微波輔助提取羅勒籽油的響應(yīng)面法優(yōu)化

扶慶權(quán)，候 佩，邵 陽

(1.南京曉莊學(xué)院生物化工與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇南京211171; 2.四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川成都610064)

羅勒(Ocimum basilicum Linn.)，又名九層塔、金不換、圣約瑟夫草和甜羅勒［1］，為唇形科羅勒屬一年生草本植物［2］。羅勒原產(chǎn)于印度，盛產(chǎn)于臺灣，我國主要分布在四川、云南、廣東、山西、湖南和福建等地。羅勒籽，又名蘭香子或光明子，為羅勒的成熟果實［3］。羅勒籽富含多種礦物元素、維生素、胡蘿卜素、氨基酸、膳食纖維等，具有清火、排毒、健脾、護(hù)腎、養(yǎng)胃、明目、利尿、消除便秘、美容、減肥、保健等功效［4］。此外，羅勒籽還含有豐富的油脂，其中α-亞麻酸占50%以上，其經(jīng)由人體代謝后轉(zhuǎn)變產(chǎn)生 DHA和EPA，在國際上有“植物黃金”的美稱。因此，羅勒籽不僅具有很高的食用價值，而且還具有很高的藥用價值。目前，采用微波輔助提取各種油脂的報道很多，但采用微波技術(shù)提取羅勒籽油的研究還未見報道。本文采用微波輔助提取羅勒籽油，并運用響應(yīng)面設(shè)計對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而為工業(yè)化微波輔助提取羅勒籽油提供重要參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羅勒籽 廣州艾可生物科技有限公司，羅勒籽烘干至恒重后經(jīng)粉碎過60目篩得到羅勒籽粉，備用;無水乙醇、正己烷、乙酸乙酯、石油醚(沸點60～90℃) 分析純，南京化學(xué)試劑有限公司。

微波儀 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司; AUY120型電子天平日本島津公司;GZX-9070 MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;SHB-III型循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長城科工貿(mào)有限公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海雅榮生化設(shè)備儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 提取方法

1.2.1.1 微波輔助提取 準(zhǔn)確稱取2g羅勒籽粉于50m L已干燥恒重的三頸燒瓶中，加入一定體積的有機(jī)溶劑，將其放入微波儀固定后于一定溫度和一定功率提取一定時間，取出燒瓶，溶液真空抽濾，濾渣用25m L有機(jī)溶劑分三次洗滌，合并濾液及洗滌液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓蒸餾，回收溶劑，燒瓶經(jīng)干燥恒重后得淡黃色羅勒籽油，稱其質(zhì)量，計算得率。

1.2.1.2 索氏提取 準(zhǔn)確稱取2g羅勒籽粉，用濾紙包好，放入索氏抽提器中，加入適量石油醚于已恒重的索氏燒瓶中，在60℃恒溫水浴中提取8h，回收溶劑，燒瓶經(jīng)干燥恒重后得淡黃色羅勒籽油，稱其質(zhì)量，計算得率。

1.2.1.3 有機(jī)溶劑回流提取 準(zhǔn)確稱取2g羅勒籽粉于100m L圓底燒瓶中，加入一定量的石油醚，在60℃恒溫水浴中提取8h，回收溶劑，燒瓶經(jīng)干燥恒重后得淡黃色羅勒籽油，稱其質(zhì)量，計算得率。

1.2.2 有機(jī)溶劑的選擇 準(zhǔn)確稱取4份羅勒籽粉，每份各2g，分別加入20m L無水乙醇、正己烷、乙酸乙酯和石油醚溶劑，在60℃和500W功率下微波處理3m in，平行三次實驗，按1.2.1.1實驗處理方法計算得率，以確定最佳提取溶劑。

1.2.3 工藝優(yōu)化設(shè)計

1.2.3.1 單因素實驗設(shè)計 以石油醚為提取溶劑，分別選用不同微波時間、料液比、微波功率和微波溫度進(jìn)行單因素實驗，計算得率，研究不同因素對羅勒籽油得率的影響。

1.2.3.2 響應(yīng)曲面優(yōu)化實驗設(shè)計 響應(yīng)面實驗設(shè)計因素水平表如表1所示。

表1 響應(yīng)面設(shè)計實驗因素與水平Table1 Experimental variables and levels in response surface design

