超聲波提取葡萄籽油的工藝優(yōu)化及其抗氧化性研究

王 媛，王定穎，岳田利*

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

超聲波提取葡萄籽油的工藝優(yōu)化及其抗氧化性研究

王 媛，王定穎，岳田利*

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

通過單因素試驗選擇溫度、提取時間、功率為影響超聲波提取葡萄籽油效率的3個主要因素，運用響應(yīng)曲面法進(jìn)行超聲波提取葡萄籽油的最佳工藝研究，分析各因素對提取效果的影響，并采用DPPH自由基實驗以對其抗氧化性進(jìn)行評價。結(jié)果表明：最佳工藝條件為溫度54℃、提取時間37min、超聲波功率456W，在此條件下進(jìn)行驗證實驗，每5g葡萄籽的葡萄籽油提取量為0.63314g，提取率13.31%；葡萄籽油質(zhì)量濃度為1～25mg/mL時，其質(zhì)量濃度變化與自由基清除率呈正相關(guān)，在25mg/mL時，清除率達(dá)到80.7%，繼續(xù)增大葡萄籽油質(zhì)量濃度，對自由基清除率影響不大。

葡萄籽油；超聲波；響應(yīng)曲面；DPPH自由基法；清除率

葡萄籽是一種眾所周知的油料作物，葡萄籽占鮮果質(zhì)量4%～7%[1]，含油量為8%～20%(m/m)[2-3]，干燥以后主要成分中含有10%～20%多酚類物質(zhì)[4-5]。在我國，80%的葡萄用于釀酒，釀酒后葡萄的25%(m/m)成為皮渣，其中20%～26%是葡萄籽[6-7]，因此釀酒皮渣的利用越來越被廣泛認(rèn)為是增加商品附加值。葡萄籽油是葡萄種子經(jīng)由物理或化學(xué)方式提煉而成，呈清亮的淡黃色或淡綠色。其主要成分是亞油酸與原花青素[8-10]，具有抗衰老、增強(qiáng)免疫力、促進(jìn)生長發(fā)育、消除血清膽固醇、治療心血管疾病等多種生物學(xué)作用和功能[11-16]，不飽和脂肪酸的75%以上為亞油酸，是目前發(fā)現(xiàn)的亞油酸含量最高的植物油之一。此外，葡萄籽油中含有大量對人體有益的物質(zhì)?，F(xiàn)在對于葡萄籽油的提取大多采用物理壓榨法，但此種方法對于葡萄籽油的提取不夠完全；還有純粹用溶劑法提取，這種提取方法耗時較長；還有一種新興的超臨界提取方法，但設(shè)備較昂貴；超聲波輔助提取一種簡便、快捷的方法，已逐漸應(yīng)用于生物活性物質(zhì)提取方面[17-18]。

DPPH自由基是一種人工合成的穩(wěn)定自由基，由于其在可見光區(qū)有特征吸收，比色測定簡便、快速，同時DPPH自由基較長的半衰期使此分析方法保持了良好的重現(xiàn)性。盡管DPPH自由基并非人體內(nèi)實際產(chǎn)生的自由基，對DPPH自由基的淬滅能力仍然可以有效地評價抗氧化劑的活性，因此該法廣泛用于自由基清除劑的篩選研究[19]。

本實驗運用響應(yīng)曲面法進(jìn)行超聲波提取葡萄籽油的最佳工藝研究，分析各因素對提取效果的影響，并采用DPPH自由基對其抗氧化性進(jìn)行了評價，以期得到葡萄籽油的最佳提取工藝及其抗氧化性評價方法。

在單因素試驗基礎(chǔ)上，綜合考慮各因素對葡萄籽油提取量的影響，采用統(tǒng)計分析軟件Design Expert v7.0 建立3因素3水平的Box-Behnken模型進(jìn)行試驗，確定最優(yōu)提取工藝。自變量因素編碼及水平見表2。

表2 響應(yīng)面法優(yōu)化葡萄籽油提取工藝因素編碼及水平Table 2 Factors and levels of RSM

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

野生山葡萄籽，經(jīng)干燥、粉碎，低溫冷凍，備用。

石油醚(沸程60～90℃)、甲醇 天津市天力化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇 西安市三浦化學(xué)試劑有限公司；DPPH 上海華藍(lán)化學(xué)試劑有限公司。

KQ-700GVDV型三頻恒溫數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；萬能粉碎機(jī) 浙江力普粉碎設(shè)備有限公司；HH-60型數(shù)顯恒溫攪拌循環(huán)水箱 江蘇常州國化電器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱 常德市武陵區(qū)世強(qiáng)鑄造儀器廠；紫外分光光度儀。

