油茶树是我国特有的油料树种,其栽培历史有2 300 年以上,与油棕、油橄榄和椰子并称为世界四大木本食用油料植物[1]。油茶是我国南方重要的木本油料树种和主要的经济林树种之一[2],被人们誉为“东方橄榄油”、“绿色油库”、“绿色金库”、“油中珍品”等[3]。我国油茶主分布在湖南、江西和广西等15 个省区,目前油茶种植面积达466 万hm2,年产茶油达100 万t。根据国家林业和草原局、国家发展和改革委员会、财政部联合印发的《加快油茶产业发展三年行动方案(2023—2025 年)》,到2025 年,全国油茶种植面积达600 万hm2 以上,年产茶油达200 万t。根据规划,将种植生产出大量的油茶籽,如果处理不当,得油率下降,届时不仅难以完成预期的茶油产量,还会造成资源浪费。
油茶果实含油率是油茶的重要经济性状,它除了受遗传因子影响外,还受种子的成熟度、结果数量、立地条件和果实发育期气候条件的影响[4]。油茶种子在成熟的后期,绿色器官的同化物质和果皮中的储藏物质都迅速向种子中转移,对种子的油脂合成与积累至关重要,所以种子的含油率随种子成熟度的提高而提高[5]。庄瑞林[6]对果实的生长进行初步描述,将果实生长粗略地分为幼果形成期、果实生长期和油脂转化积累期。Cai 等[7]对普通油茶种子成熟过程中脂肪积累及物质转化进行了初步研究。油茶果与其他油料作物不同,采摘后的油茶果仍继续进行生理生化活动,且适当的环境条件可以促进可溶性糖、淀粉等有机物转化为油脂,提高油茶籽内的含油率,利用油茶果后熟的特性,可通过人工控制和改造堆沤环境,提高油茶果的含油量[8-9]。现对于油茶鲜果采摘后的普遍处理方法包括直接剥果-烘干、堆沤-剥果-烘干和堆沤-摊晒果-人工拣籽-再摊晒籽等[10]。直接剥果-烘干的处理方式得到的油茶籽含油率平均比堆沤-剥果-烘干和堆沤-摊晒果-人工拣籽-再摊晒籽的方法低3%以上。堆沤-剥果-烘干和堆沤-摊晒果-人工拣籽-再摊晒籽这两种处理方式采用了传统的堆沤,可在一定程度上提高油茶籽的含油率,但堆沤时间长且温度、湿度难以控制,油茶果在堆沤过程中细菌、真菌滋生,造成油茶果霉烂,影响含油率和酸价等,即使采用生石灰水、食盐水和茶麸液混合而得的药液浸泡处理油茶鲜果,其后熟过程仍需要3~5 d,堆沤过程耗时、耗场地,不利于连续性规模化生产,生产效率低,处理成本高[10]。随着全国油茶种植面积不断增加,且油茶逐渐进入盛产期,以现有的堆沤方式进行后熟作用已经不能满足油茶产业的发展需求。
目前,N2、CO2 等气体介入处理在水果保鲜上被普遍使用,高浓度N2、CO2 等气体能降低贮藏过程中呼吸强度,降低过氧化物酶及多酚氧化酶活性,减缓老化速度[11-15],N2、CO2 等气体也用于含单宁较高水果(如柿子)的脱涩处理[16-17]。基于油茶鲜果前处理技术对提高含油率影响的研究表明,通过N2、CO2 等气体介入处理油茶鲜果,人为制造缺氧环境,能够降低新鲜油茶果的呼吸强度,减少呼吸代谢对有机物的消耗,使更多的有机物转化为油脂,从而提高油茶果的含油率。本文采用N2、CO2 和N2+CO2 气体气调胁迫对油茶鲜果进行采后处理,并充分考虑处理温度、处理湿度、处理时间的影响,以达到缩短熟化时间、提高生产效率、降低鲜果处理成本的目的,以期为油茶鲜果采后处理提供理论依据。
油茶鲜果:2023 年11 月3 日采自广西壮族自治区国有三门江林场江口分场,品种为‘岑软系列3 号’;维生素E(VE):中国食品药品检定研究院生物制品检定所;油酸、亚油酸(均为分析纯)、石油醚(沸程30~60 ℃,分析纯):国药集团化学试剂有限公司;H3PO4(分析纯):西陇科学股份有限公司;CH3OH(色谱纯):赛默飞世尔科技公司;CH3OH、CH3ONa、CH2Cl2、NaCl、KOH(均为分析纯):成都市科隆化学品有限公司。试验用水均为去离子水。
后熟箱:广西壮族自治区国有三门江林场自制;离心机(TG16-WS):长沙湘智离心机仪器有限公司;可调电炉(DK-98-Ⅱ):天津市泰斯特仪器有限公司;超声波清洗仪(KQ-250B):昆山市超声仪器有限公司;恒温水浴锅(HH-4 数显式):常州国华电器有限公司;旋转蒸发仪(RE-52AA):上海亚荣生化仪器厂;循环水式多用真空泵(SHB-Ⅲ):郑州长城科工贸有限公司;电子天平(AL204-1C):梅特勒-托利多科技(中国)有限公司;气相色谱仪(920 型):上海海欣色谱仪器有限公司;液相色谱仪(SSI SeriesⅢ):美国科学系统公司。
