姜金仲 楊鵬鳴 吳 杰 劉 娟 韓 焓
(貴州師范學(xué)院1,貴陽(yáng) 550018) (貴州元亨山茶葉籽生物科技有限公司2,貴陽(yáng) 550018) (河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院3,新鄉(xiāng) 453003)
油茶籽油是以油茶樹(Camelliaoleifera)的種子為原料生產(chǎn)的高檔木本植物油,其富含不飽和脂肪酸及多種生物活性成分,具有防治心腦血管疾病、降血壓、抗輻射、抗氧化、美容養(yǎng)顏、延緩衰老及潤(rùn)腸通便等作用,因此被譽(yù)為東方橄欖油[1]。目前有正式報(bào)道的油茶籽油生產(chǎn)工藝主要有冷壓榨法、熱壓榨法[2]、一般溶劑浸出法[3]、水酶法[4]及二氧化碳超臨界萃取法[5]、鮮有利用發(fā)酵法植物油生產(chǎn)工藝(后簡(jiǎn)稱發(fā)酵法)[6]生產(chǎn)油茶籽油的報(bào)道。
發(fā)酵法植物油生產(chǎn)工藝主要包括油料種子清洗浸泡、油料種子加水打漿、油料種子水漿發(fā)酵、撈取發(fā)酵液頂層加熱生產(chǎn)毛油等環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)的壓榨工藝相比,該工藝具有多方面的優(yōu)勢(shì)[6]:植物油生產(chǎn)過(guò)程中有效避免了油料種子其他構(gòu)成成分對(duì)毛油的污染;毛油生產(chǎn)率提高了15%~20%[7];毛油理化指標(biāo)接近國(guó)標(biāo)一級(jí)油標(biāo)準(zhǔn)[8];最大限度保留了植物油營(yíng)養(yǎng)成分及原始香味;可以同時(shí)生產(chǎn)植物油及淀粉兩種產(chǎn)品(如果油料種子中含有淀粉,比如茶葉籽等),提高了油料種子的利用率;設(shè)備簡(jiǎn)單,技術(shù)難度小,便于在山區(qū)推廣。一些植物油企業(yè)已利用該工藝生產(chǎn)油茶籽油,并取得了較好的效果:毛油不需要高溫脫色、高溫脫臭就能達(dá)到國(guó)標(biāo)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。為了讓發(fā)酵法植物油生產(chǎn)工藝在油茶籽油生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用,以油茶籽為研究對(duì)象進(jìn)一步優(yōu)化該工藝參數(shù)是必要的。油茶籽仁經(jīng)發(fā)酵法工藝處理后得到毛油、濾渣、油渣及發(fā)酵沉淀,其中毛油是目標(biāo)產(chǎn)品,其他是附屬產(chǎn)品。本研究通過(guò)探索不同浸泡溫度及時(shí)間對(duì)油茶籽整體含油量在毛油及3種附屬產(chǎn)品中分配比例的影響,以期為獲得油茶籽發(fā)酵法最大毛油產(chǎn)率提供參考。
室溫帶殼儲(chǔ)藏11個(gè)月的貴州省望謨縣原產(chǎn)大果油茶籽(Camelliaoleifera),由貴州元亨山茶葉籽生物科技有限公司提供,含水率9.8%,出仁率67%,種仁含油率40.1%(索氏抽提);實(shí)驗(yàn)時(shí)手工剝除外殼。發(fā)酵菌種茶葉籽酵母[9](MeyerozymacaribbicaJJZ11;CCTCC編號(hào): M2016470)、茶葉籽乳桿菌(Lactobacillusplantarumsubsp.plantarumJJZ21;CCTCC編號(hào): M2016471)均為貴州元亨山茶葉籽生物科技有限公司實(shí)驗(yàn)室保藏菌種。
95%乙醇、KOH、異辛烷、石油醚:分析純。
