《Food Chemistry》：Modeling and optimization of ultrasound-assisted extraction of walnut oil: Achieving a balance between high yield and desirable chemical quality
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核桃油超声波辅助提取工艺优化及品质研究。通过响应面法分析超声时间和功率对提取率（63.2%）、酸价（0.50 mg KOH·g?1）、过氧化值（6.90 meq O?·kg?1）等指标的影响，确定最佳参数为16.37分钟和758.12瓦。该工艺实现高效提取与品质保持的协同优化。
作者：Isa Hazbawi 和 Hamed Etezadi
伊朗洛雷斯坦大学农业学院生物系统工程系，霍拉马巴德
摘要
核桃油富含不饱和脂肪酸和生物活性化合物，是一种有价值的食品，但极易氧化，从而影响其质量和保质期。本研究评估并优化了超声辅助提取对图伊瑟尔坎（Tuyserkan）核桃油质量特性的影响。采用中心复合设计（Central Composite Design）的响应面方法（Response Surface Methodology, RSM）来分析超声处理时间（10–40分钟）和功率（600–1000瓦）对提取率（EY）、酸值（AV）、过氧化物值（PV）、水分含量（MC）以及整体接受度（OA）的影响。结果表明，超声处理时间对质量指标有显著负面影响，而功率则主要提高了提取率。最佳条件为16.37分钟、758.12瓦，此时提取率最高（63.2%），整体接受度为4.60，酸值为0.50毫克KOH/克，过氧化物值为6.90毫当量氧气/千克。这种同时优化的方式在提高提取率的同时保持了核桃油的质量，有望减少商业损失。
引言
核桃（Juglans regia L.）是全球最重要的坚果之一，在农业和食品工业中具有重要地位，这得益于其高营养价值及广泛的种植面积。2020年，全球核桃产量超过150万吨，伊朗是主要生产国之一，对总产量和种植面积均做出了重要贡献（Wu等人，2020年）。核桃仁含有52–70%的油脂，其中富含不饱和脂肪酸（尤其是α-亚麻酸，属于Omega-3系列）以及抗氧化化合物。食用核桃油有助于改善心血管健康、降低胆固醇水平并预防某些类型的癌症（Masoodi等人，2022年；Song等人，2022年）。除了营养价值外，核桃油还因其抗氧化和抗衰老特性而在制药和化妆品领域具有应用价值（Mates等人，2023年）。因此，对高质量核桃油的需求不断增长，亟需开发高效安全的提取方法。
常用的核桃油提取方法包括冷压、溶剂萃取和索氏萃取（Soxhlet extraction）。虽然索氏萃取和溶剂萃取的提取率较高，但耗时较长、能耗较高，并可能对热敏感和溶剂敏感的生物活性化合物造成部分降解。冷压能保持油质，但效率较低（Shen等人，2023年）。因此，环保型新技术受到了广泛关注。其中，超声辅助提取（Ultrasonic-Assisted Extraction, UAE）因所需溶剂少、操作简单、环境友好以及适用于低温处理而成为一种有前景的方法（Anaya-Esparza等人，2023年；Kumar等人，2021年）。
近几十年来，超声技术作为一种非热处理方法在食品工业中得到了广泛应用，应用于提取、干燥、乳化和杀菌等过程（Bhargava等人，2021年；Singla & Sit，2021年）。研究表明，超声处理可提高植物油的提取率、缩短加工时间和降低能耗，并提升产品品质（Nardella等人，2021年；Thilakarathna等人，2023年）。然而，关键参数（如功率强度和处理时间）的变化可能对最终油质产生相反影响（Liu等人，2022年）。
文献综述显示，尽管超声辅助提取在植物油提取方面已得到广泛研究，但关于超声功率和提取时间对核桃油质量特性的综合影响的研究较少。鉴于图伊瑟尔坎核桃作为伊朗优质品种的经济重要性，准确评估这两个关键因素的联合影响显得尤为重要。超声辅助提取特别适合核桃油提取，其机制包括空化效应和微射流作用，能够有效释放核桃仁中的油脂，但需要仔细优化功率和处理时间。
因此，本研究采用响应面方法（RSM）进行多目标优化，旨在在最大化提取率与最小化质量降解指标（酸值和过氧化物值）之间找到平衡，同时分析超声功率和时间对核桃油关键质量参数（提取率、水分含量、酸值、过氧化物值和整体接受度）的影响。该方法为提升这种战略性产品的质量和附加值提供了实用策略。
样本制备与超声预处理
核桃（Juglans regia L.）样本（图伊瑟尔坎品种）采自伊朗霍拉马巴德（2024年收获）。手工去壳后，使用日本Naniwa N-321型电动研磨机将核桃仁研磨成粉末。将粉末置于室温（28±2°C）下24小时以达到水分平衡，过程中不加热也不使用强制气流。所得粉末通过25目筛网过滤。
影响过程建模的因素
通过方差分析（ANOVA）和多元回归分析评估超声处理时间和功率对核桃油质量参数的影响。结果显示（表2），超声处理时间、功率及其交互作用对酸值（AV）、过氧化物值（PV）、水分含量（MC）、整体接受度（OA）和提取率（EY）均具有显著影响（p≤0.05）。回归模型的拟合度很高（R2值大于0.95），预测准确性也很高（表3）。这些结果表明，超声处理时间和功率均对核桃油质量有显著影响。
结论
本研究表明，超声辅助提取显著影响了图伊瑟尔坎核桃油的提取率和质量。超声处理时间主要影响酸值、过氧化物值、水分含量和感官接受度，而功率则主要提高了提取率。通过响应面方法（RSM）优化后，最佳条件为16.37分钟、758.12瓦，此时提取率最高（63.2%），整体质量也得到改善。
作者贡献声明
Isa Hazbawi：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、项目监督、软件应用、数据分析、概念构思。
Hamed Etezadi：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、结果验证、资源调配、方法设计、实验实施、数据分析、数据整理。
伦理审批与参与同意
根据机构和国家指南，本研究无需伦理审批，因为参与者为健康的成年人，且评估方法为非侵入性感官评估。所有参与者均自愿参与，并已获得书面同意。所有参与者的权利和隐私得到充分尊重。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。