1.2 方法

1.2.1 葡萄籽油提取單因素試驗

每次試驗稱取5.000g葡萄籽粉，以石油醚為提取溶劑，將石油醚與葡萄籽粉混合均勻，做兩組平行，然后進(jìn)行超聲波提取，過濾除去剩余葡萄籽粉，再結(jié)合恒溫水浴，在通風(fēng)廚內(nèi)除去濾液中多余的石油醚以得到提取的葡萄籽油，冷卻、稱量，計算葡萄籽油提取量，考察不同因素對提取效果的影響。本試驗選取對葡萄籽油提取量影響顯著的溫度、提取時間、料液比[20]、超聲波功率4個因素為自變量，考察超聲波輔助提取葡萄籽油的工藝條件，單因素試驗因素及水平見表1。

表1 單因素試驗因素水平Table 1 Factors and levels of single factor test

1.2.2 葡萄籽油提取工藝響應(yīng)面試驗

1.2.3 DPPH法測定葡萄籽油抗氧化性

用無水乙醇將提取的葡萄籽油稀釋成一定質(zhì)量濃度梯度，備用；用甲醇溶液將DPPH稀釋為120μmol/L，備用；以無水乙醇與甲醇溶液1∶1(V/V)混合調(diào)零。

空白組：2.0mL無水乙醇＋2.0mL 120μmol/L DPPH甲醇溶液；實驗組：2.0mL不同質(zhì)量濃度葡萄籽油＋2.0mL 120μmol/L DPPH甲醇溶液；對照組：2.0mL 葡萄籽油＋2.0mL甲醇。每個實驗組反應(yīng)30min后在517nm條件下比色，按照下式計算DPPH自由基清除率。

式中：C為DPPH自由基清除率；A1為各實驗組吸光度，樣品清除DPPH自由基后的吸光度；A2為對照組吸光度，反映樣品本身對吸光度的貢獻(xiàn)；A3為空白組吸光度，DPPH自由基自身在特定波長的吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對葡萄籽油提取量的影響

圖1 溫度對葡萄籽油提取量的影響Fig.1 Effect of temperature on extraction yield of grape seed oil

如圖1所示，隨著提取溫度的逐漸升高，5g葡萄籽中葡萄籽油的提取量變化明顯，在30～50℃葡萄籽油提取量先升高又逐漸降低，在40℃達(dá)到最高，50～60℃之間，提取的葡萄籽油提取量無明顯變化，因此在40℃提取較為適宜。

2.2 提取時間對葡萄籽油提取量的影響

圖2 提取時間對葡萄籽油提取量的影響Fig.2 Effect of extraction time on extraction yield of grape seed oil

如圖2所示，隨著提取時間的延長，葡萄籽油提取量并不是越來越高，1～30min，提取量并無顯著變化，30～45min之間，提取量迅速增高，從45～60min，葡萄籽油提取量開始下降，可得出在提取時間在30～45min之間較為適宜，45min提取量最高。

2.3 料液比對葡萄籽油提取量的影響

圖3 料液比對葡萄籽油提取量的影響Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on extraction yield of grape seed oil

從圖3可知，料液比變化對葡萄籽油的提取量有一定影響，雖然隨著料液比的增大，提取量有所增加，但是石油醚的增加對葡萄籽粉中的葡萄籽油提取已比較充分了，所以使用更多的石油醚會造成不必要的浪費。因此考慮到溶劑成本與損耗及提取量，確定料液比為 1∶12。

2.4 超聲功率對葡萄籽油提取量的影響

如圖4所示，隨著超聲功率的升高，葡萄籽油的提取量先增大后減小，功率在420～490W之間時，葡萄籽油的提取量呈升高趨勢，當(dāng)達(dá)到最高時，即在490～630W下降趨勢，因此提取的超聲功率應(yīng)該在490W時較為合適。

圖4 功率對葡萄籽油提取量的影響Fig.4 Effect of ultrasonic power on extraction yield of grape seed oil

2.5 響應(yīng)面試驗設(shè)計及回歸方程的建立

利用Design-Expert v7.0軟件，對表3試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得葡萄籽油提取量(Y1)對提取時間(X1)、溫度(X2)、功率(X3)的二次多項回歸模型方程為：Y1＝0.6577－0.017968X1＋0.011999X2－0.015469X3－0.026789X12－0.014226X22－0.016286X32＋0.007065X1X2－0.00675X1X3－0.003437X2X3。對該模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。

表3 葡萄籽油提取工藝響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Experimental trials and experiment results

