索氏抽提法測定蓖麻含油率的條件優(yōu)化

李東娜　陸建農(nóng)　黃潤生　林鴻杰　楊婷　顧帥磊　殷學貴

摘要：以淄蓖5號為材料，以種仁含油率為評價指標，通過單因素試驗和正交試驗研究了索氏抽提法中烘干順序、抽提溫度、抽提時間、溶劑種類及料液比等因素對測定結果的影響，對蓖麻含油率測定條件進行了優(yōu)化。結果表明，先研磨后烘干和石油醚抽提效果較好;最佳提取工藝條件為抽提時間6 h、抽提溫度50 ℃、料液比1 g ∶40 mL，在此條件下蓖麻含油率達到58.29%，優(yōu)化后的工藝條件實現(xiàn)了高效、低成本、低污染、低毒性。

關鍵詞：索氏抽提法;蓖麻;含油率;提取工藝;正交試驗

中圖分類號： TQ645.8+2;TS201.1文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）07-0236-05

蓖麻是油料作物，其主要經(jīng)濟來源是蓖麻油，籽粒含油量為45%～54%[1]。蓖麻油中油酸含量達80%～90%，其成分主要是12-羥基和順-9-十八碳-烯酸，化學性質獨特[2]。蓖麻是重要的化工原料，廣泛應用于醫(yī)藥制藥、航天航空、機械制造、紡織印染、精細化工等領域，共有700多種用途[3-4]。目前，蓖麻種植效益低，育種工作至關重要，而含油率的高低可以作為蓖麻選育的指標之一。含油率可用索氏抽提法進行測定。

索氏抽提法是利用索氏抽提器測定粗脂肪含量的一種方法，可以作為鑒定植物種子及果實品質優(yōu)劣的指標之一，被廣泛應用于油菜籽[5]、大豆[6]、芝麻[7]等植物上。將提取測定含油率的方法相比較，熱榨法與冷榨法提取測定含油率的效率較低，且熱榨法使用的溫度較高，一定程度上會造成不飽和脂肪酸含量的下降，導致最終結果較低;超臨界CO2萃取法設備復雜，造價高;水酶法成本高，因為使用的酶制劑價格太高;而索氏提取法不僅準確性與重現(xiàn)性好，而且快速、方便、設備操作簡單、成本低[8]，但其測定時間過長、測定值偏小，還可以進一步進行改進。

目前對蓖麻的研究尚淺，對蓖麻脂肪的提取和測定的報道也比較少。本試驗研究了不同烘干順序、提取溶劑、料液比、提取時間和提取溫度對測定蓖麻粗脂肪含量的影響，探究索氏抽提法提取蓖麻粗脂肪的最佳條件，得到高效、低成本、低污染、低毒性的測定方法，為測定不同蓖麻品種的粗脂肪含量和蓖麻的品種選育等打下基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

淄蓖5號，由廣東海洋大學植物分子育種試驗室提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗步驟

參考GB/T 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》，稱取若干粒蓖麻籽約1.500 0 g，去殼，得種仁，研磨種仁并置于濾紙中，烘干至恒質量，抽提后再烘干，計算得到含油率。

1.2.2 單因素試驗設計

以淄蓖5號為原材料，在保持其他條件不變的條件下，探究烘干順序（先烘干再研磨、先研磨再烘干、先烘干后研磨再烘干）、抽提時間（4、5、6、7、8 h）、抽提溫度（40、45、50、55、60 ℃）、溶劑種類（正己烷、乙酸乙酯、無水乙醇、石油醚）、料液比（1 g ∶20 mL、1 g ∶25 mL、1 g ∶30 mL、1 g ∶35 mL、1 g ∶40 mL、1 g ∶50 mL）對蓖麻種仁含油率測定的影響，稱量抽提前后蓖麻種仁的質量并計算其含油率，重復3次取平均值。

1.2.3 正交優(yōu)化試驗設計

根據(jù)單因素試驗的探究結果，索氏抽提法測定蓖麻含油率時，烘干順序、抽提時間、抽提溫度、溶劑種類和料液比對蓖麻含油率均有不同程度的影響。由單因素試驗結果和正交試驗原理為基礎進行3因素3水平正交試驗L9（33）（每組3個平行），以確定索氏抽提法測定蓖麻含油率的最佳條件。正交試驗設計的因素與水平見表1。

1.2.4 計算方法

用萬分之一天平稱量樣品的質量，分別測定種仁質量、種仁研磨及烘干后的質量、抽提及烘干后的質量。含油率計算公式為

蓖麻種仁含油量=（種仁研磨并烘干后的質量-抽提并烘干后的質量）/種仁質量×100%。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 烘干順序對含油率測定的影響

