提油方法对巴旦木粕成分及品质的影响

张喆文，梁苑锟，敬思群，林旭坤

(1喀什大学生命与地理科学学院，新疆喀什 844006；2韶关学院英东食品学院，广东韶关 512005)

目前市面上对巴旦木仁的研究较多[1-3]，但通过对巴旦木及其油的营养进行分析发现，巴旦木是营养保健油的优质原料[4-5]。刘凤兰等[6]对不同种类的巴旦木的油脂脂肪酸进行分析，发现巴旦木是一种具有很高开发价值的高品质油料作物。巴旦木粕是其提油后的粕，保留了大量的优质蛋白[7]，但粕常被视为饲料及残余物[8]，造成营养资源的极大浪费。目前，对巴旦木粕的研究相对较少，且多数为其提取工艺的研究，杨晓平等[8]对巴旦木粕蛋白的提取工艺利用响应面法进行优化；孙月娥等[9]对巴旦木蛋白提取工艺进行研究，发现与碱提酸沉法比较，超声波辅助碱液提取法时间短、得率高，对巴旦木粕本身和其在食品中的应用研究分析较少。由于巴旦木粕的蛋白资源相对丰富且经济[8]，研究不同提取方法对巴旦木粕品质的影响具有重要意义。本试验分别用水酶法、水酶冻融法、回流提取法、索氏提取法、亚临界萃取法对粉碎过后的巴旦木进行提油后，对粕进行分离与干燥，比较分析不同提取方法的油提取率、粕粉得率、感官特性，以及使用近红外品质分析仪及使用台式扫描电镜结合粕粉的吸水指数对不同提取方法的粕的基本成分和结构进行分析比较。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

巴旦木，新疆产，去壳、去杂以及粉碎后烘干储存备用；正己烷(分析纯)，天津市百世化工有限公司；纤维素酶(100 000 U/g)，和氏璧生物科技有限公司；果胶酶(50 000 U/g)，南宁庞博生物工程有限公司；碱性蛋白酶(20 000 U/g)，南宁庞博生物工程有限公司。

1.2 设备与仪器

HH-S型恒温水浴锅，巩义市英峪予华仪器厂；SHB-111型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；LEO1430VP型扫描电镜，德国LEO公司；RE-52AA型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂；Anke TDL-5-A型离心机，上海安亭科学仪器厂；DHG-9123A型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；FW-100高速万能粉碎机，北京市永光明医疗仪器厂；气相色谱-质谱联用仪(VARIANCP-3800/Saturn2000)，美国瓦里安公司；SpectraStar 2600XT近红外光谱仪，美国Unity；台式扫描电镜(TM3030)，日立高新技术公司；索氏提取器；回流提取器；CBE-100L型亚临界试验室成套设备；氨基酸分析仪(日立L-8900型)。

1.3 巴旦木粕的制备

新鲜巴旦木去壳处理后，锤碎，放入鼓风干燥箱干燥后，用万能粉碎机粉碎10 s左右，再放入鼓风干燥机干燥处理，密封保存。

1.3.1 提取巴旦木粕的工艺流程 (1)水酶法[10]：巴旦木粉→加酶、加水→水浴→加酶→水浴→冷却→离心→分离→粕和毛油。(2)水酶冻融法[11]：巴旦木粉→加酶、加水→水浴→加酶→水浴→冷冻→冷却→离心→分离→粕和毛油。(3)回流提取法：巴旦木仁→加入正己烷→回流提取→抽滤→粕→滤液→旋转蒸发→毛油。(4)索氏提取法：巴旦木仁→滤纸包被放入虹吸装置→烧瓶加入正己烷→索氏提取→粕与溶液→旋转蒸发(40 ℃)→毛油。(5)亚临界萃取法(委托加工)：液压出油→亚临界萃取。

1.3.2 操作要点 (1)水酶法：在巴旦木仁粉中加入3.5%的复合酶(纤维素酶：果胶酶=1∶2)，按照料液比1∶5的比例加入水，在40 ℃下水浴锅加热并搅拌4 h后，升温至50 ℃后加入1.5%碱性蛋白酶加热并搅拌2 h，最后升温至85 ℃，10 min灭酶。冷却后以4 000 r/min的转速离心20m in，得到的上清液即为巴旦木游离油，底层即为巴旦木粕。吸取上层油待检测，下层巴旦木粕风干后密封避光保存待检测。(2)水酶冻融法：在巴旦木仁粉中加入3.5%的复合酶(纤维素酶：果胶酶=1∶2)，按照料液比1∶5的比例加入水，在40 ℃下水浴锅加热并搅拌4 h后，升温至50 ℃，然后加入1.5%碱性蛋白酶加热并搅拌2 h，最后升温至85 ℃，10 min灭酶。冷却后放入-30 ℃冷藏30 min，室温解冻后，以4 000 r/min的转速离心20 min，得到的上清液即为巴旦木游离油，底层即为巴旦木粕。吸取上层油待检测，下层巴旦木粕风干后密封保存避光待检测。(3)回流提取法：按照料液比1∶15添加原料和溶剂，即每次添加25 g原料，375 mL正己烷入烧瓶中，水浴锅90 ℃下回流提取2 h后，用布氏漏斗减压抽滤，滤液在40 ℃下用旋转蒸发仪分离油和正己烷，分离油后避光冷藏保存。剩下物质为巴旦木粕，取出后风干干燥后密封保存待检测。(4)索氏提取法：将25 g巴旦木仁粉用滤纸包好后放入虹吸装置，向虹吸装置的烧瓶中加入适量正己烷，水浴锅90 ℃下加热2 h后，取出滤纸里巴旦木粕，干燥后密封保存待检测。烧瓶的溶液在40 ℃下用旋转蒸发仪分离油和正己烷，分离油后密封避光冷藏保存。(5)亚临界萃取法：本方法为委托河南省亚临界生物技术有限公司加工的形式提取油巴旦木，原料4.1 kg，液压压榨出油1 553.8 g，得率37.90%；原料为巴旦木(压榨粕)；萃取溶剂为丁烷、萃取温度为40 ℃、萃取次数4次、每次萃取时间40 min、萃取压力为0.4 MPa；投料2 246.1 g；出油243 g；得率10.82%。

