坚果油脂的超声提取工艺优化及其脂肪酸分析

张明霞，庞建光*，蔡冬梅，王秀梅，金玉美，高贤良

1.河北工程大学（邯郸 056038）；2.邯郸市牧渔生物科技中心（邯郸 056002）

核桃、杏仁和松子均属于树坚果，富含脂肪、蛋白质、碳水化合物和膳食纤维等多种营养素，是我国河北山区的重要坚果资源，年产果仁几万吨以上。3种坚果营养成分中脂肪含量均达50%以上，属油料坚果，且其脂肪主要由不饱和脂肪酸组成[1]。尤其亚油酸、亚麻酸等人体必需脂肪酸的含量，高于其他非坚果食用油类，经常食用具有疏导清理血管、健脑益智等作用。近年来坚果油作为高级食用油，受到越来越多人们的关注[2]。由于不同种类坚果脂肪酸组成差异很大，即使同一种坚果，其成分也因品种和产地的不同而有所区别。陈逸鹏等[3]对花生、核桃、葵花籽、西瓜子、南瓜子、巴旦木、开心果和腰果8种坚果油脂中的脂肪酸进行分析，结果发现不饱和脂肪酸含量在78%～92%之间，其中多不饱和脂肪酸（亚油酸和亚麻酸）含量较高，核桃、葵花籽、西瓜子和南瓜子4种坚果亚油酸含量均在50%以上，可作为补充多不饱和脂肪酸的良好食材。

目前植物油脂的提取方法多采用传统压榨法、冷浸法和超临界流体CO2萃取法等[4-5]。超临界CO2萃取技术是近年来发展起来的一种新型分离技术，它克服了传统压榨法出油率低、精制工艺繁琐等缺点，也克服了冷浸法在混合油蒸馏分离过程中油脂氧化酸败，有机溶剂残留和环境污染等缺点，成为倍受关注的油脂提取方法。但此法对设备要求较高，导致成本升高。近年来，超声波技术在植物油脂提取中的研究应用日渐增多，利用超声波的空化、粉碎和乳化等作用可以提高出油率、减少溶剂用量、缩短提取时间和提升油的感官品质[6-7]。目前，利用超声波辅助提取坚果油脂的研究较少[8-10]。此次研究以河北山区常见油料坚果——核桃、杏仁和松子为原料，将超声波技术应用到坚果油脂的提取中，考察了液固比、超声时间、超声功率和超声温度等因素对坚果出油率的影响，通过单因素试验和正交试验L9(33)优化超声提取条件，采用GC法对坚果油脂的脂肪酸组成进行解析。研究结果对坚果类食品消费和营养价值的充分利用有重要的指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

核桃（河北邯郸山区）、松子（河北承德山区）、杏仁（河北张家口和承德山区）三种坚果，取其未经任何加工处理的果仁原材料于阴凉干燥处保存、备用。

石油醚（Bp：60～90 ℃）、无水硫酸钠（使用前250 ℃烘箱中烘4 h）、甲醇、氢氧化钠等（均为分析纯）；正己烷（色谱纯）；脂肪酸标准品（购自百灵威公司）。

1.2 仪器与设备

KQ5200DB型数控超声清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；旋转蒸发器RE-52AA（上海荣盛生化仪器厂）；TG16-W台式高速离心机（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司）；XW-80A型漩涡混合器（上海精密仪器仪表有限公司）；Agilent 6890N气相色谱仪（美国安捷伦科技公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 超声辅助提取油脂

坚果果仁于研钵中研碎（粒度＜1 mm），准确称取5 g样品于100 mL平底烧瓶中，加入不同体积石油醚为提取溶剂，在不同超声时间、超声功率和超声温度下提取油脂。取出平底烧瓶，氮气保护下50 ℃旋转蒸发除去石油醚，以2 500 r/min离心10 min后取上清液，即为坚果样品粗脂肪，称其质量，按式（1）计算坚果出油率。

设计单因素和正交试验时，考虑到三种坚果中核桃容易获得且价格最低，故利用核桃出油率确定最佳超声提取工艺。粗脂肪转移至具塞玻璃瓶中，室温下微氮气流吹干残留溶剂，-20 ℃下保存，用于脂肪酸组成测定。

