响应面法优化冷榨法制取月见草油工艺的研究

韩 丹，张 欢，王 玥，王俊国，*，于殿宇（.吉林工商学院，粮油食品深加工吉林省高校重点实验室，吉林长春3006；.东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨50030）

响应面法优化冷榨法制取月见草油工艺的研究

韩 丹1，张 欢2，王 玥2，王俊国1，*，于殿宇2
（1.吉林工商学院，粮油食品深加工吉林省高校重点实验室，吉林长春130062；2.东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030）

以月见草籽为原料，采用冷榨法制取月见草油。以榨膛温度、榨膛压力和物料水分含量为因素，以月见草油中γ-亚麻酸含量为评价指标，通过二次旋转正交实验进行冷榨法制取月见草油过程的研究，对回归方程用Matlab软件进行寻优，从而确定最佳冷榨条件为：水分含量为7.2%，榨膛温度为78℃，榨膛压力为3.0MPa，此时月见草油中γ-亚麻酸含量为9.26%，成品指标达到出口欧洲的标准。

冷榨法，月见草油，响应面法，γ-亚麻酸

月见草（Oenothera biennis L.）俗称山芝麻、夜来香，主产于我国东北东部山区[1]。月见草籽中含有20%～30%的月见草油[2]，油脂中的最主要成分是γ-亚麻酸（γ-linlenic acid），为人体的必需脂肪酸，在体内可以转化成花生四烯酸，为前列腺素及生物膜的构成提供前体[3]，并在营养学方面被誉为“21世纪功能性食品的主角”[4-5]。γ-亚麻酸因其具有抗脂质氧化、抗血栓、降脂和降糖等作用，在医疗、保健及食品工业等领域有着广泛的应用前景[6-7]，近年来备受欧洲各国及美、日等国消费者的青睐。但是人体自身不能合成γ-亚麻酸，只能通过食物摄取，而月见草油是天然γ-亚麻酸的最好资源之一[8-9]，因此在动物油脂食用过多的情况下，人们对月见草油的应用前景抱有很大的期待。

目前月见草油的制取方法主要有压榨法、浸出法及超临界CO2萃取法等[10-12]。浸出法制得的油中有溶剂残留，而且毛油中的非油物质含量较高，色泽差，质量较差；超临界CO2萃取法对设备要求高，加工成本较高；压榨法制油饼中残油量高，压榨过程的动力消耗大，榨条等部件易磨损，所以需要探索新的月见草油生产工艺。而在冷榨过程中，月见草籽不经过高温蒸炒处理，榨膛内温度不高于80℃，榨出的油脂中γ-亚麻酸等营养成分没有受到高温影响，得到的油脂质量较好，该方法没有添加任何溶剂，为一种“绿色、环保”的加工方法。因此本实验采用冷榨法制取月见草油，并通过旋转正交的方法确定最佳冷榨条件，以期为月见草油的提取提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

月见草籽 哈尔滨联众牧业发展有限公司提供。

YJYII型冷榨机 北京益加益食品机械研究所；改造后的冷榨机（如图1） 实验室自行改造；DHG-9075A型电热恒温鼓风干燥箱 上海跃进医疗器械厂；SX-520-A10-G50-M型芯式过滤器 上海萨尔设备有限公司；722型可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司；Agilent 7820A型气相色谱仪 安捷伦气相色谱仪；MEA3300型数显压力传感器 杭州美控自动化技术有限公司；螺纹式热电偶温度传感器 杭州美控自动化技术有限公司。

图1 改造后的冷榨机Fig.1 Cold pressing machine after transformation

1.2 月见草油的榨取

月见草籽→清理除杂→水分调节→冷榨→冷榨毛油→离心机粗滤→真空滤油机精滤→冷榨月见草油。

↓↓饼屑 水分

1.3 测定方法

水分含量测定：参照GB/T 500913-2003；粗脂肪测定：参照GB/T 500916-2003；粗蛋白测定：参照GB 5009.5-2003；粗纤维测定：参照GB/T 5009.10-2003；灰分测定：参照GB/T 500914-2003；色泽：GB/T 22460-2008；相对密度：GB/T 5518-2008；碘值：GB/T 5532-2008；皂化值：GB/T 5534-2008；酸值测定：GB/T 5530-2005；过氧化值测定：GB/T 5009.37-2003；p-茴香值：GB/T 24304-2009；γ-亚麻酸含量的测定：气相色谱法[13]。

1.4 实验设计

表1 因素水平编码表Table 1 Code of factors and levels

本实验根据单因素实验结果，选取物料水分含量、榨膛温度和榨膛压力对月见草油中γ-亚麻酸含量的影响显著的三个因素，采用Matlab软件[14]对三因素进行响应面分析，每一个因素分别选取五个水平[15-16]，物料水分含量5%～10%、榨膛温度65℃～100℃、榨膛压力2.5MPa～4.3MPa。因素水平编码表见表1，x1表示物料水分含量，x2表示榨膛温度，x3表示榨膛压力，y表示月见草籽油中γ-亚麻酸含量。

