響應面分析法優(yōu)化冀東小米米糠油超臨界萃取工藝

劉嘉坤 王婷婷 王秋桐 韓文鳳

(滄州醫(yī)學高等?？茖W校1，滄州 061000) (漯河職業(yè)技術學院2，漯河 462000)

響應面分析法優(yōu)化冀東小米米糠油超臨界萃取工藝

劉嘉坤1王婷婷2王秋桐1韓文鳳2

(滄州醫(yī)學高等?？茖W校1，滄州 061000) (漯河職業(yè)技術學院2，漯河 462000)

以河北滄州小米米糠為原料，研究CO2超臨界提取小米米糠油的最佳工藝。在單因素試驗基礎上，選擇設備壓力、溫度和料液比為影響因素，以出油率為響應面，根據Box-Behnken試驗設計原理，采用三因素三水平進行響應面分析，并對提取油的品質和脂肪酸含量進行了檢測。在分析各個因素的顯著性和交互作用后，得出最佳工藝條件，并通過驗證試驗進行驗證，得出溫度40 ℃、壓力35 MPa、料液比0.80時，出油率為9.98%。冀東小米米糠油脂肪酸含量組成中，亞油酸質量分數高達57%，是一種健康食用油。

小米米糠 CO2超臨界萃取 響應面法 提取工藝

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2864.TS.20170124.1051.006.html

小米糠是谷子加工過程的副產物，我國河北是小米糠的生產大省，每年都會生產得到大量的小米糠，但大多沒有得到有效利用[1-2]。目前，市售以及大多數試驗研究的米糠油大多為稻米油，小米米糠油的研究鮮有報道。超臨界CO2萃取技術(SFE-CO2)操作條件常溫可以避免油脂的高溫氧化[3]，而且CO2無毒無殘留，特別適合易氧化的天然物質的萃取[4]。小米米糠油含有大量的抗氧化物質[5]，營養(yǎng)價值高[6]，如果選擇常規(guī)的提油方法[7-8]，會造成不飽和脂肪酸的氧化，價值降低，選擇SFE-CO2技術，并通過Box-Behnken試驗優(yōu)化萃取小米米糠油的工藝條件，以期為小米米糠的加工利用提供參考。

1 儀器與方法

1.1 儀器設備與試劑

SFE-1A型超臨界萃取裝置：華安超臨界萃取有限公司；粉碎機：國華電器有限公司；旋轉蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠。

無水乙醇(分析純)。

1.2 工藝流程

小米米糠→除雜→干燥→粉碎→過篩(40目)稱取→超臨界萃取→減壓分離→小米米糠油。計算出油率=萃取油的質量/原料質量。

1.3 索氏抽提法測試初始出油率

稱取6份小米米糠粉適量，裝入濾紙筒，將濾紙筒放入索氏抽提器后連接脂肪回收瓶，加入溶劑70 ℃水浴加熱7 h，取出濾紙筒，回收萃取物。計算平均出油率為8.74%。

1.3 試驗方法

1.3.1 確定夾帶劑 試驗選擇石油醚、乙醇、正己烷和丙酮4種溶劑，采用索氏抽提對相同樣品的小米米糠油進行提取，從出油率高低上選擇最佳夾帶劑。1.3.2 單因素試驗 確稱取適量小米米糠樣品，加入裝有180 mL乙醇的超臨界反應釜中，分別改變反應釜溫度和壓力，收集萃取出的油，稱重，計算出油率=萃取油的質量/原料質量。

1.3.3 多因素試驗 根據單因素試驗結果，確定3個變量：提取溫度、壓力、儀器內料液比的3個水平值，采用Box-Behnken試驗方案進行測定，尋找最佳方案。1.3.4 驗證試驗 根據軟件提供的最佳數據和預測值，進行試驗驗證，觀察數值，從而確定最佳方案的可行性。

2 結果與分析

2.1 夾帶劑的確定 通過試驗，出油率數據如表1，通過數據可以看出，丙酮和石油醚相差不大，乙醇和正己烷相差不大，綜合考慮各個因素，選擇乙醇作為超臨界萃取的載體氣流。

表1 不同溶劑出油率

2.2 單因素試驗

從圖1可以看出，當壓力一定時候，出油率先隨溫度的升高而增大，到達45 ℃時，反而有所下將，這是由于溫度升高，CO2分子之間間距增大，分子之間作用力變小，流體溶解度降低，同時油的揮發(fā)性也提高，開始擴散，但是小于CO2密度降低而引起的溶解能力降低，所以選擇溫度的3個水平為30、35、40 ℃。同時，可以看出壓力超過35 MPa，進一步升高壓力對出油率影響不大，說明小米米糠油在這個壓力下大量溶出。所以，選擇3個水平分別為30、35、40 MPa。

