乙醇-水微波辅助提取油茶饼残油的研究

唐祚姣，杨超，董新荣，周宝磊，李艳

（湖南农业大学理学院，湖南长沙 410128）

乙醇-水微波辅助提取油茶饼残油的研究

唐祚姣，杨超，董新荣*，周宝磊，李艳

（湖南农业大学理学院，湖南长沙 410128）

摘 要：研究了以乙醇-水为溶剂微波辅助提取油茶饼中残油的方法。通过乙醇浓度、微波功率、反应时间、料液比等单因素实验和正交设计实验方法探讨油茶饼中残油提取的影响因素。得到最佳提取条件为：乙醇浓度95%，微波功率320 W，微波处理时间10 min，料液比1∶10（g/mL），此条件下一次提取残油的收率达5.57%。此法提取油茶饼残油收率高，提取时间短，方法简单可行。

关键词：油茶饼；残油；提取；微波辅助法

茶油是我国最古老的植物食用油，营养丰富，其中油酸和亚油酸的含量在80%以上[1]，具有降低胆固醇、降血脂、抗氧化、抗癌、提高免疫力及预防心血管疾病等效果，有“东方橄榄油”之美称[2-3]。我国现有油茶林面积400 hm2，主要分布在四川、安徽、江苏、湖北、湖南、广西等地，其中以湖南最多，年产茶油籽超过60万t[4]。油茶籽一般用压榨法制备茶油[5]，压榨后得到的渣称为油茶饼，其中残油的含量为5%～8%左右，具有进一步开发利用的价值。目前从油茶饼中萃取残油方法主要为6号溶剂油萃取法，该法产油率较高，但存在生产中溶剂挥发污染环境以及溶剂残留等问题[6]。随着美国和欧盟对油脂浸出的有机溶剂的使用要求越来越严格，该法制油成本增加[7]。

近年来，人们一直在寻找替代6号溶剂油萃取油脂的溶剂，水代法、水酶法等油脂提取新方法得到开发和应用[8]。水代法和水酶法在提取花生、椰子、玉米胚芽等油脂得到应用，但由于油茶饼中含有较高含量的茶皂素，且残油较低，这两种方法在提取油茶饼中残油过程中易发生乳化现象，使进一步分离的难度加大[9]。异丙醇被一些研究者用以替代6号溶剂油用于萃取大豆、谷糠中的油脂[10-11]，但异丙醇仍然存在较大的毒性问题。

随着科学技术的发展，一些新技术如超声波法、微波辅助法等逐渐用于天然产物的提取与分离的研究中。微波辅助提取法具有穿透力强、溶剂用量少、萃取时间短、提取率高等优点，近年来广泛用于天然产物有效成分的提取研究中[12]。采用乙醇-水为溶剂，微波辅助的方法提取油茶饼中的残油，以期为油茶饼中残油的利用提供新的提取方法。

1 材料与方法

1.1 原料和试剂

油茶饼，湖南某厂提供；石油醚（60℃～90℃），95%乙醇，均为分析纯试剂。

1.2 主要设备

MCR-3微波化学反应器：巩义市予华仪器有限责任公司；AX-200型万分之一电子天平：日本Shimadzu Philippines公司。

1.3 方法

1.3.1 油茶饼水分与残油含量的测定

按照GB/T 14489.1-1993《油料水分及挥发物含量测定法》[13]和GB/T 14488.1-1993《油料种籽含油量测定法》[14]分别测定油茶饼的水分和残油含量。

1.3.2 微波提取单因素实验

准确称取粉碎的油茶饼10 g，分别考察乙醇浓度（60%、70%、80%、90%、95%）、微波功率（80、160、240、320、400、480 W）、提取时间（5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 min）、料液比（1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12 g/mL）、提取次数（1次、2次、3次）对残油提取收率的影响。提取液过滤后收集滤液，减压浓缩至浸膏，加20 mL石油醚超声溶解油脂，收集石油醚液，减压浓缩，得残油粗品，计算残油的收率。

1.3.3 微波提取正交试验

在单因素试验的基础上，采用L9（34）正交表进行正交试验，以探讨微波辅助提取油茶饼中残油的最佳工艺条件，因素水平设计见表1。

表1 正交因素表Table 1 Orthogonal factor table

1.3.4 验证试验

准确称取样品10 g，以正交试验优化所得工艺参数下，进行三平行的验证试验。

2 结果与分析

2.1 国标法测定油茶饼中含油量

国标GB/T 1488.1-1993油料种籽含油量测定法测定油茶籽的油脂含量时，要求原料的水分少于10%。按照GB/T 14489.1-1993油料水分及挥发物含量测定法测定本实验用油茶饼含水量为16.01%，RSD=0.27（n=3）。按照国标GB/T 14488.1-1993方法测得本实验用油茶饼中含油率为6.21%，RSD=2.25（n=3）。

