正交試驗(yàn)優(yōu)化雪梨籽油提取工藝研究

李紅平,常志華

鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鶴壁458030

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正交試驗(yàn)優(yōu)化雪梨籽油提取工藝研究

李紅平,常志華

鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鶴壁458030

摘要:本文采用超臨界CO2萃取技術(shù)萃取雪梨籽油，考察了壓力、溫度、時(shí)間和CO2流量對(duì)油脂得率的影響，并對(duì)提取物進(jìn)行GC-MS分析。結(jié)果表明：最佳提取條件為壓力35 MPa、溫度35℃、時(shí)間130 min、CO2流量15 kg/h，其油脂得率為23.9%。油脂中主要含有7種脂肪酸成分。超臨界CO2提取方法得率高、時(shí)間短，是一種合適的提取雪梨籽油的方法。

關(guān)鍵詞:正交試驗(yàn);提取;雪梨籽油

雪梨，屬于被子植物門雙子葉植物綱薔薇目薔薇科蘋果亞科梨屬[1]。落葉喬木或灌木，果實(shí)形狀圓形，肉嫩白如雪，故稱雪梨[2]。味甘性寒，含蘋果酸、檸檬酸、維生素B1、B2、C、胡蘿卜素等，具生津潤(rùn)燥、清熱化痰之功效，特別適合秋天食用[3]?！侗静菥V目》記載，梨者，利也，其性下行流利。它藥用能治風(fēng)熱、潤(rùn)肺、涼心、消痰、降火、解毒?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證明，雪梨確有潤(rùn)肺清燥、止咳化痰、養(yǎng)血生肌的作用，對(duì)急性氣管炎和上呼吸道感染的患者出現(xiàn)的咽喉干、癢、痛、音啞、痰稠、便秘、尿赤、祛痰均有良效[4]。且又有降低血壓和養(yǎng)陰清熱的效果，所以高血壓、肝炎、肝硬化病人常吃梨有好處[5]。雪梨除可供生食外，還可被加工成飲料、釀酒、制梨膏、梨脯，以及藥用[6]。在加工中產(chǎn)生大量雪梨籽，雪梨籽中含有大量油脂，為有效開發(fā)利用雪梨籽資源，對(duì)雪梨籽中油脂進(jìn)行提取非常有必要。

目前關(guān)于雪梨籽油的開發(fā)研究鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)采用二氧化碳超臨界流體萃取方法得到雪梨籽油，并利用氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)其脂肪酸組成進(jìn)行了測(cè)定，為開發(fā)天然雪梨籽油脂資源提供了理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)儀器與材料

雪梨籽，購自河南靈寶阿姆斯果汁有限公司，使用前在烘箱中低溫(50℃)烘除大部分水分。二氧化碳，河南源正科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)，純度99%。

HA420-40-200型二氧化碳超臨界萃取設(shè)備，海安華安超臨界設(shè)備有限公司；7890A／5975C型氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用儀，美國安捷倫科技有限公司；WKF180萬能粉碎機(jī)，青州市精誠醫(yī)藥裝備制造有限公司。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1二氧化碳超臨界流體萃取將雪梨籽粉碎，過40目篩，裝入萃取釜中，通入CO2進(jìn)行連續(xù)萃取，并按以下公式計(jì)算油的萃取率，研究萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間和CO2流量對(duì)油脂萃取的影響。

Y%=(W2/W1)×100%

Y%：萃取率即提取得率(%)；W2：超臨界CO2流體萃取的雪梨籽油脂質(zhì)量(g)；W1：原料雪梨籽的質(zhì)量(g)

1.2.2脂肪酸組成GC-MS分析鑒定[7]甲酯化：精密稱取雪梨籽油樣100 mg置于20 mL具塞試管中，加入10 mL正己烷溶解，再加入0.5 mL氫氧化鈉一甲醇溶液，搖勻，靜置30 min，使其分層，待澄清后，取上層液作GC-MS測(cè)定。

氣相色譜條件：DB—WAX色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣為氮?dú)?，柱流?.80 mL/min，恒定流動(dòng)；進(jìn)樣方式為260℃分流，流速為32 mL/min。

質(zhì)譜條件：電子轟擊(EI)源，發(fā)射電流200 μA；離子源溫度200℃；電子能量70 eV；GC／MS接口溫度250℃；檢測(cè)器電壓350 V；升溫方式：升溫速率3.0℃/min，180℃升至240℃，至240℃時(shí)維持10 min。