ET-7自濾打漿機(jī);szf-06脂肪測(cè)定儀;101-3AB電熱鼓風(fēng)干燥箱; SC-5A超級(jí)恒溫槽;WSL-2型羅維朋比色計(jì)(比色皿:10.0 mm)。
不同浸泡時(shí)間實(shí)驗(yàn):油茶籽仁(1 000 g)在35 ℃溫度下分別浸泡11、16、21、26、31 h;不同浸泡溫度試驗(yàn):油茶籽仁(1 000 g)分別在30、35、40、45、50 ℃溫度下浸泡16 h。取出上述浸泡過(guò)的油茶籽仁,自來(lái)水沖洗干凈,加水3 000 mL放入自濾(100目)豆?jié){機(jī)打漿;收集濾渣再加水3 000 mL進(jìn)行打漿過(guò)濾,收集濾渣,60 ℃烘干至恒重,計(jì)算產(chǎn)率;合并兩次濾液,按比例加入茶葉籽酵母及茶葉籽乳桿菌菌種,攪拌均勻后35 ℃發(fā)酵16 h,待形成穩(wěn)定的上中下3層后,取出下層60 ℃烘干至恒重并稱重,計(jì)算產(chǎn)率;取出上層放入燒杯在電爐上加熱、攪拌、傾倒、制取毛油[10-12];然后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定;實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
含油量測(cè)定:參考GB/T 14488.1 — 2008《植物油料含油量測(cè)定》進(jìn)行[13],毛油酸值測(cè)定:參考GB/T 15689—2008《植物油料、油的酸度測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定[14];毛油過(guò)氧化值測(cè)定:參考GB/T 5538 — 2005《動(dòng)植物油脂過(guò)氧化值測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定[15];毛油顏色測(cè)定:羅維朋比色計(jì)。
采用Excel2010、DPS3.01 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
利用發(fā)酵法生產(chǎn)油茶籽油時(shí)有4種產(chǎn)品:毛油、濾渣、油渣及發(fā)酵沉淀。濾渣是油茶籽加水打漿時(shí)留在濾網(wǎng)上的殘?jiān)?,主要成分是?xì)胞壁及胞間質(zhì);油渣是油茶籽水漿發(fā)酵分層后撈取上層加熱制油后的殘?jiān)?,主要成分是蛋白質(zhì);發(fā)酵沉淀是油茶籽水漿發(fā)酵分層后沉淀在底部的殘?jiān)?,主要成分是透過(guò)濾網(wǎng)的非油脂體雜質(zhì);本研究將濾渣、油渣及發(fā)酵沉淀統(tǒng)稱剩余物。
油茶籽加水打漿過(guò)濾后得油茶籽水漿濾液,濾液在35 ℃(根據(jù)多次預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選定)條件下發(fā)酵后分為3層:上層油脂體、中層發(fā)酵液及下層發(fā)酵沉淀。不同浸泡時(shí)間發(fā)酵液上層的氣泡孔徑不同,浸泡時(shí)間大于26 h 時(shí),上層中氣泡孔徑逐漸變小,31 h時(shí)幾乎看不到氣泡孔,這種沒有氣泡孔的上層非常松軟,撈取上層加熱制油時(shí),上層容易被蕩散,降低撈取上層的總量,進(jìn)而降低毛油的產(chǎn)率。浸泡時(shí)間16 h時(shí),上層堅(jiān)實(shí),量也比較大,所以,毛油產(chǎn)率也較高。
2.1.1 不同浸泡時(shí)間3種剩余物產(chǎn)率對(duì)毛油產(chǎn)率的影響
