超聲波輔助提取牡丹籽油的工藝優(yōu)化研究

羅國平，梁宇柱，閆夢茹，張存勞，孟會寧，陳 程，王小寧

(1.西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，西安 710021； 2.西安中糧工程研究設(shè)計院有限公司，西安 710082； 3.山東步長醫(yī)藥銷售有限公司，山東 菏澤 274418)

油脂加工

超聲波輔助提取牡丹籽油的工藝優(yōu)化研究

羅國平1，梁宇柱2，閆夢茹1，張存勞1，孟會寧3，陳 程1，王小寧1

(1.西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，西安 710021； 2.西安中糧工程研究設(shè)計院有限公司，西安 710082； 3.山東步長醫(yī)藥銷售有限公司，山東 菏澤 274418)

研究了超聲波輔助提取牡丹籽油。采用單因素試驗研究提取次數(shù)、液料比、提取溫度、提取時間對牡丹籽油提取率的影響；分別以牡丹籽油提取率和綜合評分為指標(biāo)，采用正交試驗優(yōu)化超聲波輔助提取牡丹籽油的工藝條件。結(jié)果表明：以綜合評分為評價指標(biāo)更具優(yōu)勢，其兼顧了提取牡丹籽油的提取率和品質(zhì)，更為全面和合理。以綜合評分為指標(biāo)，最優(yōu)提取條件為液料比4∶1、提取溫度40℃、提取時間50 min、提取次數(shù)2次。在最優(yōu)條件下，牡丹籽油提取率、牡丹籽油中α-亞麻酸和亞油酸含量分別為93.1%、31.7%和26.8%。

牡丹籽油；超聲波輔助提??；提取工藝；優(yōu)化

牡丹(PaeoniasuffruticosaAndr.)是毛茛科芍藥屬灌木[1]，我國是牡丹的種植大國，種類繁多。不同產(chǎn)地的牡丹籽產(chǎn)量有所不同，尤以河南洛陽、山東菏澤產(chǎn)量最多[2]。牡丹籽油是我國特有的木本堅果油，因其具有豐富的營養(yǎng)，又有醫(yī)療保健功效，被稱為植物油中的珍品。牡丹籽油中含有油酸、亞油酸、α-亞麻酸、維生素E等多種營養(yǎng)成分，具有良好的功能作用[3]。

目前，牡丹籽油的提取方法有超聲波輔助提取法、微波輔助提取法和超臨界CO2萃取法、壓榨法、有機溶劑回流提取法等[4-5]。多數(shù)文獻在進行提取方法的選擇和提取條件的優(yōu)化時，選用的評價指標(biāo)只有牡丹籽油的提取率或得率[6]。筆者認(rèn)為，牡丹籽油的提取工藝不僅要考慮提取率，還要考慮油脂品質(zhì)。油脂在加工過程中會受到一系列因素的影響[7-9]，其中溫度對多不飽和脂肪酸影響較為明顯[10]。

亞油酸是人體必需的不飽和脂肪酸，能降低血液膽固醇、預(yù)防動脈粥樣硬化；α-亞麻酸具有增強自身免疫能力、增強記憶力、延緩衰老、保護視力、降低血脂、降低血壓、降低血糖、抑制出血性腦疾病和血栓性疾病、抑制癌癥的發(fā)生和轉(zhuǎn)移、預(yù)防過敏性疾病以及抗炎抗氧化等作用[11]。因此，筆者在采用正交試驗優(yōu)化超聲波輔助提取牡丹籽油工藝條件時，評價指標(biāo)采用綜合評分的辦法，既考慮到牡丹籽油提取率的高低，又考慮了亞油酸、α-亞麻酸含量的多少[12]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

山東菏澤牡丹籽，購自眾達油用牡丹合作社；α-亞麻酸對照品(批號463401-20160428)、亞油酸(批號60333-20151228)，購自Solarbio公司；甲醇、乙腈均為色譜純，由天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)；正己烷、石油醚(沸程60～90℃)、丙酮、乙酸乙酯、磷酸均為分析純，由天津市富宇精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)。

1.1.2 儀器與設(shè)備

安捷倫1260型高效液相色譜儀，UV-2012型紫外可見分光光度計，KQ-5200E型超聲波清洗器，ALC-210.4型精密電子天平，Q/Xd002-05 電熱套，DZKW-O-4 電熱恒溫水浴鍋，DHG914OB 電熱鼓風(fēng)干燥箱，8HZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵，BCD-Z15KS冰箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 牡丹籽油的提取