2.2 提取油茶饼残油的单因素试验

2.2.1 乙醇浓度对残油收率的影响

准确称取10 g油茶饼粉末，在微波功率为240 W，加热时间为 7.5 min，料液比为 1∶8（g/mL），提取一次的条件下，分别考察了60%、70%、80%、90%、95%的乙醇对萃取油茶饼残油效率的影响，结果如图1所示。

图1 乙醇浓度对茶油饼中残油收率的影响Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction rate of residual oil

由图1可看出，当乙醇浓度小于70%时，随着乙醇浓度的增加，油茶饼残油的浸提收率增加缓慢；当乙醇浓度大于70%时，油茶饼残油浸提收率上升较快。乙醇浓度越高，越有利于溶剂与油脂接触将其提取出来，因此选择95%的乙醇做为萃取溶剂。

2.2.2 微波功率对残油收率的影响

准确称取10 g油茶饼粉末，在乙醇浓度为95%，加热时间为 7.5 min，料液比为 1∶8（g/mL），提取一次的条件下，分别考察了微波功率为80、160、240、320、400、480 W对油茶饼残油收率的影响。实验结果如图2所示。

图2 微波功率对茶油饼中残油收率的影响Fig.2 Effect of microwave power on extraction rate of residual oil

由图2可知，当微波加热功率小于160 W时，油茶饼中残油提取的收率上升较快，因为微波直接作用于细胞内的细胞质和溶剂，随着微波辐射功率的增加，引起其瞬间快速加热，细胞膨胀至破裂的速度增快，收率增加较快；当微波功率达到320 W后，功率增加时油茶饼中残油的提取收率增加幅度缓慢；但当微波功率大于400 W时，收率反而降低，可能是因为微波功率过大时，反应激烈，溶剂爆沸，甚至冲出冷凝管，引起收率下降。由于在320 W与400 W条件下，残油收率比较接近，因此本实验选用微波功率较小的320 W为后续实验的条件。

2.2.3 时间对残油收的影响

准确称取10 g油茶饼粉末，在乙醇浓度为95%，微波功率为320 W，料液比为1∶8（g/mL），提取一次的条件下，分别考察了微波辐射时间为5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 min对油茶饼中残油收率的影响。实验结果如图3所示。

图3 时间对油茶饼中残油收率的影响Fig.3 Effect of extraction time on extraction rate of residual oil

由图3可知，随着微波辐照时间的增长，油茶饼残油的收率逐渐增加。当处理时间在10 min以内时，油茶饼中残油的提取收率上升较快。这是因为电磁波把能量直接传播到油茶饼渣内部，加热时间太短，残油浸出不充分，加热时间越长，残油浸出越充分；当微波处理时间为10 min～15 min时，油茶饼残油的收率基本保持不变。综合考虑残油收率与生产成本，选择微波辅助萃取时间为10 min。

2.2.4 料液比对残油收率的影响

准确称取10 g油茶饼粉末，在乙醇浓度为95%，微波功率为320 W，加热时间为10 min，提取一次的条件下，分别考察了料液比为 1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12（g/mL）对浸取油茶饼残油收率的影响。实验结果如图4所示。

图4 料液比对油茶饼中残油收率的影响Fig.4 Effect of liquid to solid ratio on extraction rate of residual oil

由图4可知，随着料液比的增加，微波辅助提取油茶饼中残油的收率逐渐增加。料液比低于1∶10（g/mL）时，残油提取的收率上升较快，这是因为乙醇用量的增加，增加了油茶饼中油脂与乙醇的接触几率，有助于油脂分子在溶剂中的扩散，茶油在乙醇和茶油饼细胞中的浓度差增大，更容易渗透出来；当料液比高于1∶10（g/mL）时，油茶饼残油的提取收率增加缓慢，由于料液比增大到一定值后，油茶饼中油脂的含量有限，因而油脂收率趋于稳定。综合考虑生产成本等因素，本实验选择料液比为1∶10（g/mL）进行后续实验。