2 结果与分析

2.1 月见草籽的组成成分

成熟干燥的月见草籽非常小（大约2800μg/颗），呈黑褐色，形状不规则，表面有尖角。月见草籽的组成见表2。

表2 月见草籽的组成Table 2 Overall evening primrose seed composition

由表2可知，月见草籽的粗纤维含量较高，高达40%。因为壳仁间隙较小，所以制油时，一般不进行剥壳处理，直接进行轧胚。

2.2 响应面分析实验及结果

三因素二次旋转正交组合实验设计及结果见表3。

表3 三因素二次旋转正交组合实验设计及结果Table 3 Experiment design and results of quadratic rotary orthogonal combination of three factors

经过SAS 8.0软件分析后得出月见草籽油中γ-亚麻酸含量的回归方程为：y=9.07-0.13x1-0.12x2-0.25x3+0.03x1x2+0.03x1x3+0.04x2x3-0.34x12-0.18x22-0.16x32。

回归方程的方差分析见表4。

表4 回归方程的方差分析Table 4 Variance analysis of regression equation

由表4可知该模型回归显著（p＜0.0001），失拟项不显著（p＞0.05），并且该模型R2=98.19%，R2Adj=96.93%，说明该模型与实验拟合良好。

2.3 单因素效应实验[17]

通过降维的方法将回归模型中三个因素中的两个分别固定在不同的水平上，观察剩余的一个单因素与指标之间的变化关系，然后运用Matlab软件将图形画出来，进一步研究该因素与指标之间的关系。

2.3.1 物料水分含量（x1）对γ-亚麻酸含量（y）的影响曲线1、2、3分别表示x2=x3=-1、x2=x3=0、x2=x3=1时，物料水分含量与月见草油中γ-亚麻酸含量之间的变化情况。

图2 物料水分含量对月见草油中γ-亚麻酸含量的影响Fig.2 Influence of moisture content on the content of GLA in evening primrose oil

由图2可以看出，物料水分含量对月见草油中γ-亚麻酸含量影响较显著，无论榨膛温度与榨膛压力固定在哪一个水平，随着含水率的增加月见草油中γ-亚麻酸含量不断增大，但水分含量过高时，γ-亚麻酸含量反而下降。当榨膛温度和榨膛压力在-1水平时，月见草油中γ-亚麻酸含量较高。

2.3.2 榨膛温度（x2）对γ-亚麻酸含量（y）的影响 曲线1、2、3分别表示x1=x3=-1、x1=x3=0、x1=x3=1时，物料水分含量与月见草油中γ-亚麻酸含量之间的变化情况。

图3 榨膛温度对月见草油中γ-亚麻酸含量的影响Fig.3 Influence of pressing chamber temperature on the content of GLA in evening primrose oil

由图3可以看出，无论水分含量与榨膛压力固定在哪一个水平，随着榨膛温度的增加，月见草籽油中γ-亚麻酸含量先增大而后下降，当榨膛温度和榨膛压力在0水平时，月见草油中γ-亚麻酸含量较高。

2.3.3 榨膛压力（x3）对γ-亚麻酸含量（y）的影响 曲线1、2、3分别表示x1=x2=-1、x1=x2=0、x1=x2=1时，物料水分含量与月见草油中γ-亚麻酸含量之间的变化情况。

图4 榨膛压力对月见草油中γ-亚麻酸含量的影响Fig.4 Influence of pressing chamber pressure on the content of GLA in evening primrose oil

由图4可以看出，随着榨膛压力的增加，月见草油中γ-亚麻酸含量先增大而后下降，当榨膛温度和水分含量在0水平时，月见草油中γ-亚麻酸含量较高。

2.4 双因素效应实验

2.4.1 物料水分含量（x1）和榨膛温度（x2）对γ-亚麻酸含量（y）的影响 从图5看出，当榨膛压力固定在0水平时（即榨膛压力为3.4MPa），当榨膛温度不变时，随着物料水分含量降低，月见草油中γ-亚麻酸含量先缓慢增加而后降低；当物料水分含量不变时，随着榨膛温度升高，月见草油中γ-亚麻酸含量先增加后降低；在二者交互作用中，榨膛温度是主要影响因素。由等高线图可以看出：γ-亚麻酸含量的极值出现在实验范围内，在9.00%～9.30%之间，较低的榨膛温度和适中的物料水分含量，得到的月见草油中γ-亚麻酸含量较高。综合两个图得出榨膛温度为77～81℃，物料水分含量为6.9%～7.5%时，极值为9.20%～9.30%。

图5 物料水分含量和榨膛温度对γ-亚麻酸含量影响的响应面和等值线图Fig.5 The response surface plot and contour plots of influence of moisture content and pressing chamber temperature on the content of GLA in evening primrose oil