取牡丹籽，去殼后粉碎，過50目篩(3號藥篩)。稱取牡丹籽粉15 g，加入一定體積正己烷，在一定溫度條件下采用超聲波(頻率40 kHz)輔助提取一定時間后，過濾(如需提取多次，將前一次提取后的殘渣按液料比再加正己烷進行再次提取)，收集濾液，回收溶劑，稱重，計算牡丹籽油的提取率。

1.2.2α-亞麻酸、亞油酸含量的測定

α-亞麻酸、亞油酸含量測定參考文獻[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 提取次數(shù)的選擇

在液料比6∶1、提取時間40 min、提取溫度50℃的條件下，考察不同提取次數(shù)對牡丹籽油提取率的影響。結(jié)果見表1。

表1 提取次數(shù)對牡丹籽油提取率的影響

由表1可知，牡丹籽油提取2次和提取1次的提取率差異較大，而提取3次與提取2次的提取率差異較小?？紤]到成本和效率，選擇提取次數(shù)為2次。

2.1.2 液料比的選擇

在提取溫度50℃、提取時間40 min、提取次數(shù)2次的條件下，考察不同液料比對牡丹籽油提取率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 液料比對牡丹籽油提取率的影響

由圖1可知，液料比在2∶1～6∶1范圍內(nèi)，牡丹籽的提取率呈上升趨勢，液料比為6∶1時達到最大；液料比在6∶1～10∶1范圍內(nèi)提取率呈下降趨勢。分析原因，可能與提取液在回收溶劑時，溶劑量越大，需要的時間越長，牡丹籽油中揮發(fā)性組分損失越多有關(guān)。故選擇液料比為6∶1。

2.1.3 提取溫度的選擇

在液料比6∶1、提取時間40 min、提取次數(shù)2次的條件下，研究提取溫度對牡丹籽油提取率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 提取溫度對牡丹籽油提取率的影響

由圖2可知，隨著提取溫度的升高，牡丹籽油提取率先升后降，在提取溫度為40℃時提取率最高。分析原因，隨著提取溫度升高，分子運動加速提取率升高。但當(dāng)提取溫度過高時，溶劑揮發(fā)快，導(dǎo)致溶劑與物料接觸的表面積減小，濃度差也減小。另外，高溫會使牡丹籽油中的成分受到破壞，少量的揮發(fā)油也會損失，從而導(dǎo)致牡丹籽油提取率下降[13-14]。故選擇提取溫度為40℃。

2.1.4 提取時間的選擇

在液料比6∶1、提取溫度50℃、提取次數(shù)2次的條件下，研究提取時間對牡丹籽油提取率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 提取時間對牡丹籽油提取率的影響

由圖3可知，提取時間在20～40 min范圍內(nèi)，隨著提取時間的延長提取率上升速度較快；提取時間在40～60 min范圍內(nèi)，隨著提取時間的延長提取率上升速度緩慢。分析原因，由于提取初期固液濃度差大，擴散速度快，故提取率隨提取時間延長顯著升高，但隨著固液濃度差逐漸減小，導(dǎo)致提取率上升速度放緩并趨于平穩(wěn)[15-16]。 故選擇提取時間為40 min。

2.2 正交試驗

2.2.1 正交試驗設(shè)計及結(jié)果分析

在單因素試驗基礎(chǔ)上，固定提取次數(shù)為2次，采用正交試驗進一步優(yōu)化液料比(A)、提取溫度(B)和提取時間(C)3個因素，選擇三因素三水平做正交試驗，分別以牡丹籽油的提取率和綜合評分為指標(biāo)，優(yōu)化超聲波輔助提取牡丹籽油的工藝條件。因素水平見表2，正交試驗結(jié)果及分析見表3，方差分析見表4。

由表2、表3可知，各因素對提取率的影響大小排序為B>A>C，即提取溫度> 液料比>提取時間，最優(yōu)組合為A1B3C3，即液料比4∶1、提取溫度50℃、提取時間50 min。各因素對綜合評分的影響大小排序為B>C>A，即提取溫度>提取時間>液料比，最優(yōu)組合為A1B2C3，即液料比為4∶1、提取溫度40℃、提取時間50 min。

表2 因素水平

表3 正交試驗結(jié)果及分析

注：綜合評分時，牡丹籽油的提取率、亞油酸和α-亞麻酸含量三者評分權(quán)重系數(shù)分別為0.50、0.25和0.25，綜合評分的計算公式為：綜合評分=牡丹籽油提取率/(牡丹籽油提取率)max×100×0.50+牡丹籽油中α-亞麻酸含量/(牡丹籽油中α-亞麻酸含量)max×100×0.25+牡丹籽油中亞油酸含量/(牡丹籽油中亞油酸含量)max×100×0.25。

