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南瓜籽制油工藝研究進(jìn)展

2023-03-11

南瓜籽又名南瓜子,是葫蘆科南瓜屬南瓜的種子。南瓜籽富含脂類(lèi)、蛋白質(zhì)、粗纖維、維生素、礦物質(zhì)、植物甾醇、多糖等多種營(yíng)養成分,可以有效預防和緩解心腦血管疾病,而且還具有驅蟲(chóng)止咳、防治前列腺疾病的功效,其藥用與食用價(jià)值得到國內外普遍認可。

南瓜籽作為脂肪型的種子,其油脂含量大約占南瓜籽干重的35%~50%,高者達到64%。構成南瓜籽油的主要脂肪酸為棕櫚酸(palmitic acid,縮寫(xiě):P)、硬脂酸(stearic acid,縮寫(xiě):S)、油酸(Oleic acid,縮寫(xiě):O)、亞油酸(linoleic acid,縮寫(xiě):L),其中以亞油酸含量最高,氣候條件的變化會(huì )對脂肪酸組成的比例造成影響。主要甘油三酯有6種,分別為PLL、LLL、OLL、PLO、OOO、LOO。南瓜籽油中主要的植物甾醇包括豆二烯甾醇、豆三烯甾醇、燕麥甾醇和菠菜甾醇,這些甾醇7位碳鍵上的雙鍵使得南瓜籽油具有特殊的保健功能,因此,南瓜籽油是一種極具開(kāi)發(fā)前景的保健型健康油脂。

目前南瓜籽油的制取方法大致分為壓榨法、萃取法和水酶法。本文綜述了當前南瓜籽制油工藝的進(jìn)展及各方法的優(yōu)、缺點(diǎn),以期為獲得高品質(zhì)南瓜籽油及推動(dòng)南瓜籽油產(chǎn)業(yè)成熟化提供方法與工藝支持。

1 壓榨法

壓榨法是傳統的油脂提取技術(shù),通過(guò)外力作用將油脂自油料中擠壓分離出來(lái)。由于在加工過(guò)程中完全依靠物理方法而不涉及化學(xué)制劑,安全無(wú)污染,備受消費者的推崇與喜愛(ài)。依據不同的制油溫度,壓榨法分為熱榨法和冷榨法。熱榨法是將南瓜籽仁蒸炒至120 ℃,水分控制在1.0% ~ 1.5%之間再進(jìn)行壓榨、精煉等處理,所得油脂滋味濃郁,但由于高溫加熱和繁復的精煉過(guò)程,極易產(chǎn)生油脂營(yíng)養成分被破壞、餅蛋白嚴重變性等問(wèn)題;冷榨法則是在低于60 ℃的條件下進(jìn)行壓榨,相比熱榨法,冷榨法可以較好地保留生物活性功能成分,餅蛋白的利用價(jià)值提升,但是由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)蒸炒,出油率和氣、滋味的濃香程度都不及熱榨法。

甄成[7]將熱榨法進(jìn)行了改進(jìn),將南瓜籽在80 ℃左右預先熱炒至八成熟,水分控制在6%以?xún)热缓笤龠M(jìn)行壓榨,改進(jìn)的熱榨法得到的南瓜籽油與冷榨油相比,香氣濃郁,VE含量(以α計)接近,β-胡蘿卜素的含量低于冷榨油,VA的含量略高于冷榨油,可能是高溫破壞了部分β-胡蘿卜素,促進(jìn)了VA的溶出及β-胡蘿卜素向VA的轉化。

改進(jìn)的熱榨法的優(yōu)勢在于壓榨前適度加熱和水分控制,既可以激發(fā)出油脂特有的濃香風(fēng)味,又能夠減少加熱過(guò)程對營(yíng)養物質(zhì)的破壞,兼顧了兩種傳統方法的優(yōu)勢。但是在報道該法的文獻中并未提及改進(jìn)后的出油率及對有害物質(zhì)生成的考察,還需深入研究。