毛油產(chǎn)率是指所產(chǎn)毛油總量與實(shí)驗(yàn)油茶籽樣品總量的比值。不同浸泡時(shí)間毛油產(chǎn)率如圖1所示,從圖1可以看出,浸泡時(shí)間為16 h時(shí),毛油產(chǎn)率為最高點(diǎn)(31.1%),長(zhǎng)于或短于16 h時(shí)均呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì),最低點(diǎn)(31 h)比最高點(diǎn)降低了20.6%。
圖1 不同浸泡時(shí)間3種剩余物及毛油產(chǎn)率
剩余物產(chǎn)率是指剩余物總重與油茶籽樣品總量的比值,油茶籽油發(fā)酵法工藝中有3種剩余物:濾渣、油渣及發(fā)酵沉淀,其產(chǎn)率隨浸泡時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖1所示。濾渣產(chǎn)率在浸泡時(shí)間為16 h時(shí)為最低點(diǎn)(18.2%),小于16 h時(shí)呈現(xiàn)增高趨勢(shì),最高點(diǎn)(11 h)比最低點(diǎn)增高了37.9%,大于16 h呈現(xiàn)小幅震蕩走平趨勢(shì)。油渣及發(fā)酵沉淀產(chǎn)率均在浸泡21 h時(shí)有最低點(diǎn),短于21 h時(shí),二者的產(chǎn)率均有提高,但幅度很??;長(zhǎng)于21 h時(shí),提高幅度較大,最高點(diǎn)(31 h)比最低點(diǎn)分別提高13.2%及31.2%。
比較3種剩余物產(chǎn)率與毛油產(chǎn)率隨浸泡時(shí)間變化趨勢(shì)線之間的關(guān)系可以看出(圖1),浸泡時(shí)間太短(小于11 h),會(huì)導(dǎo)致濾渣產(chǎn)率大幅度增加,導(dǎo)致毛油產(chǎn)率降低;浸泡時(shí)間長(zhǎng)于26 h,會(huì)導(dǎo)致油渣及發(fā)酵沉淀產(chǎn)率大幅增加,也導(dǎo)致毛油產(chǎn)率降低;因此,在浸泡時(shí)間因子作用下,濾渣、油渣及發(fā)酵沉淀的產(chǎn)率均是影響毛油產(chǎn)率的因素。
2.1.2 不同浸泡時(shí)間3種剩余物殘油率對(duì)毛油產(chǎn)率的影響
剩余物殘油率是指含在剩余物中的油茶籽油質(zhì)量占剩余物總質(zhì)量的比值。濾渣與發(fā)酵沉淀殘油率隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)出明顯的升高趨勢(shì),最高點(diǎn)比最低點(diǎn)分別升高49.5%及1.2倍。油渣殘油率在16 h時(shí)為最高,在此兩側(cè)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖2)。
浸泡11 h時(shí),由于浸泡時(shí)間較短,油茶籽不能充分吸水軟化,打漿時(shí)粉碎的顆粒就會(huì)較大,透過(guò)濾網(wǎng)的細(xì)顆粒(除油脂體以外的雜質(zhì))也會(huì)變少,按照吸附原理[16-17],顆粒越大,比表面積越小,吸附油脂體的能力也越弱,所以,此時(shí)的濾渣及發(fā)酵沉淀吸附油脂體的能力較弱,因而此時(shí)的殘油率最低。浸泡16 h以后,發(fā)酵沉淀及濾渣的殘油率呈整體上升趨勢(shì);其原因是隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),油茶籽粉碎的顆粒越細(xì),比表面積變大,吸附油脂體的能力變大,因此殘油率逐漸升高。
