枸杞精油的提取及工藝優(yōu)化

齊鑫裕，孫 濤，張 穎，徐麗娟

(銀川能源學(xué)院，寧夏 銀川 750105)

近年來，隨著市場經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，枸杞產(chǎn)業(yè)已成為寧夏回族自治區(qū)支柱性產(chǎn)業(yè)之一[1]。目前，市場上的枸杞產(chǎn)品主要以枸杞干果和枸杞酒為主，對于枸杞下游產(chǎn)業(yè)鏈的延伸急待開發(fā)。枸杞味甘、性平、清心熱，屬于藥食兩用產(chǎn)品[2]，民間常用于養(yǎng)生保健。從枸杞干果中提取精油是枸杞精加工和綜合利用的系列產(chǎn)品之一，具有進(jìn)入市場的潛在能力。

本實驗研究以寧夏中寧枸杞干果為試材，采用微波輔助萃取法提取其精油，利用單因素實驗結(jié)合響應(yīng)曲面法對枸杞精油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，找出枸杞精油提取的最優(yōu)條件，旨在為枸杞精油的高效獲取提供技術(shù)參考和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。

1 實驗部分

1.1 材料、試劑及儀器

枸杞干果(寧夏中寧產(chǎn)枸杞),石油醚(30～60 ℃),苯、乙酸乙酯 ,無水乙醇，均為分析純 。儀表恒溫水浴鍋；NK-MS600粉碎機(jī)；KJ2IB-B型微波爐；101FA-n型電熱鼓風(fēng)干燥箱；SHZ-D(III)循環(huán)水式多用真空泵；FA1104N電子天平；TDL80-2B臺式離心機(jī)。

1.2 實驗方法

1.2.1 枸杞精油的提取[3-4]

枸杞洗凈晾干，于真空干燥箱中110℃干燥2h，冷卻粉碎備用。準(zhǔn)確稱取枸杞樣品6.8 g，置于100 mL平底燒瓶中，按液固比20∶1mL/g加入石油醚(3060℃)浸泡24h。放入微波爐中用中火加熱8分鐘，微波功率700W。加熱后，取出，冷卻，靜置，抽濾，濾渣用石油醚洗滌3次，合并濾液，在水浴鍋中加熱除去石油醚。用離心機(jī)除去水分[2-3]。

1.2.2 枸杞精油收率計算

136mL溶劑抽濾得到提取液80mL，蒸餾回收得石油醚60mL，剩余液體20mL(精油和水的混合液)，洗渣，得到提取液56mL，再蒸餾，回收石油醚，最終得到枸杞精油和水的混合液共計16mL。

精油收率=離心后得到的精油量/總?cè)軇┝俊?00%

1.3 單因素試驗

以枸杞精油提取率為指標(biāo)，考察微波提取功率(300、400、500、600、700、800W)，微波提取時間(2、4、6、8、10、12 min)，液固比(10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1)三個因素對枸杞精油出油率的影響。

1.4 響應(yīng)曲面法設(shè)計實驗

利用微博輔助浸提法提取枸杞精油并在單因素實驗基礎(chǔ)上，選擇影響枸杞精油收率的三個最主要因素(微波功率、提取時間、液固比)作為變量，利用Design-Expert10軟件對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以精油的收率做為響應(yīng)值，建立數(shù)學(xué)回歸模型，找出提取枸杞精油的最優(yōu)條件[5]。

表1 響應(yīng)面分析試驗的因素與水平

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 不同溶劑提取對枸杞精油收率的影響

萃取劑不同，其對枸杞精油的溶解性也各不相同。實驗分別用石油醚(30～60℃)、無水乙醇、乙酸乙酯、蒸餾水等作為溶劑進(jìn)行實驗。結(jié)果表明，沸程為30～60℃的石油醚作為提取劑最為合適。因此本實驗采用沸程為30～60℃的石油醚作為提取溶劑[6]。

2.1.2 液固比對枸杞精油收率的影響

在微波提取時間5min，微波功率700W，石油醚(30～60℃)，其他條件固定不變，考察液固比對枸杞精油收率的影響。

圖1 液固比對枸杞精油收率的影響

由圖1可以看出，隨著液固比的上升，精油收率逐步上升，在液固比為20∶1mL/g處達(dá)到最大值。隨著液固比的繼續(xù)增大，精油收率開始下降，說明，溶劑用量增加提高了液固濃度差，同時增大了樣品與溶劑的接觸面積，有助于提高精油的擴(kuò)散速度[7]。

2.1.3 微波功率對枸杞精油收率的影響

微波提取時間5min，液固比20∶1mL/g，石油醚(30～60℃)，其他條件固定不變，研究微波功率對枸杞精油收率的影響，結(jié)果見下圖2。

圖2 微波功率對枸杞精油收率的影響

從圖2中可以看出，隨著微波功率的上升，精油收率增大，當(dāng)功率達(dá)到700W時，精油收率達(dá)到最大值。當(dāng)功率繼續(xù)增大，枸杞精油的收率出現(xiàn)下降趨勢。主要是因為微波功率太低，對細(xì)胞的損害相對較弱，細(xì)胞不能全部破裂，精油與溶劑混合不夠充分，使得收率變低。如果微波功率太大，一方面因石油醚沸點低易暴沸而不好控制，另一方面會造成精油成分變性[8]。