1.2.1 油茶鲜果处理
N2+CO2 处理:将油茶鲜果置于密闭的后熟箱,并充入N2、CO2 再进行升温,调节湿度,处理一定时间后,取出油茶鲜果直接进行机械脱蒲,烘干,得到干茶籽;直接脱蒲-烘干处理:将油茶鲜果直接机械脱蒲,剥取茶籽,然后60 ℃烘干;堆沤-烘干处理:将油茶鲜果堆沤5 d 后直接机械脱蒲,剥取茶籽,然后60 ℃烘干;堆沤-摊晒-晒干处理:将油茶鲜果堆沤5 d 后摊晒油茶果,待其自然裂开后采用人工捡籽,再摊晒干茶籽[18-20]。
1.2.2 单因素试验
以10 kg 油茶鲜果为试验材料,以茶籽的含油率、油酸含量、亚油酸含量、酸价、VE 含量为指标,先考察气体种类(N2、CO2、N2+CO2)对油茶鲜果采后处理的影响,然后以处理湿度90%、处理时间6 h、处理温度60 ℃为固定条件,对处理温度(25、30、35、40、45 ℃)、处理湿度(60%、70%、80%、90%、100%)、处理时间(2、4、6、8、10 h)进行单因素试验。
1.2.3 正交试验
在单因素试验结果的基础上,以含油率和VE 含量为指标,采用三因素三水平正交试验优化油茶鲜果采后处理工艺条件,探究处理温度、处理湿度、处理时间对油茶鲜果采后处理的影响。正交试验因素与水平见表1。
表1 正交试验因素与水平
Table 1 Orthogonal test factors and levels
水平123 A 处理温度/℃35 40 45 B 处理湿度/%85 90 95 C 处理时间/h 567
1.2.4 茶油的提取
采用索氏抽提法提取干燥后茶籽的油脂,得到茶油,含油率的计算公式如下。
式中:W0 为含油率,%;m0 为空抽提瓶的质量,g;m1 为干燥后提取抽提物的抽提瓶质量,g;m 为测试样品的质量,g。
1.2.5 油酸、亚油酸含量测定
对不同加工方式的茶油进行甲酯化处理[21],加入10 g 茶油与30 mL 甲醇、1 mL 饱和甲醇钠-甲醇溶液,水浴锅温度80 ℃,反应时间150 min。采用气相色谱仪进行油酸、亚油酸含量的测定。升温程序条件为初始温度70 ℃,保持2 min;以10 ℃/min 的速率升至180 ℃,保持5 min;进样口温度和气化室温度均为200 ℃,进样量为1 μL。检测结果为8 个样品的平均值。
1.2.6 酸价测定
依据GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》[22]中的方法测定酸价,重复3 次取平均值。
1.2.7 VE 含量测定
VE含量测定依据GB 5009.82—2016《食品安全国家标准 食品中维生素A、D、E 的测定》[23]中的方法,称取不同加工方式的茶油10 g,皂化后经冷却、萃取、洗涤、浓缩、离心(室温,3 000 r/min,10 min),得到上清液供色谱分析。色谱条件:分析柱为反相C18(5 μm,4.6 mm×250 mm);流动相为甲醇∶水=98∶2(体积比);紫外检测器波长为300 nm;进样量为20 μL;流速为1.0 mL/min。
采用SPSS 25.0 软件对数据进行分析处理。
选择不加入气体处理的样品为空白,不同气体种类对油茶鲜果采后处理的影响如表2 所示。
表2 气体种类对油茶鲜果采后处理的影响
Table 2 Effect of inert gases on postharvest treatment of fresh camellia fruit
组别N2 CO2 N2+CO2空白含油率/%31.96 31.46 31.68 28.13油酸含量/%81.3 80.6 80.8 78.3亚油酸含量/%8.5 7.8 7.6 5.4酸价/(mg/g KOH)0.6 0.7 0.7 1.2 VE 含量/(mg/kg)106 98 101 86
