溶劑法提取亞麻籽木脂素(SDG)工藝優(yōu)化研究

楊宏志

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院,大慶 163319)

溶劑法提取亞麻籽木脂素(SDG)工藝優(yōu)化研究

楊宏志

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院,大慶 163319)

研究了溶劑法提取亞麻籽中木脂素的工藝,確定了單因素試驗(yàn)的最佳溶劑系統(tǒng)為 70%的乙醇,提取溫度為室溫,時(shí)間為 24 h。以木脂素得率為指標(biāo),采用二次正交旋轉(zhuǎn)回歸試驗(yàn)對(duì)溶劑法提取亞麻籽木脂素提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,求得了二次正交旋轉(zhuǎn)回歸方程,確定了影響溶劑法木脂素得率的各因素的主次順序依次為:提取時(shí)間、提取溫度、乙醇濃度。用統(tǒng)計(jì)尋優(yōu)方法進(jìn)行方案尋優(yōu),可得乙醇濃度為 70%、提取時(shí)間為28 h、提取溫度為 40℃時(shí),木脂素得率最高為 9.25%。

亞麻籽 木脂素 (SDG) 提取工藝 優(yōu)化

開環(huán)異落葉松樹脂酚二葡萄糖苷 (Secoisolaricir2 esinol diglucoside,SDG)是木脂素的一種,它構(gòu)成了亞麻籽中木脂素的主要成分,在脫脂亞麻籽粉中的含量為 11.7～24.1 mg/g,整粒亞麻籽中的含量為 6.1～13.3 mg/g。木脂素具有抗氧化活性、降低血漿中的膽固醇、抗炎癥作用和預(yù)防癌癥的功能[1-5],因此,近幾年大量研究者開始研究亞麻籽木脂素的提取工藝。本研究通過單因素試驗(yàn)考察乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度和提取時(shí)間三因素對(duì)木脂素得率得影響;在單因素試驗(yàn)得基礎(chǔ)上,以木脂素得率為指標(biāo),采用二次正交旋轉(zhuǎn)回歸試驗(yàn)[6],對(duì)溶劑法提取亞麻籽木脂素提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,建立回歸模型,以期為同類研究提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 儀器和材料

1.1.1 儀器設(shè)備

PC2025高效液相色譜儀:天津蘭博科技有限公司;DZ-3BC型真空恒溫干燥箱:北京格拉威爾科技公司;THZ-82A型恒溫振蕩水浴:金壇市白塔金昌試驗(yàn)儀器廠;RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器:天津市瑞森特儀器儀表商行;PHS-3B型酸度計(jì):成都瑞馳分析控制儀器有限公司;GT10-1高速離心機(jī):北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司;JJ-2型咖啡磨:金壇市白塔金昌實(shí)驗(yàn)儀器廠;ES-103HA型千分之一電子天平:寧波時(shí)代儀器有限公司。

SDG對(duì)照品 (純度 95%):成都巨邦生物工程公司;乙醇、氫氧化鈉、鹽酸:分析純,深圳市泰康達(dá)科技有限公司。

1.1.2 試驗(yàn)材料

亞麻籽產(chǎn)于黑龍江省蘭西縣,2007年 6月購入,將亞麻籽清理除雜粉碎后過 60目篩,與正己烷 1∶6混合脫脂 12 h后,于 35℃烘干備用。

1.2 試驗(yàn)方案

以乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度和提取時(shí)間為因素進(jìn)行單因素試驗(yàn),考察三因素對(duì)亞麻籽木脂素得率的影響。精確稱 10 g脫脂亞麻籽粉,加入 8倍不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液,在一定溫度下提取一定的時(shí)間。通過抽慮將乙醇提取液與亞麻籽脫脂粉分離,用 1 mol/L NaOH溶液將醇提液中NaOH的濃度調(diào)至0.25～0.4 mol/L堿解 2 h,再用 HCl調(diào) pH值至 4～6,定容于 100 mL容量瓶中,按文獻(xiàn) [7]的方法檢測(cè),并計(jì)算亞麻籽木脂素得率。

1.2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)木脂素 (SDG)得率的影響

在提取溫度為 20℃、提取時(shí)間為 24 h的條件下,分別考察乙醇體積分?jǐn)?shù)為 50%、60%、70%、80%、90%、100%時(shí)木脂素 (SDG)得率。

1.2.2 提取溫度對(duì)木脂素得率的影響

在提取時(shí)間為 24 h、乙醇體積分?jǐn)?shù)為 70%的條件下 ,分別考察提取溫度為 20、30、40、50、60 ℃時(shí)木脂素 (SDG)得率。