2.2.5 提取次数对残油收率的影响

准确称取10 g油茶饼粉末，在乙醇浓度为95%，微波功率为320 W，加热时间为10 min，料液比为1∶10（g/mL）的条件下，考察了提取次数对油茶饼中残油提取收率的影响。实验结果为：油茶饼经一次提取，残油的收率为4.86%；其渣经第2次提取时，残油收率为0.64%；渣经第3次提取时，残油收率为0.00%。油茶饼中的残油经两次微波辅助提取的收率达到5.50%，而一次提取时残油的收率达达到3次提取总和的88.36%，即油茶饼中的残油经一次微波辅助提取具有较高的收率。因此综合考虑生产成本因素，实际生产中只需要提取一次。

2.3 残油提取的正交试验

在单因素试验的基础上，选取乙醇浓度（A）、微波功率（B）、微波时间（C）、料液比（D）4个因素，进行L9（34）的正交试验，结果见表2所示。

表2 正交试验结果Table 2 The results of orthogonal experimental

由表2可看出，影响油茶饼中残油微波辅助提取收率的因素按影响程度由大到小排列为A＞D＞C＞B，即乙醇浓度对残油收率影响最大，其次是料液比，然后为微波加热时间，影响最小的是微波功率。由于微波功率对残油收率的影响最小，生产中可用较小的功率加热以降低成本。得到微波辅助提取的最优工艺条件为：A3B2C3D3，即乙醇浓度为95%，微波加热功率为320 W，加热时间为 12.5 min，料液比为 1∶10（g/mL）。

2.4 验证实验

为了考察实验优化方案对油茶饼残油提取的效果，以最优工艺条件，即在乙醇浓度为95%，微波加热功率为 320 W，加热时间为 12.5 min，料液比为 1∶10（g/mL）进行了3种不同油茶饼原料中残油的提取实验，每种原料进行3次平行试验，实验结果见表3。

表3 验证试验结果Table 3 Optimization scheme experimental results

由表3可知，3种油茶饼原料用微波辅助95%乙醇为溶剂提取其中的残油的收率（一次提取）分别达到国标法所测定的残油含量的89.7%、91.5%及87.5%，平均为89.9%。总的来说残油提取效果较好，但也存在因原料中水分含量的差异，导致残油提取收率有高低，即原料水分含量低，残油提取收率高，生产中可考虑先干燥再提取残油。

3 结论

对微波辅助含水乙醇为溶剂提取油茶饼中残油的影响因素进行了优选，最优工艺条件为：乙醇浓度95%，微波加热功率320 W，微波辅助提取时间12.5 min，料液比1∶10（g/mL）。并以此优化条件进行了3种油茶饼原料中的残油的提取试验，结果表明：经一次提取残油的收率达到国标法所测定的茶油饼中残油含量的90%。该法提取时间短，操作简单方便，具有替代6号溶剂油萃取油茶饼中残油的前景。但为了考察残油收率，后续处理过程中使用了少量6号溶剂油为溶剂萃取乙醇提取物的方法，下一步将继续研究乙醇－水提取油茶饼中残油的精制方法，以期为油茶饼中残油的利用提供了一种全新的工艺。

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[13]国家技术监督局.GB/T 14489.1－1993油料水分及挥发物含量测定法[S].北京:中国标准出版社,1994:1－6

[14]国家技术监督局.GB/T 14488.1－1993油料种籽含油量测定法[S].北京:中国标准出版社,1994:1－6

Study on Microwave-assisted Extraction of Residual Oil in Defatted Cake of Camellia

Using Ethanol-water as Solvent TANG Zuo-jiao，YANG Chao，DONG Xin-rong*，ZHOU Bao-lei，LI Yan

（College of Science，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，Hunan，China）

Abstract：The method for microwave-assisted extraction of residual oil in defatted cake of camellia using ethanol-water as solvent was investigated.The effect of ethanol concentration， microwave power， heating time and solid-to-liquid rate on extraction rate of oil were studied in detail by single-factor experiments and orthogonal experiments.The optimum conditions were obtained as follows： the concentration of ethanol was 95%，microwave power is 320 W，heating time is 10 min，solid to liquid ratio was 1∶10.Under the optimum conditions，the yield of oil was 5.57%，which gets closed to the result of soxhlet extraction using petroleum ether as solvent.This method for extraction of residual oil in defatted cake of camellia was simple and effective.

Key words：defatted cake of camellia；residual oil；extraction；microwave-assisted method

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.06.008

唐祚姣（1987—），女（汉），硕士研究生，研究方向：天然产物化学。

董新荣（1963—），男（汉），教授，硕士生导师，主要从事有机合成化学及天然产物化学方面的研究工作。

2012－08－19