黃秋葵籽油脂提取工藝優(yōu)化及組分分析

田科巍， 董 增， 魏兆軍

（合肥工業(yè)大學(xué) 生物與食品工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

黃秋葵為錦葵科秋葵屬一年生草本植物［1］。20世紀(jì)90年代初黃秋葵才被引入我國(guó)內(nèi)陸，近年來(lái)，在我國(guó)沿海地區(qū)均有黃秋葵的種植栽培，黃秋葵是一種非常有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的新型保健蔬菜［2］，黃秋葵豆莢分泌的一種特殊黏液具有顯著的抗疲勞作用［3－4］，經(jīng)純化后鑒定為一種寡糖類生物活性物質(zhì)（Lepidimoide，簡(jiǎn)稱 LM）［5］。

響應(yīng)曲面法（Response Surface Methodology，簡(jiǎn)稱RSM）是一種優(yōu)化反應(yīng)條件和加工工藝參數(shù)的有效方法。采用多元二次回歸方程，將多因素實(shí)驗(yàn)中影響因素和響應(yīng)值之間的相互關(guān)系用多項(xiàng)式近似擬合來(lái)評(píng)價(jià)不同參數(shù)，從而減少了實(shí)驗(yàn)次數(shù)［6－7］。本文中RSM被用來(lái)優(yōu)化黃秋葵籽油脂提取的工藝參數(shù)，包括液料比、提取溫度和提取時(shí)間。另外，通過(guò)GC／FID方法分析了黃秋葵籽油脂的脂肪酸組分。

1 材料與方法

1.1 材料

黃秋葵由六安漢華生態(tài)農(nóng)業(yè)生物科技有限公司提供。將黃秋葵清洗后冷凍干燥，磨粉過(guò)60目篩，避光密封，－20℃保存?zhèn)溆?。石油醚和其他化學(xué)試劑等均為國(guó)產(chǎn)分析純?cè)噭和闉镠PLC級(jí)，GC－MS專用。

1.2 儀器設(shè)備

JYL－380料理機(jī)（濟(jì)南九陽(yáng)股份有限公司）；索氏提取器（上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮儀器有限公司）；分析天平（上海精密儀器有限公司）；HPLC（日本島津公司）；恒溫水浴鍋（江蘇金壇市正基有限公司）。

1.3 黃秋葵籽油脂的提取方法及流程

提取方法：將樣品用濾紙包裹，用脫脂棉線包扎保證沒有樣品漏出，將濾紙包用長(zhǎng)鑷子放入抽提筒中，注入相應(yīng)劑量的石油醚，使濾紙包完全浸沒在石油醚中。連接好抽提器各部分，接通冷凝水水流，在恒溫水浴中進(jìn)行抽提，調(diào)節(jié)相應(yīng)水溫，使冷凝下滴的石油醚成連珠狀，抽提相應(yīng)時(shí)間，然后取出濾紙包，將含有油脂的石油醚旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，然后稱重［8］。

提取流程：黃秋葵籽→蒸餾水清洗→熱風(fēng)干燥→粉碎過(guò)篩→索氏提取→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→分析天平稱重。

1.4 油脂提取率的測(cè)定

其中，干粉水分含量保持在5%以下。

1.5 提取工藝的優(yōu)化

本文選取提取時(shí)間、水料比和溫度為主要影響因素，以黃秋葵籽油脂的提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box－Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，研究各個(gè)因素對(duì)多糖提取率的影響，做出響應(yīng)面圖，對(duì)索氏提取法提取黃秋葵籽油脂工藝進(jìn)行條件優(yōu)化。

1.6 黃秋葵籽油組分檢測(cè)方法

脂肪酸甲酯的制備：準(zhǔn)確稱取黃秋葵油樣0.3g，加入1mol／L的氫氧化鉀－甲醇溶液3mL，60℃水浴約30min（至油珠完全消失），冷卻后加入40mL 12.5%H2SO4－CH3OH 溶液，放入恒溫振蕩搖床中38℃，130r／min，酯化12h，用正己烷萃取2次，合并萃取液，用飽和NaCl溶液洗滌多次，無(wú)水Na2SO4干燥，離心分層，取上清液脂肪酸甲酯（Fatty Acid Methyl Ester，簡(jiǎn)稱FAME）備用。

FAME的GC、GC／MS分析：色譜條件為色譜柱DB－WAX（30m×0.25mm×0.25μm）；采用程序升溫，初溫200℃，保持1min；以3℃／min升溫至230℃，保持10min；進(jìn)樣口溫度和檢測(cè)器溫度分別為250℃和260℃，載氣為高純氦（He），流速1.5mL／min；進(jìn)樣量1.0μL，分流比為50∶1。

質(zhì)譜條件：電離方式為電子轟擊（EI），電子能量70eV，接口溫度260℃，電子倍增器電壓1.89kV，掃描范圍35～500u。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃秋葵籽油脂提取工藝的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用Box－Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原則［9］，選取對(duì)種子油脂提取率有顯著影響的因素——時(shí)間、液料比及提取溫度，在3個(gè)不同的水平下對(duì)提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1所列。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平