1.2.6 得率計算

式中:m為羅勒籽油質(zhì)量(g);M為羅勒籽粉重量(g)。

1.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 采用 ORIGIN8.0和EXCEL2003對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并利用Design-Expert 8.0軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸和方差分析，通過F值考察(p＜0.05)模型及不同因素的顯著性。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取溶劑的選擇

不同溶劑的提取效果如圖1。由圖1可知，在這四種提取劑中，石油醚提取效果最佳，其得率高達(dá)17.90%，且提取出的油澄清透明。無水乙醇和乙酸乙酯作為有機(jī)溶劑提取出的油棕黃且渾濁，正己烷提取出的油雖澄清透明，但提取率低且提取劑價格昂貴。因此，本實驗選用石油醚作為羅勒籽油微波提取溶劑。

圖1 提取溶劑的選擇Fig.1 The choice of extraction solvent

2.1.1 微波時間對羅勒籽油得率的影響 由圖3可以看出，羅勒籽油得率隨著微波時間的延長而增加。當(dāng)微波時間至4m in時，羅勒籽油得率達(dá)最大值，此后隨著微波時間的延長而開始下降。因此，選擇最佳提取時間為3～5min。

圖2 微波時間對羅勒籽油得率的影響Fig.2 Effect ofmicrowave time on extraction rate of basil seed oil

圖3 料液比對羅勒籽油得率的影響Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on extraction rate of basil seed oil

2.1.2 料液比對羅勒籽油得率的影響 由圖3可以看出，羅勒籽油得率隨料液比的增加而升高。當(dāng)料液比為1∶12(g/m L)時達(dá)最大值，此后隨著液體比例的增加而開始降低。這可能是由于開始時溶劑量的增大有利于油脂浸出，但當(dāng)溶劑量超過一定范圍時出油率則會下降?？紤]到實際操作過程的成本及便利性，在保證提取效果的同時，盡量減少溶劑的用量，因此確定最佳料液比為1∶10～1∶14(g/m L)。

2.1.3 微波功率對羅勒籽油得率的影響 由圖4可知，羅勒籽油得率隨微波功率的增大先增加后降低。當(dāng)微波功率達(dá)到700W時，羅勒籽油得率達(dá)到最大值。這可能是隨著微波功率的增大，破壞了羅勒細(xì)胞壁的同時也破壞了油體的結(jié)構(gòu)。因此，選擇最佳微波功率為600～800W。

圖4 微波功率對羅勒籽油得率的影響Fig.4 Effect ofmicrowave power on extraction rate of basil seed oil

2.1.4 微波溫度對羅勒籽油得率的影響 由圖5可知，羅勒籽油得率隨著微波溫度的增大而增加。當(dāng)微波溫度為60℃時，羅勒籽油得率達(dá)最大值，此后隨著微波溫度的增加而開始下降。這可能是由于在初始階段，微波溫度的增加促進(jìn)羅勒籽油的溶出，然而，后期因溫度較高則會引起羅勒籽出油率下降。因此，選擇最佳提取溫度為55～65℃。

圖5 微波溫度對羅勒籽油得率的影響Fig.5 Effect ofmicrowave temperature on extraction rate of basil seed oil

2.2 響應(yīng)曲面優(yōu)化實驗結(jié)果

2.2.1 二次響應(yīng)面回歸模型的建立與分析 響應(yīng)面設(shè)計與分析結(jié)果見表2。應(yīng)用Design Expert 8.0進(jìn)行多元回歸擬合分析，可得到提取條件與得率之間的二次多項式模型為:Y(%)=18.38+0.29A+0.11B+0.13C+0.19D-0.005AB-0.052AC+0.065AD-0.072BC+0.070BD-0.22CD-0.68A2-0.13B2-0.18C2-0.70D2