1.2.3 提取時(shí)間對(duì) SDG得率的影響

在乙醇體積分?jǐn)?shù)都為 70%、提取溫度為 20℃的條件下 ,分別考察提取時(shí)間為 4、8、12、16、20、24、28 h時(shí)木脂素 (SDG)得率。

1.2.4 二次正交回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,乙醇的體積分?jǐn)?shù) x1、提取時(shí)間 x2、提取溫度 x3的變化范圍編碼,進(jìn)行二次正交回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)木脂素 (SDG)得率的影響在乙醇的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到 70%之前,隨著體積分?jǐn)?shù)的增加,木脂素的得率逐漸增加;體積分?jǐn)?shù)超過

70%以后,木脂素的得率逐漸減少 (表 1)。因此確定乙醇的體積分?jǐn)?shù)為 70%。

表 1 不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇提取 24 h后木脂素(SDG)的得率 (g/100g脫脂粉)

2.1.2 提取溫度對(duì)木脂素得率的影響

從表 2可以看出,溫度對(duì) SDG得率的影響很小,在試驗(yàn)條件范圍內(nèi),不同溫度下 SDG的得率相差無幾,最高得率與最低得率僅差 0.56%,也就是說 SDG的得率不隨提取溫度的改變而改變。本試驗(yàn)確定提取溫度為 20℃。

表 2 不同溫度下乙醇提取木脂素的得率(g/100g脫脂粉)

2.1.3 提取時(shí)間對(duì) SDG得率的影響

由表 3可知,隨著提取時(shí)間的增加,木脂素的得率逐漸增加。提取時(shí)間為 24 h的木脂素得率達(dá)到最高值,超過 24 h以后木脂素的提取率基本不再增加。故選擇提取時(shí)間為 24 h是合適的。

表 3 不同提取時(shí)間乙醇提取木脂素的效率比較(g/100g脫脂粉)

2.2 二次正交回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)

2.2.1 二次正交回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)方案[3]

為建立提取工藝優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,以乙醇的體積分?jǐn)?shù) x1、提取時(shí)間 x2、提取溫度 x3為試驗(yàn)因素,進(jìn)行二次正交回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)。

根據(jù)單因素試驗(yàn),確定各因素的變化范圍為:乙醇的體積分?jǐn)?shù):50%～90%,時(shí)間:20～28 h,溫度:20～40℃。

設(shè) 3個(gè)自然變量分別為 x1,x2,和 x3(分別對(duì)應(yīng)體積分?jǐn)?shù) C、時(shí)間 t和溫度 T),變量的變化范圍為[x-ri,xri]。以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ),根據(jù)各試驗(yàn)因素的水平范圍,按下式進(jìn)行編碼 (見表 4)。

表 4 溶劑法提取木脂素二次正交回歸旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平編碼表

表 5 溶劑法提取木脂素二次正交回歸旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案與結(jié)果

二次正交回歸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)可以得到如下回歸方程:

式中:p為試驗(yàn)因素的個(gè)數(shù),本試驗(yàn)中 p=3;y為試驗(yàn)指標(biāo)。

通過數(shù)據(jù)處理,得到式 (1)中的各項(xiàng)系數(shù),并對(duì)回歸方程和各系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),結(jié)果如表 5。

對(duì)式 (1)中的平方項(xiàng)進(jìn)行中心化處理并對(duì)回歸系數(shù) bj、偏回歸平方和 Uj、總平方和 SSt、回歸平方和U及剩余平方和 Qe2等進(jìn)行計(jì)算,然后對(duì)擬合度、回歸方程和各偏回歸系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn),得回歸方程

經(jīng)替換得到用自然變量表示的回歸方程

約束條件:50%≤x1≤90%,20 h≤x2≤28 h,20℃≤x3≤40℃。

2.2.2 回歸模型的分析討論2.2.2.1 主效應(yīng)分析

由于設(shè)計(jì)中各因素均經(jīng)無量綱線性編碼處理,且一次項(xiàng)回歸系數(shù) bj之間,各 bj與交互項(xiàng)、平方項(xiàng)的回歸系數(shù)都是不相關(guān)的。因此可由回歸系數(shù)絕對(duì)值的大小來直接比較各因素一次項(xiàng)對(duì)木脂素得率的影響,由式 (2)可知,z1、z2、z3的系數(shù)絕對(duì)值分別為0.022 44、0.384和 0.017,且皆為正值,因而可知 z2>z3>z1,亦即影響溶劑法木脂素得率的各因素的主次順序依次為:提取時(shí)間、提取溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)。

2.2.2.2 最優(yōu)工藝確定

用統(tǒng)計(jì)尋優(yōu)方法,每個(gè)因素取 5個(gè)水平:±2,±1和 0。用計(jì)算機(jī)對(duì) 53=125個(gè)方案尋優(yōu),可得最佳工藝組合為 z1=0,z2=1.682,z3=1.682時(shí),相當(dāng)于乙醇體積分?jǐn)?shù)為 70%、提取時(shí)間為 28 h、提取溫度為40℃時(shí),木脂素得率最高為 9.25%。