由圖2還可以看出,毛油產(chǎn)率的最高點(diǎn)在16 h,而且從此開始,濾渣及發(fā)酵沉淀殘油量逐漸升高,毛油產(chǎn)率逐漸下降,油渣殘油率與毛油產(chǎn)率的關(guān)系沒有規(guī)律,因此可以認(rèn)為,此時(shí)影響毛油產(chǎn)率的主要因素是濾渣與發(fā)酵沉淀殘油率;其原因是濾渣及發(fā)酵沉淀是油茶籽油發(fā)酵生產(chǎn)工藝排除在毛油生產(chǎn)環(huán)節(jié)之外的主要物質(zhì),其殘油率增高,勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致毛油產(chǎn)率降低。
圖2 不同浸泡時(shí)間3種剩余物殘油率
2.1.3 不同浸泡時(shí)間3種剩余物殘油量對(duì)毛油產(chǎn)率的影響
剩余物殘油量是指剩余物中殘留的油茶籽油總質(zhì)量與剩余物總質(zhì)量的比值,剩余物殘油量=剩余物質(zhì)量×剩余物殘油率;其變化趨勢(shì)是其產(chǎn)率及含油率變化趨勢(shì)的綜合,具體情況見圖3:濾渣的殘油量在16 h時(shí)最低,長(zhǎng)于或短于16 h時(shí)均呈現(xiàn)增高趨勢(shì),最高點(diǎn)(11 h)比最低點(diǎn)增高了86.2%;油渣的殘油量在21 h時(shí)最低,長(zhǎng)于或短于21 h時(shí)均呈現(xiàn)增高趨勢(shì),最高點(diǎn)(31 h)比最低點(diǎn)增高17.5%;發(fā)酵沉淀物殘油量在11 h時(shí)最低,隨著時(shí)間加長(zhǎng),呈現(xiàn)增高趨勢(shì),最高點(diǎn)(31 h)比最低點(diǎn)增高了5.8倍;剩余物總殘油量的變化趨勢(shì)與濾渣殘油量相似,最高點(diǎn)比最低點(diǎn)增高了44.5%。
由圖3還可以看出,毛油產(chǎn)率最高點(diǎn)在16 h,濾渣殘油量及剩余物總殘油量的最低點(diǎn)也在16 h,由此可以認(rèn)為,這兩種殘油量是浸泡時(shí)間影響毛油產(chǎn)率的主要因素,它們的增高會(huì)必然導(dǎo)致毛油產(chǎn)率的降低。11~21 h之間,以16 h毛油產(chǎn)率最高,因此,油茶籽的最優(yōu)浸泡時(shí)間應(yīng)是16 h左右。以殘油量大小為標(biāo)準(zhǔn),對(duì)剩余物總殘油量貢獻(xiàn)大小的排序?yàn)椋簽V渣>油渣>發(fā)酵沉淀;結(jié)合圖1及圖2的分析結(jié)果可以認(rèn)為,濾渣對(duì)剩余物殘油量貢獻(xiàn)較大的原因是,浸泡時(shí)間大于或小于16 h時(shí),濾渣殘油率有明顯提高。
圖3 不同浸泡時(shí)間剩余物的殘油量
由上述研究結(jié)果可知,油茶籽的最佳浸泡時(shí)間為16 h;因此,接下來(lái)實(shí)驗(yàn)的發(fā)酵時(shí)間確定為16 h。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為16 h、浸泡溫度大于45 ℃ 時(shí),上層中氣泡孔徑明顯變小, 50 ℃ 時(shí)幾乎看不到氣泡孔,與浸泡時(shí)間大于26 h 時(shí)的情況類似,這種沒有氣孔的上層非常松軟,撈取上層加熱制油時(shí),上層容易被蕩散,降低撈取上層的總量,進(jìn)而降低毛油的產(chǎn)率。浸泡溫度為35 ℃時(shí),上層堅(jiān)實(shí),量也比較大,撈取上層的損耗也小,所以,毛油產(chǎn)率也較高。
2.2.1 不同浸泡溫度3種剩余物產(chǎn)率對(duì)毛油產(chǎn)率的影響
不同浸泡溫度毛油產(chǎn)率如圖4,從圖4可以看出,浸泡溫度為35 ℃時(shí),毛油產(chǎn)率達(dá)到最高點(diǎn)(29.22%),35 ℃到50 ℃則呈現(xiàn)整體下降趨勢(shì),但50 ℃之前差別不大;到50 ℃時(shí)毛油產(chǎn)率顯著降低(27.35%),比35 ℃下降了6.4%。