在抽提溫度50 ℃、 抽提時間 5 h、 以石油醚為溶劑等相同條件下，對烘干順序（先烘干再研磨、先研磨再烘干、先烘干后研磨再烘干）進行考察。由圖1和表2可知，采取先研磨后烘干的順序測得的含油率最高，先烘干再研磨所測得的含油率次之，而先烘干后研磨再烘干的操作測得的含油率最低，進行方差分析發(fā)現(xiàn)3個處理間差異顯著（P<0.05），所以選擇先研磨后烘干的順序進行試驗。

2.1.2 抽提時間對含油率測定的影響

在先研磨后烘干、抽提溫度50 ℃、以石油醚為溶劑等相同條件下，對抽提時間（4、5、6、7、8 h）進行考察。由圖2和表3可知，當抽提時間為4 h時測得的含油率較小，粗脂肪還沒有充分與石油醚反應，當抽提時間達到5 h后，所測得的含油率趨于平穩(wěn)，且各處理平均數(shù)差異極顯著（P<0.01），為了節(jié)省能源和時間，選取4、5、6 h作為正交試驗的因素值。

2.1.3 抽提溫度對含油率測定的影響

在先研磨后烘干、抽提時間5 h、以石油醚為溶劑等相同條件下，對抽提溫度（40、45、50、55、60 ℃）進行考察。由圖3和表4可知，抽提溫度在45～60 ℃時含油率呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，在50 ℃時含油率最高，在55～60 ℃ 呈下降趨勢，且各處理平均值間差異極顯著。因此選擇45、50、55 ℃作為正交試驗的因素值。

2.1.4 不同溶劑對含油率測定的影響

在先研磨后烘干、抽提時間5 h和抽提溫度50 ℃條件下，探究不同提取溶劑（正己烷、乙酸乙酯、無水乙醇、石油醚）對蓖麻含油率測定的影響。 由圖4和表5可知，以石油醚作為溶劑所測得的含油率遠大于其他3種溶劑，且各處理平均值間差異極顯著，所以選擇石油醚作為索氏抽提測定蓖麻含油率的溶劑。

2.1.5 不同料液比對含油率測定的影響

以先研磨后烘干為順序、以石油醚為溶劑、抽提時間5 h和抽提溫度50 ℃條件下，對不同料液比（1 g ∶20 mL、1 g ∶25 mL、1 g ∶30 mL、1 g ∶35 mL、1 g ∶40 mL、1 g ∶50 mL）進行考察。由圖5和表6可知，當料液比達到1 g ∶35 mL后，得到的含油率相差不大，趨于平緩，而1 g ∶（20～35） mL則處于上升趨勢。溶劑越多含油率越高，且各處理平均值間差異極顯著。但從經(jīng)濟角度考慮，料液比為1 g ∶35 mL時最適宜，因此，選用1 g ∶30 mL、1 g ∶35 mL和1 g ∶40 mL 作為正交試驗的因素值[9]。

2.2 索氏法提取蓖麻油正交試驗結果

根據(jù)單因素試驗結果，選取料液比、提取時間和提取溫度3個因素，并各取3個水平，進行正交試驗。

通過極差分析可知，各因素對蓖麻含油率提取率的影響主次順序為抽提時間（B）>料液比（A）>抽提溫度（C），最優(yōu)組合為A3B3C2，即料液比1 g ∶40 mL、抽提時間6 h、抽提溫度50 ℃（表7）。在此條件下蓖麻含油率達到58.29%。對正交試驗進行方差分析，結果表明，在該試驗條件下，不同抽提溫度、抽提時間及料液比對蓖麻的含油率均無顯著差異（表8）。

3 結論與討論

用索氏抽提法測定蓖麻含油率，通過單因素試驗得到其烘干順序是先研磨后烘干、抽提試劑為石油醚;正交試驗得到的最優(yōu)提取條件為抽提時間6 h、抽提溫度50 ℃、料液比1 g ∶40 mL，在此條件下蓖麻種仁含油率達到58.29%，符合最佳條件組合的結果。

