超声波技术在提取保健油脂中应用_冯棋琴

粮食与油脂4 2009年第8期
超声波技术在提取保健油脂中应用
冯棋琴，胡爱军，胡小华
（天津科技大学食品工程与生物技术学院，　天津　300457）
摘　要：该文介绍超声波提取技术基本原理和特点，综述超声波技术在保健油脂提取中最新研究进展，同时分析超声波技术在保健油脂提取方面存在问题及将来研究方向。

关键词：超声波；油脂提取；保健油脂
Application of ultrasonic techniques in health oil extraction
FENG Qi-gin，HU Ai-jun，HU Xiao-hua
（College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of
Science and Technology，Tianjin 300457，China）
Abstract：In this paper，the basis principle and characters of ultrasonic extraction and the recent
progress in health oil is reviewed. The existing problems and future research directions of ultrasonic extration in the health oil is also discussed.Key words：ultrasonic；extraction of oil and fat；health oil 中图分类号：TS224.4 文献标识码：A 文章编号：1008―9578（2009）08―0004―03收稿日期：2009–06–30
基金项目：国家“十一五”科技支撑项目“功能性食品研制和开发”课题部分内容（2006BAD27B03）作者简介：冯棋琴（1982~ ），女，硕士研究生，研究方向：物理场技术在食品科技中应用。

1 超声波提油原理及特点1.1 超声波提油原理
超声波系指频率为20 kHz~50 MHz 左右电磁波，是一种具有波动与能量双重属性机械波，其振动可产生并传递强大能量，需要能量载体―介质―进行传播。

超声波提取分离强化作用主要来源于空化效应，空化现象包括气泡形成、成长和崩溃过程，能引起湍动效应、聚能效应、微扰效应及界面效应。

其中湍动效应使边界层减薄，增大传质速率；微扰效应强化微孔扩散；界面效应增大传质表面积；聚能效应活化分离物质分子。

在超声波作用下，空化泡在瞬间迅速涨大并破裂，破裂时把吸收声场能量在极短时间和极小空间内释放出来，能产生高达几千个大气压瞬时压力，同时伴随有强大冲击波和微声流，从而破坏细胞壁结构，使其在瞬间破裂，植物细胞内油脂能得以充分释
放，从而提高出油率〔4~5〕。

1.2 超声波提油特点
与传统提油法相比，超声波提油具有以下特点：（1）提油温度低。

在超声波提油过程中，温度一般控制在50℃以下，不破坏油脂中热不稳定性、易氧化成分，保证毛油高品质。

（2）常压提取。

安全性好，操作简单易行，易维护保养。

（3）提取效率高。

超声波强化提取30分钟左右便可达到最高提取率，提取时间远少于传统提油法。

（4）具有广谱性。

适用性广，大多数保健植物油脂都可采用此法提取。

（5）能耗少。

由于超声波提油时无需加热，且提取时间短，因此大大降低能耗。

（6）超声波提取工艺成本低，综合经济效益显著。

（7）采用超声波辅助提取，有机溶剂使用量少，一方面降低成本，另一方面降低毛油中有机溶剂残留量。

总之，超声波提取具有节时、节能、节料、高效、提油率高等特点。

2 超声波技术在提取保健油脂中研究进展
在油脂浸出过程中，若用超声波技术进行强化，可提高提油率、缩短提油时间、减少提取溶剂用量等；可见，该技术在很多方面都优于传统提油技术，下面介绍超声波提取技术在提取保健油脂中研究进展。

2.1 葡萄籽油
葡萄籽油含大量不饱和脂肪酸及棕榈酸、硬脂酸和微量月桂酸、肉豆蔻酸等，不饱和脂肪酸含量达90%以上，其中，亚油酸含量高达76%，同时还含有维
生素A、E、D、K、P 及多种微量元素〔6~7〕。

