響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取葡萄籽油的研究*

朱輝，彭林彩

（四川文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，四川達(dá)州635000）

響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取葡萄籽油的研究*

朱輝*，彭林彩

（四川文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，四川達(dá)州635000）

通過微波輔助提取技術(shù)結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化葡萄籽油提取條件，以期建立更高產(chǎn)率的提取方法。在單因素設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，選取液料比、微波功率、萃取時(shí)間、萃取溫度4個(gè)主要因素對(duì)葡萄籽油提取率的影響，并建立多元回歸擬合分析，得出葡萄籽油提取最佳工藝條件為：液料比1∶12，萃取溫度56℃，微波功率637W，萃取時(shí)間62min，此條件下葡萄籽油提取率為37.35%，為預(yù)測值的97.90%。氣質(zhì)聯(lián)用分析結(jié)果表明：葡萄籽油主要成分有4種脂肪酸占總成分的97.09%，含量最高的為油酸和亞油酸。驗(yàn)證結(jié)果表明該方法嚴(yán)謹(jǐn)、可靠，證明采用微波輔助提取葡萄籽油是可行的。

葡萄籽油；微波輔助；響應(yīng)面法；提取率；化學(xué)成分

葡萄為葡萄科葡萄屬木質(zhì)藤本植物，葡萄籽是葡萄加工產(chǎn)業(yè)最主要的固體殘?jiān)咸炎阎饕煞譃樵ㄇ嗨睾蛠営退?，亞油酸是人體不能合成的必須脂肪酸，主要用于治療高血壓、降低血清膽固醇和動(dòng)脈硬化等癥[1]。研究表明，葡萄籽中油脂含量約為10%~20%，大部分油脂為不飽和脂肪酸。葡萄籽油中含量最高的為亞油酸，其次為油酸等活性成分[2]。

傳統(tǒng)提取葡萄籽油的方法有壓榨法、水蒸汽蒸餾法和有機(jī)溶劑萃取法[3,4]。壓榨法技術(shù)落后，產(chǎn)率低；水蒸汽蒸餾法耗時(shí)大，油品質(zhì)不佳。有機(jī)溶劑萃取法為常用方法，但所得油脂需進(jìn)一步除雜；超臨界CO2萃取技術(shù)，出油率高，但工藝設(shè)備要求高，成本大，不能實(shí)際應(yīng)用于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。這些提取技術(shù)對(duì)葡萄籽油的深度開發(fā)和利用均受到限制。針對(duì)以上問題，目前急需找到一種提取率高，所得油品質(zhì)好，能應(yīng)用到實(shí)際工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的一種提取方法。

本研究利用微波輔助提取法的優(yōu)勢(shì)，在溶劑回流提取法的基礎(chǔ)之上[5]，研究葡萄籽油的提取工藝條件，提高出油率和亞油酸含量。再利用響應(yīng)面法（RSM）在最短時(shí)間內(nèi)全面考察和優(yōu)化葡萄籽油提取工藝條件[6,7]，并結(jié)合GC-MS技術(shù)進(jìn)行成分分析，以期更加科學(xué)的手段建立葡萄籽油最優(yōu)提取工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料及儀器

葡萄籽（新疆王斌食品有限公司）；正己烷（AR萃取溶劑）；三氟化硼甲醇溶液（衍生化試劑）等。

Agilent GC/MS 6890N/5975C聯(lián)用儀（美國Agilent公司）；NJL07-3型微波爐（南京杰全微波設(shè)備有限公司）；

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 提取工藝和操作要點(diǎn)葡萄籽→置30℃鼓風(fēng)干燥箱30min→粉碎→過篩→稱重→微波提取→旋蒸濃縮→葡萄籽油

葡萄籽油提取率（%）=葡萄籽油質(zhì)量(g)/葡萄籽質(zhì)量（g）×100%

1.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用響應(yīng)面法，對(duì)提取葡萄籽油工藝條件進(jìn)行四因素三水平為中心的試驗(yàn)分析，最終確定最優(yōu)葡萄籽油提取工藝條件[8]。