1.3.2 坚果油脂的甲酯化与色谱分析

取60 mg上述粗脂肪样品于具塞玻璃试管中，加4 mL正己烷和2 mL氢氧化钠甲醇溶液，涡旋混合10 s，在50 ℃条件下加热10 min甲酯化。冷却分层后吸出上层脂肪酸甲酯溶液，无水硫酸钠脱水，用针式滤膜过滤转移至样品瓶中，冷藏供气相色谱分析。

色谱条件：氢火焰离子化检测器（FID）280 ℃，KB-FFAP 脂肪酸色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 mm，美国Kromat公司）；程序升温160 ℃（2 min），8 ℃/min至250 ℃（10 min）；进样口温度250 ℃；载气为高纯氦气，流速0.8 mL/min；氢气流量30 mL/min；空气流量300 mL/min；分流进样，分流比15∶1；进样量1 μL。每个样品平行测3次。

根据脂肪酸标准品的保留时间确定待测样品中脂肪酸的组成。采用峰面积归一化方法确定各脂肪酸的相对含量。

2 结果与分析

2.1 超声提取条件对出油率的影响

2.1.1 液固比对出油率的影响

石油醚为提取溶剂，超声功率 300 W、超声时间30 min、超声温度30 ℃条件不变，考察液固比对核桃出油率的影响，结果如图1所示。随着液固比的增大，出油率呈上升趋势。原因是对于固定质量的核桃仁，提取溶剂体积增加时，导致溶剂中脂肪的浓度降低，则核桃仁与溶剂接触界面处的浓度差增大，从而提高了传质速率，出油率增大。当液固比增大到8∶1（mL/g）以后，随溶剂用量增加，出油率没有明显变化，表明脂肪已基本被提取出来。继续增大液固比，后期溶剂挥发会造成少量核桃油的损失。从经济角度考虑，选择液固比8∶1（mL/g），与宁宇等[9]研究结果一致。

图1 液固比对核桃出油率的影响

2.1.2 超声功率对出油率的影响

控制液固比8∶1（mL/g）、超声温度30 ℃，在功率100～600 W条件下超声处理30 min，核桃出油率见图2。从图2可知，当超声功率从100 W上升到200 W时，出油率急剧上升，之后速度变慢，400 W时出油率达到最大，随后出油率变化不大略有下降。原因主要为随超声功率增大，空化、乳化和粉碎等作用加强，界面层分子扩散速度加快，从而核桃仁中的脂肪浸出速度加快。但功率过大（500 W以上），脂肪分子的结构和性质可能被破坏，导致出油率稍微下降。所以选取400 W为最佳功率条件，高于文献报道值[11]。

图2 超声功率对核桃出油率的影响

2.1.3 超声处理时间对出油率的影响

在液固比8∶1（mL/g）、超声温度30 ℃、功率400 W条件下处理10～50 min，核桃出油率如图3所示。由图3可以看出，20 min前，随着超声时间的延长，核桃出油率显著上升，20 min后上升趋势变缓。原因是超声波产生的能量使物料温度有一定程度的上升，导致脂肪溶出速率增大，但超声处理时间过长可能会导致脂肪发生分解使出油率下降。故选择20 min为最佳超声时间，既节省时间又能保证出油率。

图3 超声时间对核桃出油率的影响

2.1.4 超声温度对出油率的影响

由于研究所用石油醚的沸点范围在60～90 ℃，故超声温度设在较低范围。控制液固比8∶1（mL/g）、超声功率400 W，在温度20～45 ℃条件下超声处理20 min，核桃出油率如图4所示。由图4可知，随着温度升高，核桃出油率上升趋势非常小，从经济效益考虑，升高温度会造成成本增加，而出油率变化不大，所以选择在常温下进行超声提取。

图4 超声温度对核桃出油率的影响

2.1.5 超声辅助提取油脂的工艺条件优化

根据单因素试验，温度对出油率影响非常小，常温即可保证高出油率。故试验选择液固比（A）、超声功率（B）和超声时间（C）设计三因素三水平正交试验，试验方案及结果见表1。

