文超,楊漓,李桂珍,鐘昌勇,覃杰,秦榮秀
廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院(南寧 530002)
油茶(Camellia oleifera)是山茶屬植物中栽培經(jīng)濟(jì)價值和油脂含量較高的一類植物的總稱,是世界四大木本油料(油茶、油橄欖、油棕和椰子)樹種之一[1]。中國是世界上油茶分布最廣、品種最多且產(chǎn)量最高的國家。全國現(xiàn)有油茶林面積約400萬 hm2,其中廣西、湖南、江西三?。▍^(qū))栽培面積占全國總面積約75%[2-4]。茶籽油色清味香、耐貯藏、營養(yǎng)豐富,是優(yōu)質(zhì)食用油,具有很高的綜合利用價值,其不飽和脂肪酸含量達(dá)到90%,明顯高于豆油、花生油和菜油。其維生素E含量比橄欖油高1倍[5-6],且含有多糖、黃酮和多酚等[7-12]特定生理活性物質(zhì),具有極高的營養(yǎng)價值[13-14]。
油茶果的采摘一般是在每年的寒露到霜降之際,且采摘后必須及時脫殼取籽,特別是在南方多陰雨天氣,如不及時脫殼易造成油茶果霉變,產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)損失[15]。國內(nèi)對油茶果脫殼的研究起步較晚,2010年前后逐步開始。油茶果加工機(jī)械化程度仍然很低,且脫殼設(shè)備在脫殼率和茶籽破損率方面很難達(dá)到一個較好的平衡狀態(tài)?,F(xiàn)有的油茶果脫殼機(jī)存在脫殼率不高、效率低、茶籽破損率高、脫殼后果殼與茶籽難分離及易結(jié)塊堵塞在脫殼機(jī)內(nèi)等問題[16-24]。油茶籽的獲得基本上還是采用先曬干果殼自然炸裂,再人工分揀茶籽的方法。該方法時間長、脫殼效率低、勞動強(qiáng)度大、人力成本高,且受天氣影響,不適合工業(yè)化生產(chǎn)。
隨著油茶種植面積擴(kuò)大,油茶果產(chǎn)量日益增加,傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式不能滿足行業(yè)需求。因此,研究新的油茶果脫殼工藝將對油茶產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展起到關(guān)鍵作用。試驗(yàn)以剛采摘的油茶果為研究對象,采用發(fā)酵法對油茶果進(jìn)行脫殼分離,達(dá)到整體脫殼的目的,且適用于在采收季節(jié)大批量快速處理。該脫殼方法未見相關(guān)的研究報(bào)道。
新鮮油茶果(2018年12月采自林科院油茶山);乳酸菌(Lactic acid bacteria,LAB)、酵母菌(Saccharomyce)、放線菌(Actinomycesbovis)、光合細(xì)菌(Photosynthetic Bacteria),從自然堆慪發(fā)酵的油茶果殼中分離鑒定;乳酸細(xì)菌MRS培養(yǎng)基、麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基、高氏一號培養(yǎng)基、光合細(xì)菌培養(yǎng)基、紅糖、蒸餾水、鋸末、生石灰、防蟲劑。
YXQ-LS-50S-Ⅱ高壓滅菌鍋;SW-CJ-2超凈工作臺;PYX-DHS-BS-Ⅱ電熱恒溫培養(yǎng)箱;FW100高速萬能粉碎機(jī);ZQTY-70臺式全溫震蕩培養(yǎng)箱;TG16-WS臺式高速離心機(jī);AL204-IC電子分析天平;電熱恒溫水浴鍋。
菌種的分離鑒定按照文獻(xiàn)[25]的方法進(jìn)行。
1) 將乳酸菌接種于滅菌(121 ℃、0.1 MPa)的MRS培養(yǎng)基中,靜置于35 ℃的培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h;將酵母菌接種于滅菌(121 ℃、0.1 MPa)的麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基中,培養(yǎng)24 h(37 ℃、120 r/min);將放線菌接種于滅菌(121 ℃、0.1 MPa)的高氏一號培養(yǎng)基中,培養(yǎng)24 h(37 ℃、120 r/min);將光合細(xì)菌接種于滅菌(121 ℃、0.1 MPa)的光合細(xì)菌培養(yǎng)基中,培養(yǎng)24 h(37 ℃、120 r/min)。采用平板計(jì)數(shù)法測定菌種的活菌數(shù)[26],測得乳酸菌、酵母菌、放線菌、光合細(xì)菌的濃度分別為3×107~4×107,2×108~3×108,3×108~4×108和1×109~2×109CFU/mL。
