热风—微波联合干燥油茶籽的工艺研究

龙婷 吴雪辉 容欧 杨柳 易志 李扬

摘要：【目的】研究油茶籽的热风—微波联合干燥工艺，寻找一种干燥效率高、茶油品质好的干燥方式，为茶油生产提供科学依据。【方法】采用主成分分析法和正交试验优化不同热风温度、转换点水含量和微波功率密度下油茶籽的热风—微波联合干燥工艺，并对比不同干燥方式（自然、热风、微波、热风—微波联合）对油茶籽干燥时间、出油率及所得茶油的理化指标、功能营养成分和脂肪酸组成的影响。【结果】热风—微波联合干燥最佳工艺条件为：热风温度40 ℃、转换点水含量35%、微波功率密度1.50 W/g，3个因素的影响主次顺序为：微波功率密度>转换点水含量>热风温度。热风—微波联合干燥的干燥时间仅长于微波干燥，为293 min，其出油率最高，为42.09%；4种干燥方式制得茶油的理化指标和功能营养成分的综合评分为：热风—微波联合干燥>热风干燥>微波干燥>自然干燥；4种干燥方式对茶油脂肪酸组成及含量的影响较小，棕榈酸含量均在11.0%左右，油酸含量在80.1%～81.1%。【结论】采用热风—微波联合干燥油茶籽，既能缩短干燥时间、提高出油率，又能保证茶油品质，是一种适合产业化利用的油茶籽干燥方式。

关键词： 油茶籽；热风—微波联合干燥；干燥时间；出油率；茶油品质；脂肪酸

中图分类号： TS224.2 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）07-1181-06

0 引言

【研究意义】油茶籽（Camellia oleifera seed）是我国特有的木本油料，所制得的油脂被称为油茶籽油、山茶油、茶油，因其脂肪酸组成和生理活性与橄榄油十分接近，故有“东方橄榄油”的美誉（龙正海和王道平，2008；李丽等，2010； Shen et al.，2012；吳雪辉和李叶青，2014）。茶油生产前需对油茶籽进行干燥、清理除杂、脱壳、粉碎、热处理等工序，干燥方式的选择对茶油的得率和品质有较大影响（Bellagha et al.，2007；Wang et al.，2007）。油茶籽的传统干燥方式为自然晾晒，该法耗时费力，易导致油茶籽发霉腐烂，油脂酸败，影响后续精炼加工过程。因此，研究新的干燥工艺，找到一种更适合油茶籽的干燥方式，对其产业的进一步发展具有重要意义。【前人研究进展】为解决油茶籽传统干燥方式潜在的问题，近年来不少学者对其他干燥方式进行了研究。张喜梅等（2010）研究发现，油茶籽在热风温度70 ℃条件下需干燥20 h以上；王飞等（2016）研究发现，干燥时间越长、热风温度越高，茶油中的苯并芘含量越多，易造成苯并芘超标。邢朝宏等（2012）研究发现，微波干燥所需时间短，但易造成油茶籽焦糊，经微波干燥后的油茶籽储藏稳定性低。热风—微波联合干燥兼备热风干燥和微波干燥的优点，可获得较好的干燥品质，且能节省时间和能耗。陈桂芬等（2012）研究了油茶籽的热风—微波耦合干燥工艺，发现在最佳工艺条件下，其干燥时间比热风干燥缩短近3倍，过氧化值减小了7.46%。【本研究切入点】目前，油茶籽热风—微波联合干燥工艺的研究主要以干燥时间为优化目标，而对干燥过程中茶油品质变化的研究较少，对不同干燥方式进行系统对比的研究也鲜见报道。【拟解决的关键问题】以干燥时间和茶油品质为评价指标，采用正交试验优化热风—微波联合干燥工艺，并比较不同干燥方式对干燥时间及其所得茶油品质的影响，找到一种干燥效率高、茶油品质好的干燥方式，为茶油生产提供科学依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试油茶籽采自华南农业大学增城教学科研基地。标准品β-谷甾醇、芦丁、没食子酸购自上海玉博生物技术有限公司；乙酸酐、三氯化铁、三氯甲烷、乙醚、正己烷、环己烷、异辛烷、冰乙酸购自广州化学试剂厂；邻苯二甲酸氢钾、一氯化碘、氧化锌、硫酸联氨、钼酸钠、福林酚购自天津市福晨化学试剂厂。主要仪器设备：YP3001N型电子天平（上海精密科学仪器有限公司）、DHG-9053BS-Ⅲ型电热恒温鼓风干燥箱（上海新苗医疗器械制造公司）、UV-510紫外分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司）、RE-52AA旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂）、TDL-5-A低速台式大容量离心机（上海安亭科学仪器厂）、WD800微波沪（顺德市格兰仕电器实业有限公司）、ZYJ-904家用小型榨油机（德国贝尔斯顿有限公司）、HP6890气相色谱-HP5898质谱联用仪（美国Agilent公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 茶油提取 油茶籽干燥至安全水含量（9.48%）后，采用家用小型榨油机提取茶油，于3000 r/min下离心30 min，称取茶油质量，计算出油率。