圖1 溫度、壓力與出油率的關系

2.3 多因素試驗

通過試驗，以壓力、溫度和料液比為3個單因素，每個單因素確定3個水平變量，如表所示：

表2 單因素水平值的確定

通過優(yōu)化試驗，獲得出油率，經過軟件分析得到對應的二次方程模型：出油率=38.69-0.060A+0.026B+8.750×10-3C+0.043AB-0.027AC-0.040BC-0.071B2-0.12C2。P值的大小表明模型及考察因素的影響，由方差分析可以得知，模型P值小于0.000 1，說明模型高度顯著，失擬項0.239 7不顯著，回歸是顯著的，模型具有統(tǒng)計學意義。從表4中可以看出，溫度A、壓力B對應的檢驗P值小于0.05，說明它們對回歸方程的影響顯著，料液比C對應的檢驗P值大于0.05，對提取效果不顯著。同理根據檢驗系數P小于0.05，也可以得出AB、AC和BC的交互對回歸方程的影響也顯著，而且B2和C2的檢驗系數P值只有0.002和0.001，說明對回歸方程極為顯著。

表3 Box-Behnken試驗設計及結果

表4 回歸方程系數顯著性分析

2.4 出油率響應面分析與優(yōu)化

利用軟件制作響應面圖，可以對任何2個因素交互影響油的提取進行分析評價，從而確定最佳的提取工藝。圖3a表示料液比為0.82時，溫度與壓力對出油率的影響，可以看出在超臨界萃取裝置中溫度不能太高，有一定的取值范圍。圖3b表示壓力為34 MPa時，溫度和料液比對出油率的影響。圖3c表示當溫度為40 ℃時，料液比和壓力對出油率的影響，當固定其中一個條件，另外一個條件都是隨著數值的增大出油率上升而又下降，由此表明料液比和壓力交互作用對出油率影響顯著。

通過軟件分析，最佳的萃取條件為溫度40 ℃、壓力34 MPa、料液比0.82，出油率理論計算為10.75%。

a 壓力和溫度

b 料液比和溫度

c 壓力和料液比圖3 各因素交互作用對出油率的影響

2.5 驗證試驗

鑒于試驗可行性，將最佳工藝條件稍作修改，溫度40 ℃、壓力35 MPa、料液比0.80，在此條件下進行5次驗證型平行試驗，小米米糠油平均出油率為9.98%，比模型預測值的比較誤差為1.92%，說明應用響應面法優(yōu)化得到的模型參數準確。

3 結論

對CO2超臨界萃取小米米糠油進行了單因素試驗，以出油率為因變量，溫度、壓力、料液比為自變量，對多次的試驗數據進行了擬合回歸，得到了回歸方程，擬合度好，結果表明，3個因素對出油率的影響次序為：溫度>壓力>料液比，通過響應面分析，優(yōu)化工藝，確定了最佳工藝條件為溫度40 ℃、壓力35 MPa、料液比0.80，在此條件下，小米米糠的出油率幾乎可以達到10%。

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[2]劉敬科,趙巍,張華博,等.小米糠膳食纖維調節(jié)血糖和血脂功能的研究[J].湖北農業(yè)科學,2012,51(8):412-415 Liu J K,Zhao W,Zhang H B, et al.Effects of dietary fiber from millet bran on blood lipids and blood glucose[J].Hubei Agricultural Sciences,2012,51(8):412-415

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Optimization for the Extracting Total Oil from Millet Rice Bran in East Hebei with SFE-CO2

Liu Jakun1Wang Tingting2Wang Qiutong1Han Wenfeng2

(Cangzhou Medical Colledge1, Cangzhou 061000) (Luohe Vocational Technology College2, Luohe 462000)

Taking millet rice as raw materials, optimal technology of SFE-CO2extraction oil was studied. On the basis of single-factor test, extraction pressure, extraction temperature and material-water ratio were selected as influence factors, and the extraction rate of oil was chosen as response value. On the basis of Box-Behnken test design principle, 3 facors and 3 levels were adopted to make response value analysis, and the quality and fatty acid composition of the extracted oil were determined. After anaylizing the significance and interaction of various factors, the optimum extraction condition were concluded as follow: temperature of 40℃,pressure of 35 MPa and the material-water ratio is 0.80. The exteraction rate of millet rice oil was up to 9.98%.The oil obtained under these conditions is healthy, in which the content of linoletic acid is up to 57%

millet rice bran, SFE-CO2, response surface analysis, extraction technology

2016-05-15

劉嘉坤，女，1980年出生，講師，食品提取工藝

韓文鳳，女，1979年出生，講師，食品的研究與開發(fā)

R917

A

1003-0174(2017)06-0096-04

時間：2017-01-24 10:51:47