1.2.3 葡萄籽油GC-MS分析條件甲酯化處理后的油脂進(jìn)行GC-MS分析。色譜柱：HP-5彈性石英毛細(xì)管柱（30.0m×0.25mm×0.25μm）；載氣：He,流速1.5mL·min-1，恒流模式；進(jìn)樣口溫度280℃；分流比10∶1；初始溫度60℃，保持5min，以4℃·min-1升至280℃，保持10min；傳輸線溫度280℃；容積延遲5min；離子源溫度250℃；掃描方式：全掃描。

2 結(jié)果與討論

2.1 響應(yīng)面優(yōu)化葡萄籽油提取工藝

2.1.1 試驗(yàn)因素和水平表設(shè)計(jì)本研究著重從液料比、微波功率、萃取時(shí)間、萃取溫度、粒度大小5個(gè)關(guān)鍵性影響因素入手，先進(jìn)行單因素試驗(yàn)分析，確定最佳單因素水平。對(duì)葡萄籽油提取率有明顯影響的液料比、萃取溫度、微波功率、萃取時(shí)間4個(gè)因素，采用四因素三水平的響應(yīng)面法進(jìn)行綜合分析，確定提取葡萄籽油最優(yōu)組合工藝條件，試驗(yàn)水平和因素表設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面因素水平表Tab.1Factors and levels of response surface

2.1.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果分析根據(jù)Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析，葡萄籽油提取工藝實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案和分析結(jié)果Tab.2Results of response surface experiments

所得數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，以葡萄籽油提取率為響應(yīng)值，得到自變量與提取率的二次多項(xiàng)回歸模型為：

式中Y：葡萄籽油提取率，%。

表3 響應(yīng)面回歸模型方差分析結(jié)果Tab.3Results of response surface regression model equation experiments

由表3可知，模型F值為3.86，P值為0.0082（P<0.01），此結(jié)果說明該模型具有高度的顯著性。R2為0.7944，說明該模型因變量變化有79.44%來自于所對(duì)應(yīng)的自變量。模型中Adeq Precisior為6.496，大于4，可知模型的回歸方程可信度高，誤差小。F值、P值、R2、Adeq Precision數(shù)值結(jié)果，證明了此模型的可靠性，能較好分析和預(yù)測葡萄籽油提取率。根據(jù)F值大小可知，對(duì)葡萄籽油提取率影響優(yōu)先條件為：B、A、D、C（萃取溫度、液料比、萃取時(shí)間、微波功率）。

對(duì)公式進(jìn)行一階偏導(dǎo)數(shù)分析，得出最佳工藝條件為液料比1∶12.47，萃取溫度55.63℃，微波功率636.50W，萃取時(shí)間62.35min，此條件下葡萄籽油提取率預(yù)測值為38.15%。

2.1.3 最佳條件驗(yàn)證為了驗(yàn)證此方法的準(zhǔn)確性，并根據(jù)現(xiàn)實(shí)操作條件，將最佳提取條件更改為：液料比1∶12，萃取溫度56℃，微波功率637W，萃取時(shí)間62min，此條件下葡萄籽油提取率為37.35%，為預(yù)測值的97.90%。在同等條件下做了溶劑回流法提取葡萄籽油，產(chǎn)率為29.58%。可知微波輔助提取技術(shù)比溶劑回流法提取率提高了26.27%，增幅明顯。

2.1.4 因素相互交叉作用分析把四因素中任意兩個(gè)保持在最佳水平，另外兩個(gè)因素對(duì)葡萄籽油提取率影響見圖1。

圖1液料比和萃取溫度對(duì)提取率的影響Fig.1Effects of liquid to solid ratio and extraction temperature on extraction ratio

圖2液料比和微波功率對(duì)提取率的影響Fig.2Effects of liquid to solid ratio and microwave power on extraction ratio

圖3液料比和萃取時(shí)間對(duì)提取率的影響Fig.3Effects of liquid to solid ratio and extraction time extraction ratio

圖4微波功率和萃取溫度對(duì)提取率的影響Fig.4Effects of microwave power and extraction temperature extraction ratio

圖5萃取溫度和萃取時(shí)間對(duì)提取率的影響Fig.5Effects of extraction temperature and extraction time extraction ratio

圖6萃取時(shí)間和微波功率對(duì)提取率的影響Fig.6Effects of extraction time and microwave power extraction ratio