式中:Y為羅勒籽油得率的預(yù)測值;A、B、C、D分別代表微波時間、料液比、微波功率、微波溫度的編碼值。

由表3方差分析可以看出，回歸模型具有高度的顯著性(p＜0.0001)，失擬項具有不顯著性(p= 0.8341＞0.05)，決定系數(shù) R2=0.9794，校正系數(shù)R=0.9588，表明此模型對于羅勒籽油得率實際值與預(yù)測值之間具有很好的擬合度，可用該模型對羅勒籽油得率進(jìn)行很好地分析和預(yù)測。由表3還可以看出，因素A、B、C、D、CD、A2、B2、C2、D2對羅勒籽油得率有極顯著的影響(p＜0.01)，AB、AC、AD、BC、BD對羅勒籽油得率的交互作用則不顯著(p＞0.05)。由F值可知，各因素對羅勒籽油得率的影響依次為A (微波時間)＞D(微波溫度)＞C(微波功率)＞B(料液比)。

表2 實驗設(shè)計與響應(yīng)面分析Table2 Experimental design and response surface Analysis

2.2.2 等高線和響應(yīng)面分析 回歸模型的響應(yīng)面結(jié)果如圖6所示，僅顯示微波時間3min、料液比1∶12 (g/m L)時，微波功率、微波溫度對羅勒籽油得率的交互作用。

由圖6可知，微波功率和微波溫度的交互作用極其顯著。當(dāng)微波功率一定時，隨著微波溫度的增大，羅勒籽油得率先增加后減少。當(dāng)微波溫度一定時，微波溫度在55～58℃范圍內(nèi)，羅勒籽油得率隨著溫度的增加后增加;而在58～65℃范圍內(nèi)，羅勒籽油得率隨溫度的增加先增加后減小的趨勢。

2.2.3 最佳工藝條件的預(yù)測和驗證 通過二次多項回歸的預(yù)測，得到微波輔助提取羅勒籽油的最佳工藝條件:微波時間為3.21min，料液比為1∶12.82(g/m L)，微波功率為616.47W，微波溫度為60.70℃。在此條件下，羅勒籽油得率預(yù)測值為18.46%。考慮實際操作過程的方便性，將提取工藝參數(shù)修正為微波時間為3m in，料液比為1∶13(g/m L)，微波功率為600W，微波溫度為 60℃，實際測定的羅勒籽油得率為18.53%，實際值與理論值誤差僅為0.07%。因此，建立的模型與實際情況基本吻合，說明采用響應(yīng)面法優(yōu)化工藝條件準(zhǔn)確可靠，具有較好的應(yīng)用價值。

表3 二次響應(yīng)曲面模型的方差分析Table3 ANOVA for quadratic response surfacemodel

圖6 微波功率和微波溫度交互作用對羅勒籽油得率影響的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface plot for interactive effect ofmicrowave power and microwave temperature on extraction efficiency of basil seed oil

2.2.4 三種不同提取方法得率的比較 不同提取方法得到羅勒籽油的結(jié)果如表4。由表4可以看出，微波輔助提取得到的羅勒籽油得率最高，而且所用提取時間大大少于其它兩種方法，由此可見微波輔助提取方法時間短、效率高，方法可行。

表4 不同提取方法得率的比較Table4 Comparisons of the extraction rate of different extraction methods

3 結(jié)論

采用微波輔助提取羅勒籽油，通過單因素實驗和響應(yīng)曲面分析優(yōu)化提取羅勒籽油的最佳工藝條件為微波時間為3m in，料液比為1∶13(g/m L)，微波功率為600W，微波溫度為60℃，在此最佳條件下實際測定的羅勒籽油得率可達(dá)到18.53%。與索氏提取法和有機(jī)溶劑回流提取法相比，微波輔助法提取羅勒籽油得率最高，并具有時間最短、效率最高等優(yōu)點。

［1］胡爾西丹·伊麻木，熱娜·卡斯木，阿吉艾克拜爾·艾薩.羅勒籽揮發(fā)油成分及抗氧化活性分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(2):752-754.

［2］曹維金，陳娜.羅勒子油脂提取工藝的比較研究及其脂肪酸組成的氣相色譜分析［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械，2011(17):48-51.

［3］李紀(jì)亮，李火宇.孝感保健型米酒的生產(chǎn)與系列化［J］.釀酒科技，2003(5):60-63.

［4］張世敏，劉寅，張建威，等.羅勒籽糯米酒的研制［J］.中國釀造，2005(5):58-60.