響應(yīng)面分析方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2所列。

表2 黃秋葵籽油脂提取工藝優(yōu)化的設(shè)計(jì)和結(jié)果

表2中，試驗(yàn)號(hào)1～12為析因試驗(yàn)，而13～15為中心試驗(yàn)，用來(lái)估計(jì)試驗(yàn)誤差。

由SAS（7.0版本）軟件處理數(shù)據(jù)，采用二次型進(jìn)行變異分析，其方差分析結(jié)果見表3所列。對(duì)響應(yīng)值與各個(gè)因素進(jìn)行回歸擬合，該模型對(duì)應(yīng)的回歸方程為：

表3 響應(yīng)面法方差分析

由表3可看出，對(duì)二次回歸方程（1）進(jìn)行方差分析，P＜0.01，此時(shí)回歸方差模型極顯著，說(shuō)明該試驗(yàn)方法可靠。方程失擬項(xiàng)為0.2005，說(shuō)明該回歸模型與實(shí)測(cè)值能較好地?cái)M合，回歸系數(shù)R2＝0.9311，表明該模型相關(guān)度好?；貧w方程各項(xiàng)的方差分析表明，X1、X2、X3、X12、X22、X32均達(dá)到極顯著水平。

選定的因素對(duì)種子油脂提取率的影響大小依次為溫度、時(shí)間和液料比。響應(yīng)面Y對(duì)于因素X1、X2、X3值構(gòu)成的三維空間在二維平面上的等高圖，可直觀地反映各因素之間的相互作用。SAS（7.0版本）軟件處理得到響應(yīng)面分析結(jié)果如圖1～圖3所示。

根據(jù)響應(yīng)曲面法的模型，預(yù)測(cè)最優(yōu)工藝參數(shù)分別為：提取時(shí)間144.421min、液料比7.398∶1、提取溫度65.3℃，該條件下種子油脂提取率的預(yù)測(cè)值為15.72%。

當(dāng)時(shí)間為120min時(shí)，液料比和溫度對(duì)油脂提取率的影響如圖1所示。

由圖1可看出，在液料比處于較低水平時(shí)，油脂提取率隨著溫度的升高急劇上升，當(dāng)溫度達(dá)到較高時(shí)，油脂提取率隨著溫度的升高稍有降低。在液料比處于中心附近時(shí)，油脂提取率隨著溫度的升高，有顯著上升，當(dāng)溫度達(dá)到較高時(shí)，油脂提取率隨著溫度的升高略有降低。

圖1 液料比和溫度對(duì)黃秋葵籽油脂提取率的影響

當(dāng)溫度為60℃時(shí)，液料比和時(shí)間對(duì)油脂提取率的影響如圖2所示，結(jié)果表明，在液料比處于較低水平時(shí)，油脂提取率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而上升，當(dāng)時(shí)間達(dá)到120min左右時(shí)，油脂提取率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)有降低的趨勢(shì)。在液料比處于中心附近時(shí)，油脂提取率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，有明顯上升趨勢(shì)，當(dāng)時(shí)間達(dá)到120min左右時(shí)，油脂提取率隨著溫度的升高而逐漸降低。

圖2 液料比和時(shí)間對(duì)黃秋葵籽油脂提取率的影響

液料比恒值時(shí)，時(shí)間和溫度對(duì)油脂提取率的影響如圖3所示，結(jié)果表明，在溫度處于較低水平時(shí)，油脂提取率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸上升，當(dāng)時(shí)間達(dá)到120min左右時(shí)，油脂提取率隨著溫度的升高有明顯降低的趨勢(shì)。在溫度處于70℃時(shí)，油脂提取率隨著溫度的升高，有顯著上升，當(dāng)時(shí)間達(dá)到120min左右時(shí)，油脂提取率隨著溫度的升高而略有下降。

圖3 時(shí)間和溫度對(duì)黃秋葵籽油脂提取率的影響

2.2 黃秋葵籽油脂的組分分析

黃秋葵籽油脂的組分是通過(guò)GC－MS分析的，鑒定出其中的5種組分，包括棕櫚酸（a）、硬脂酸（b）、油酸（c）、亞油酸（d）、亞麻酸（e），如圖4所示，其百分比分別為29.86%、3.73%、24.07%、38.22% 和1.34%。黃秋葵籽油脂富含不飽和脂肪酸，達(dá)到63.63%，單不飽和脂肪酸達(dá)到24.07%，多不飽和脂肪酸達(dá)到39.56%。

圖4 黃秋葵籽油脂GC－MS圖譜

3 結(jié) 論

用石油醚為提取劑，本文采用響應(yīng)曲面法分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，黃秋葵油脂提取率依賴于液料比、溫度和提取時(shí)間以及這3個(gè)因素之間的交互作用。本文建立多項(xiàng)式回歸模型來(lái)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出最佳條件為：提取時(shí)間144.421min、液料比7.398∶1（mL／g）、提取溫度65.3℃。該條件下種子油脂提取率的預(yù)測(cè)值為15.72%，然后通過(guò)GC－MS組分分析得出黃秋葵籽油脂富含不飽和脂肪酸達(dá)到63.63%，單不飽和脂肪酸達(dá)到24.07%，多不飽和脂肪酸達(dá)到39.56%。

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