出油率（%）=G2/G1×100 （1）

式中，G1为油茶籽质量（g），G2为茶油质量（g）。

1. 2. 2 热风干燥 称取200 g新鮮油茶籽平铺在铝盘中，置于电热恒温鼓风干燥箱内，在不同热风温度（40、60、80 ℃）下干燥，每隔0.5 h（当干基水含率达25%左右时，间隔1.0 h）记录1次数据，直至干基水含率≤2%，绘制热风干燥曲线。干基水含率计算公式为：

Xt=（mt-m干）/m干×100 （2）

式中，Xt为t时刻水含率（%），mt为t时刻物料质量（g），m干为物料干基质量（g）。

1. 2. 3 微波干燥 称取200 g新鲜油茶籽平铺在微波炉的玻璃盘上，分别在250、300、350 W，即微波功率密度1.25、1.50、1.75 W/g条件下干燥，每隔2 min记录1次数据，直至干基水含率≤2%，绘制微波干燥曲线。

1. 2. 4 热风—微波联合干燥 称取200 g新鲜油茶籽平铺在铝盘中，先将其置于电热恒温鼓风干燥箱内，待烘干至一定水含量后，再转至微波炉中继续干燥，直至干基水含率≤2%，记录干燥全过程所需时长。

1. 2. 5 热风—微波联合干燥工艺优化 在预试验及单因素试验基础上，采用正交试验法，以热风温度、转换点水含量、微波功率密度为试验因素，干燥时间、过氧化值、酸价、碘值及类胡萝卜素、甾醇、多酚、黄酮含量的主成分综合评分为正交试验结果。各因素水平见表1。

1. 2. 6 不同干燥方式对比 对新鲜油茶籽分别进行自然（摊晒）、热风（40 ℃）、微波（1.50 W/g）和热风—微波联合（优化条件）干燥，压榨提油后测定所得茶油样品的理化指标和功能营养成分，并对其脂肪酸组成进行分析。

1. 3 测定项目及方法

过氧化值：硫代硫酸钠滴定法（GB 5538-2005）；酸值：中和滴定法（GB 5530-2005）；碘值：滴定法（GB/T 5532-2008）；磷脂含量：钼蓝比色法（GB/T 5537- 2008）；多酚含量： Folin-Ciocalten法（唐亮等，2012），以没食子酸为标准品；黄酮类物质含量：硝酸铝—亚硝酸钠比色法；类胡萝卜素含量：紫外分光光度法；甾醇含量：磷硫铁比色法（张蕊等，2011）。

采用气相色谱—质谱联用法测定脂肪酸组成。气相色谱条件：色谱柱为柱HP1NNOWA×30 m×0.25 mm；程序升温为柱温50 ℃保持5 min，以5 ℃/min的速度升温至220 ℃；进样口温度250 ℃；He流速1.0 mL/min。质谱条件：EI离子源；电子能量70 eV、350 V；扫描质量35～335 amu。