3種剩余物產(chǎn)率隨浸泡溫度的變化趨勢(shì)可以分為2個(gè)階段(圖4),浸泡溫度為45 ℃之前,不同溫度的濾渣、發(fā)酵沉淀及油渣產(chǎn)率比較接近,但50 ℃時(shí)濾渣及油渣產(chǎn)率略有提高、發(fā)酵沉淀產(chǎn)率略有降低,其原因是此溫度條件下,油茶籽水漿黏度明顯增大,加大了過(guò)濾的難度,導(dǎo)致濾渣產(chǎn)率提高;濾渣產(chǎn)率提高意味著透過(guò)濾網(wǎng)的物質(zhì)減少,這種減少一方面降低毛油產(chǎn)率,同時(shí)也降低了發(fā)酵沉淀的產(chǎn)率。
由于3種剩余物的產(chǎn)率隨浸泡溫度的變化量不大,可以認(rèn)為在浸泡溫度因子作用下,剩余物產(chǎn)率不是影響毛油產(chǎn)率的主要因素。
圖4 不同浸泡溫度3種剩余物及毛油的產(chǎn)率
2.2.2 不同浸泡溫度3種剩余物殘油率對(duì)毛油產(chǎn)率的影響
濾渣與發(fā)酵沉淀殘油率隨浸泡溫度的變化趨勢(shì)分為兩個(gè)階段(圖5)。30~35 ℃區(qū)間呈下降趨勢(shì),35~50 ℃區(qū)間呈上升趨勢(shì),其中特別是發(fā)酵沉淀上升幅度較大,比最低點(diǎn)上升了1.7倍。30~35 ℃區(qū)間濾渣殘油率下降的原因是浸泡時(shí)間為16 h條件下,30 ℃的浸泡溫度有點(diǎn)低,油茶籽浸泡得不夠軟,加水打漿時(shí)粉碎的顆粒比較較大,顆粒中的油脂體不能提取,導(dǎo)致30 ℃濾渣殘油量升高;但發(fā)酵沉淀殘油率下降的原因尚不清楚。35~50 ℃區(qū)間濾渣與發(fā)酵沉淀殘油率上升的原因是35 ℃以上的浸泡溫度過(guò)高,油茶籽浸泡得過(guò)軟,加水打漿時(shí)粉碎的顆粒太小,顆粒太細(xì)的濾渣吸附了大量的油脂體,導(dǎo)致濾渣殘油率升高;同時(shí),35 ℃以上的浸泡溫度似乎也改變了部分油脂體的特性,導(dǎo)致一部分油脂體在發(fā)酵分層時(shí)不是上浮到發(fā)酵液上層,反而下沉到發(fā)酵液下層,導(dǎo)致發(fā)酵沉淀的殘油率升高。
油渣的殘油率隨浸泡溫度的變化趨勢(shì)也分為兩個(gè)階段(圖5)。30~40 ℃區(qū)間呈下降趨勢(shì),最低點(diǎn)比最高點(diǎn)下降了20.6%;40~50 ℃區(qū)間呈上升趨勢(shì),最高點(diǎn)比最低點(diǎn)上升了22.2%。說(shuō)明浸泡溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)提高油渣的殘油量。
由圖5還可以看出,濾渣與發(fā)酵沉淀含油率的最低點(diǎn)在35 ℃(且變動(dòng)幅度較大),油渣的殘油量最低點(diǎn)在40 ℃,而毛油產(chǎn)率的最高點(diǎn)在35 ℃;由此可知,濾渣與發(fā)酵沉淀含油率是影響毛油產(chǎn)率的主要因素,在生產(chǎn)實(shí)際中需加以注意。
圖5 不同浸泡溫度3種剩余物的殘油率
2.2.3 不同浸泡溫度3種剩余物殘油量對(duì)毛油產(chǎn)率的影響
剩余物殘油量的變化趨勢(shì)如圖6所示。濾渣的殘油量在35 ℃時(shí)最低,低于或高于35 ℃時(shí)均呈現(xiàn)增高趨勢(shì),最高點(diǎn)(30 ℃)比最低點(diǎn)增高了44.3%;油渣的殘油量在40 ℃時(shí)最低,低于或高于40 ℃時(shí)均呈現(xiàn)增高趨勢(shì),最高點(diǎn)(50 ℃)比最低點(diǎn)增高27%;發(fā)酵沉淀物殘油量跳動(dòng)較大,最高點(diǎn)(50 ℃)比最低點(diǎn)(45 ℃)增高了2.8倍;剩余物總殘油量的變化趨勢(shì)與濾渣殘油量相似,最高點(diǎn)比最低點(diǎn)增高了36.0%。