1.4 巴旦木粕得率和提油率的测定

每种方法平行试验6次计算粕得率和提油率，并取6次试验的平均值及计算误差，其中粕得率计算公式如式(1)、提油率计算公式如式(2)：

(1)

(2)

1.5 巴旦木粕成分分析

用近红外光谱仪进行粕成分的分析：将巴旦木粕样品室温下放置7 d，平衡水分，并去除杂质。将近红外光谱仪器开机预热30 min，开始性能测试和白板参比，把样品装入样品杯(容积25 cm3)，每次装样以容积的2/3最佳，并将巴旦木粕表面刮平。利用近红外光谱仪对巴旦木粕进行成分分析，模型为豆粕。

1.6 巴旦木粕蛋白氨基酸的组成分析

参照GB 5009.124—2016的测定方法[12]处理，检测条件：柱温为程序恒温 57℃；色谱柱为日立855-4506型；反应柱温为135 ℃；柠檬酸(钠)pH缓冲液梯度洗脱；检测波长为570～440 nm；流速为洗脱泵0.40 mL/min、衍生泵0.35 mL/min；分析时间为59 min。

1.7 提油方法对巴旦木粕吸水指数和微观结构的影响

1.7.1 吸水指数的测定(WAI)[13]先称量离心管的重量记为m1，后称取2.0 g样品记为m0放入离心管中，加入30 mL蒸馏水进行溶解，于30 ℃水浴锅中水浴30 min(每隔5 min搅拌1次)后，4 000 r/min离心15 min，倒掉上清液，最后称取离心管中样品及离心管的重量记为m2。吸水指数的计算公式如式(3)：

WAI=(m2-m1)/m0×100%

(3)

式(3)中，m0为待测样品的样品重量(g)、m1为离心管的重量、m2为离心管中样品及离心管的重量。

1.7.2 微观结构分析 取新鲜巴旦木粕，用电镜导电胶粘台，用扫描电子显微镜在15.00 kV加速电压下观察。

2 结果与分析

2.1 提油方法对提油率及感官特性的影响

从表1可以看出，不同提取方法粕的得率有所差别。对于粕粉来说水酶法、水酶冻融法、回流提取法、亚临界萃取法粕的得率近似，都在50%左右，不同的是其理化指标。与回流提取法与亚临界萃取法相比，水酶法的粕完全没有溶剂残留，是环境友好型的一种提油以及获取粕的方法，但提油率对比其他方法低，只在20%左右，造成粕中油脂残留还较高，所以风干后会有少许油脂酸味；水酶冻融法是水酶法对油脂的进一步的提取，提油率有少许的提高，仍有较高的油脂残留，粕粉中也有少量的油脂的酸味。因为油脂残留率较高的缘故，前2种方法的粕粉外观都呈现黄褐色。溶剂法相对于环境友好型、不使用任何溶剂提取油的水酶法与水酶冻融法来说提油率高出1倍以上：(1)回流提取法使得有机溶剂与物质充分接触，提油率也比其他4种方法高，接近50%，其粕粉残油率较低，因此回流提取法的粕呈乳白色，但粕粉中有一定的溶剂残留的味道。(2)索氏提取法因有滤纸在虹吸装置的保护，因此提油率比回流提取略低，只有40%左右，但粕粉损失较少，粕得率接近70%，但其粕粉的理化指标与回流提取法的相似，外观为乳白色，有溶剂残留的味道，这在食品生产的过程中是一大问题。(3)亚临界萃取法提油率43.8%，比提油率最高的回流提取法46.7%略低，粕粉得率为56.6%，但提油率与粕粉得率对比其他方法都处在较高水平；且其粕粉没有明显溶剂残留的味道还保持一定的巴旦木特有的香味，颗粒对于前4种也最为细碎，呈粉末状，应用在生产当中时能够减少粗糙的口感(表2)。

