绿色提取技术创新：超声辅助乙醇-异丙醇混合溶剂高效提取木瓜籽油及其品质优化研究

《Food and Bioprocess Technology》：Comparative Study of Conventional and Emerging Extraction Methods for Papaya Seed Oil: Process Optimization and Quality Evaluation

本刊推荐：为解决木瓜籽资源浪费及传统提取工艺高污染、高能耗问题，研究人员开展了常规与新兴提取方法（索氏提取、微波辅助提取MAE、超声辅助提取UAE等）对比研究，系统优化了超声功率（0–400 W）、时间（5–30 min）及溶剂组成（乙醇、异丙醇及其1:1混合体系）。结果表明，UAE在200 W、30 min、50%乙醇-异丙醇混合溶剂条件下获得最高油回收率（约85%），且酸价最低（9.00±2.16 mg KOH/g）。该研究为果蔬加工副产物高值化利用提供了绿色、高效的提取策略，对推动食品工业可持续发展具有重要意义。

　　

在全球范围内，木瓜（Carica papaya L.）作为一种热带水果被广泛种植，2025年产量已达约1380万吨。然而，在木瓜加工过程中会产生20%–25%的废弃物，其中木瓜籽常被作为农业副产品丢弃，尽管其富含油脂、蛋白质和膳食纤维等营养成分。木瓜籽油尤其富含不饱和脂肪酸，具有作为功能性食品成分的潜力。然而，传统的油脂提取方法如索氏提取和浸渍法存在提取时间长、有机溶剂使用量大、能耗高以及对热敏感成分可能造成破坏等问题。此外，常用的正己烷等溶剂具有毒性和环境风险，限制了其在食品、化妆品等领域的应用。因此，开发高效、环保的提取技术对提升木瓜籽附加值、推动农产品加工可持续发展具有重要意义。

为应对上述挑战，本研究系统比较了索氏提取（正己烷，121°C，24 h）、浸渍法、微波辅助提取（MAE）、液压压榨及超声辅助提取（UAE）等多种方法，并以乙醇和异丙醇作为绿色溶剂，旨在筛选出最适合木瓜籽油提取的工艺。在初步比较基础上，选取表现优异的UAE进行进一步优化，重点考察超声功率（0 W、200 W、400 W）、处理时间（5 min、17.5 min、30 min）以及溶剂组成（纯异丙醇、纯乙醇、1:1乙醇-异丙醇混合溶剂）对提取率及油脂品质的影响。油脂得率以索氏提取为基准计算回收率，油脂酸价采用AOCS Ca 5a-40方法测定，脂肪酸组成通过GC-MS/MS分析。实验设计采用三因素方差分析（three-way ANOVA）和响应面法（RSM）对关键参数进行建模与优化。

不同提取方法对油脂得率及酸价的影响

通过对多种提取方法的比较发现，索氏提取（正己烷）获得最高油脂得率（30.91±0.49%），但酸价也最高（90.12 mg KOH/g），可能与长时间高温处理导致油脂水解有关。机械压榨法得率最低（全籽2.95%，粉碎后7.35%），且粉碎后酸价显著升高（58.72 mg KOH/g），说明机械破碎会促进油脂劣变。在绿色溶剂提取中，UAE表现出最佳综合性能：使用异丙醇在400 W、30 min条件下得率达22.50±0.27%，且酸价较低（9.00±2.16 mg KOH/g），显著优于微波辅助提取（MAE-异丙醇得率23.46%，酸价27.11 mg KOH/g）和浸渍法。值得一提的是，所有提取方法对脂肪酸组成影响不显著，油酸（C18:1）含量稳定在68.65%–72.09%之间，表明提取工艺主要影响得率与酸价，而对油脂基本组成无显著改变。

温度与粒径对混合溶剂提取效果的作用

在采用乙醇-异丙醇（1:1）混合溶剂的条件下，温度从30°C升至80°C，油脂得率由14.28%提高至20.88%，说明升温有助于提高溶剂扩散性与油脂溶解度。同时，减小原料粒径（如<2 mm）可显著增加比表面积，促进溶剂渗透，进一步提高得率。对比浸渍与UAE发现，超声处理能有效强化传质，尤其在细小颗粒中表现更优，说明超声波的空化效应有助于破坏细胞结构并释放油脂。

超声辅助提取（UAE）工艺优化与响应面分析

通过三因素方差分析表明，超声功率、处理时间与溶剂组成三者及其交互作用对提取率与油脂回收率均具有极显著影响（p<0.001）。在混合溶剂体系中，200 W、30 min条件下油脂得率达26.57%，油脂回收率约85.97%，与400 W、30 min（得率26.71%）无显著差异，表明200 W已接近提取饱和点。通过响应面模型（R2=0.973）进一步验证，超声功率与时间存在显著交互效应，而混合溶剂因极性适中，兼具良好脂质溶解性与空化增强作用，提取效果优于单一溶剂。相比之下，纯乙醇或纯异丙醇体系的模型预测能力较弱（R2分别为0.58、0.78），说明混合溶剂在超声场中具有协同增效的优势。

能耗与提取效率的平衡

研究还发现，当超声功率从200 W提高至400 W，比能耗成倍增加，但油脂得率并未显著提升。例如，在50%乙醇-异丙醇体系中，200 W、30 min（比能耗11250 kJ/kg）得率为26.57%，而400 W、30 min（比能耗22500 kJ/kg）得率仅增至26.71%，说明过高功率会导致空化屏蔽与热饱和效应，反而降低能量利用效率。因此，200 W被确定为能效较优的工艺参数。

本研究通过系统比较与优化，证实超声辅助提取（UAE）结合乙醇-异丙醇混合溶剂是一种高效、绿色的木瓜籽油提取方法。在200 W超声功率、30 min处理、1:1乙醇-异丙醇溶剂条件下，油脂回收率达到85%，且酸价显著低于传统索氏提取。该工艺不仅大幅缩短提取时间、降低能耗与溶剂使用量，还有效避免了有毒溶剂的使用，为果蔬加工副产物的高值化开发提供了技术支撑。尽管本研究未涉及不同品种木瓜籽的适用性验证及油脂氧化稳定性等深入指标，但所建立的UAE-混合溶剂策略为绿色提取技术在食品、化妆品等领域的推广应用提供了重要参考。未来研究可进一步关注该工艺的规模化放大可行性、溶剂回收效率以及提取油脂的贮藏稳定性与生物活性评价，以推动该技术走向产业化应用。