刀豆油脂提取工艺优化与脂肪酸成分分析

韩小存

(郑州旅游职业学院，河南 郑州 450009)

刀豆为豆科缠绕草质藤本植物的成熟种子[1]，世界各地被普遍种植，在中国以华中、华南地区最多，是一种重要的食物资源[2]。刀豆为药食同源类食物[3]，富含优质蛋白、不饱和脂肪酸、矿物质和维生素[4-5]，具有温中下气、利肠胃、益肾补元等作用，对于肾虚腰痛、风湿腰痛、小儿疝气等症有一定疗效[6]。2020年中国刀豆种植面积为65 901 hm2，产量164 239 t[7]。目前，中国刀豆主要以烹饪菜肴为主，少量刀豆加工成腌制品和刀豆酱。

目前，对刀豆油脂及相关豆类的油脂含量已有文献[8]36报道，但对刀豆油脂正己烷萃取技术、脂肪酸组成与成分分析研究、理化性质及其应用研究尚未报道。试验拟以干刀豆为原料，对刀豆油脂正己烷萃取工艺参数进行优化，并对其脂肪酸组成与理化性质进行研究，以期为刀豆油脂的开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料

干刀豆：产地河南漯河；

无水乙醚、氢氧化钾、碘化钾、甲醇、正己烷：分析纯，河南天成化学试剂有限公司。

1.2 主要仪器

手提式磨粉机：DXF-04D型，广州市大祥电子机械设备有限公司；

马弗炉：F48000型，苏州柏兆科学仪器有限公司；

索氏抽提器：SXT-06型，上海洪纪仪器设备有限公司；

恒温水浴锅：BLH-S2型，上海标隆仪器有限公司；

旋转蒸发仪：RE20V2型，上海标隆仪器有限公司；

电热恒温干燥箱：202A型，南京莱步科技实业有限公司；

分光光度计：100Conc型，美国安捷伦公司；

气质色谱仪：SQ456-GC型，美国布鲁克公司。

1.3 试验方法

1.3.1 刀豆营养成分分析 参照文献[9]。

1.3.2 刀豆油脂的提取[10]将刀豆粉碎过40目筛，称取一定量的刀豆粉，将其倒入三角烧瓶中，加入一定体积的正己烷溶剂，放在恒温振荡水浴锅中提取，振荡速度为120 r/min，提取次数为1次。当提取温度超过正己烷沸点(69 ℃)时，在三角烧瓶中放置几块沸石，防止暴沸。提取完成后对溶液进行抽滤，滤液经真空旋转蒸发即得刀豆油脂。按式(1)计算刀豆油脂提取率。

(1)

式中：

R——刀豆油脂提取率，%；

M1——刀豆油脂质量，g；

M0——刀豆粉质量，g；

W——水分质量百分含量，%。

1.3.3 刀豆油脂提取工艺优化 采用正己烷萃取刀豆油脂的主要影响因素为提取温度、提取时间、液料比[11]。以刀豆油脂提取率为指标，考察单因素适宜范围及正交工艺最佳因素水平组合。单因素和正交试验设计如下：

(1) 提取温度：在提取时间为2 h，提取液料比为20∶1 (mL/g) 的条件下，考察提取温度(40，50，60，70，80 ℃)对刀豆油脂提取率的影响。

(2) 提取时间：在提取温度为70 ℃，液料比为20∶1 (mL/g) 的条件下，考察提取时间(1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 h)对刀豆油脂提取率的影响。

(3) 液料比：在提取温度为70 ℃，提取时间为2.5 h 的条件下，考察液料比[10∶1，15∶1，20∶1，25∶1，30∶1 (mL/g)]对刀豆油脂提取率的影响。

(4) 正交试验：通过单因素试验，确定最佳单因素的水平范围，然后采用三因素三水平正交试验表，优化刀豆油脂提取参数最佳因素水平组合。

1.3.4 刀豆油脂脂肪酸组成分析 按GB 5009.168—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》第一法(内标法)执行。

1.3.5 刀豆油脂理化指标测定 参照文献[12]。

1.4 数据分析

运用Office Excel软件进行绘图，并计算标准差。运用正交设计软件V3.1开展L9(34) 正交试验设计与分析[13]。

2 结果与分析

2.1 刀豆基本营养成分

刀豆的基本营养成分见表1。

由表1可知，刀豆营养成分中，含量较高的有粗蛋白、碳水化合物、粗纤维，粗脂肪、灰分的含量相对较低。刀豆中粗脂肪含量较低，可以通过育种技术提高刀豆中油脂含量，从而提高刀豆的综合利用价值。

表1 刀豆营养成分Table 1 Nutrient composition of Canavalia gladiata %

2.2 刀豆油脂提取工艺参数确定

2.2.1 提取温度对刀豆油脂提取率的影响 由图1可知，在40～70 ℃范围内提取率逐渐增大，超过70 ℃之后提取率降低。正己烷溶剂温度增高时，分子热运动增加，萃取效果增加[8]246-247。但是，正己烷沸点为69 ℃，超过此温度时，会造成溶剂的挥发损失，提取效果反而会下降。因此，综合考虑，刀豆油脂的适宜提取温度为70 ℃。

