糜子殼油超聲輔助提取工藝優(yōu)化及脂肪酸組成分析

苗欣月 朱 丹 顏飛翔牛廣財(cái) 魏文毅 朱立斌

(1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2. 黑龍江省農(nóng)產(chǎn)品加工工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319；3. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

糜子(PanicummiliaceumL.)屬禾本科黍?qū)?，又稱黍稷，其籽粒脫皮后稱黃米，是北方傳統(tǒng)糧食作物之一[1]。糜子殼是糜子籽粒脫皮加工過(guò)程中的主要副產(chǎn)物，通常作為飼料或者被丟棄。隨著近年來(lái)對(duì)谷物副產(chǎn)物研究的逐漸增加，糜子殼中有效成分也越來(lái)越受到關(guān)注。例如，王振等[2]采用超聲波輔助法優(yōu)化了糜子殼中多酚的提取工藝；關(guān)正萍等[3]采用超聲波振蕩法確定了糜子中的β-胡蘿卜素提取工藝；田翔等[4]利用索氏提取法確定了黃米中油的最佳提取工藝條件，即在液料比為20∶1 (mL/g)，提取溫度80 ℃，淋洗時(shí)間30 min時(shí)，糜子油得率為4.51%，采用氣相色譜—質(zhì)譜法分析糜子油脂肪酸為亞油酸(12.371%)、油酸(44.157%)、亞麻酸(1.173%)、棕櫚酸(23.948%)和硬脂酸(5.676%)等主要脂肪酸。表明脫去糜子外殼的黃米油中以不飽和脂肪酸為主，屬于優(yōu)質(zhì)脂肪酸。研究[5-6]表明，不飽和脂肪酸對(duì)人體有重要的生理功能，能調(diào)節(jié)人體脂質(zhì)代謝和交感神經(jīng)、治療和預(yù)防心血管疾病、抗癌、抗炎、營(yíng)養(yǎng)腦細(xì)胞、降血脂等。

目前尚未見(jiàn)有關(guān)糜子殼中的油脂提取及其脂肪酸組成的研究報(bào)道。試驗(yàn)擬采用超聲波輔助法提取糜子殼中的油脂，采用響應(yīng)面法優(yōu)化糜子殼中油脂的提取工藝，并通過(guò)氣相色譜(GC)法分析糜子殼油的脂肪酸組成，以期為糜子殼油的開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

糜子殼粉：黑龍江省肇源縣產(chǎn)龍黍23品種，礱米后的副產(chǎn)物；

正己烷：分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；

37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品：美國(guó)Sigma Aldrich公司；

其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

超聲波清洗器：KH-500DE型，昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司；

真空泵：SHZ-DⅢ型，攻義市予華儀器有限責(zé)任公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE-2000B型，上海亞榮生化儀器廠；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：101-2AB型，天津市泰斯特儀器有限公司；

電子天平：EX324型，奧豪斯儀器(上海)有限公司；

多功能粉碎機(jī)：GY-FS-02型，江西贛云食品機(jī)械有限公司；

氣相色譜儀：7890A型，美國(guó)Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 原料預(yù)處理 將糜子殼粉經(jīng)高速粉碎機(jī)粉碎成60目粉末，密封罐保存，備用。

1.2.2 糜子殼油超聲波輔助提取的操作要點(diǎn) 準(zhǔn)確稱取一定量糜子殼粉末于錐形瓶中，按一定比例加入正己烷溶劑，置于超聲波清洗器中，在設(shè)定的料液比、超聲波功率、提取時(shí)間、提取溫度下進(jìn)行糜子殼中油的提取。超聲波萃取結(jié)束后，將所得提取液用布氏漏斗進(jìn)行超濾，收取濾液，然后利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮并回收溶劑。將濃縮后的油樣置于干燥箱中，60 ℃下干燥揮干殘留溶劑，得到糜子殼油，稱量并計(jì)算糜子殼油的得率。其得率按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：

Y——得率，%；

m1——恒重后旋蒸瓶和糜子殼油的質(zhì)量，g；

m0——旋蒸瓶的質(zhì)量，g；

m——糜子殼粉末的質(zhì)量，g。

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1) 超聲波功率對(duì)糜子殼油得率的影響：固定液料比8∶1 (mL/g)，提取溫度50 ℃，提取時(shí)間20 min，考察超聲波功率(200，250，300，350，400，450 W)對(duì)糜子殼油得率的影響。