1. 4 统计分析

采用SPSS 16.0和Excel 2007对试验数据进行统计分析，数据以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2. 1 热风干燥曲线

由图1可知，随着干燥时间的延长，油茶籽水含率逐渐下降，干燥末期曲线变平缓，热风干燥脱水难度增加。相同干燥时间下，热风温度越高，水含率越低，干燥至油茶籽的相对安全储藏水分（20 ℃，9.48%，下同）所需时间越短，在40、60和80 ℃下，所需干燥时间分别为19、13和10 h。

2. 2 微波干燥曲线

由图2可知，微波功率密度越大，油茶籽干燥时间越短，但功率密度大于1.75 W/g时，油茶籽在短时间内发生焦糊和爆裂现象；而微波功率密度小于1.25 W/g时，干燥效果不明显。为了提高油茶籽干燥效率并保证其品质，本试验采用1.25、 1.50和1.75 W/g，干燥至油茶籽的相对安全储藏水分分别需要38、26和18 min。

2. 3 热风—微波联合干燥工艺的优化

根据表1，利用正交试验助手设计3因素3水平的正交试验，记录每组试验的干燥时间（X1，min），对干燥后油茶籽进行压榨提油，测定茶油的过氧化值（X2，mmol/kg）、酸价（X3，mgKOH/g）、碘值（X4，g/100 g）及类胡萝卜素（X5，mg/kg）、甾醇（X6，mg/kg）、多酚（X7，mg/kg）、黄酮（X8，mg/kg）含量，结果如表2所示。

采用主成分分析法对表2数据进行处理，结果见表3和表4。选择表3中特征值大于1的主成分作为统计茶油品质的主要指标，结合表4中各指标主成分的特征向量，得到主成分的函数表达式：

PC1=0.144ZX1+0.236ZX2-0.095ZX3+0.538ZX4-

0.345ZX5+0.513ZX6-0.436ZX7+0.231ZX8 （3）

PC2=-0.518ZX1+0.342ZX2+0.540ZX3-0.047ZX4+

0.148ZX5+0.006ZX6+0.019ZX7+0.546ZX8（4）

PC3=0.368ZX1+0.550ZX2+0.306ZX3-0.236ZX4-

0.549ZX5-0.274ZX6+0.084ZX7-0.168ZX8（5）

其中ZX1、 ZX2、…、ZX8分別代表干燥时间、过氧化值、酸价、类胡萝卜素、甾醇、多酚、黄酮的标准化值。再结合各主成分的特征值，得到综合评分模型：

Y（总分）=0.458PC1+0.300PC2+0.242PC3（6）

根据公式（6）可计算出各组试验干燥时间和茶油品质指标的综合得分（表5），对其进行方差分析，结果见表6。3个因素的影响主次顺序为：微波功率密度>转换点水含量>热风温度，3个因素对干燥时间和茶油品质的综合影响均达显著水平（P<0.05，下同）；由极差分析可得热风—微波联合干燥油茶籽的最佳工艺条件为A1B2C2，即热风温度40 ℃、转换点水含量35%、微波功率密度1.50 W/g，在此条件下，干燥时间293 min，茶油的过氧化值0.63 mmol/kg、酸价0.37 mg KOH/g、碘值88.47 g/100 g、类胡萝卜素1.23 mg/kg、甾醇3379.14 mg/kg、多酚33.55 mg/kg、黄酮426.20 mg/kg。

2. 4 不同干燥方式比较结果

2. 4. 1 不同干燥方式对油茶籽干燥时间的影响 自然、热风、微波及热风—微波联合4种干燥方式将油茶籽干燥至安全水含量分别需98 h、19 h、26 min和293 min。热风—微波联合干燥仅慢于微波干燥，相较于自然干燥和热风干燥，干燥时间可大大缩短。

