蘿卜籽油溶劑提取工藝及其脂肪酸組成研究

朱涵彬，李 靚，陶 雨

河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院 (鄭州 450046)

蘿卜[1]，又稱萊菔或者水蘿卜，形態(tài)為圓錐形，全國各地都有種植，尤其在低海拔地區(qū)更為普遍，可四季播種。蘿卜原產(chǎn)地為中國，我國種植蘿卜已經(jīng)有2700 多年的歷史，品類極多。蘿卜用途廣泛，以食用為主，可入藥，種子可榨油，工業(yè)用及食用[2]。蘿卜的籽，又稱萊菔子、菜頭子等，為橢圓形，表面呈紅褐色或黃褐色，有細網(wǎng)紋，種皮薄而脆，味淡、伴有苦與辛辣。蘿卜籽還可配蜂蜜飲用，二者具有協(xié)同作用可治療胃氣、胃脹、腹部脹痛以及消化不良等，蘿卜籽同時對于便秘、慢性胃炎、急性腸梗阻、急性胰腺炎和術(shù)后腹脹等方面有較好的治愈效果[3]。蘿卜籽油屬于半干性食用油，顏色透黃，半透明，營養(yǎng)豐富。蘿卜籽油中含有亞油酸、芥酸、亞麻酸等，還含有菜油甾醇、菜籽甾醇和維生素等。

蘿卜籽油作為一種新型油源，可以給我國經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定帶來有益的影響，所以有很大的研究開發(fā)價值。實驗結(jié)合目前對蘿卜籽油溶劑提取工藝的研究，采用響應(yīng)面法對蘿卜籽油溶劑提取工藝進一步優(yōu)化，且對蘿卜籽油的脂肪酸組成及含量進行了分析。為蘿卜籽油的工業(yè)化生產(chǎn)提供更多可利用的信息，推進蘿卜籽油的商業(yè)開發(fā)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘿卜籽，一級，湖北省武漢市蔬菜科學(xué)研究所；石油醚，沸程30 ℃～60 ℃，分析純，珠海嘉億生物科技有限公司；正己烷，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；甲醇，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鉀，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

Sox406脂肪測定儀，濟南海能儀器股份有限公司；DGG-9030A鼓風(fēng)干燥箱，鄭州南北儀器設(shè)備有限公司；HR-08多功能粉碎機，上海哈瑞斯電器有限公司；FA1004T分析天平，廈門雄發(fā)儀器儀表有限公司；安捷倫6890氣相色譜儀，安捷倫科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1蘿卜籽油的溶劑提取

1.2.1.1 原料的預(yù)處理

將挑選后的飽滿蘿卜籽放置于烘箱中干燥，在100 ℃下烘干4 h，烘干之后，用研缽研磨或小型粉碎機粉碎，得到籽仁粉，粉碎之后的樣品過100 mm目篩，放置于干燥箱中留存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.1.2 溶劑提取

準確稱取2 g粉碎過的蘿卜籽粉末，記為m，稱量恒重的干燥脂肪杯，記為m1，用濾紙包好置于脂肪杯中，加入適量比例的石油醚，抽提完畢后，進行石油醚的回收，接著烘干脂肪杯，直至恒重稱量，記錄重量為m2。

1.2.1.3 計算方法：

(1)

式中：W表示蘿卜籽油的提取率，%；m1表示脂肪杯的質(zhì)量，g；m2表示蘿卜籽油和脂肪杯的質(zhì)量，g；m表示樣品質(zhì)量，g。

1.2.2單因素實驗設(shè)計

選取石油醚作為溶劑，對預(yù)處理過的蘿卜籽進行萃取，然后進行工藝優(yōu)化研究。實驗中的料液比、抽提時間和抽提溫度為實驗因素，以提取率為實驗因素選取的依據(jù)，對單一因素的不同水平進行單因素實驗，計算蘿卜籽油的提取率，做3 次平行實驗，取平均值。

1.2.2.1 料液比對蘿卜籽油提取率的影響

設(shè)定提取時間為4 h，提取溫度為40 ℃，分別以14∶1、16∶1、18∶1、20∶1、22∶1、24∶1的料液比(mL/g)量取相應(yīng)的石油醚于脂肪杯中抽提。

1.2.2.2 提取溫度對蘿卜籽油提取率的影響

設(shè)定提取時間為1 h，料液比(mL/g)為20∶1，分別在35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃的溫度下抽提。

1.2.2.3 提取時間對蘿卜籽油提取率的影響

設(shè)定料液比(mL/g)為20∶1，提取溫度為40 ℃，分別抽提1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h、3.5 h、4.0 h、4.5 h、5.0 h。

1.2.3響應(yīng)面法實驗設(shè)計

使用Design-Expert 8.0.6軟件，在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以料液比A、提取溫度B和提取時間C這3 個影響因素為實驗因素，各個因素以不同的實驗水平分別以 -1、0、1進行編碼，以蘿卜籽油的提取率Y為響應(yīng)值，采用響應(yīng)面法設(shè)計3 因素3 水平實驗，對蘿卜籽油溶劑提取的工藝條件進行優(yōu)化。

1.2.4蘿卜籽油脂肪酸組成分析

1.2.4.1 樣品制備

準確稱取0.1 g蘿卜籽油，于25 mL容量瓶中，加入5 mL正己烷溶解油樣，再加入400 μL，4 moL/L氫氧化鉀-甲醇溶液，進行酯交換反應(yīng)30 min，將脂肪酸甘油酯轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的脂肪酸甲酯后，取正己烷層進行氣相色譜分析。