(2) 液料比對(duì)糜子殼油得率的影響：固定超聲波功率200 W，提取溫度50 ℃，提取時(shí)間20 min，考察液料比[8∶1，10∶1，12∶1，14∶1，16∶1 (mL/g)]對(duì)糜子殼油得率的影響。

(3) 提取溫度對(duì)糜子殼油得率的影響：固定超聲波功率200 W，液料比8∶1 (mL/g)，提取時(shí)間20 min，考察提取溫度(40，50，60，70，80 ℃)對(duì)糜子殼油得率的影響。

(4) 提取時(shí)間對(duì)糜子殼油得率的影響：固定超聲波功率200 W，液料比8∶1 (mL/g)，提取溫度50 ℃，考察提取時(shí)間(20，30，40，50，60 min)對(duì)糜子殼油得率的影響。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取超聲波功率、液料比、提取溫度、提取時(shí)間4個(gè)因素為考察對(duì)象，以糜子殼油得率為響應(yīng)值，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)，對(duì)糜子殼油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。

1.2.5 糜子殼油的脂肪酸組成分析

(1) 甲酯化：參照GB 5009.168—2016方法，稱取0.1 g糜子殼油置于100 mL平底燒瓶中，加入2%氫氧化鈉甲醇溶液8 mL，80 ℃水浴回流至油滴消失。從回流冷凝器上端加入7 mL 15%三氟化硼甲醇溶液，并繼續(xù)回流2 min，迅速冷卻至室溫。然后準(zhǔn)確加入10 mL正庚烷，振搖2 min。加入飽和氯化鈉水溶液后靜置分層。吸取上層正庚烷提取溶液約5 mL于試管中，加入4 g左右無(wú)水硫酸鈉，振搖1 min，靜置5 min，取上層溶液到進(jìn)樣瓶中待測(cè)定。

(2) GC分析條件：色譜柱為CNW CD-2560 (100 m×0.25 mm，0.20 μm)；FID檢測(cè)器；檢測(cè)器溫度260 ℃；進(jìn)樣口溫度250 ℃；進(jìn)樣量1 μL；載氣流速0.5 mL/min；分流比10∶1；升溫程序?yàn)?30 ℃保持5 min，再以4 ℃/min的速率升溫至240 ℃并保持30 min[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 超聲波功率對(duì)糜子殼油得率的影響 由圖1可知，當(dāng)超聲波功率>250 W時(shí)，糜子殼油的得率隨超聲波功率的增大呈先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)超聲波功率為350 W時(shí)糜子殼油的得率較高，為5.68%。當(dāng)超聲波功率繼續(xù)增大到一定值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量無(wú)用氣泡，不利于超聲波在液體內(nèi)的傳播，導(dǎo)致糜子殼油的得率下降[8]。同時(shí)，超聲波功率增大，會(huì)導(dǎo)致局部溫度過(guò)高，使油脂揮發(fā)。因此，超聲波提取糜子殼油的最適超聲波功率為350 W。

Figure 1 Effect of ultrasonic power on the yield ofPanicummiliaceumL. shell oil

2.1.2 液料比對(duì)糜子殼油得率的影響 由圖2可知，當(dāng)液料比為8∶1～12∶1 (mL/g)時(shí)，糜子殼油的得率逐漸上升并達(dá)到5.82%，可能是因?yàn)殡S著提取溶劑的增加，糜子殼與正己烷溶劑的接觸面積增大，擴(kuò)散速度提高，從而使糜子殼油得率增加[9]；但溶劑量繼續(xù)增大時(shí)，糜子殼油得率逐漸減小，說(shuō)明繼續(xù)增大液料比已不能提高糜子殼油的得率。因此，超聲波提取糜子殼油的最適液料比為12∶1 (mL/g)。

2.1.3 提取溫度對(duì)糜子殼油得率的影響 由圖3可知，當(dāng)溫度由40 ℃上升到70 ℃時(shí)，得率呈上升趨勢(shì)，最高點(diǎn)的提取率為5.94%。這可能是因?yàn)殡S著溫度的升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)加快，使油脂的擴(kuò)散作用增強(qiáng)，提高了糜子殼油的得率[10]。隨著提取溫度的繼續(xù)上升，得率反而下降，可能是由于提取溫度逐漸接近于萃取溶劑正己烷的沸點(diǎn)，使部分正己烷揮發(fā)，減少了與樣品的接觸，不利于糜子殼油的提取[11]。因此，超聲波提取糜子殼油的最適溫度為70 ℃。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

Figure 2 Effect of Liquid to solid ratio on the yield ofPanicummiliaceumL. shell oil