提取葡萄籽油方法有压榨法、溶剂浸提法，超临界液体萃取法。

压榨法虽工艺简单，易实现工业生产；但由于葡萄籽核坚硬，出油率低，饼渣残油量高，杂质含量多，且能耗大，易使机轴断裂；在挤压过程中内部形成高温，易使不饱和脂肪酸氧化，制得毛油品质差，色泽较深。

溶剂浸提法出油率较高，操作简易；但存在提取时间长，毛油溶剂残留量高等缺点。

超临界流体萃取法制得油脂在保存过程中易氧化，稳定性明显低于传统方法制得油脂；且超临界流体萃取涉及高压技术，对操作要求严格，设备价格昂贵，不易实现工业化生产。

超声波提取作为一种优良提取方法，具有操作简便、提取温度低、提取率高等特点。

史晓东等〔7〕进行超声波提取葡萄籽油工艺研究，实验最佳工艺为：以石油醚（60~90）为提取溶剂，超声时间25 min，超声波功率500 W，循环泵转速1200 r/min，料液比1∶15，在此条
件下提取率达94.12%。

刘文洁等〔10〕
采用常规浸提法提取葡萄籽油，正交试验结果显示：以石油醚（30~60）作为提取剂，提取温度65℃，提取时间3 h，料液比为1∶12，葡萄籽毛油得率为20.78%（w/w）。

可见，超声波提取大大缩短提取时间，且提高得率。

2.2 苹果油
苹果籽仁粗脂肪平均含量为21.98%，蛋白质平均含量为38.53%，且品种间差异较小。

与核桃、板栗种仁相比，除脂肪低于核桃仁（68.74%），钾低于板栗
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（0.75%）外，其余营养物质均高于两者。

Lu YinRong 等〔8〕报道苹果籽油脂肪酸组成：亚油酸含量为63.45%，棕榈酸为13.01%，亚麻酸为6.94%，硬脂酸和油酸含量分别为5.33%、5.08%。

苹果籽油含有大量不饱和脂肪酸，具有降血压、降胆固醇、促进血液循环及排除体内毒素等功能。

赵雁武等〔9〕研究苹果籽仁油对高脂血症模型大鼠血脂、主动脉组织形态学及肝组织抗氧化活性影响，结果表明，苹果籽仁油对高脂血症大鼠有降脂趋势，并具有一定抗氧化作用。

在苹果籽油提取工艺研究中，超声波辅助提油技术受到许多研究人员重视。

高霞等〔10~11〕通过二次回归正交旋转组合试验探讨超声波辅助提取苹果籽油最佳工艺条件，研究液料比、提取时间、提取温度和超声波频率对苹果籽油提取率影响。

试验结果表明，提取溶剂为石油醚，当液料比为8∶1，提取时间为35 min，提取温度为35℃，超声波频率为60 kHz时，苹果籽油提取率最高，可达23.94%；而冷榨提取苹果籽油时，其得油率仅为3.86%。

经对冷榨与超声波辅助提取所得苹果籽油相比，其相对密度、折光指数、酸值、皂化值、碘值等指标无明显差异。

罗仓学等〔11~12〕应用超声波法提取苹果籽油，采用单因素和正交设计法研究超声功率、超声温度、超声时间、物料粒度和溶剂用量对苹果籽油提取率影响，研究结果表明，在超声强度为175 W，超声温度为60℃，超声时间为30 min，溶剂用量（液固比）为8 ml/g，物料粒度为60目条件下，苹果籽油平均得率为26.5%。

仇农学等〔12~13〕也研究超声波辅助提取苹果籽油工艺条件，同时，还建立超声波辅助提取苹果籽油提取率与液料比、提取时间、提取温度、超声波频率四因子数学回归模型。

2.3 杨梅核仁油
陈健初等〔13~14〕对杨梅核仁油的脂肪酸成分进行GC–MS分析，共检测出9种脂肪酸，不饱和脂肪酸总含量为85.63%，其中，亚油酸含量为40.36%。