2.4.2 物料水分含量（x1）和榨膛压力（x3）对γ-亚麻酸含量（y）的影响 从图6看出，当榨膛温度固定在0水平时（即榨膛温度为83℃），当榨膛压力不变时，随着物料水分含量的降低，月见草油中γ-亚麻酸含量先缓慢增加而后降低；当物料水分含量不变时，随着榨膛压力的升高，月见草油中γ-亚麻酸含量也是先增加后降低；在二者交互作用中，物料水分含量是主要影响因素。由等高线图可以看出：γ-亚麻酸含量的极值出现在实验范围内，在9.00%～9.30%之间，适中的物料水分含量和适中的榨膛温度，得到的月见草油中γ-亚麻酸含量较高。综合两个图得出榨膛压力为2.9～3.1MPa，物料水分含量为6.9%～7.5%时，极值为9.20%～9.30%。

2.4.3 榨膛温度（x2）和榨膛压力（x3）对γ-亚麻酸含量（y）的影响 从图7看出，当物料水分含量固定在0水平时（即物料水分含量为7.5%时），当榨膛压力不变时，随着榨膛温度的升高，月见草油中γ-亚麻酸含量先增加而后下降；当榨膛温度不变时，随着榨膛压力升高，月见草油中γ-亚麻酸含量先缓慢增加而后下降；在二者交互作用中，榨膛温度是主要影响因素。由等高线图可以看出：γ-亚麻酸含量的极值出现在实验范围内，在9.00%～9.30%之间，较低的榨膛温度和适中的榨膛压力，得到的月见草油中γ-亚麻酸含量较高。综合两个图得出榨膛压力为2.9～3.1MPa，榨膛温度为77～81℃时，极值为9.20%～9.30%。

图6 物料水分含量和榨膛压力对γ-亚麻酸含量的影响Fig.6 Influence of moisture content and pressing chamber pressure on the content of GLA in evening primrose oil

图7 榨膛温度和榨膛压力对γ-亚麻酸含量的影响Fig.7 Influence of pressing chamber temperature and pressing chamber pressure on the content of GLA in evening primrose oil

通过等高线分析，得到冷榨月见草油的最优反应条件为：x1=-0.2，x2=-0.5，x3=-0.8，即物料水分含量为7.24%，榨膛温度为77.83℃，榨膛压力为3.04MPa，此时理论优化值达到9.2963。为实际实验方便，将以上数据校正为：物料水分含量7.2%，榨膛温度为78℃，榨膛压力为3.0MPa，此时月见草油中γ-亚麻酸含量9.26%，与预测值接近，得到的压榨饼中残油约为17%。以上结果表明所得出的回归方程可以很好的反映物料水分含量、榨膛温度和榨膛压力与月见草油中γ-亚麻酸含量的关系。

2.5 月见草油质量指标的测定

将冷榨法制取的月见草油经精滤后进行质量指标的测定，实验结果见表5。

表5 月见草油质量指标Table 5 Quality index of evening primrose oil

冷榨法制取的月见草油质量较好，测定得各项指标均达到出口欧洲的标准。

3 结论

以月见草籽为原料，用改造后的冷榨机制取月见草油。以月见草油中γ-亚麻酸含量为目标函数，通过响应面法，运用二次旋转正交实验进行冷榨法制取月见草油的研究，对回归方程用Matlab软件进行寻优，确定月见草油中γ-亚麻酸含量的最优条件为：水分含量为7.2%，榨膛温度为78℃，榨膛压力为3.0MPa，此时月见草油中γ-亚麻酸含量为9.26%，得到的压榨饼中残油约为17%。使用改进后的冷榨机榨取月见草油，不仅可以有效的控制榨膛温度和榨膛压力，达到低温出油的目的，还可以减缓进料过程中漏料严重的问题，有效的控制物料的前行速度。分析月见草油的质量指标，油中γ-亚麻酸含量在9%以上，成品指标达到出口欧洲的标准。

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Study on the preparation technology of cold-pressed evening primrose oil by response surface methodology

HAN Dan1，ZHANG Huan2，WANG Yue2，WANG Jun-guo1，*，YU Dian-yu2
（1.Key Laboratory of Grain and Oil Processing of Jilin Province，Jilin Business and Technology College，Changchun 130062，China；2.School of Food，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China）

Based on evening primrose seeds，cold-pressed method was used to obtain evening primrose oil. Pressing chamber temperature，pressing chamber pressure and moisture content were considered as factors，and content of γ-linolenic acid in evening primrose oil was employed as evaluation index.The combination design of quadratic orthogonal rotation was used to study preparation process of evening primrose oil.The regression equation was optimized by Matlab software for getting the optimal condition of the cold pressing conditions.The optimal conditions：moisture content was 7.2%，pressing chamber temperature was 78℃，pressing chamber pressure was 3.0MPa.The content of γ-linolenic acid in evening primrose oil was 9.26% with the optimal conditions，and the quality of evening primrose oil was up to exporting standards of Europe.

cold-pressed；evening primrose oil；response surface methodology；γ-linolenic acid

TS224.3

B

1002-0306（2014）12-0307-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.059

2013－09－02 *通讯联系人

韩丹（1982-），女，硕士研究生，讲师，研究方向：生物技术及油脂化工。

吉林工商学院粮油食品深加工吉林省高校重点实验室基金项目（201204）。