香樟籽油的響應面優(yōu)化提取及其抗氧化研究

耿敬章 劉軍海

(陜西理工學院生物科學與工程學院1， 漢中 723000)(陜西理工學院化學與環(huán)境科學學院2， 漢中 723000)

香樟 (Cinnamomumcamphora)，別名樟樹、芳樟等，屬樟科，樟屬植物, 主要分布在長江以南地區(qū)[1]。樟樹是一種用途廣泛的經(jīng)濟樹種，其根莖、枝葉可以提煉樟腦和樟腦油等[2]。此外香樟含有揮發(fā)油，尤其以籽中為多，其脂肪酸組成以癸酸、月桂酸等中碳鏈脂肪酸為主，占90%左右[3]。香樟籽有一定的生理作用，能散寒祛濕，行氣止痛，治吐瀉，胃寒腹痛，腳氣，腫毒，具有降血脂及降膽固醇等作用[4-5]?！毒V目拾遺》記載：“磨涂腫毒；治中酒、心胃疼皆效?！薄稄V西中藥志》記載：“治嘔吐，水瀉，腹痛?！薄逗纤幬镏尽酚涊d：“利尿，解酒”[4]。研究以香樟籽為原料，對香樟籽油的響應面提取工藝進行優(yōu)化，并對其體外抗氧化活性進行研究，以期為香樟籽的綜合利用提供理論基礎。

1 材料及方法

1.1 原料

香樟籽：采集于陜西理工學院香樟路，將采集到的香樟籽洗凈后烘干并用粉碎機粉碎后備用；CO2，食用級。

1.2 試驗儀器與設備

HA231-50-06-C型超臨界C02流體萃取裝置:華安超臨界萃取有限公司；RE52-AA旋轉蒸發(fā)儀:廣東凱文設備公司；FY135中藥草粉碎機:天津市泰斯特儀器有限公司；TU-1221紫外-可見分光光度計:日本島津;TDL-40B型飛鴿牌離心機:上海安亭;Al204型電子天平:梅特勒-托利多儀;DHF-9055A型電熱鼓風干燥箱:上海一恒。

1.3 試驗方法

1.3.1 香樟籽油超臨界CO2提取工藝流程

香樟籽→烘干→破碎→去殼→篩分→稱量→裝于萃取器→控制CO2流量→設定壓力、溫度和時間→超臨界CO2提取萃取→分離→精制香樟籽油[4]

1.3.2 香樟籽油得率計算

1.3.3 還原力的測定

采用普魯士藍法[5]。

1.3.4 DPPH·清除率的測定

將香樟籽油溶液取0.1 mL與3 mL120 μmol/L的DPPH·溶液加入同一試管中，搖勻，在黑暗中放置30 min，以無水乙醇為空白在517 nm測定其吸光度[6]，并按下式計算其清除率：

清除率=[(Ac-Ai) /Ac]×100%

式中：Ac為無水乙醇加DPPH·溶液的吸光度；Ai為香樟籽油加DPPH·溶液的吸光度。

2 結果與分析

2.1香樟籽油的超臨界CO2提取條件的優(yōu)化試驗

2.1.1 CO2流量對香樟籽油萃取得率的影響

設定萃取壓力為30 MPa，溫度為50 ℃，萃取時間為2.5 h，研究20、25、30、35、40、45 kg/h 6個梯度的CO2流量對香樟籽油萃取得率的影響[7]。按方法1.3.1提取香樟籽油。由圖1可以看出，CO2流量應控制在35 kg/h左右較為適宜。

圖1 CO2流量對香樟籽油得率的影響

2.1.2 萃取壓力對香樟籽油萃取得率的影響

設定CO2流量為35 kg/h，溫度為50 ℃，萃取時間為2.5 h，研究20、25、30、35、40、45 MPa 6個梯度的萃取壓力對香樟籽油萃取得率的影響。按方法1.3.1提取香樟籽油。由圖2可以看出，萃取壓力應控制在30 MPa左右較為適宜。

圖2 萃取壓力對香樟籽油得率的影響

2.1.3 萃取時間對香樟籽油萃取得率的影響

設定CO2流量為35 kg/h，溫度為50 ℃，萃取壓力為30 MPa，研究1、1.5、2、2.5、3、3.5 h 6個梯度的萃取時間對香樟籽油萃取得率的影響[8]。按方法

圖3 萃取時間對香樟籽油得率的影響

1.3.1提取香樟籽油。由圖3可以看出，萃取時間應控制在2.5 h左右較為適宜。

2.1.4 溫度對香樟籽油萃取得率的影響

設定CO2流量為35 kg/h，萃取時間為2.5 h，萃取壓力為30 MPa，研究40、45、50、55、60、65 ℃ 6個梯度的溫度對香樟籽油萃取得率的影響[9]。按1.3.1方法提取香樟籽油。由圖4可以看出，溫度應控制在50 ℃左右較為適宜。

圖4 溫度對香樟籽油得率的影響

2.1.5 響應面法優(yōu)化香樟籽油超臨界CO2萃取工藝條件

在單因素試驗的基礎上，選取CO2流量、萃取壓力、萃取時間、溫度各因素的最優(yōu)試驗范圍，研究按照表1的因素水平表，以香樟籽油得率為響應值，采用響應面分析法對其進行優(yōu)化，以確定香樟籽油得率超臨界CO2萃取最佳工藝條件。試驗結果、回歸方程圖及響應面方差分析結果見表2、表3。