表4 方差分析

可以看出，分別以牡丹籽油的提取率和綜合評分為指標(biāo)，最優(yōu)條件中提取溫度有差異。由表4可知，提取溫度對提取率的影響顯著。雖然提取溫度高有利于提高牡丹籽油的提取率，但會影響牡丹籽油的品質(zhì)。因此，應(yīng)選擇以綜合評分為評價指標(biāo)確定的最優(yōu)條件作為牡丹籽油的提取條件。

2.2.2 驗證試驗

在液料比4∶1、提取溫度40℃、提取時間50 min、提取次數(shù)2次的條件下，進行3次重復(fù)驗證試驗。牡丹籽油提取率、牡丹籽油中α-亞麻酸和亞油酸含量的平均值分別為93.1%、31.7%和26.8%，與正交試驗中相應(yīng)的最高值相當(dāng)甚至高出，故優(yōu)化的超聲波輔助提取條件合理、可行。

3 結(jié) 論

采用單因素試驗研究提取次數(shù)、液料比、提取溫度、提取時間對牡丹籽油提取率的影響，在此基礎(chǔ)上采用正交試驗，分別以牡丹籽油的提取率和綜合評分為指標(biāo)，優(yōu)化超聲波輔助提取牡丹籽油的工藝條件。兩種評價指標(biāo)得到的最優(yōu)條件中只有提取溫度有差異，雖然提取溫度高有利于提高牡丹籽油的提取率，但會影響牡丹籽油的品質(zhì)，故應(yīng)以綜合評分為評價指標(biāo)。最優(yōu)提取條件為液料比4∶1、提取溫度40℃、提取時間50 min、提取次數(shù)2次。在最優(yōu)條件下，牡丹籽油的提取率、牡丹籽油中α-亞麻酸和亞油酸含量分別為93.1%、31.7%和26.8%。以綜合評分作為評價指標(biāo)更具優(yōu)勢，其兼顧了提取牡丹籽油的提取率和品質(zhì)，更為全面和合理。

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Ultrasound-assisted extraction of oil fromPaeoniasuffruticosaAndr. seed

LUO Guoping1，LIANG Yuzhu2，YAN Mengru1，ZHANG Cunlao1，MENG Huining3，CHEN Cheng1，WANG Xiaoning1

(1.Pharmaceutical Institute, Xi’an Medical University, Xi’an 710021, China;2. Xi’an COFCO Engineering Research and Design Institute Co., Ltd., Xi’an 710082, China;3. Shandong Buchang Medicine Co., Ltd., Heze 274418, Shandong, China)

The ultrasound - assisted extraction of oil fromPaeoniasuffruticosaAndr. seed was studied. The effects of extraction times, ratio of liquid to solid, extraction temperature and extraction time on the extraction rate ofPaeoniasuffruticosaAndr. seed oil were studied by single factor experiment. With extraction rate and comprehensive score ofPaeoniasuffruticosaAndr. seed oil as indexes respectively, the ultrasound-assisted extraction conditions ofPaeoniasuffruticosaAndr. seed oil were optimized by orthogonal experiment. The results showed that the comprehensive score was superior to extraction rate, and it was more comprehensive and reasonable to take into account the extraction rate and quality ofPaeoniasuffruticosaAndr. seed oil.With comprehensive score ofPaeoniasuffruticosaAndr. seed oil as index, the optimal extraction conditions were obtained as follows: ratio of liquid to solid 4∶1, extraction temperature 40℃，extraction time 50 min, and extraction times twice. Under these conditions, the extraction rate, contents ofα-linolenic acid and linoleic acid inPaeoniasuffruticosaAndr. seed oil were 93.1%, 31.7% and 26.8%, respectively.

PaeoniasuffruticosaAndr. seed oil; ultrasound-assisted extraction; extraction process; optimization

2016-11-21;

2017-02-17

2016年陜西省教育廳專項科研計劃項目(16JK1650)：陜西省2014年省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(1644)；西安醫(yī)學(xué)院2015年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(2015DXS1-18)

羅國平(1979)，男，副教授，碩士，主要從事藥物新制劑、新劑型和新技術(shù)的教學(xué)和科研工作(E-mail)36163297@qq.com。

TS225.1;TS224

A

1003-7969(2017)05-0001-04