2 萃取法

2.1 溶劑浸出法

溶劑浸出法提取油脂是工業(yè)大規模生產(chǎn)的重要形式,利用油脂與有機溶劑互溶的特點(diǎn)進(jìn)行萃取,脫除溶劑后再對毛油進(jìn)行精煉從而獲得食用油。常用的浸提溶劑有正己烷、植物油抽提溶劑等。如表1所示,與植物油抽提溶劑、6號溶劑相比,正己烷的溶耗更低,溶劑殘留和隨廢氣、廢水排放的量也更少。

表1使用不同浸出溶劑的溶耗比較

Nwabanne考察了提取溫度、時(shí)間、溶劑體積、油料粒度對南瓜籽出油率的影響,結果表明,隨著(zhù)提取時(shí)間的延長(cháng),提取溫度的升高,萃取溶劑體積的增大以及南瓜籽粒度的下降,南瓜籽出油率不斷提高直至趨于平緩。朱英蓮以正己烷為浸提溶劑,通過(guò)正交實(shí)驗優(yōu)化得到的工藝條件為提取溫度55 ℃、提取時(shí)間3 h、料液比1∶10 g/mL,在該條件下南瓜籽的出油率為47.64%,南瓜籽油的提取率達到93.4%(南瓜籽真實(shí)含油率為 51% 左右)。通過(guò)極差分析發(fā)現料液比對出油率影響最為顯著(zhù),這與楊新建的研究結論相一致。

雖然正己烷具有諸多優(yōu)良特點(diǎn),但是其對環(huán)境和人體的急、慢性毒性不容小覷。而作為同系物的正戊烷,以其低毒、低沸點(diǎn)、低汽化潛熱的性質(zhì),逐漸引起了研究者的關(guān)注,夏仙亦以正戊烷為提取溶劑,通過(guò)單因素實(shí)驗和響應面設計對南瓜籽油提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后浸出溫度30 ℃,浸提5次,浸出時(shí)間30 min,料液比1∶12 g/mL,該條件下南瓜籽的出油率為50.67%,南瓜籽油的提取率高達98.8%,由此可見(jiàn),以正戊烷作為溶劑是具有可行性的。

相比傳統壓榨法,溶劑浸出法的油脂提取率高,粕殘油少;粕蛋白質(zhì)變性程度低,有利于自粕中提取優(yōu)質(zhì)植物蛋白以及提升粕的飼用價(jià)值;作為工業(yè)化的加工模式,成本較低,智能化程度高,較少需要人工操作。溶劑浸出法雖具備諸多優(yōu)點(diǎn),但提取得到的毛油品質(zhì)不及壓榨法,需要精煉才可食用;作為油脂萃取的媒介—有機溶劑,本身具有毒性且易燃易爆,不僅提高了對生產(chǎn)管理的要求,更重要的是可能出現溶劑殘留導致食用油安全問(wèn)題,當然,適當的精煉方法可以避免溶劑殘留情況的發(fā)生,但是繁瑣且溫度頗高的精煉過(guò)程會(huì )造成風(fēng)味物質(zhì)和營(yíng)養物質(zhì)的流失。溶劑浸出法所面臨這些問(wèn)題,在采用超聲波法和微波法時(shí)也同樣存在。

2.2 超聲波輔助法

超聲波輔助提取油脂可以強化油脂浸出提取過(guò)程,浸出提取過(guò)程的強化得益于體系內的強化傳質(zhì)及空化效應引發(fā)的“強大”湍流和循環(huán),油脂的提取率隨超聲頻率的提高而增大。

范三紅以石油醚為提取溶劑,通過(guò)單因素實(shí)驗和正交實(shí)驗篩選出南瓜籽油最佳提取條件為:超聲功率90 W,提取溫度30 ℃,提取時(shí)間20 min,料液比1∶8 g/mL,在此條件下油脂的提取率達到94.22%,脂肪酸組成顯示油脂的不飽和度為83.51%。彭良斌同樣以石油醚為提取溶劑,采用3因素5水平二次正交旋轉組合設計優(yōu)化提取工藝,得到的最佳提取條件為:超聲功率250 W(使用的是固定功率和頻率的超聲波清洗器),超聲頻率40 kHz,提取溫度32 ℃,提取時(shí)間42.6 min,料液比1∶12 g/mL,在此條件下南瓜籽油的提取率為91.34%。多項研究表明,對南瓜籽油出油率影響最顯著(zhù)的因素是料液比。