表1 試驗因素水平及編碼

根據(jù)香樟籽油提取的試驗結果，由響應面分析法得出關于香樟籽油提取率的二次回歸擬合方程：

提取率=30.09+0.80A+0.42B+0.92C-1.46D-3.02AB+0.71AC+2.35AD-0.91BC+0.57BD-1.36CD-2.25A2-3.22B2-2.52C2-1.62D2(式中：A為CO2流量，B為萃取壓力，C為萃取時間，D為溫度)

對香樟籽油提取的試驗結果進行多元回歸分析，由回歸方程各項的方差分析結果(表3)可以看出，Model的F值為7 067.70，P值為<0.000 1，表明Model極顯著，同時CO2流量、萃取壓力、萃取時間和溫度都是顯著因素， CO2流量與萃取壓力、萃取時間、溫度的交互作用都顯著，萃取壓力與萃取時間、溫度的交互作用也都顯著，萃取時間與溫度的交互作用也顯著。而失擬項的F值為4.26，P值為0.102 0，說明了該模型與香樟籽油提取實際情況擬合程度比較好，可以預測香樟籽油提取最佳條件。根據(jù)回歸分析結果(表3)，做出相應曲面圖，見圖5～圖10。

表2 香樟籽油超臨界CO2萃取工藝設計試驗及結果

表3 回歸方程各項的方差分析

注：“P>F”<0.05，代表研究因素為顯著因素。

圖5 CO2流量與萃取壓力交互作用對得率影響的響應面圖

圖6 CO2流量與萃取時間交互作用對得率影響的響應面圖

圖7 CO2流量與溫度交互作用對油得率影響的響應面圖

圖8 萃取壓力與萃取提取時間交互作用對油得率影響的響應面圖

根據(jù)香樟籽油提取試驗結果和回歸方程各項的方差分析，由響應面分析法優(yōu)化出香樟籽油提取最佳工藝條件，即CO2流量為36.13 kg/h，萃取壓力為29.88 MPa，萃取時間為2.61 h，溫度為49.25 ℃。

圖9 萃取壓力與溫度交互作用對油得率影響的響應面圖

圖10 萃取時間與溫度交互作用對油得率影響的響應面圖

2.1.6 驗證試驗

根據(jù)響應面設計法優(yōu)化的結果，選擇香樟籽油提取率較高的3個較優(yōu)條件，將這3個試驗條件(試驗1～3)和響應面設計法優(yōu)化得出的較優(yōu)條件(試驗4)一起進行驗證試驗。試驗結果見表4。

表4 驗證試驗設計表

由表4可知，響應面設計法優(yōu)化得出的較優(yōu)條件(試驗4)香樟籽油提取率最高，因此香樟籽油提取最佳工藝條件為CO2流量為36.1 kg/h，萃取壓力為29.9 MPa，萃取時間為2.6 h，溫度為49.3 ℃。

2.2 香樟籽油體外抗氧化活性研究

2.2.1 香樟籽油還原力測定

由圖11可知，隨著香樟籽油濃度的增加，吸光度也不斷增大，相應的還原力也增強。當香樟籽油質量濃度大于0.3 mg/mL時，香樟籽油的吸光度明顯高于對照物VC，表明香樟籽油具有較強的還原能力。

圖11 香樟籽油還原力

2.2.2 香樟籽油對DPPH·的清除能力

由圖12可知，香樟籽油清除DPPH·的能力較強，明顯高于對照組VC；在試驗濃度范圍內，隨著濃度的增加，其清除能力也逐漸增強，呈現(xiàn)較好的量效關系。因此，香樟籽油具有較好的清除DPPH·能力。

圖12 香樟籽油對DPPH·的清除能力

3 結論

香樟籽油超臨界CO2萃取最佳工藝條件為CO2流量為36.1 kg/h，萃取壓力為29.9 MPa，萃取時間為2.6 h，溫度為49.3 ℃。香樟籽油具有較好的還原能力，明顯高于對照組VC，而且對DPPH·有較強清除能力，隨著香樟籽油濃度的增加，其清除能力逐漸增強，明顯高于對照組VC。

[1]黃喜根, 任健敏, 劉曉庚, 等. 樟樹籽核油的開發(fā)與利用研究[J]. 林產化工通訊, 2002, 36(3): 19-21

[2]李林松,羅永明.井岡山地區(qū)樟樹果揮發(fā)性成分的分析[J],江西中醫(yī)學院學報,2005,17(3):36-37

[3]黃喜根,任健敏,劉曉庚,李艷霞,龔霞.樟樹籽核油的開發(fā)與利用研究[J],林產化工通訊,2002, 36,(3):19-21

[4]周漢芬,韋一良,胡健華,等.樟樹籽仁油醇解工藝研究,中國油脂,2005,30(8),53-56

[5]陳紅惠, 彭光華. 雪蓮果葉酚酸抗氧化能力的研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2011, 13(1): 32-33

[6]趙平, 任鵬, 張月萍. 原花青素抗氧化活性測定方法比較[J].現(xiàn)代化工,2012, 20(5): 22-24

[7]羅登林, 聶英, 羅磊. 超臨界CO2萃取樟樹籽仁油的研究[J].糧油加工, 2007, 25(4): 52-54

[8]錢國平, 楊亦文 ,吳彩娟. 超臨界CO2從黃花蒿中提取青蒿素的研究[J]. 化工進展, 2005, 24(3): 286-290

[9]廖傳華. 超臨界CO2萃取技術在天然香料工業(yè)中的應用與研究進展[J]. 香料香精化妝品, 2003, 2(1): 27-31.