由表2 可知,应用N2、CO2、N2+CO2 气体处理油茶鲜果效果明显优于空白试验。当气体为N2 时,茶籽含油率最高,为31.96%;油酸和亚油酸含量最高,分别为81.3%和8.5%;VE 含量最高,为106 mg/kg;酸价最低,为0.6 mg/g KOH,所以利用N2 对油茶鲜果进行采后处理最优。
不同处理温度对油茶鲜果采后处理的影响如表3所示。
表3 处理温度对油茶鲜果采后处理的影响
Table 3 Effect of temperature on postharvest treatment of fresh camellia fruit
处理温度/℃25 30 35 40 45含油率/%31.92 30.69 31.88 32.22 31.66油酸含量/%80.3 80.9 81.2 81.8 80.6亚油酸含量/%7.6 7.8 8.1 8.6 7.8酸价/(mg/g KOH)0.8 0.7 0.6 0.7 0.9 VE 含量/(mg/kg)102 103 105 110 98
由表3 可知,随着处理温度的升高,油酸含量、亚油酸含量、VE 含量均整体呈现先升高后逐步下降的变化趋势,酸价呈现先降低后升高的趋势。当处理温度为40 ℃时,含油率最高,为32.22%;油酸和亚油酸含量最高,分别为81.8% 和8.6%;VE 含量最高,为110 mg/kg;酸价为0.7 mg/g KOH,略高于35 ℃时的酸价(0.6 mg/g KOH),远低于GB/T 11765—2018《油茶籽油》压榨一级标准酸价≤2 mg/g KOH 的要求。综合考虑,选择处理温度35、40、45 ℃进行后续正交试验。
不同处理湿度对油茶鲜果采后处理的影响如表4所示。
表4 处理湿度对油茶鲜果采后处理的影响
Table 4 Effect of humidity on postharvest treatment of fresh camellia fruit
处理湿度/%60 70 80 90 100含油率/%30.92 30.12 31.53 32.36 30.79油酸含量/%79.3 80.3 81.2 82.1 80.3亚油酸含量/%7.4 7.6 8.2 8.4 7.9酸价/(mg/g KOH)0.7 0.7 0.7 0.6 0.9 VE 含量/(mg/kg)104 109 106 112 95
由表4 可知,随着处理湿度的升高,油酸含量、亚油酸含量、VE 含量均整体呈现先升高后逐步下降的变化趋势,酸价呈现先降低后升高的趋势。当处理湿度为90% 时,茶籽含油率最高,为32.36%;油酸和亚油酸含量最高,分别为82.1% 和8.4%;VE 含量最高,为112 mg/kg;酸价最低,为0.6 mg/g KOH。综上,选择处理湿度为85%、90%、95%进行后续正交试验。
不同处理时间对油茶鲜果采后处理的影响如表5所示。
表5 处理时间对油茶鲜果采后处理的影响
Table 5 Effect of time on postharvest treatment of fresh camellia fruit
处理时间/h 24681 0含油率/%29.22 31.12 32.36 31.53 30.79油酸含量/%78.3 80.6 82.6 80.8 80.3亚油酸含量/%7.2 7.8 8.1 8.6 7.9酸价/(mg/g KOH)0.7 0.7 0.6 0.7 0.9 VE 含量/(mg/kg)92 106 110 102 98
由表5 可知,随着处理时间的延长,含油率、油酸含量、亚油酸含量、VE 含量均整体呈现先升高后逐步下降的变化趋势,酸价呈现先降低后升高的趋势。当处理时间为6 h 时,茶籽含油率最高,为32.36%;油酸和亚油酸含量较高,分别为82.6% 和8.1%;VE 含量最高,为110 mg/kg;酸价最低,为0.6 mg/g KOH。综上,选择处理时间为5、6、7 h 进行后续正交试验。
在单因素试验基础上,选择处理温度、处理湿度、处理时间3 个因素进行三因素三水平正交试验,结果见表6。
表6 正交试验结果
Table 6 Results of orthogonal test