超聲波法提取率高,提取時(shí)間相較溶劑浸出法大大縮短,減少了雜質(zhì)浸出,另外,超聲波法提取溫度低,一般在40 ℃以下完成浸提,避免了在浸提環(huán)節溫度過(guò)高造成的營(yíng)養物質(zhì)損失。但值得注意的是由于超聲波無(wú)選擇性的破壞效果,不僅會(huì )破壞細胞壁也會(huì )破壞欲提取物質(zhì)的結構,需要結合油脂的特性選擇合適的超聲頻率和功率。

2.3 微波輔助法

微波作為高頻電磁波能夠穿透介質(zhì)到達物料內部,微波能量使細胞內部溫度迅速上升,壓力也隨之上升,當超過(guò)細胞壁所能承受的極限時(shí)細胞破裂,待提取物質(zhì)自細胞內擴散到萃取溶劑界面、進(jìn)而進(jìn)入到溶劑內部;微波所形成的電磁場(chǎng)也可加快待提取物質(zhì)向萃取溶劑界面擴散的速度。

冉軍艦選擇正己烷為萃取溶劑,在單因素實(shí)驗基礎上通過(guò)正交實(shí)驗優(yōu)化得到的最佳提取工藝條件為:微波功率700 W,提取溫度45 ℃,提取時(shí)間10 min,料液比1∶7 g/mL,在此條件下南瓜籽油的提取率達到94.3%,且所得到的南瓜籽油顏色澄清透明,滋味純正。表2為同種南瓜籽原料使用三種不同提取方法提取油脂的條件和出油率的比較。

表2南瓜籽油三種提取方法的比較

注:索氏提取方法中,基于索氏提取的原理,萃取溫度需達到溶劑沸點(diǎn)才可冷凝回流,同時(shí)該法中南瓜籽未與全部溶劑直接接觸,因此未列出料液比。

麻明友以石油醚為萃取溶劑,分別使用超聲波法和微波法對南瓜籽油進(jìn)行萃取,超聲波法的最佳萃取工藝為:料液比1∶7 g/mL,浸泡時(shí)間24 h,超聲30 min,在此條件下南瓜籽油的提取率為84.9%;微波法最佳萃取工藝為:料液比1∶7 g/mL,浸泡時(shí)間30 min,輻射累計時(shí)間7 min,微波功率640 W,在此條件下南瓜籽油的提取率為87.5%,從南瓜籽油的提取率上看,微波法的萃取效果比超聲波法好。

相比溶劑浸出法,微波法極大縮短了提取時(shí)間,也避免了由于長(cháng)時(shí)間浸泡造成的雜質(zhì)溶出過(guò)多的問(wèn)題;節省了溶劑的使用量;提高了油脂的提取率。但微波法在萃取過(guò)程中由于吸收微波能量,會(huì )出現溫度升高的情況,不利于保護揮發(fā)性物質(zhì)和不飽和脂肪酸等活性成分。

2.4 超臨界CO2流體萃取法

超臨界CO2流體萃取是一種新型的分離萃取技術(shù),以超臨界狀態(tài)下CO2為萃取溶劑,依靠其在超臨界狀態(tài)下所具有的氣、液雙重特性(黏度和密度接近液體,擴散系數介于氣體、液體之間)對物質(zhì)進(jìn)行萃取,通過(guò)對溫度、壓力的調整將溶于超臨界流體中的萃取物析出,實(shí)現分離萃取的目的。

