鄉(xiāng)”。預計2020年容縣沙田柚種植面積將達25萬畝，產(chǎn)值超20億元，是帶動縣域經(jīng)濟發(fā)展、農(nóng)民增收、脫貧致富的重要支柱產(chǎn)業(yè)。沙田柚可食率約40.1%～50.38%，可溶性固形物12%～16%，蛋白質(zhì)、有機酸、維生素等營養(yǎng)素居各種柑桔之首，且具有消食、化痰、止咳、潤肺等功效，食用價值與經(jīng)濟價值高[1]。

容縣沙田柚以鮮銷為主，附加值低，產(chǎn)業(yè)鏈脆弱，缺乏沙田柚加工副產(chǎn)品綜合利用技術(shù)是制約沙田柚高值化加工的瓶頸。當前，柚子皮主要用來提取植物精油[2]、果膠[2,3]、柚皮苷[4]、纖維素[5]，或作為主要原料制備可食用膜[6]、柚子茶[7]、果脯[8]等產(chǎn)品。沙田柚籽粒較多，而柚子籽加工利用方面的研究相對較少。Rashid等[9]研究表明柑橘類籽粒中含有豐富油脂，一般在40%以上，且富含亞油酸、油酸以及類黃酮、檸檬苦素等高效抗氧化成分[10]，有較高的食用價值，可以作為新型油脂資源。

超聲波通過機械和空化效應(yīng)破壞細胞壁和減小物料粒徑，促進目標組分溶出，是一種綠色、清潔的提取技術(shù)，具有提取時間短、效率高、成本低和降低高溫對提取物的影響等優(yōu)點[11，12]，已廣泛應(yīng)用于諸如米糠油[13]、橄欖油[14]、南瓜籽油[15]、辣木籽油[16]等各類油脂的提取。本研究以容縣沙田柚柚子籽為原料，優(yōu)化超聲波輔助溶劑法浸提沙田柚柚子籽油工藝，并研究其理化性質(zhì)，以期為沙田柚柚子籽的高值化利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙田柚柚子籽、葵花籽油、菜籽油、芝麻油、玉米油、大豆油；正己烷、石油醚、乙醚、氫氧化鉀、甲醇：分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

AR224CN分析天平，DHG-9146A鼓風干燥機，F(xiàn)W110萬能粉碎機，KQ5200DE超聲波清洗器，RE-2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，GC-2010氣相色譜儀。

1.3 方法

1.3.1 沙田柚柚子籽油提取方法

沙田柚柚子籽粉碎，精確稱取10.0 g樣品放入三角瓶中，加入一定量的正己烷，然后置于超聲波裝置中，設(shè)置好超聲功率，一定溫度下超聲一定時間，然后4 000 r/min離心10 min，收集上清液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收溶劑，將柚子籽油置于鼓風干燥箱中50 ℃烘4 h，充分去除殘余溶劑，然后稱量柚子籽油的重量[16]。

沙田柚柚子籽油得率/%=沙田柚柚子籽油質(zhì)量×100/10

1.3.2 單因素實驗

本研究分別以超聲功率(120、140、160、180、200 W)、料液比(1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12 g/mL)、超聲溫度(35、40、45、50、55 ℃)和超聲時間(15、25、35、45、55 min)為影響因素進行單因素實驗，研究上述因素對沙田柚柚子籽油得率的影響。

1.3.3 響應(yīng)面實驗

在單因素實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken中心組合設(shè)計(BBD)的實驗原理，以沙田柚柚子籽油得率為響應(yīng)值，選取對沙田柚柚子籽油得率有顯著性影響的料液比、超聲溫度和超聲時間 3個因素為自變量，采用3因素3水平的響應(yīng)面分析法進行實驗設(shè)計，優(yōu)化超聲波輔助溶劑法浸提沙田柚柚子籽油工藝。響應(yīng)面因素水平編碼表見表1。