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

Figure 3 Effect of extraction temperature on the yield ofPanicummiliaceumL. shell oil

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)糜子殼油得率的影響 由圖4可知，糜子殼油的得率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)提取時(shí)間為40 min時(shí)得率最大，達(dá)6.10%，然后又緩慢下降。這可能是由于超聲波處理時(shí)間越長(zhǎng)，糜子殼粉末中油脂溶入溶劑中的量越多，從而增加了油脂得率。隨著超聲波提取時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，可能使提取溶劑揮發(fā)，導(dǎo)致糜子殼油的得率減小[12]。因此，超聲波提取糜子殼油的最適提取時(shí)間為40 min。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

Figure 4 Effect of extraction time on the yield ofPanicummiliaceumL. shell oil

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定超聲波功率、液料比、提取溫度和提取時(shí)間的取值水平見(jiàn)表1。對(duì)糜子殼油的提取工藝進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2，回歸模型方差分析見(jiàn)表3。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表

Table 1 Factors and levels of response surface experiment

水平A超聲波功率/WB液料比(mL/g)C提取溫度/℃D提取時(shí)間/min-130010∶15040035012∶16050140014∶17060

根據(jù)Design-Expert 8.0.6數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合，得到回歸擬合方程為：

Y=6.82-0.023A-4.167E-003B+0.086C+0.027D+0.022AB+0.11AC+0.035AD+0.020BC+0.01BD+0.12CD-0.26A2-0.28B2+0.092C2-0.31D2。

(2)

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

經(jīng)Design-Expert 8.0.6軟件分析后，得到超聲波提取糜子殼油的最佳工藝條件為超聲波395.01 W，液料比為12.14∶1 (mL/g)，提取溫度70.00 ℃，提取時(shí)間為52.93 min，經(jīng)軟件分析，此條件下糜子殼油得率的理論值為6.90%?？紤]到實(shí)際操作的便利性，將結(jié)果調(diào)整為：超聲波功率400 W，液料比12∶1 (mL/g)，提取溫度70 ℃，提取時(shí)間50 min，在此條件下進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到糜子殼油的平均得率為6.95%。

2.3 糜子殼油脂肪酸組成分析

由表4可知，超聲波輔助提取的糜子殼油中檢測(cè)出5種脂肪酸，為亞油酸、油酸、棕櫚酸、亞麻酸和花生一烯酸，其含量分別為70.10%，20.00%，8.79%，0.89%，0.21%。該方法制得的糜子殼油脂中的脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，其含量占總脂肪酸的91.21%，其中油酸和亞油酸最多，二者占該油脂中不飽和脂肪酸含量的98.78%。因此，糜子殼油是一種富含不飽和脂肪酸的優(yōu)質(zhì)食用油。不飽和脂肪酸具有調(diào)節(jié)血脂、治療干眼癥、改善老年癡呆、降血壓等作用[13-15]。田翔等[4]利用索氏提取法得到的脫去糜子外殼的黃米中油的脂肪酸組成為亞油酸(12.371%)、油酸(44.157%)、亞麻酸(1.173%)、棕櫚酸(23.948%)和硬脂酸(5.676%)。試驗(yàn)中未檢測(cè)到硬脂酸，但檢出了花生一烯酸，可能與原料部位、品種或者產(chǎn)地等因素有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明，糜子殼油具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功效，具有良好的應(yīng)用前景，可以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。

表4 糜子殼油脂肪酸組成及相對(duì)含量

Table 4 Fatty acid composition and relative content ofPanicummiliaceumL. shell oil

脂肪酸種類含量/%亞油酸70.10油酸20.00棕櫚酸8.79亞麻酸0.89花生一烯酸0.21

表3 回歸模型方差分析?

? *P<0.05，差異顯著；**P<0.01，差異極顯著。

3 結(jié)論

采用超聲波輔助提取糜子殼中的油脂，通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，得出糜子殼油的最佳提取工藝條件為超聲波功率400 W，液料比12∶1 (mL/g)，提取溫度70 ℃，提取時(shí)間50 min，此條件下的糜子殼油得率為6.95%。糜子殼油脂肪酸組成分析表明：糜子殼油中的脂肪酸以不飽和脂肪酸為主，其中，亞油酸、油酸、亞麻酸和花生一烯酸的含量分別為70.10%，20.00%，0.89%，0.21%，說(shuō)明糜子殼油有望成為一種新型的營(yíng)養(yǎng)健康食用油。后續(xù)將進(jìn)一步研究該油脂的品質(zhì)及其穩(wěn)定性。