表1 超声辅助提取油脂工艺条件L9(33)正交试验设计及结果

由表1可知，各因素对出油率的影响程度为液固比（A）＞超声波功率（B）＞超声时间（C），分析得最优组合为A2B2C3，即液固比8∶1（mL/g），超声功率400 W，超声时间25 min。与正交试验表中出油率最高的第4组相符，出油率为65.52%，可确定此为最佳提取工艺条件。结果稍高于王翔宇等[8]报道巴塘核桃油产率，可能和核桃产地、浸出溶剂和工艺条件等因素有关。

2.1.6 三种坚果油脂的提取结果

利用核桃为原料建立的超声辅助最佳提取条件处理河北山区三种常见油料坚果，结果见表2。可以看出，所测三种坚果出油率高低顺序为松子（69.16%）＞核桃（65.52%）＞杏仁（52.95%）。三种坚果含油量均很高，可作为开发功能性保健油脂的重要原料。

表2 三种油料坚果中油脂的含量（n=3，a=0.05）

2.2 坚果油脂中脂肪酸组成的检测结果与分析

三种坚果油脂中脂肪酸（FA）的GC色谱图见图5～图7。各脂肪酸的含量采用峰面积归一法定量。可以看出，坚果中主要含有棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸，不饱和脂肪酸（UFA）含量占90%左右。图7杏仁油中还检测到微量的棕榈油酸（0.85%），由于其油酸含量太高，导致保留时间2.8 min处硬脂酸峰被覆盖。三种坚果油中饱和脂肪酸（SFA）含量较低，占FA组成的4%～7%，品种间差异不大。油酸（ω-9单不饱和脂肪酸）含量最高为杏仁油（73.31%），显著高于松子油（21.51%）和核桃油（14.03%）。油酸和SFA同为非必需脂肪酸，可由人体内产生，也可从动植物油脂中摄取。研究表明，油酸在代谢过程中具有降低血压、预防动脉粥样硬化、燃烧脂肪和对抗感染等多种功效[12]。亚油酸含量以核桃油最高（68.26%），松子油次之（45.94%），杏仁油最低（20.94%）。亚麻酸的含量以松子油最高（17.00%），核桃油偏高（10.18%），杏仁油中仅检测到微量亚麻酸（0.09%）存在，不同品种间差异较大。亚油酸（ω-6系列）和亚麻酸（ω-3系列）均为多不饱和脂肪酸（PUFA），属必需脂肪酸，在体内不能合成，必须由食物供给。适量的摄入亚油酸和亚麻酸具有降低血液胆固醇含量、健脑益智、改善视力等功效。在油脂的评价指标中，PUFA的含量是评价食用油营养水平的重要依据。三种坚果油中PUFA含量占FA组成21%～79%，这些坚果类产品均可作为补充膳食PUFA的优质食材。

图5 核桃油脂肪酸色谱图

图6 松子油脂肪酸色谱图

图7 杏仁油脂肪酸色谱图

3 结论

采用超声波辅助技术提取坚果油脂，通过单因素试验和L9(33)正交试验，考察了液固比、超声功率、超声时间和超声温度对出油率的影响。结果表明，各因素对出油率的影响程度为液固比＞超声波功率＞超声时间＞超声温度，超声波辅助提取坚果油脂的最佳工艺条件：液固比8∶1（mL/g），超声功率400 W，在常温下超声处理25 min，核桃出油率可达到65.52%。在相同条件下松子和杏仁出油率分别为69.16%和52.95%。

GS法分析油脂脂肪酸结果表明，三种坚果油脂主要含有棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸，杏仁油中还检测到微量的棕榈油酸（0.85%）。其中油酸含量以杏仁油最高（73.31%），亚油酸含量以核桃油最高（68.26%），亚麻酸的含量以松子油最高（17.00%）。油脂中UFA含量占90%左右，且PUFA含量丰富，占FA组成的21%～79%，食用这些坚果类产品是补充膳食PUFA的很好途径。