表1 Box-Behnken實驗因素和水平

1.3.4 沙田柚柚子籽油理化性質(zhì)測定

1.3.4.1 脂肪酸組成測定

稱取100～250 mg油樣，精確至1 mg，裝入25 mL具塞容量瓶中，加入石油醚-乙醚溶液約2 mL，振搖至油樣溶解后，再加入氫氧化鉀-甲醇溶液約1 mL，混勻，在室溫下放置約30 min，再沿瓶壁加入水，靜置，待分層，吸取上清液1 μL進行氣相色譜測定。

色譜條件：色譜柱，SP-2560彈性石英毛細管柱(100 m×0.25 mm，0.20 μm)；程序升溫，初始溫度100 ℃，保持13 min，以10 ℃/min的速率升至180 ℃，保持6 min，以1 ℃/min升至200 ℃，保持20 min；以4 ℃/min升至230 ℃，保持10.5 min；進樣口溫度230 ℃；進樣量1 μL；分流比100∶1。

1.3.4.2 油脂理化性質(zhì)

采用羅維朋比色法檢測油脂色差，密度和碘值分別參照GB/T 5526—1985、GB/T 5532—2008方法進行檢測。

1.4 統(tǒng)計處理

所有數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel軟件、SPSS軟件和Designer expert軟件進行處理和分析。其中，顯著性分析采用Duncan檢驗，P>0.05判定為變化不顯著，P<0.05判定為變化顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 超聲功率

實驗研究了超聲功率對沙田柚柚子籽油得率的影響，結(jié)果見圖1。超聲功率對沙田柚柚子籽油得率無顯著性影響。這可能與沙田柚柚子籽籽粒結(jié)構(gòu)有關(guān)，其籽粒顆粒較大，且內(nèi)部組織相對蓬松，較低的超聲功率即可使脂類成分充分溶出。

圖1 單因素對沙田柚柚子籽油得率的影響

2.1.2 料液比

濃度差是浸出成分在擴散階段的的主要推動力[17]。提取過程中，增大料液比加大了固液相的濃度差，從而有效提高沙田柚柚子籽油的得率。圖1表明：沙田柚柚子籽油的得率隨料液比的增大而顯著增大，但增幅卻由最初的7.6%大幅度減小至1.8%，同時料液比的增大，反而會造成溶劑回收困難和生產(chǎn)成本增加。

2.1.3 超聲溫度

沙田柚柚子籽油得率隨超聲溫度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(圖1)。超聲溫度低于45 ℃時，超聲溫度的提高加劇了溶劑分子和油脂分子的運動速率、降低了正己烷和果籽油的黏度，減小了傳質(zhì)阻力，從而提高沙田柚柚子籽油得率。但超聲溫度超過45 ℃時，沙田柚柚子籽油得率顯著下降，這是由于正己烷在較高的溫度條件下易氣化，減小了超聲氣泡內(nèi)部和外部的壓力差，氣泡破裂的沖擊力減弱。同時，由于正己烷氣化，降低了浸提液固比[16]。

2.1.4 超聲時間

超聲時間對沙田柚柚子籽油得率有顯著性影響(圖1)。在15～45 min超聲時間范圍內(nèi)，隨著超聲時間的延長，沙田柚柚子籽油得率顯著增大，這是由于在超聲波輔助浸提初期，固液相濃度差大，油脂能快速從樣品中溶出，而在超聲波輔助浸提后期，油脂溶出以擴散和滲透為主[18]，且長時間超聲波作用下，提取溶劑易損耗揮發(fā)以及對油脂的夾帶作用[19]，造成沙田柚柚子籽油得率有所下降。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助溶劑法提取沙田柚柚子籽油工藝

2.2.1 實驗設(shè)計與結(jié)果

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken實驗設(shè)計原理，以沙田柚柚子籽油得率為響應(yīng)值，選取料液比、超聲溫度、超聲時間為影響因素，進行三因素三水平的響應(yīng)面分析，實驗方案及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面實驗設(shè)計與結(jié)果