對(duì)統(tǒng)計(jì)尋優(yōu)后的結(jié)果頻數(shù)分析:取提取率大于8%的方案共 8個(gè) (按照尋優(yōu)后的工藝條件得到的結(jié)果,文中未列出),占全部試驗(yàn)方案 (53=125)的6.4%。平均值的計(jì)算見式 (4),頻數(shù)分析見表 6。

表 6 木脂素得率 >8%的變量數(shù)值與頻率

通過頻數(shù)分析看出,乙醇體積分?jǐn)?shù)為 68.9%～82.1%,提取時(shí)間為 27～28 h,提取溫度為 38～40℃,木脂素得率有 95%的可能高于 8%。

2.2.3 尋優(yōu)方案結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)確定的最優(yōu)方案,在乙醇體積分?jǐn)?shù)為 70%、提取時(shí)間為 28 h、提取溫度為 40℃的試驗(yàn)條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果見表 7。

表 7 最優(yōu)試驗(yàn)條件下乙醇提取木脂素的得率(g/100g脫脂粉)

由表 7可以看出,5次驗(yàn)證試驗(yàn)的平均值為9.254%,標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.038 47。說明尋優(yōu)結(jié)果可靠,回歸模型可用于預(yù)測(cè)。

3 結(jié)論

溶劑法提取亞麻籽木脂素單因素試驗(yàn)最佳工藝參數(shù)為:乙醇體積分?jǐn)?shù) 70%、提取溫度 20℃、提取時(shí)間24 h。

二次正交回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)結(jié)果表明:影響溶劑法木脂素得率的各因素的主次順序依次為:提取時(shí)間、提取溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)。

按照優(yōu)化后的工藝參數(shù)進(jìn)行木脂素提取,即乙醇體積分?jǐn)?shù)為 68.9%～82.1%,提取時(shí)間為 27～28 h,提取溫度為 38～40℃,則木脂素得率有 95%的可能高于 8%。

用統(tǒng)計(jì)尋優(yōu)方法進(jìn)行方案尋優(yōu),可得乙醇體積分?jǐn)?shù)為 70%、提取時(shí)間為 28 h、提取溫度為 40℃時(shí),木脂素得率最高為 9.25%。

[1]Sim J,Nwokolo E,and Jiang Z.Modulation of plas ma and tis2 sue cholesterol and fatty acid composition by feeding flax and canola seeds and oils to rats[J].Canadian Journal of Animal Sciences,1991,71(4):1207-1214

[2]HallA V,ParbtaniA,Clark W F,et al.Abrogation ofMRL/lpr lupus nephritis by dietary flaxseed[J].American Journal of KidneyDisease,1993,22(2):326-32

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[4]SerrainoM,Thompson L U.The effect of flaxseed supplemen2 tation on early risk markers formammary carcinogenesis[J].CancerLetter,1991,60(2):135-42

[5]Andreas Degenhardt,Saskia Habben,PeterW interhalter.Iso2 lation of the lignan secoisolariciresinol diglucoside from flax2 seed(Linum usitatissimum L.)by high-speed countercurrent chromatography[J].Journal of Chromatography A,2002,943:299-302

[6]袁志發(fā),周靜芋.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析 [M]北京:高等教育出版社,2001:35-48

[7]孫偉潔,楊宏志,鐘運(yùn)翠,等.超聲波輔助提取亞麻木酚素的工藝研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2009,24(7):124-127.

Extraction Technology ofLignans(SDG)from Flaxseed

Yang Hongzhi
(College of Food Science,HeilongjiangBayiAgricultrualUniversity,Daqing 163319)

The extraction technology of lignans(SDG)from flaxseed by the solvent method was investigated.The solvent for single factor testswas ethanol of 70%,extracting for 24 h at room temperature.W ith the recovery of lignans as experimental indexes,quadratic orthogonal regression experiments were designed,and the regressive equa2 tions concerning the experimental indexes and experimental parameters were obtained.According to the influence of experimental parameter on recovery of lignans,the order of parameters is extracting time>extracting temperature>ethanol concentration.Results:The optimal conditions obtained by the statistic excellence-huntmethod are ethanol concentration 70%,extraction time 28 h and extraction temperature 40℃.The recovery reaches 9.25%with the op2 timal conditions.

flaxseed,lignan(SDG),extracting technology,optimization

Q57

A

1003-0174(2011)01-0109-04

黑龍江省教育廳青年骨干教師資助項(xiàng)目(1151G032)

2010-02-03

楊宏志,男,1963年出生,教授,碩士生導(dǎo)師,農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程