亚油酸是人体必需脂肪酸之一，在人体内可转化为亚麻酸和花生四烯酸，花生四烯酸能促进脑细胞代谢，对老年人和婴幼儿特别有益。

这表明杨梅核仁油具有较高营养价值，是一种优良保健油。

成纪予等〔14~15〕以杨梅核仁为原料，利用超声波技术辅助提取杨梅核仁油，研究超声波频率、提取时间、及料液比对出油率影响；且测定杨梅核仁油理化特性及其氧化稳定性。

单因素和正交结果表明，其最佳工艺条件为，超声频率60 kHz，超声功率10 W，提取时间30 min，料液比1∶12，得油率为58.75%。

2.4 文冠果籽油
文冠果种仁含油量为66.39%，油含不饱和脂肪酸量高达94%，其中亚油酸占36.9%，油酸等占57.16%，系为比橄榄油、茶油营养更加丰富高级食用油。

邓红等〔15~16〕以文冠果籽为原料，利用超声波辅助提取文冠果籽油，通过单因素及二次回归旋转组合试验研究超声波频率、料液比、提取温度及提取时间等因素对出油率影响，确定超声波辅助提取文冠果籽油最佳工艺条件，建立提取回归数学模型。

结果表明，在试验范围内各影响因素对文冠果籽出油率作用大小依次为：超声波时间＞料液比＞提取温度＞超声波频率，以沸程60℃~90℃石油醚为溶剂提取文
冠果籽油最优工艺参数为：料液比1∶10（g/mL），提取温度60℃，提取时间35 min，超声波频率60kHz，在该工艺条件下浸提三次总出油率60.18%，提取率达92.47%；所建立数学回归模型能较准确预测文冠果籽油出油率。

同时还比较冷榨法、微波萃取、索氏提取、超声波萃取等方法提取文冠果籽油，用气相色谱―质谱法进行成分分析，结果是四种方法提取文冠果籽油化学成分有差异。

通过比较确定，超声波萃取文冠果籽油品质较好、质量稳定、无需脱色，工艺简单，所以超声波萃取法为提取文冠果籽油较理想方法。

2.5 石榴籽油
石榴籽油具有防治乳腺癌、降血糖、抗腹泻等作用。

石榴籽油主要脂肪酸组份为石榴酸，石榴酸及其共轭三烯异构体具有极强抗氧化能力，可有效抵抗人体炎症和氧、自由基破坏作用，具有延缓衰老、预防动脉粥样硬化等作用。

石榴酸及其共轭三烯异构体对鼠肿瘤细胞和人单核白血病细胞有较强细胞毒活性。

高振鹏等〔16〕利用超声波及有机溶剂浸提联用技术研究提取石榴籽油工艺。

在单因素试验基础上，通过正交试验确定超声波及有机溶剂浸提联用技术提取石榴籽油较佳工艺条件。

结果表明，较佳提取工艺条件为：液料比12ml/g，超声波功率225 W，超声波处理时间15 min，处理温度50℃，在该条件下石榴籽油得率为23.84%。

苗利利等〔17~18〕也进行超声波辅助提取石榴籽油工艺研究，得到提取最佳工艺参数为：原料粒度60目，超声波频率60 kHz，料液比1∶10（g/mL），提取温度40℃，提取时间60 min，在该工艺条件下，石榴籽油出油率达29.0%。

比其它文献报道超临界二氧化碳萃取法提油率要高。

2.6 其它保健油脂
国内外研究者已将此技术应用于更多保健油脂提取研究，并得到最佳提取工艺条件。

如：
核桃仁油〔4〕：优化提取工艺参数为：提取温度60℃、料液比1∶4.5、超声波功率和频率为25 kHz、300 W、时间60 min。

与溶剂法相比，超声波强化提取法可降低提取温度、缩短提取时间和节省溶剂耗量。

薏苡仁油〔18~19〕：优化后工艺参数为：提取温度50℃，物料粒径60~80目，料液比1∶3.5，超声波功率和频率25 kHz、300 W，提取时间40 min。