2.2.2 回歸方程方差分析

利用Design-expert對實驗結(jié)果進行多元回歸擬合，得到以沙田柚柚子籽油得率Y為目標函數(shù)的預測模型：

Y=32.16+1.48A-0.17B-0.24C-0.14AB+0.01AC+0.3BC-0.21A2-0.34B2-0.36C2

2.2.3 模型及回歸方程系數(shù)的顯著性檢驗

對回歸模型方差進行分析，具體結(jié)果見表3。該模型的P值<0.000 1，說明實驗選用的二次多項模型極顯著。失擬項P值=0.024 5<0.05，顯著，說明數(shù)據(jù)中有異常點。模型相關(guān)系數(shù)R2=0.995，說明擬合程度良好，實驗誤差小，可以用本模型來預測沙田柚柚子籽油的得率。各因素顯著性程度依次為：料液比>超聲時間>超聲溫度。

表3 回歸方程方差分析

根據(jù)分析結(jié)果做出響應(yīng)面曲面圖，結(jié)果如圖2所示。超聲溫度和超聲時間兩因素的等高線圖曲率最大，交互作用最強，其次分別為超聲溫度和料液比、超聲時間和料液比。結(jié)果與表3中方差分析結(jié)果一致。

2.2.4 最佳提取工藝參數(shù)的確定

采用Design expert軟件對回歸模型進行數(shù)學分析得到超聲波輔助溶劑法浸提沙田柚柚子籽油的最佳工藝參數(shù)為：料液比1∶8 g/mL，超聲溫度41.28 ℃，超聲時間38.61 min，該條件下沙田柚柚子籽油的得率為33.62%?？紤]到實際操作情況，將上述工藝參數(shù)調(diào)整為料液比1∶8 g/mL，超聲溫度41 ℃，超聲時間38.6 min，驗證試驗結(jié)果表明：最優(yōu)工藝條件下沙田柚柚子籽油得率為33.1%，與預測值擬合性良好，說明結(jié)果具有可靠性。

表4 沙田柚柚子籽油的主要脂肪酸組成

2.3 沙田柚柚子籽油理化性質(zhì)

沙田柚柚子籽油主要由棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和硬脂酸組成(表4)，飽和脂肪酸含量為32.15%，是葵花籽油、菜籽油、芝麻油、玉米油和大豆油等常見食用油的2～3倍；沙田柚柚子籽油含有4.18%的亞麻酸，顯著高于葵花籽油、芝麻油和玉米油。反式脂肪酸含量僅為0.04%，明顯低于其他油脂。沙田柚柚子籽油飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的比例為32.15∶22.70∶45.06，脂肪酸組成更接近1∶1∶1，可作為主要原料調(diào)制食用調(diào)和油。

各類油脂密度約為0.92 g/mL，差異不大(表5)。沙田柚柚子籽油顏色較淺，Y值為18，R值為1.8，顯著低于菜籽油、芝麻油、玉米油和大豆油。沙田柚柚子籽油碘值為103.5 gI/100 g，顯著低于葵花籽油、菜籽油、芝麻油、玉米油和大豆油，屬半干性油，且與非干性油接近，說明沙田柚柚子籽油不飽和度顯著低于上述油脂，結(jié)果與表4一致。結(jié)果也表明沙田柚柚子籽油除可作為食用油使用外，還具有用于制備樹脂、增塑劑或者潤滑油等化工產(chǎn)品的可能性。

表5 沙田柚柚子籽油理化性質(zhì)

3 結(jié)論

采用響應(yīng)面法優(yōu)化沙田柚柚子籽油提取工藝，最佳提取工藝參數(shù)為：料液比1∶8 g/mL，超聲溫度41 ℃，超聲時間38.6 min，該條件下沙田柚柚子籽油得率為33.1%。

沙田柚柚子籽油主要由棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和硬脂酸組成，飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的比例為32.09∶22.69∶45.21，可作為主要原料調(diào)制食用調(diào)和油。

沙田柚柚子籽油顏色較淺，密度為0.92 g/mL，碘值為103.5 gI/100 g，屬于半干性油脂。