Mitra采用中心旋轉組合設計分析超臨界CO2流體萃取法中各因素(壓力、溫度、時(shí)間)對南瓜籽油萃取效率的影響,并通過(guò)響應面分析方法獲得了最佳提取條件:萃取壓力32 140 kPa,萃取溫度68.1 ℃,萃取時(shí)間94.6 min,在該條件下,南瓜籽的出油率為30.7%,所得南瓜籽油不飽和脂肪酸質(zhì)量分數達到75.0%,其中亞油酸和油酸的質(zhì)量分數分別為45.5%和29.5%。牛廣財通過(guò)響應面分析法得到南瓜籽油萃取效率與影響因素間的回歸模型,依據此模型獲得了超臨界CO2流體萃取南瓜籽油的最佳工藝參數:萃取壓力35 MPa,萃取溫度47 ℃,萃取時(shí)間83 min,在該條件下,南瓜籽的出油率為46.43%±0.54%,不飽和脂肪酸質(zhì)量分數達到74.84%,其中亞油酸和油酸的質(zhì)量分數分別為46.21%和28.22%。兩組研究結果均指出,與萃取時(shí)間相比,萃取壓力和萃取溫度對萃取效率的影響更為顯著(zhù),且達到了極顯著(zhù)程度。

除了壓力、溫度、時(shí)間三個(gè)影響因素外,任健還針對CO2流量對南瓜籽油萃取效率的影響進(jìn)行了研究,實(shí)驗結果表現出了CO2流量對于萃取效率的雙重作用。研究者分析認為當CO2流量增大時(shí),CO2流體通過(guò)物料的速度會(huì )加快,傳質(zhì)動(dòng)力也會(huì )變大,因此能夠提高萃取效率;與此同時(shí),流量的增大也會(huì )致使CO2流體在反應釜中與原料接觸不充分這一情況的發(fā)生,不利于提高萃取效率。此外,流量增加過(guò)大也會(huì )導致CO2消耗量和能耗的增加,因此應選擇一個(gè)合適的CO2流量。

超臨界CO2流體萃取法提取溫度低,能保護熱敏性成分,對于生理活性物質(zhì)及易揮發(fā)物質(zhì)的破壞極少,工藝流程簡(jiǎn)單,操作參數易于控制,萃取效率高。萃取溶劑CO2流體是無(wú)味、化學(xué)惰性、不易燃、無(wú)腐蝕性、安全無(wú)毒、純度高的低成本溶劑,易于從萃取物中分離,產(chǎn)品中無(wú)溶劑殘留,所得油脂不需要經(jīng)過(guò)精煉即可達到國家食用油的標準。但是整個(gè)萃取過(guò)程處于高壓狀態(tài),對設備和管路的耐壓性能要求較高,因此萃取設備價(jià)格較為昂貴,一定程度上限制了該法的應用與推廣。

2.5 亞臨界流體萃取法

亞臨界流體萃取是繼超臨界流體萃取技術(shù)后又一綠色環(huán)保的分離萃取技術(shù),基本原理是在常溫和一定壓力下,以液化的亞臨界溶劑對物料進(jìn)行逆流萃取,萃取液在常溫下減壓蒸發(fā)使溶劑氣化與萃取的目標成分分離,由此得到產(chǎn)品。

張海龍[26]使用亞臨界流體萃取法進(jìn)行南瓜籽油萃取,并以正交實(shí)驗對萃取工藝進(jìn)行優(yōu)化,得到的最佳萃取條件為:萃取次數4次,料液比1∶5 g/mL,萃取溫度30 ℃,萃取時(shí)間25 min,在此條件下南瓜籽油的提取率為89.12%,所得南瓜籽油色澤呈紅棕色,酸值低,具有固有的芳香氣味,且水分低,毛油品質(zhì)高。

相比超臨界流體萃取設備,亞臨界流體萃取設備裝置處于中、低壓壓力狀態(tài),大幅度降低了設備制造的工藝難度和造價(jià);萃取條件更為溫和,萃取溫度較低,可保護熱敏性物質(zhì)和易氧化物質(zhì)免于破壞;具有良好的滲透性和溶解性能,可以從固體或黏稠的原料中快速提取出有效成分;溶劑易于從產(chǎn)品中分離,無(wú)溶劑污染且回收溶劑過(guò)程能耗低,成本低廉,能夠實(shí)現大規模工業(yè)化生產(chǎn)。

