超聲波輔助法提取南瓜籽中植物甾醇的研究

王麗波 龐麗萍 徐雅琴 楊 昱 楊玉玲

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，哈爾濱 150030)

超聲波輔助法提取南瓜籽中植物甾醇的研究

王麗波 龐麗萍 徐雅琴 楊 昱 楊玉玲

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，哈爾濱 150030)

采用超聲波輔助法從南瓜籽中提取植物甾醇。通過單因素試驗(yàn)考察了提取溶劑、超聲功率、提取時(shí)間、液料比對(duì)植物甾醇提取量的影響，并通過L9(33)正交試驗(yàn)對(duì)超聲提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，乙酸乙酯為提取南瓜籽植物甾醇的理想溶劑，影響植物甾醇提取量的因素主次順序?yàn)?超聲功率＞超聲時(shí)間＞液料比;最佳工藝條件為超聲波功率500 W、提取時(shí)間50 min、液料比12 mL/g，在此條件下植物甾醇提取量達(dá)1.106 mg/g。

南瓜籽 植物甾醇 超聲提取 正交試驗(yàn)

南瓜(Cucurbita moschata Duch)又名麥瓜、番瓜、倭瓜、金冬瓜，屬葫蘆科南瓜屬。其對(duì)氣候環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，在我國(guó)南北各地都普遍栽培，南瓜籽(Pumpkin seed)是南瓜的副產(chǎn)物，生長(zhǎng)在南瓜的內(nèi)部，因?yàn)槟瞎系漠a(chǎn)量巨大，因此南瓜籽的產(chǎn)量也不容忽視。南瓜籽含有豐富的必需脂肪酸、氨基酸、植物甾醇、維生素、礦物質(zhì)以及黏多糖等成分［1－3］，其中植物甾醇因具有獨(dú)特的生理功能，在降低膽固醇、防治前列腺疾病、抗癌、抗炎、提高免疫力等方面具有重要作用［4－6］，在醫(yī)藥、食品、化工和飼料等領(lǐng)域得到了關(guān)注和重視。

植物甾醇的提取方法較多，常見的有溶劑結(jié)晶法、絡(luò)合法、皂化法、蒸餾法、吸附法、超臨界 CO2、萃取法、酶法等［7－8］，近年來(lái)也有使用超聲法提取植物甾醇的研究報(bào)道［9－10］，但使用超聲輔助法從南瓜籽中提取植物甾醇尚未見相關(guān)報(bào)道，本文研究了使用超聲波法提取南瓜籽中植物甾醇，并通過單因素試驗(yàn)和正交優(yōu)化試驗(yàn)篩選植物甾醇的最佳提取條件，為進(jìn)一步開發(fā)利用南瓜籽提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑

裸仁南瓜籽(寶庫(kù)一號(hào)):黑龍江省訥河市寶庫(kù)良種繁育研究所;膽固醇:天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;乙酸(優(yōu)級(jí)純):天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心;乙酸乙酯、正己烷、石油醚、乙醚、丙酮:北京化工廠;氫氧化鉀、濃硫酸:北京化學(xué)試劑有限公司;無(wú)水乙醇:天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠，均為分析純。

1.2 儀器設(shè)備

JY92－2D超聲波細(xì)胞粉碎機(jī):寧波新芝生物科技股份有限公司;TU－1901雙光束紫外可見分光光度計(jì)、T6新悅－可見分光光度計(jì):北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;R－205旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器:上海申勝生物技術(shù)有限公司;FW100型高速萬(wàn)能粉碎機(jī):天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 南瓜籽植物甾醇的提取

將南瓜籽烘干，粉碎后過標(biāo)準(zhǔn)篩(粒徑0.50 mm)。準(zhǔn)確稱取一定量的南瓜籽粉于三口瓶中，按一定的液料比加入有機(jī)溶劑，于超聲波儀上進(jìn)行提取，完畢后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溶劑，得黃綠色南瓜籽油，加入1.0 mol/L的KOH乙醇溶液皂化，用石油醚萃取，將萃取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，得植物甾醇粗提物，冰乙酸定容25 mL容量瓶中，按參考文獻(xiàn)［11］的方法測(cè)定其中植物甾醇的含量。

1.3.2 最佳提取溶劑的確定

在超聲波提取條件下，選取幾種常用溶劑進(jìn)行比較試驗(yàn)。固定條件:提取溫度25℃，提取時(shí)間30 min，液料比10 mL/g，超聲功率400 W。在超聲波提取條件下，選用無(wú)水乙醇、乙醚、乙酸乙酯、石油醚、正己烷、丙酮進(jìn)行提取，確定最佳提取溶劑。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

精確秤取南瓜籽5 g左右，以1.3.2確定的最佳溶劑為提取溶劑，分別考察不同超聲波功率(200、300、400、500、600、700 W);提取時(shí)間(20、30、40、50、60、70 min);液料比(4、6、8、10、12、15 mL/g)對(duì)植物甾醇提取率的影響。

1.3.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以植物甾醇的提取率為考察指標(biāo)，采用3因素3水平的正交試驗(yàn)表進(jìn)行正交試驗(yàn)，通過極差分析和方差分析法確定最佳提取工藝條件，并對(duì)最佳條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)分析軟件為DPS7.05專業(yè)版本。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取南瓜籽中植物甾醇的單因素試驗(yàn)