表1 不同提取方法的得率的比较

表2 巴旦木粕感官特性的比较

2.2 提油方法对巴旦木粕基本成分及蛋白氨基酸组成的影响

2.2.1 近红外光谱分析巴旦木粕化学成分 本试验利用近红外光谱品质分析仪对不同提取方法的巴旦木粕进行检测。从表3结果可得，5种方法的所有指标都达到模型中豆粕的国标标准[14]。亚临界萃取法得到的粕的水分为11.26%，含量最高，水酶法与水酶冻融法其原因是亚临界萃取法的粉末颗粒较小；亚临界萃取法得到的粕的脂肪含量为0，且其蛋白的含量最高，为60.96%，稍高于回流提取法以及索氏提取法，高于水酶法以及水酶冻融法的蛋白含量2倍以上，其低脂高蛋白的性质更适合于功能性食品如代餐、饱腹食品的生产。KOH溶解度一般是用来评价粕受热程度的指标[15]，与KOH溶解度最低的89.73%的亚临界萃取法相比，其他方法的粕在提取过程中存在着加热过度或不足的情况，对粕的营养成分如蛋白会有一定的影响。灰分是指食品经过高温灼烧后所残留的无机物，亚临界萃取法的灰分最高，其原因可能是多次萃取造成的。而亚临界萃取法、回流提取法、索氏提取法中因为使用有机溶剂萃取，纤维被完全破坏，所以其纤维都为0，纤维的减少会减少粗糙的口感。

表3 近红外光谱分析法对不同提取方法的成分分析(模型：豆粕)

2.2.2 巴旦木粕蛋白氨基酸组成成分测定 参照1.5中测定方法，其测定结果如表4。从图1可以看出，不同提取方法的氨基酸总量有所差别，其中亚临界萃取法与回流提取法氨基酸总量都为较高，都达到50 g/100 g；各种氨基酸的含量的几乎和氨基酸总量呈正相关关系，但亚临界萃取法对比于回流提取法，减少了溶剂残留等品质问题。由此看出，在食品生产中应用亚临界萃取法提取的粕来进行生产具有广阔前景。

图1 巴旦木粕氨基酸的测定

表4 巴旦木粕氨基酸组成成分测定 单位：g/100g

2.3 提油方法对巴旦木粕吸水指数和微观结构的影响

2.3.1 巴旦木粕吸水指数(WAI)的测定 由表5可知，其中亚临界萃取法所得到的粕吸水指数为339.81%，比其他提油方法高出50%以上，而水酶法和水酶冻融法比吸水指数都比较低的回流提取法和索氏提取法也高出50%以上。该部分的分析需结合微观结构(图2)。

表5 巴旦木粕吸水指数

2.3.2 台式扫描电镜分析巴旦木粕结构 利用台式扫描电镜，对不同提取方法的巴旦木粕在1 500倍下进行扫描观察其形态，并结合吸水指数分析。回流提取法和索氏提取法提油时，所使用的溶剂先是渗透进巴旦木仁里，利用相似相溶原理提取油脂[16]，由图2C、D可知，以上两者的粕粉在其表面有一定的油脂分子且生成了脂肪复合物，为蜂窝状结构，说明有一定的油脂残留，尤其索氏提取法残留的更多。水酶法和水酶冻融法不使用有机溶剂而是利用酶作用于原料细胞壁使其破裂，里面的油脂溢出[16]，由图2A可以看出，粕粉的表面有许多坑洼与孔洞，水分进入原来油脂的位置，因此吸水指数261.35%比回流提取法和索氏提取法要高。水酶冻融法因冷冻后存在脂肪结晶[11]，图2B中表面坑洼孔洞较水酶法小，因此吸水指数246.35%会比水酶法低。因为水酶法与水酶冻融法的油脂从颗粒中分离出来进入水相后利用油水亲和性、密度的差异进行分离[11]，所以没有存在蜂窝状结构，没有油脂表面的残留。但这两者的颗粒都较大，可能的原因是其表面具有坑洼孔洞的结构，残留的油脂将颗粒结合在一起，如果将其应用到食品生产当中，其口感可能会比较硌牙、粗糙。亚临界萃取法的颗粒的吸水指数最大，为339.81%，比其他方法高出不少，由图2E可知，原因可能是亚临界萃取法得到的粕颗粒最细碎，结构最为松散，细碎、松散的结构在食品中能够带来松脆的口感，减少硌牙粗糙的口感。

图2 巴旦木粕扫描电镜图

3 结论

试验表明，亚临界萃取法粕得率为55.6%、提油率为43.8%，在5种方法中处于较高水平；脂肪含量为0、蛋白含量为60.96%，低脂肪高蛋白的特性适合代餐食品，纤维含量为0可以减少粗糙的口感；KOH溶解度为89.73%，氨基酸总含量达52 g/100 g，说明对粕的营养成分影响小；吸水指数为339.81%，扫描电镜下观察粕粉粒细小，结构松散，在食品生产中能带来较优口感；且亚临界萃取法设备投资不高，适合食品工业化生产。因此亚临界萃取法得到的巴旦木粕在食品生产尤其代餐食品中具有广阔的应用前景。