由表4可知，模型P值小于0.01，表示模型高度顯著，而失擬項不顯著(P＞0.05)，說明方程對試驗擬合較好。X1、X2、X3、X12、X32對應(yīng)的P值均小于0.01，說明其對結(jié)果影響極顯著；X22對應(yīng)P值小于0.05，說明其對結(jié)果影響顯著；交互項X1X2、X1X3、X2X3對結(jié)果影響不顯著。

表4 回歸模型方差分析Table 4 ANOVA for regression model

2.6 響應(yīng)曲面圖和等高線分析

圖5 各因素交互作用對提取量影響的響應(yīng)面圖Fig.5 Effects of time and temperature on extraction yield of grape seed oil

由圖5a可知，固定溫度40℃，提取量隨超聲功率的增大而逐漸減少，變化趨勢平緩；同時，提取量隨提取時間的延長而減少，50min以后含量下降明顯。由圖5b可知，固定提取時間50min，葡萄籽油提取量隨功率的增加而減少，變化趨勢平緩；30～45℃，提取量隨溫度升高而升高，45～50℃，提取量逐漸減少。由圖5c可知，固定功率490W，隨著溫度逐漸升高提取量逐漸增加，45～50℃時趨于平緩，后有所減少；提取提取時間在40～50min時，隨著提取提取時間延長，提取含量增加，50～60min時，提取量開始明顯下降。

利用SAS軟件進(jìn)行優(yōu)化后得到超聲波提取葡萄籽油的最佳工藝參數(shù)為提取時間37.8036min、溫度54.2446℃、功率456.8074W，在此條件下，每5g葡萄籽的葡萄籽油提取量為0.63314g。

2.7 葡萄籽油清除DPPH自由基效果的檢測

圖6 葡萄籽油質(zhì)量濃度對DPPH自由基清除率的影響Fig.6 Effect of grape seed oil concentration on scavenging rate of DPPH free radical

從圖6可知，葡萄籽油對DPPH自由基的清除率隨著葡萄籽油質(zhì)量濃度的增加而逐漸增大，清除率在3.7%～80.7%，兩者呈正相關(guān)；葡萄籽油質(zhì)量濃度在1～25mg/mL時，DPPH自由基清除率隨質(zhì)量濃度增大呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，兩者線性關(guān)系良好；當(dāng)質(zhì)量濃度大于25mg/mL時，DPPH自由基清除效果變化不明顯。

3 結(jié) 論

3.1 通過響應(yīng)曲面法優(yōu)化試驗，利用SAS軟件進(jìn)行優(yōu)化后得到超聲波提取葡萄籽油的最佳工藝參數(shù)為提取溫度54℃、提取時間37min、超聲波功率456W。

3.2 DPPH法測定葡萄籽油抗氧化性的葡萄籽油乙醇溶液質(zhì)量濃度范圍為1～25mg/mL，在此范圍內(nèi)，質(zhì)量濃度與清除率呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，當(dāng)葡萄籽油質(zhì)量濃度大于25mg/mL，葡萄籽油對DPPH自由基清除效果變化不明顯。

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Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction and Antioxidant Activity of Grape Seed Oil

WANG Yuan，WANG Ding-ying，YUE Tian-li*
(College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

Grape seed oil (GSO) is a kind of vegetable oil with lots of nutrients, the content of linoleic acid reaches over 75%of total fatty acids. GSO has special medical and nutritional values in prevention of cardiovascular disease and aging. This article was aimed at optimizing extraction process conditions of grape seed oil assisted by ultrasonic wave through response surface methodology (RSM), and to analyze the influence of different factors on extraction effects. Antioxidative capacity of GSO was determined by DPPH method. The result showed that∶ (1) The order of influence of extraction factors on extraction content of grape seed oil at temperature＞time＞power＞material liquid ratio. (2) Optimum technological conditions were as follows∶the extraction temperature at 54.2℃, extraction time for 37.8 min, ultrasonic power at 456.8 W, and the grape seed oil content was 0.13 g/g and extraction rate was 13.3% under the optimized conditions. (3) The concentration of the grape seed oil were controlled as 1－25 mg, and showed a positive relationship with antioxidant activity, the scavenging rate reached 80.7% at 25 mg. The scavenging rate of DPPH free radical did not increase with the increase of concentration of grape seed oil.

grape seed oil；ultrasonic wave；response surface methodology (RSM)；DPPH free radical method；scavenging rate

TS225.6

A

1002-6630(2012)10-0136-05

2011-05-13

王媛(1989—)，女，本科生，研究方向為食品安全控制。E-mail：wangyuan7189785@yahoo.cn

*通信作者：岳田利(1966—)，男，教授，博士，研究方向為食品生物工程與食品安全控制。E-mail：yuetl@nwsuaf.edu.cn