2.1.1 最佳提取溶劑的選擇

在超聲提取條件下，正己烷作為溶劑時(shí)，提取液渾濁不清;乙醇提取色素較多，得到的油脂為深綠色;乙酸乙酯提取得到的南瓜籽油油脂品質(zhì)較好，為淺黃色，澄清透明。幾種溶劑中丙酮的提取量最低，乙醇、正己烷和石油醚的效果接近，乙酸乙酯的提取量最高且提取效果最好(圖1)，所以選擇乙酸乙酯作為提取溶劑。

圖1 不同溶劑對(duì)植物甾醇提取量的影響

2.1.2 超聲波功率對(duì)提取效果的影響

在液料比10 mL/g，超聲時(shí)間30 min條件下，考察不同超聲波功率對(duì)植物甾醇提取量的影響，結(jié)果見圖2。

圖2表明，隨著超聲波功率的增強(qiáng)，植物甾醇的提取量的不斷增大，當(dāng)超聲波功率為400 W時(shí)，提取量達(dá)到最大;超聲功率繼續(xù)增加，植物甾醇的提取量則開始下降。因此選用超聲波功率300、400、500 W這3個(gè)較優(yōu)的水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖2 超聲波功率對(duì)植物甾醇提取的影響

2.1.3 超聲提取時(shí)間對(duì)植物甾醇提取的影響

在液料比10 mL/g，超聲波功率400 W條件下，考察不同提取時(shí)間對(duì)提取量的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 超聲時(shí)間對(duì)植物甾醇提取的影響

由圖3可以看出，植物甾醇的提取量隨著超聲時(shí)間的增加而不斷增大，當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到50 min時(shí)，植物甾醇的提取量最大，之后隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，提取量開始下降。這是由于剛開始時(shí)，隨著時(shí)間的增加，膜破碎程度逐漸增強(qiáng)，溶出物多，提取量也就增加，但當(dāng)膜破碎達(dá)到一定程度時(shí)，雜質(zhì)相應(yīng)增加，因此選用超聲時(shí)間40、50、60 min這3個(gè)水平進(jìn)行下一步的正交試驗(yàn)。

2.1.4 液料比對(duì)植物甾醇提取的影響

在超聲波功率400 W，超聲時(shí)間40 min條件下，考察不同提取液料比對(duì)提取量的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 液料比對(duì)植物甾醇提取的影響

由圖4可知，隨著液料比的增加，植物甾醇的提取量也顯著增加，在液料比為10 mL/g時(shí)，提取量達(dá)到最大，超過10 mL/g則開始下降趨于平穩(wěn)。隨著溶劑體積的增加，可以使有效成分植物甾醇不斷溶出，當(dāng)溶劑用量達(dá)到一定程度后，因?yàn)橛行С煞只救艹?，所以繼續(xù)增加溶劑用量，植物甾醇的提取量不再增加。從經(jīng)濟(jì)角度和溶劑回收的工作量考慮，溶劑用量不宜太大。因此選用提取液料比8、10、12 mL/g為較優(yōu)水平進(jìn)行下一步的正交試驗(yàn)。

2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9(33)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，正交試驗(yàn)的因素和水平見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。

表1 正交試驗(yàn)因素和水平表

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果和極差分析表

表3 正交試驗(yàn)方差分析表

由表2結(jié)果可知，本試驗(yàn)討論的3個(gè)因素對(duì)提取率影響的顯著順序?yàn)?C＞B＞A，即超聲功率＞超聲時(shí)間＞液料比。方差分析表明，因素B(超聲時(shí)間)和C(超聲功率)對(duì)植物甾醇的提取量的影響達(dá)到了顯著的水平。最佳條件組合為:A3B2C3，即液料比12 mL/g，超聲時(shí)間50 min，超聲功率500 W。對(duì)最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證，植物甾醇提取量為1.106 mg/g。

3 結(jié)論

乙酸乙酯為超聲輔助法提取南瓜籽中植物甾醇的理想溶劑，正交試驗(yàn)結(jié)果顯示，影響植物甾醇得率3個(gè)因素從大到小依次為:超聲功率＞超聲時(shí)間＞液料比;通過對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析可知，試驗(yàn)中應(yīng)嚴(yán)格控制對(duì)提取量影響顯著的因素超聲時(shí)間和超聲功率，而液料比可以適當(dāng)減小，以最大程度的減少生產(chǎn)成本和縮短生產(chǎn)周期。采用優(yōu)化后的最佳工藝條件(超聲功率500 W、超聲時(shí)間50 min、液料比12 mL/g)，植物甾醇的提取量達(dá)1.106 mg/g。

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Study on Extraction Technology of Phytosterol from Pumpkin Seed by Ultrasonic Wave

Wang Libo Pang Liping Xu Yaqin Yang Yu Yang Yuling
(College of Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030)

The extraction technology of phytosterol from pumpkin seed by ultrasonic was studied.With phytosterol yield as an index，the effect of solvent，extraction time，ultrasonic power，ratio of liquid to material were studied through the single factor experiment.Based on the orthogonal test，the optimum extraction condition of ultrasonic was determined.The results showed that the solvent was ethyl acetate;the significance of the effects of other three factors on the phytosterol yield was as follows:ultrasonic power＞working time ＞ratio of liquid to material，and their optimum levels were 500 W，50 min and 12 mL/g respectively.Under these conditions，the phytosterol yield reached 1.106 mg/g.

pumpkin seed，phytosterol，ultrasonic extraction，orthogonal experiment

TS201.1

A

1003－0174(2011)11－0062－04

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(11551066)

2010－12－15

王麗波，女，1979年出生，講師，博士，天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用

徐雅琴，女，1964年出生，教授，碩士生導(dǎo)師，天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用