元宝枫油〔19~20〕：优化后工艺参数为：超声波功率80 W，超声波时间50 min，料液比1∶16，提取3次，提取效果较为理想。

松籽油〔20~21〕：优化后工艺参数为：超声波强度200 K w/m2，处理时间15 min，料液比1∶7，超声波处理2次，松籽油提取率可达59.8%，而传统压榨法和冷浸法其提取率分别为38.2%和48.4%。

超声波除能对溶剂浸提油脂进行强化外，还可对超临界流体萃取和微波萃取油脂进行强化。

由于超临界流体萃取存在萃取压力高、萃取时间长，对于一些固体物料萃取效率低，即使较多萃取循环次数，也很难将有效成分萃取出来，从而增加萃取成本，限制其大规模工业化应用。

Riera等〔24~25〕对超声波强化超临界CO2流体从杏仁颗粒中萃取油脂进行研究，实验采用20 kHz、50 W超声波，结果显示，超临界CO2附加超声波与没有附加超声波相比，在相同萃取率
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下，杏仁油萃取时间缩短30%；并在相同萃取时间内，萃取率提高20%。

胡爱军采用超声波对超临界流体萃取（USFE）进行强化，并与单一超临界流体萃取进行比较。

结果表明，USFE可明显降低萃取系统压力和温度，减少夹带剂用量和缩短萃取时间，且萃取效率也有显著提高〔25~26〕。

李莹等〔26~27〕比较超声波、微波、超声波辅助微波浸提三种方法提取效果，发现超声波辅助微波法提取率明显高于单独使用两种方法提取率。

3 存在问题与研究方向
超声波提取作为一种高新技术在保健油脂提取中研究和应用已引起人们广泛关注；但目前该技术在保健油脂提取中仍未能实现大规模工业化生产，主要因存在以下几方面问题，而这些问题存在也决定超声波在保健油脂提取应用研究方向。

（1）超声波强化提取油脂主要依赖超声波产生空化作用，任何影响空化效应参数，如超声功率、超声频率、超声作用时间、浸出体系性质等都将影响浸出效果。

超声波技术应用于保健油脂提取目前基本上还处试验阶段，若要用于大规模生产就需加强超声设备研制和超声强化浸出不同对象时工艺参数优化选择。

同时，还需进一步研究超声波在油脂提取中对油脂各组分影响。

（2）目前，许多研究仅停留在对保健油脂提取工艺方面优化，而对超声波各特征参数变化对提取体系物性、传质速率、传质动力学及固有相界面平衡影响研究则很少。

此外，关于超声波作用机理和参数选择方面，如空化强度测定、空化泡内压力与温度测定、频率与功率选择、作用方式是单频或多频、作用时间长短等方面研究尚不够深入，因此，能指导实际工业应用理论依据和实验基础数据相当缺乏。

由此可见，深入探讨超声强化技术机理，建立超声场特性参数及体系物性与附加效应对应关系，如何将超声理论物质和结构与性质联系起来是今后研究重点。

（3）至今，超声波用于油脂提取方面研究主要限于单频率超声，而对两种或两种以上多频超声同时辐照强化提取方面研究很少。

由于多频超声充分发挥不同频率超声波特点，消除驻场波，使声场更加均匀，有实验显示双频、三频超声正交辐照可使声化学产额显著提高。

因此，将多频超声技术应用于保健油脂提取及在提取时，频率选择、超声发射位置布局、功率搭配等方面是有待研究重点。

（4）超声波除能强化溶剂浸提外，还能强化超临界CO2萃取和微波提取等。

有研究证明，利用超声波强化超临界CO2或微波提取油脂效果远远好于单独使用上述方法提取效果。

因此，在保健油脂提取中，将超声波提取技术与其它提取技术联合使用是值得相关研究人员深入探讨又一方面。

综上所述，超声场技术作为一种强化提取新技术，由于在油脂提取方面应用还不十分成熟，难免存在许多问题。

但随着超声强化提取机理和应用研究逐步深入，及所存在问题不断解决，超声波技术必将在提油工艺中发挥重要作用。

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