結(jié)果采取與NIST08質(zhì)譜圖譜檢索庫檢索比較鑒定，采用峰面積歸一法進(jìn)行定量。

2　結(jié)果與分析

2.1雪梨籽油CO2超臨界萃取單因素試驗(yàn)

2.1.1萃取壓力對(duì)雪梨籽油得率的影響在萃取溫度30℃、CO2流量14 kg/h下采用不同壓力萃取120 min，萃取壓力對(duì)雪梨籽油得率的影響結(jié)果見圖1。從圖1可見，雪梨籽油的萃取得率隨萃取壓力的增加而增加，但當(dāng)萃取壓力達(dá)到35 MPa后，再增加壓力，得率增加不明顯，其趨勢(shì)開始平緩?？紤]到壓力過大，對(duì)設(shè)備要求高，故選取35 MPa作為適宜的提取壓力。

2.1.2萃取溫度對(duì)雪梨籽油得率的影響在萃取壓力35 MPa、CO2流量14 kg/h下采用不同的溫度萃取120 min，萃取溫度對(duì)雪梨籽油得率的影響結(jié)果見圖2。

圖1　萃取壓力對(duì)得率的影響Fig.1 Effect of extraction pressure on yield

圖2　萃取溫度對(duì)得率的影響Fig.2 Effect of temperature on yield

從圖2可見，當(dāng)萃取溫度35℃以下時(shí)，萃取得率隨著萃取溫度升高而增大，但當(dāng)溫度高于35℃后，隨著溫度升高，得率不再升高反而略有下降。萃取溫度對(duì)提取效率的影響主要從2個(gè)方面起作用：一方面萃取溫度越高，流體的密度越小，其對(duì)有機(jī)物的溶解能力越差；另一方面萃取溫度越高則組分的揮發(fā)度越大，萃取溫度越高則流體的傳質(zhì)速度越快。前者不利于提取，而后者則有利于提取。溫度高于35℃之后得率反而下降，這是由于升溫引起萃取物擴(kuò)散系數(shù)的增加不足以抵償超臨界CO2流體的溶解力下降，總的結(jié)果是導(dǎo)致萃取率下降。所以，萃取溫度35℃是比較理想的提取溫度。

2.1.3萃取時(shí)間對(duì)雪梨籽油得率的影響在萃取壓力35 MPa、萃取溫度35℃、CO2流量14 kg/h下萃取不同時(shí)間，萃取時(shí)間對(duì)雪梨籽油得率的影響結(jié)果見圖3。

從圖3可見，雪梨籽油萃取得率隨著萃取時(shí)間的增加而增加，但當(dāng)達(dá)到120 min后，得率增加緩慢，考慮到萃取時(shí)間與能耗及經(jīng)濟(jì)成本問題，提取時(shí)間選用120 min。

2.1.4 CO2流量對(duì)得率的影響在萃取壓力35 MPa、萃取溫度35℃、采用不同CO2流量萃取120 min，CO2流量對(duì)雪梨籽油得率的影響見圖4。

從圖4可見，在CO2流量14 kg/h前，雪梨籽油萃取得率隨CO2流量的增加而增加，但CO2流量達(dá)到14 kg/h后，隨CO2流量的增加，得率反而下降。因此，CO2流量選用14 kg/h是比較理想的提取流量。

圖3　萃取時(shí)間對(duì)得率的影響Fig.3 Effect of extraction time on yield

圖4　CO2流量對(duì)得率的影響Fig.4 Effect of CO2flow rate on yield

2.2雪梨籽油CO2超臨界萃取工藝條件優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間和CO2流量進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)L9（34），因素水平表見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1　正交試驗(yàn)因素水平表Table1 Factors and levels of orthogonal test

表2　雪梨籽油正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析L9（34）Table 2 The results and analysis of orthogonal test

從表2可以看出，比較極差R值的大小可看出，因素主次順序?yàn)锳>D>B>C，即各因素對(duì)提取得率的影響順序?yàn)檩腿毫? CO2流量>萃取溫度>萃取時(shí)間。比較k值的大小可以看出，優(yōu)化萃取條件是A2B2C3D3，即萃取壓力35 MPa、萃取溫度35℃、萃取時(shí)間130 min、CO2流量15 kg/h。按照此工藝條件做放大實(shí)驗(yàn)，雪梨籽油提取得率23.9%。