在單因素試驗中，探究烘干順序對蓖麻含油率的影響時得出，采取先研磨后烘干的順序測得的含油率最高;先烘干再研磨所測得的含油率較低的原因可能是未研磨的種仁反應面積較小，其中大部分水分未能蒸發(fā)，水分削弱了對脂肪的萃取;先烘干后研磨再烘干的操作所對應的含油率最低，其原因可能是時間過久，脂肪發(fā)生氧化。對抽提時間進行探究時，得到當抽提時間大于5 h后，所測得的含油率趨于平穩(wěn)，其原因可能是隨著提取時間的延長，蓖麻種仁中的油脂逐漸被溶劑溶解析出，在5 h后蓖麻脂肪幾乎被完全提取[10]。對抽提溫度進行探究時，在40～45 ℃時所測得的含油率較低，其原因可能是溫度較低，反應慢，回流速度緩慢，使得萃取出的脂肪量較少;50 ℃前含油率處于上升狀態(tài)，原因是溫度的升高加快了分子間的熱運動，進而加快溶質的擴散和溶劑的滲透[11];55～60 ℃時含油率逐漸降低的原因是溫度太高，石油醚揮發(fā)太快，冷凝不充分，導致測得的含油率下降。探究不同提取溶劑對蓖麻含油率測定的影響時， 得出以石油醚作為溶劑所測得的含油率遠大于其他3種溶劑，其原因可能是蓖麻種仁脂肪在不同的溶劑中的溶解度不同，在50 ℃下沒有到達另外3種溶劑的沸點，所以測得的含油率比石油醚為溶劑時低。對不同料液比進行探究時，得出料液比達到1 g ∶35 mL 后，得到的含油率趨于平緩，而1 g ∶（20～35） mL 時則處于上升的趨勢。其原因可能是料液比在1 g ∶（20～35） mL 時，溶劑較少，能溶解的脂肪較少，且在反應過程中，反應體系中的石油醚揮發(fā)較快，因此只能萃取出少量脂肪，得到的含油率較低;而隨著溶劑的增多，蓖麻種仁中的脂肪能趨于被完全抽提出來，所以含油率趨于平緩。

蓖麻含油率的影響因素較多。李靖霞認為，蓖麻生育期越短，含油率則越低;同株上不同部位果穗種子的含油率也有所不同;百粒質量大的含油率高，反之含油率就低;收獲期對蓖麻含油率也有很大影響，收獲過早或過晚，酸價含量高，從而降低種子的含油率;種植密度大小也會影響蓖麻含油率[12]。李金琴等認為，容重對籽粒含油量的直接通徑系數(shù)最大[1]。代夢媛等認為，種子籽粒大、種皮顏色淺的蓖麻種子含油率較高[13]。黃鳳蘭等認為，蓖麻籽越長，粗脂肪含量越低，蓖麻油酸含量越高;體積越大，粗脂肪和蓖麻油酸含量越低;容重和百粒質量越高，粗脂肪和蓖麻油酸含量越高[14]。

回流速度對索氏抽提測定粗脂肪含量有一定的影響，由于地區(qū)和季節(jié)的差異，冷凝水的溫度和流速影響回流速度，所以試驗過程中也要考慮這個誤差因素，在之后的研究當中可考慮這一因素的探究。試驗過程中，關于溶劑種類的探究，還可以提高溫度再對含油率進行探究，同時還可以對丙酮、乙醚進行探究。王靜等在索氏法提取和測定油茶籽油的條件優(yōu)化探究中得到，用丙酮和石油醚作為溶劑測定含油率時含油率較高[10]，但丙酮和無水乙醚毒性較大，極易揮發(fā)且低濃度可致人昏迷，不適合作為試驗試劑長期使用[15]。此外，還可以采用超聲波提取法、微波提取法、水酶法、壓榨法、超臨界CO2萃取法等對蓖麻含油率進行測定和比較，其中羅明亮利用水酶法提取蓖麻油，研究發(fā)現(xiàn)，蓖麻研碎后，阻礙脂肪從細胞中釋放的主要原因是脂肪與蛋白質之間存在親和力，適當對細胞中的蛋白質進行破壞有利于脂肪的提取，用酶將纖維素和蛋白質適當水解，總油提取率最高可達86.93%[16]。黃鳳蘭等同樣采用索氏抽提法測定蓖麻粗脂肪含量，以通蓖5號蓖麻種子作為材料，通過單因素試驗對索氏提取法中的油脂稱重、濾紙包浸泡、濾紙包包法3個方面進行優(yōu)化，采用優(yōu)化后的方案提取的蓖麻粗脂肪雜質少、油脂澄清、獲得率高[17]。而本研究增加了烘干順序、抽提試劑、料液比、抽提溫度和抽提時間的探究，且對料液比、抽提時間、抽提溫度進行了正交試驗探究。黃鳳蘭等認為浸泡過夜能夠使反應更加充分且含油率提取更好，可進一步探究浸泡時間對蓖麻含油率測定的影響[17]。

本試驗探究索氏抽提法提取蓖麻油的最佳工藝條件旨在節(jié)省時間、節(jié)省能源消耗、減少檢測工作量、節(jié)約試劑、減少試劑損失和環(huán)境污染等[18]，提高抽提的效率，更高效地得出更好的含油率數(shù)據(jù)，為蓖麻的育種工作提供參考，為蓖麻的開發(fā)和利用提供理論和實踐基礎，有利于進一步探索蓖麻的含油率提取和測定。

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