图1 提取温度对刀豆油脂提取率的影响Figure 1 The effect of temperature on the extractionrate of Canavalia gladiata oil

2.2.2 提取时间对刀豆油脂提取率的影响 由图2可知，在1.0～2.5 h内提取率增加幅度较大，超过2.5 h后增加幅度较小，此时刀豆油脂残油率非常低，或接近极限[14]，如果再延长提取时间，油脂提取率增加微乎其微，降低提取效率。因此，综合考虑，刀豆油脂的适宜提取时间为2.5 h。

图2 提取时间对刀豆油脂提取率的影响Figure 2 The effect of time on the extraction rate ofCanavalia gladiata oil

2.2.3 液料比对刀豆油脂提取率的影响 由图3可知，刀豆油脂提取率随液料比的增加呈先增加后趋稳的趋势，当液料比达到25∶1 (mL/g)后刀豆油脂提取率增加幅度较小。随着液料比的增加，刀豆内部和外部油脂浓度差增大，会增加油脂的萃取速率和提取率[15]。但是，当液料比达到一定比例，油脂的萃取速率和提取率达到极限。因此，综合考虑，提取刀豆油脂的适宜液料比为25∶1 (mL/g)。

图3 液料比对刀豆油脂提取率的影响

2.2.4 正交试验优化刀豆油脂提取参数 根据单因素试验，得到适宜的L9(34)正交试验因素和水平见表2，试验结果与分析见表3、表4。

表2 正交试验因素和水平Table 2 Factors and levels of orthogonal test

由表3可知，液料比对提取率影响最大，其次是提取时间，最后是提取温度，最佳的因素水平为液料比25∶1 (mL/g)、提取温度70 ℃、提取时间2 h。在此提取条件下，刀豆油脂提取率为3.12%。

表3 刀豆油脂提取正交试验结果及分析Table 3 Orthogonal test results and analysis of Canavalia gladiata oil extraction

2.3 刀豆油脂脂肪酸组成

由表4可知，刀豆油脂的脂肪酸共有9种，其中棕榈油酸由于双键位置不同而有两种，亚油酸有顺反式2种。该9种脂肪酸中，主要是棕榈油酸、油酸和亚油酸，含量约占总脂肪酸的85.29%。刀豆油脂脂肪酸种类和大豆油脂肪酸类似，但是比例相差较大。刀豆油中主要脂肪酸硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸含量分别为5.06%，56.33%，12.76%，3.83%，而大豆油主要脂肪酸硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸含量分别为3.5%，21.0%，53.0%，10.0%。说明刀豆和大豆油脂中油酸和亚油酸的含量差异显著(P<0.01)，尽管刀豆和大豆为豆类植物，但其脂肪酸种类和含量却不同。刀豆油脂不饱和脂肪酸含量为89.12%，大豆油脂不饱和脂肪酸含量为85.0%，说明不饱和脂肪酸含量比较接近。因此，在脂肪酸组成上，刀豆油脂和大豆油有类似之处，但也有不同之处。

表4 刀豆油脂的脂肪酸组成Table 4 Fatty acid composition and content of Canavalia gladiata oil

刀豆油脂脂肪酸类别组成中，主要是单不饱和脂肪酸，其次是饱和脂肪酸与二不饱和脂肪酸，三不饱和脂肪酸最低。亚油酸和亚麻酸为必需脂肪酸[16-17]，在刀豆油脂中亚麻酸含量较低，仅为3.83%。因此，在饮食中，刀豆油脂需要复配含高亚麻酸的油脂，以提高三不饱和脂肪酸的含量，达到脂肪酸比例的营养均衡，如添加亚麻籽油(亚麻酸含量为54.19%)[18]。

2.4 刀豆油脂的理化指标

试验测定结果显示，刀豆油脂呈浅黄色，说明含有植物黄色色素[19]。折光指数和碘价随脂肪酸不饱和程度的增大而增加[20]，刀豆油脂折光指数为1.46，碘价为117.8 g/100 g，说明刀豆油脂不饱和度较高。刀豆油脂熔点是13.0 ℃，说明刀豆油在常温下为液体。酸价反映了脂肪酸含量的高低，刀豆油脂酸价为0.86 mg KOH/g，说明尚未精炼的刀豆油脂酸价相对较高。刀豆油脂皂化值为188 mg KOH/g，接近常见的花生油、大豆油，说明它们之间油脂脂肪酸平均分子量的大小比较接近。过氧化值反映了油脂的氧化酸败程度，刀豆油脂过氧化值为2.61 mmol/kg，说明刀豆油脂中过氧化物较少，未发生氧化酸败现象。因此，该刀豆油脂与常见的植物油理化性质比较接近。

3 结论

采用正己烷萃取法提取刀豆油脂的最佳工艺条件为液料比25∶1 (mL/g)、提取温度70 ℃、提取时间2 h，刀豆油脂提取率为3.12%。刀豆油脂有9种脂肪酸，主要是棕榈油酸、油酸和亚油酸，含量约占总脂肪酸的85.29%，亚麻酸含量相对较低，需要补充亚麻酸，以提高刀豆油脂的营养价值。试验尚未研究刀豆油脂的食用安全性，以及油脂的功能性质诸如起酥性、融合性、乳化性、吸水性等，后续工作中将继续开展进行。