2) 從10 kg蒸餾水中取2 kg,加入1 kg紅糖,將紅糖充分融化,得紅糖水。
3) 將紅糖水和剩余的蒸餾水裝至15 kg發(fā)酵罐,混合均勻,蒸餾水冷卻至30~40 ℃時,加入菌種。
4) 將菌種和紅糖水混合后攪拌均勻,口上蓋一次性塑料薄膜,在溫度30 ℃下密封4 d,打開瓶口,聞到酸香味夾雜酒糟味的刺激性氣味,即得菌液。
5) 按照步驟(1)方法測得乳酸菌、酵母菌、放線菌、光合細(xì)菌的濃度分別為2×107~3×107,4×107~5×107,1×108~2×108和5×108~6×108CFU/mL。
將采摘的新鮮油茶果倒入菌液中浸泡,菌液以淹沒油茶果為準(zhǔn),浸泡30 min撈出,得浸泡油茶果,備用。1罐發(fā)酵液約浸泡100 kg新鮮油茶果。
以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算,將58.5%鋸末、40%生石灰和1.5%防蟲劑(糧蟲凈)混合均勻,堆積成長×寬×厚為4 m×2 m×0.2 m規(guī)格的發(fā)酵床。
將浸泡油茶果堆放在發(fā)酵床上,用塑料布遮蓋,發(fā)酵至油茶果和油茶籽徹底分離。
式中:W為脫殼率,%;m為總的油茶果質(zhì)量,kg;m1為未脫殼的油茶果質(zhì)量,kg。
所有試驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行3次,脫殼率為3次試驗(yàn)結(jié)果的平均值。
以新鮮油茶果為研究對象,開展在不同菌種、不同菌種量、不同菌液密封環(huán)境溫度和發(fā)酵時間、不同油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度和發(fā)酵時間、混合菌種等條件下對油茶果脫殼效果的研究。
在蒸餾水∶紅糖質(zhì)量比5∶1、菌液密封環(huán)境溫度30 ℃、菌液發(fā)酵時間5 d、油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度40℃、油茶果發(fā)酵時間4 d條件下,不同菌種及不同菌種量的發(fā)酵效果見圖1。
圖1 不同菌種及不同菌種量對油茶果脫殼率的影響
結(jié)果表明,不同菌種、相同的菌種量對油茶果進(jìn)行發(fā)酵脫殼,脫殼率存在一定差異,但差異不大,脫殼率最高的菌種為放線菌,最高脫殼率達(dá)到90.7%;相同菌種,隨著菌種量增加,脫殼率逐漸增大,在其他條件相同情況下,菌種量1.5和2.0 L的脫殼率相差不大,脫殼率增加僅1%左右。故從經(jīng)濟(jì)方面考慮,使用菌種量1.5 L進(jìn)行脫殼試驗(yàn)。
在蒸餾水∶紅糖質(zhì)量比5∶1、菌種量1.5 L、菌液發(fā)酵時間5 d、油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度40 ℃、油茶果發(fā)酵時間4 d條件下,不同菌液發(fā)酵環(huán)境溫度對油茶果脫殼率的影響見圖2。
圖2 不同菌液密封環(huán)境溫度對油茶果脫殼率的影響
結(jié)果表明,不同菌種、相同的菌液發(fā)酵環(huán)境溫度對油茶果脫殼的脫殼率存在一定差異,但差異不大,脫殼率最高的為放線菌,最高脫殼率達(dá)到91.5%。同一菌種、不同的菌液發(fā)酵環(huán)境溫度隨著發(fā)酵環(huán)境溫度的升高脫殼率增大。比較菌液密封環(huán)境溫度30和35 ℃的脫殼率,35 ℃的脫殼率比30 ℃的脫殼率增加幅度不大,脫殼率增加僅1%左右。從節(jié)約能源的角度考慮,菌液密封環(huán)境溫度30 ℃最佳。
在蒸餾水∶紅糖質(zhì)量比5∶1、菌種量1.5 L、菌液密封環(huán)境溫度30 ℃、油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度40 ℃、油茶果發(fā)酵時間4 d條件下,不同菌液發(fā)酵時間對油茶果脫殼率的影響見圖3。
圖3 不同菌液發(fā)酵時間對油茶果脫殼率的影響
結(jié)果表明,不同菌種、相同菌液發(fā)酵時間對油茶果脫殼的脫殼率存在一定差異,但差異不大,脫殼率最高的為光合細(xì)菌,最高脫殼率為89.3%。同一菌種、不同菌液的發(fā)酵時間隨著發(fā)酵環(huán)境溫度的升高,脫殼率增大。比較菌液發(fā)酵時間5和6 d的脫殼率,6 d的脫殼率比5 d的脫殼率增加幅度不大,脫殼率增加1%左右。從節(jié)約時間的角度考慮,菌液發(fā)酵時間5 d最佳。