由圖1~6能較直觀的看出各因素對(duì)葡萄籽油提取率的影響效果。響應(yīng)曲面越陡峭說明兩因素交叉影響越顯著，反之響應(yīng)曲面越平緩，兩因素對(duì)提取率交叉影響不大。由圖1~6可知，萃取溫度對(duì)提取率影響最大，然后影響大小依次為液料比、萃取時(shí)間和微波功率，其中萃取時(shí)間和微波功率對(duì)提取率影響大小兩者之間接近，與響應(yīng)面回歸模型方差分析結(jié)果相一致。

2.2 葡萄籽油主要化學(xué)成分分析

利用GC-MS進(jìn)行分離鑒定，采用峰面積歸一化法計(jì)算出葡萄籽油各成分的相對(duì)百分含量。其總離子流圖譜見圖2。得到相似度大的葡萄籽油成分主要有4種，結(jié)果列于表4。

圖2葡萄籽油總離子流圖譜Fig.2Total ion spectrogram of the grape seed oil

表4 葡萄籽油的主要成分鑒定結(jié)果Tab.4Identification result of components in grape seed oil

由表4可知，得到葡萄籽油主要成分有4種脂肪酸占總成分的97.09%，其中含量最高的為油酸和亞油酸，分別占總含量的15.65%和70.25%。與傳統(tǒng)的索氏提取法和超聲輔助提取法對(duì)比可知，此提取方法所得油脂為淺黃綠色透明液體，且亞油酸含量為70.25%，比超聲輔助提取法所得亞油酸含量63.44%高出10.73%。本提取方法所得亞油酸含量較高，說明所得葡萄籽油的營養(yǎng)價(jià)值比之前更高。

3 結(jié)論

微波輔助提取葡萄籽油技術(shù)根據(jù)回歸模型方差分析和最佳條件驗(yàn)證，再考慮現(xiàn)實(shí)操作條件，確定了微波輔助提取葡萄籽油的最優(yōu)條件為：液料比1∶12，萃取溫度56℃，微波功率637W，萃取時(shí)間62min，此條件下葡萄籽油提取率為37.35%，為預(yù)測值的97.90%。GC-MS成分分析表明：葡萄籽油主要成分有4種脂肪酸占總成分的97.09%，其中含量最高的為油酸和亞油酸，分別占總含量的15.65%和70.25%。

微波輔助提取葡萄籽油技術(shù)，提取設(shè)備簡單、投入低，在一定程度上解決了葡萄籽產(chǎn)油率低，企業(yè)效益差等問題。此提取方法的研究，對(duì)現(xiàn)有葡萄籽油提取方法的改進(jìn)和促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展具有一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

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Optimization of microwave-assisted extraction of grape seed oil by response surface methodology*

ZHU Hui*,PENG Lin-cai
（School of Chemistry and Chemical Engineering,Sichuan University of Arts and Science,Dazhou 635000,China）

Optimization of extraction conditions of grape seed oil with response surface analysis methodology under microwave-assisted,in order to establish a higher yield extraction method.Based on the single factor experiment,several independent variables were analyzed on the best possible extract rate of grape seed oil,inciuding liquid to solid ratio,microwave power,extraction time and extraction temperature.The quadratic regression model equation was established to describe the extraction process.The results showed that optimum conditions of grape seed oil extraction were,liquid to solid ratio:1:12,extraction temperature:56℃,microwave power:637W,extraction time:62 min.The extraction rate of grape seed oil under the condition was up to 37.35%,97.90%of the predicted value.The results of GC-MS analysis showed that,the main components of grape seed oil have 4 components for 97.09%of the total composition.It shows that using microwave-assisted extraction of oil from grape seed is feasible.

grape seed oil;microwave-assisted;response surface method;extraction rate;chemical components

TQ914.1

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170517

2017-03-08

四川省科技廳項(xiàng)目（No.2016JY0203）和(No.2014FZ0120)；四川省教育廳項(xiàng)目（No.17ZB0380）；校級(jí)特色培育項(xiàng)目(No. 2015TP008Y)

朱輝(1989-)，男，安徽阜陽人，碩士，助教，研究方向：天然產(chǎn)物提取分離,成分活性分析,化工工藝。