由圖6還可以看出,毛油產(chǎn)率最高點(diǎn)在35 ℃,濾渣殘油量及剩余物總殘油量的最低點(diǎn)也在35 ℃,由此可以認(rèn)為,這兩種殘油量也是浸泡溫度影響毛油產(chǎn)率的主要因素,它們的增高會(huì)必然導(dǎo)致毛油產(chǎn)率的降低。35~45 ℃時(shí)4種殘油量及毛油產(chǎn)率變動(dòng)幅度不大,為油茶籽的適宜浸泡溫度范圍(最優(yōu)溫度是35 ℃),這個(gè)范圍之外,4種剩余物殘油量均會(huì)明顯提高,導(dǎo)致毛油產(chǎn)率明顯下降。以殘油量大小為標(biāo)準(zhǔn),對(duì)剩余物總殘油量貢獻(xiàn)大小的排序?yàn)椋簽V渣>油渣>發(fā)酵沉淀;結(jié)合圖4及圖5的分析結(jié)果可以認(rèn)為,濾渣對(duì)剩余物殘油量貢獻(xiàn)較大的原因是,在35~45 ℃區(qū)間之外,濾渣殘油率有明顯提高。
圖6 不同浸泡溫度剩余物的殘油量
不同浸泡溫度條件下油茶籽毛油各項(xiàng)主要質(zhì)量指標(biāo)如圖7所示。由圖7 可以看出,毛油過(guò)氧化值在35 ℃時(shí)最小,向兩側(cè)均有升高,最高點(diǎn)(45 ℃)比最低點(diǎn)升高2.7倍。毛油酸值在30~45 ℃區(qū)間數(shù)值非常接近,50 ℃突然升高,比最低點(diǎn)(35 ℃)升高20.1%。毛油顏色及折光率均無(wú)變化。不同浸泡時(shí)間對(duì)這里所述毛油質(zhì)量指標(biāo)均無(wú)明顯影響,不予贅述。
從毛油過(guò)氧化值及酸值的變化趨勢(shì)可以看出,其最低點(diǎn)均不在浸泡溫度的兩個(gè)端點(diǎn),由此可以推斷,這里的毛油過(guò)氧化值及酸值變動(dòng)并不是毛油中油的質(zhì)量變動(dòng),而是毛油中的雜質(zhì)種類及含量不同所致。
注:為協(xié)調(diào)曲線在圖中的位置,所有黃色測(cè)定數(shù)字均減去了17。圖7 不同浸泡溫度的毛油品質(zhì)
油茶籽浸泡時(shí)間及溫度均能改變油茶籽水漿發(fā)酵分層狀態(tài),浸泡時(shí)間16 h、浸泡溫度35 ℃時(shí),發(fā)酵分層狀態(tài)最適合毛油生產(chǎn)。
不同浸泡時(shí)間條件下,濾渣、油渣及發(fā)酵沉淀產(chǎn)率、濾渣與發(fā)酵沉淀殘油率、濾渣殘油量及剩余物總殘油量是影響毛油產(chǎn)率的主要因素;以殘油量對(duì)其影響作用的排序?yàn)椋簽V渣>油渣>發(fā)酵沉淀;浸泡時(shí)間為16 h時(shí),影響毛油產(chǎn)率的各種因素綜合處于較好狀態(tài)。
不同浸泡溫度條件下,各種剩余物產(chǎn)率對(duì)毛油產(chǎn)率影響效果不明顯; 濾渣與發(fā)酵沉淀殘油率、濾渣殘油量及剩余物總殘油量是影響毛油產(chǎn)率的主要因素;以殘油量對(duì)影響作用的排序?yàn)椋簽V渣>油渣>發(fā)酵沉淀;浸泡溫度為35 ℃時(shí),影響毛油產(chǎn)率的各種因素綜合處于較好狀態(tài)。
不同浸泡溫度條件下,毛油過(guò)氧化值在35 ℃時(shí)最小,毛油酸值在30~45 ℃區(qū)間數(shù)值非常接近,毛油顏色及折光率均無(wú)變化;毛油過(guò)氧化值及酸值變動(dòng)并不是毛油中油的質(zhì)量變動(dòng),而是毛油中的雜質(zhì)種類及含量不同所致。
在上述各種影響因素處于最佳狀態(tài)下,毛油產(chǎn)率為31.1%,毛油的酸值及過(guò)氧化值分別為3.737 mgKOH/kg及0.492 8 mmol/kg,毛油的折光率為1.469,毛油的黃色為19.2、紅色為0.8。