试验号123456789含油率k1 k2 k3 A111222333 30.87 31.94 31.48 B123123123 31.28 31.40 31.61 C123231312 31.10 31.48 31.71空列123312231 31.27 31.51 31.52含油率/%30.23 30.96 31.42 31.93 32.03 31.87 31.69 31.21 31.54 VE 含量/(mg/kg)93 95 104 106 109 106 105 103 107
续表6 正交试验结果
Continue table 6 Results of orthogonal test
试验号VE含量极差k1 k2 k3含油率VE 含量A 97.33 107.00 105.00 1.07 9.67 B 101.33 102.33 105.67 0.33 4.34 C 100.67 102.67 106.00 0.61 5.33空103.00 102.00 104.33 0.25 2.33含油率/%VE 含量/(mg/kg)
由表6 可知,最优方案是A2B3C3,即油茶鲜果采后处理条件为在N2 充入胁迫下,处理温度为40 ℃、处理湿度为95%、处理时间为7 h,此条件下含油率为32.22%,VE含量为110 mg/kg,优于表6 试验设计中最佳条件A2B2C3 的含油率(32.03%)及VE 含量(109 mg/kg),因此,确定A2B3C3 为最优方案。
将10 kg 油茶鲜果送入密闭后熟箱,充入N2,再进行升温至40 ℃,调节湿度为95%,经7 h 处理后,取出油茶鲜果直接进行机械脱蒲,60 ℃烘干,得到干茶籽,然后索氏提取油脂,再进行油脂含量和成分等测试,重复3 次,结果见表7。
表7 验证试验结果
Table 7 Results of the verification test
序号123含油率/%32.22 32.36 32.12 VE 含量/(mg/kg)110 112 109
由表7 可知,结果稳定,通过正交试验得到的最佳方案可行。
以1 000 kg 油茶鲜果为试验材料,在优化得到的最佳处理条件下,按1.2.1 处理油茶鲜果。放大稳定性试验及与现行方法比较结果见表8。
表8 放大稳定性试验及与现行方法比较
Table 8 Extended stability test and comparison with current methods
方法N2 处理直接脱蒲-烘干堆沤-烘干堆沤-摊晒-晒干含油率/%32.36 28.86 31.86 31.96油酸含量/%82.3 78.6 80.2 82.3亚油酸含量/%8.6 7.2 7.9 8.3酸价/(mg/g KOH)0.6 0.8 1.1 1.5 VE 含量/(mg/kg)112 88 108 106
由表8 可知,充入N2、处理温度40 ℃、处理湿度95%、处理时间7 h 的综合效果最好,所得到的茶籽含油率、油酸含量、亚油酸含量、VE 含量均为最高,分别为32.36%、82.3%、8.6% 和112 mg/kg,酸价最低,为0.6 mg/g KOH。
结果表明,N2、CO2、N2+CO2 气体胁迫处理油茶鲜果均明显优于空白试验。当气体为N2 时,得到的茶籽含油率、油酸含量、亚油酸含量、VE 含量均为最高,分别为31.96%、81.3%、8.5%、106 mg/kg,且酸价最低,为0.6 mg/g KOH。因此,在N2 胁迫下油茶鲜果处理效果最好,经过正交试验优化得到最佳处理条件为处理温度40 ℃、处理湿度95%、处理时间7 h。经过放大试验,该方法与直接脱蒲-烘干、堆沤-烘干、堆沤-摊晒-晒干3 种方法相比,茶籽含油率、油酸含量、亚油酸含量、VE 含量均最高,酸价最低,说明本试验所得油茶鲜果处理方法优于当前普遍采用的技术。此外,N2 胁迫下油茶鲜果处理一般6~7 h 即可完成,相对于当前堆沤所需5 d 左右的时间,大大缩短了处理时间,提高了生产效率。本试验验证了利用气调促进水果后熟的理论和实践,并开拓性运用于油茶鲜果的后熟处理,可为油茶鲜果处理的产业化探索出一条新路线。
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