2. 4. 2 不同干燥方式对油茶籽出油率的影响 微波是一種高频电磁波，能透射入微波场内物体，使其内部极性分子随微波周期来回振动摩擦，内外水分同时汽化，干燥速度较快，并对物体内部细胞产生一定破坏作用（白卫东等，2002；罗红玉等，2014），从而有助于提高油茶籽的出油率。图3显示，热风—微波联合干燥和微波干燥的油茶籽出油率分别达42.09%和41.45%，显著高于自然干燥和热风干燥。

2. 4. 3 不同干燥方式對茶油品质的影响 从表7可以看出，不同干燥方式对茶油理化指标和功能营养成分的影响差异显著，为了综合评价干燥方式对茶油品质的影响，采用主成分分析法对表7数据进行处理，结果见表8。选择特征值大于1的主成分作为统计茶油品质的主要指标，并根据主成分特征值计算出各理化指标和营养功能成分的特征向量（表9）。结合各指标主成分的特征向量，可得到主成分的函数表达式，将各指标的数值标准化后代入表达式可得第一和第二主成分的综合得分，再根据第一、二主成分的特征值，计算出4种干燥方式对应茶油样品的主成分综合得分，顺序为：热风—微波联合干燥（1.74）>热风干燥（0.82）>

微波干燥（-0.77）>自然干燥（-1.79）。可见，采用热风—微波联合技术干燥油茶籽，不仅可以缩短干燥时间、减少损耗，还有助于提高茶油的品质，所得茶油的各项指标均符合压榨一级茶油的国标要求。

2. 4. 4 不同干燥方式对茶油脂肪酸组成的影响 茶油中的饱和脂肪酸以棕榈酸为主，不饱和脂肪酸以油酸为主。从表10可以看出，不同干燥方式对茶油脂肪酸组成影响较小，4个茶油样品的棕榈酸含量在11.0%左右，油酸含量在80.1%～81.1%，相互之间的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸总量接近。

3 讨论

时间短、效率高、品质好是选择油茶籽干燥方式的最终目标。本研究采用正交试验优化热风—微波联合干燥工艺，并比较不同干燥方式对油茶籽干燥时间及其所得茶油品质的影响，结果表明，在热风温度40 ℃、转换点水含量35%、微波功率密度1.50 W/g的最佳热风—微波联合干燥工艺条件下，油茶籽的干燥时间仅长于微波干燥，远短于热风干燥和自然干燥。从理化指标看，微波干燥和热风—微波联合干燥造成茶油的过氧化值和磷脂含量显著升高，在一定程度上增加了茶油精炼脱胶的时间。陈桂芬等（2012）研究了油茶籽的热风—微波耦合干燥，发现耦合干燥时间较热风干燥缩短了3倍，过氧化值减小了7.46%，前者与本研究结果一致，后者与本研究结果相反，可能是由于陈桂芬等（2012）以干燥时间和茶油过氧化值为优化目标，而本研究以干燥时间和茶油综合品质为优化目标，所得最佳条件不同，导致结论有一定的差异。从功能营养成分看，微波干燥和热风—微波联合干燥所得茶油的类胡萝卜素、甾醇、多酚、黄酮含量高于自然干燥和热风干燥，营养价值较好，其中热风—微波联合干燥所得茶油的功能营养成分含量最高。本研究还发现，微波干燥和热风—微波联合干燥的出油率显著高于自然干燥和热风干燥，可能是由于微波辐射对油茶籽组织细胞有破坏作用，从而有利于功能营养成分的流出（白卫东等，2002）。后续研究可通过对干燥后的油茶籽进行电镜扫描，观察不同方式干燥后油茶籽细胞结构的变化，找到微波处理增加油茶籽出油率的微观机理。

4 结论

本研究结果表明，在热风温度40 ℃、转换点水含量35%、微波功率密度1.50 W/g的条件下干燥293 min，可获得较佳的油茶籽干燥效果，既能缩短干燥时间、提高出油率，又能保证茶油品质，是一种适合产业化利用的油茶籽干燥方式。

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（責任编辑 罗 丽）