3 水酶法

水酶法是一種新興且被廣泛研究的油脂提取技術(shù),油料經(jīng)破碎后依次加入水、酶,依靠粉碎及酶制劑對油料細胞的機械破壞作用和酶解作用,油脂得以從細胞內釋放出來(lái)。利用非油成分對油和水的親和力差異及油水比重不同,將非油成分和油分離。

王慶玲以南瓜籽為原料,建立了水酶法提取南瓜籽油的新工藝,得到最佳提取條件為:采用纖維素酶,加酶量0.8%,酶解溫度55 ℃,酶解時(shí)間3 h,酶解pH 6.0,料液比1∶10 g/mL,該條件下南瓜籽的出油率達到40.6%。胡煒東[28]采用纖維素酶輔助提取南瓜籽油,在單因素實(shí)驗基礎上,通過(guò)運用Box-Benhnken中心組合設計原理及響應面分析法,得到南瓜籽油最佳提取工藝為:用酶量17 mg/g,酶解溫度47 ℃,酶解時(shí)間2.64 h,酶解pH 4.8,料液比1∶4 g/mL,該條件下南瓜籽油的提取率達89.12%。王麗波[29]通過(guò)優(yōu)化獲得南瓜籽油的提取工藝:復合酶(酸性蛋白酶∶纖維素酶∶果膠酶)配比1∶6∶6,復合加酶量1.2%,酶解溫度48 ℃,酶解時(shí)間3 h,酶解pH 4.0,料液比1∶10 g/mL,出油率37.02%。王麗波比較了不同方法提取南瓜籽油的出油率及營(yíng)養成分,如表3所示,超聲波法的出油率最高,但油脂中植物甾醇、油酸、亞油酸含量較低,油脂渾濁雜質(zhì)多;超臨界CO2提取方法出油率最低,但油酸、亞油酸含量最高;水酶法提取過(guò)程酶解作用條件溫和,出油率較高,油脂色澤明亮,澄清透明,VE、植物甾醇、油酸和亞油酸的含量均較高,這既增加了油脂的保健功能,一定程度上還可以避免多不飽和脂肪酸的氧化酸敗。

表3不同方法提取南瓜籽油的出油率及營(yíng)養成分比較

水酶法條件溫和,能夠最大程度保留原料中的營(yíng)養物質(zhì)以及產(chǎn)品的優(yōu)良特性,同時(shí)獲得高附加值的副產(chǎn)物蛋白;反應溫度較低,因此耗能較低;安全環(huán)保;所得油脂不需要繁瑣的精煉過(guò)程即可作為食用油,實(shí)現了自油料至食用油的營(yíng)養保留最大化。當然水酶法也有其自身尚未突破的問(wèn)題:一個(gè)是酶制劑成本問(wèn)題,但是隨著(zhù)微生物產(chǎn)酶技術(shù)的成熟,勢必打破酶制劑價(jià)格限制水酶法發(fā)展的窘境;另一個(gè)則是水酶法水油體系中的乳狀液對體系分離造成的阻礙,這個(gè)阻礙嚴重限制了該法的出油率,找到適當破乳方法是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

4 展望

我國籽用南瓜生產(chǎn)、加工產(chǎn)業(yè)占據世界市場(chǎng)份額的70%,目前國內南瓜籽主要是以炒貨的形式進(jìn)行消費,在制取南瓜籽油及南瓜籽油的綜合利用方面起步較晚、產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。未來(lái)需要深入探究南瓜籽油的制油工藝,突破生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn),最大程度保留油中活性功能成分,尋求適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的加工模式,獲得高附加值的南瓜籽油產(chǎn)品,這樣將能直接帶動(dòng)主產(chǎn)區南瓜籽產(chǎn)業(yè)及當地經(jīng)濟的快速發(fā)展。

2023 /

03-11

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