在蒸餾水∶紅糖質(zhì)量比5∶1、菌種量1.5 L、菌液發(fā)酵環(huán)境溫度30 ℃、菌液發(fā)酵時間5 d、油茶果發(fā)酵時間4 d條件下,不同油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度對油茶果脫殼率的影響見圖4。
由圖4可以看出,不同菌種、相同的油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度對油茶果脫殼率存在一定差異,但差異不大,脫殼率最高的為放線菌,最高脫殼率為92.2%。同一菌種、不同的油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度隨著發(fā)酵環(huán)境溫度的升高脫殼率增大。比較油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度40和45 ℃的脫殼率,45 ℃的脫殼率比40 ℃的脫殼率增加幅度不大,從節(jié)約能源的角度考慮,油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度40 ℃最佳。
圖4 不同油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度對油茶果脫殼率的影響
在蒸餾水∶紅糖質(zhì)量比5∶1、菌種量1.5 L、菌液發(fā)酵環(huán)境溫度30 ℃,菌液發(fā)酵時間5 d,油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度40 ℃條件下,不同油茶果發(fā)酵時間對油茶果脫殼率的影響見圖5。
圖5 不同油茶果發(fā)酵時間對油茶果脫殼率的影響
結(jié)果表明,不同菌種、相同的油茶果發(fā)酵時間對油茶果脫殼率存在一定差異,但差異不大,脫殼率最高的為光合細(xì)菌,最高脫殼率為90.5%。同一菌種、不同油茶果發(fā)酵時間隨著發(fā)酵時間延長脫殼率增大。比較油茶果發(fā)酵時間4和5 d的脫殼率,5 d的脫殼率比4 d的脫殼率增加幅度不大,從節(jié)約時間的角度考慮,油茶果發(fā)酵時間4 d最佳。
在蒸餾水∶紅糖質(zhì)量比5∶1、菌種量1.5 L、菌液發(fā)酵環(huán)境溫度30 ℃、菌液發(fā)酵時間5 d,油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度40 ℃、油茶果發(fā)酵時間4 d條件下,混合菌種對油茶果脫殼率的影響見表1。
由表1可以看出,采用混合菌種發(fā)酵脫殼均比單一菌種脫殼率高,脫殼率均達(dá)到90%以上。不同混合菌種對油茶果脫殼的脫殼率存在一定差異,但差異不大,脫殼率最高的為1 L放線菌和0.5 L光合細(xì)菌的混合菌種,脫殼率達(dá)到95.0%。唐湘等[27]研究的油茶果脫殼裝置,僅適用于含水率在65%以下的油茶鮮果脫殼,脫殼率不高,僅有85.3%。熊平原等[28]研制的油茶青果脫殼裝置,破殼率達(dá)到96%,籽破碎率為1.5%,清選率達(dá)95%,且有少量油茶籽夾雜在殼體中。朱廣飛等[29]對設(shè)計(jì)的油茶果脫殼機(jī)進(jìn)行脫殼參數(shù)優(yōu)化,脫殼率達(dá)到96.91%,茶籽破損率為3.38%。張風(fēng)等[21]、楊樹松等[22]、李陽等[23]也開展油茶果脫殼方面的研究,但效果不太理想。與前人的研究結(jié)果相比,雖然在脫殼率上略有不足,但也有自身的優(yōu)勢,如直接采用鮮果脫殼、茶籽破損率低、工藝簡單,且能實(shí)現(xiàn)大批量處理等。
表1 混合菌種對油茶果脫殼率的影響
接表1
以新鮮油茶果為研究對象,采用發(fā)酵法對油茶果進(jìn)行脫殼工藝研究。開展不同菌種、不同菌種量、不同菌液發(fā)酵環(huán)境溫度和發(fā)酵時間、不同油茶果發(fā)酵環(huán)境溫度和發(fā)酵時間及混合菌種對油茶果脫殼效果的研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,油茶果脫殼的最佳發(fā)酵工藝條件為:菌種采用1 L放線菌和0.5 L光合細(xì)菌的混合菌種、菌液發(fā)酵時間5 d、發(fā)酵環(huán)境溫度30 ℃、油茶果發(fā)酵時間4 d、發(fā)酵環(huán)境溫度40 ℃。在該工藝條件下,油茶果的脫殼率達(dá)到95.0%。