2.3雪梨籽油脂肪酸組成分析

雪梨籽油甲酯化處理后采用GC-MS測(cè)定，經(jīng)計(jì)算機(jī)化學(xué)工作站分析，從油脂中檢測(cè)到7種主要脂肪酸，即亞油酸、亞麻酸、油酸、棕櫚酸、硬脂酸、花生烯酸和十四烯酸，經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)按峰面積歸一法進(jìn)行定量分析，求得了各脂肪酸在油脂中相對(duì)百分含量。結(jié)果見表3。

表3　雪梨籽油的脂肪酸組成Table 3 Composition analysis of oil

3　結(jié)論與討論

（1）從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用超臨界CO2萃取方法從雪梨籽中萃取油脂的最佳工藝條件為:萃取壓力35 MPa、萃取溫度35℃、萃取時(shí)間130 min、CO2流量15 kg/h。雪梨籽油得率可達(dá)23.9%。其中，萃取壓力對(duì)提取得率的影響較大，這是因?yàn)樵诔R界提取中，壓力提高，CO2密度增加，油脂溶解度提高，得率就會(huì)相應(yīng)提高[8]。

超臨界CO2萃取法具有萃取時(shí)間短、操作溫度低、有效成分不易破壞、提取收率高等優(yōu)點(diǎn)[9]。超臨界提取雪梨籽油可避免破壞具有植物特征的有效成分，又可以提取較多的不飽和脂肪酸和熱不定組分的成分，能更真實(shí)、全面地反映雪梨籽油脂肪酸的化學(xué)組分，這些成分的組成及含量對(duì)提高雪梨籽油的綜合利用價(jià)值有重要的意義。

（2）超臨界CO2萃取的雪梨籽油中，不飽和脂肪酸含量高，以亞油酸、亞麻酸、油酸為主，尤其是亞油酸含量高，亞麻酸和油酸含量也較高。這些不飽和脂肪，易于人體消化吸收，對(duì)減少膳食脂肪和膽固醇攝入量有重要作用[10]。亞麻酸、亞油酸是人體必須的脂肪酸，在合成磷脂，形成細(xì)胞中的膜結(jié)構(gòu)時(shí)有很重要的意義[11]；可以改變血小板膜流動(dòng)性，從而改變血小板對(duì)刺激的反應(yīng)性及血小板表面受體的數(shù)目，有效防止血栓的形成[12]；對(duì)血脂代謝有溫和的調(diào)節(jié)作用，能促進(jìn)血漿低密度脂蛋白（LDL）向高密度脂蛋白（HDL）的轉(zhuǎn)化，使低密度脂蛋白（LDL）降低，高密度脂蛋白（HDL）升高，從而達(dá)到降低血脂，防止動(dòng)脈粥樣硬化的目的[13]；可以擴(kuò)張血管，增強(qiáng)血管彈性，起到降壓作用[14]；可以直接減少致癌細(xì)胞生成數(shù)量，同時(shí)削弱血小板的凝集作用，抑制二烯前列腺素的生成，恢復(fù)及提高人體的免疫系統(tǒng)功能，有效地防止癌癥形成以及抑制其轉(zhuǎn)移[15]；也具有營(yíng)養(yǎng)腦細(xì)胞，增強(qiáng)智力，調(diào)節(jié)植物神經(jīng)、抑制過敏反應(yīng)、抗炎、抑制衰老等作用[16-19]。雪梨籽油中，各種脂肪酸組成比例合理，不僅可供食用，還具有較高的醫(yī)療、保健價(jià)值，具有更多潛在的開發(fā)和利用價(jià)值。

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Study on the Extraction Process of Oil from Snow Pear Seeds with Orthogonal Test

LI Hong-ping, CHANG Zhi-hua

Hebi Polytechnic, Hebi 458030, China

Abstract:This paper studied on the effect of the extract conditions which was including pressure, temperature, time and flow rate of CO2on the yield of snow pear seed oil with supercritical CO2extraction process. The results showed that the yield of oil from snow pear was 23.9% at the optimal extraction conditions were pressure 35 MPa, temperature 35℃, time 130 min and the flow rate 15 kg/h. There are 7 kinds of fatty acids in the oil with the analysis of GC-MS. Therefore supercritical CO2extraction is suitable for the extraction of oil from snow pear seeds with the advantages of the short time and high yield.

Keywords:Orthogonal test; extraction; oil from snow pear seeds

作者簡(jiǎn)介:李紅平(1966-),男,碩士,副教授,從事數(shù)學(xué)建模的研究. E-mail:hbzyjsxy@163.com

基金項(xiàng)目:2012河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(122102110189)

收稿日期:2013-05-20修回日期: 2013-05-29

中圖法分類號(hào):TS201.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1000-2324(2015)04-0524-04