2.1.4 微波提取時間對枸杞精油收率的影響

微波功率700 W，液固比20∶1mL/g，石油醚(30～60℃)，其他條件固定不變，考察微波提取時間對精油收率的影響，得到結(jié)果見下圖2～圖3。

圖3 微波提取時間對枸杞精油收率的影響

從圖3可以看出，隨著微波提取時間的增大，精油收率也逐漸增大，當(dāng)時間為8min時精油收率達(dá)到最大值，之后隨著提取時間的繼續(xù)增加，精油收率開始下降。說明提取時間超過8min，枸杞會開始糊化導(dǎo)致溶液粘度增大，枸杞精油收率減少[9]。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

利用微波輔助浸提法提取枸杞精油并在單因素實驗基礎(chǔ)上，選擇影響枸杞精油收率的三個最主要因素(微波功率、提取時間、液固比)作為變量，利用Design-Expert10軟件對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以精油的收率做為響應(yīng)值，得到二次多項回歸方程：

Y=13.79-0.047A+0.00625B+0.014C+0.0075AB+0.0025AC+0.00BC-0.067A2-0.090B2-0.065C2。

方差分析結(jié)果如表2所示，一次項A、二次項A2、B2和C2的回歸系數(shù)顯著，回歸模型的F=8.65，表明該模型顯著，R2=0.9921，說明模型響應(yīng)值的變化99.21%來自所選因變量，預(yù)測值與實測值之間具有高度的相關(guān)性，實驗設(shè)計可靠。失擬項F=0.051，P>F>0.05，失擬項不顯著，說明該方程能充分反映實際情況[10]。

表2 響應(yīng)曲面試驗設(shè)計及結(jié)果

表3 方差分析結(jié)果

各因素對枸杞精油提取率的影響因素為提取時間>微波功率>固液比，其中，B2對枸杞精油提取率的影響極顯著，A，A2，B2，C2對其影響顯著?；貧w模型的曲面圖如圖4～6所示。

從圖4可以看出，枸杞精油收率隨著液固比A和微波提取時間B的增加而增加。液固比A增加能增大液固兩相中精油的濃度梯度，微波提取時間B的延長使精油充分?jǐn)U散溶出，繼而使得精油的收率提高[11]。故適當(dāng)?shù)脑黾右汗瘫華和微波提取時間B可提高枸杞精油的收率。

圖5 固液比A和微波功率C對枸杞精油收率D交互影響的響應(yīng)曲面圖

圖5可以看出，枸杞精油收率隨著液固比A和微波功率C的增加而逐漸增加。液固比A增加，能使得液固兩相中精油的濃度梯度增大，繼而使得精油溶出時的速率和收率提高。但溶劑的量增加的同時，回收溶劑時造成的資源浪費(fèi)也會增加。微波功率C增加，使得枸杞細(xì)胞破碎充分，從而使枸杞細(xì)胞中的精油充分快速的流出溶于溶劑中，使得精油收率提高[12]。所以適當(dāng)?shù)脑黾右汗瘫華和微波功率C可提高枸杞精油的收率。

圖6 微波提取時間B和微波功率C對精油收率D交互影響的響應(yīng)曲面圖

如圖6所示，枸杞精油收率隨著微波提取時間B和微波功率C的增加而逐漸增加。微波提取時間B的延長使精油充分?jǐn)U散析出，繼而使得精油的收率提高。微波功率C增加，使得枸杞細(xì)胞破碎充分，從而使枸杞細(xì)胞中的精油充分快速的流出溶于溶劑中[13]，使得精油收率提高。所以適當(dāng)?shù)脑黾右汗瘫華和微波功率C可提高枸杞精油的收率。

應(yīng)用Design-Expert10軟件中應(yīng)用優(yōu)化的數(shù)值函數(shù)，選擇最低點作為模型集中范圍內(nèi)的起點，使用最大值優(yōu)化[14]，優(yōu)化得微波提取枸杞精油的理論工藝條件為：微波功574.808W，提取時間7.10143min，液態(tài)固體比為26.3007∶1 mL/g，在此條件下，枸杞的精油得率為13.799%。

2.3 提取工藝響應(yīng)面分析結(jié)果驗證

為了檢驗響應(yīng)面法的可行性，對回歸得到的最佳提取條件進(jìn)行驗證試驗[15]?？紤]到試驗操作的可行性，將最優(yōu)提取條件改為：微波功率575W，微波提取時間7min，液固比26∶1 mL/g，試驗重復(fù)3次，在此條件下枸杞精油提取率為13.809 mg/g，與預(yù)測值基本一致。因此，響應(yīng)面法優(yōu)化所得的提取條件參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有一定的實用價值。

3 結(jié)論

以石油醚為溶劑，采用微波輔助浸提法提取枸杞精油，通過單因素實驗，Box-Behnken試驗設(shè)計對微波輔助浸出工藝進(jìn)行優(yōu)化。最佳的萃取條件是：(30～60℃)石油醚作溶劑，575 W微波功率，提取時間為7min，液固比為26∶1 mL/g，枸杞精油的收率為13.809%。為進(jìn)一步開發(fā)利用枸杞及其副產(chǎn)品提供了基礎(chǔ)理論試驗依據(jù)。