1.2.4.2 色譜條件

色譜柱：HP-88柱(100 m×250 μm×0.25 μm)，恒流1.0 mL/min；進樣口溫度240 ℃；分流比40∶1；程序升溫，以140 ℃保持5 min，再以4 ℃/ min升到240 ℃，保持15 min；載氣為氮氣(N2)；進樣量1 μL；檢測器FID，250 ℃，氫氣45 mL/min，空氣450 mL/min，尾吹43 mL/min。

1.2.4.3 試樣分析

用標準物色譜峰的保留時間定性，用峰面積歸一化法計算各化合物的相對百分含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 蘿卜籽油溶劑提取單因素實驗結(jié)果

2.1.1料液比對蘿卜籽油提取率的影響

由圖 1 可看出，當料液比(mL/g)在14～16的區(qū)間內(nèi)，蘿卜籽油的提取率逐步降低，隨著料液比進一步增大，提取率逐漸增加，當料液比在18 mL/g時提取率最大。當料液比進一步增加時，蘿卜籽油的提取率開始下降?？赡苁且驗樵谝欢ǖ牧弦罕确秶鷥?nèi)，料液比的增加有利于增加種子粉末與溶劑的接觸機會，增大組織體系內(nèi)的濃度差，有利于油脂成分的溶出。當料液比增加到一定量的時候，油脂成分的溶解達到了一種動態(tài)平衡，石油醚溶液將油脂基本溶解出來，提取率達到最大值。如果繼續(xù)增大料液比，可能會使一些干擾性的物質(zhì)溶解出來，從而降低油脂的溶出，導(dǎo)致蘿卜籽油的提取率降低，并且造成試劑浪費。因此，綜合考慮，選取料液比(mL/g)為18∶1較為合適。

圖1 料液比對蘿卜籽油提取率的影響

2.1.2提取溫度對蘿卜籽油提取率的影響

由圖 2 可知，在設(shè)定的提取溫度范圍內(nèi)，蘿卜籽油的提取率先升高后降低。在35 ℃～40 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)，隨著提取溫度的增加，蘿卜籽油的提取率隨之增加，當提取溫度達到40 ℃時，提取率達到最大值，但是隨著提取溫度進一步增加，蘿卜籽油的提取率反而下降。原因可能是在一定的溫度范圍內(nèi)，隨著提取溫度升高，分子運動速度加快，溶液加速擴散、滲透，溶解較為徹底，油脂更容易轉(zhuǎn)移到溶劑中。但當溫度升高到一定程度時，部分油脂類物質(zhì)有可能被破壞，發(fā)生降解，導(dǎo)致蘿卜籽油的提取率降低。所以，提取溫度為40 ℃較為合適。

圖2 提取溫度對蘿卜籽油提取率的影響

2.1.3提取時間對蘿卜籽油提取率的影響

由圖 3 可知，隨著提取時間的增加，蘿卜籽油的提取率先增高然后下降。在提取時間為1.5～4 h的區(qū)間內(nèi)。隨著提取時間的增加，蘿卜籽油的提取率逐步增加，在提取時間為4 h時，蘿卜籽油的提取率達到最高值，當提取時間進一步增加時，蘿卜籽油的提取率開始下降?？赡苁且驗樵谶m合的時間區(qū)間內(nèi)，隨著時間的延長，油脂物質(zhì)的溶解率隨之增加，但是當?shù)竭_了最適提取時間之后，提取時間再延長，提取率反而下降，原因可能是長時間的熱效應(yīng)和機器的破壞作用使蘿卜籽油中的化合物遭到破壞，提取率降低。因此，綜合考慮，提取時間定為4 h較為適合。

圖3 提取時間對蘿卜籽油提取率的影響

2.2 響應(yīng)面實驗

2.2.1響應(yīng)面法實驗設(shè)計與結(jié)果

響應(yīng)面法已經(jīng)在油脂提取工藝中有了廣泛應(yīng)用[4-7]。由Box-Behnken實驗設(shè)計原理，響應(yīng)面的實驗設(shè)計因素水平表，如表1所示，實驗設(shè)計方案結(jié)果，如表2所示。

表1 蘿卜籽油提取工藝優(yōu)化響應(yīng)面實驗設(shè)計因素水平表

表2 蘿卜籽油提取工藝優(yōu)化響應(yīng)面實驗設(shè)計方案結(jié)果

根據(jù)蘿卜籽油溶劑提取的實驗結(jié)果，Design-Expert 8.0.6軟件通過擬合的回歸圖形，得出蘿卜籽油提取率Y有關(guān)于料液比A、提取溫度B、提取時間C的多元回歸方程如下：

提取率Y=38.16-0.63A+0.42B-0.26C+0.90AB-2.66AC+0.15BC-1.094A2-1.07B2-2.11C2

(2)

回歸模型的方差分析如表3所示，表中F值表示此回歸方程中每個因素對響應(yīng)值的影響值，顯著性結(jié)果以P值大小表示。從表3可以看出，F(xiàn)=15.06，P=0.000 9，表明該模型對蘿卜籽油的提取率影響極顯著。其中失擬項為F=1.55，P=0.600 1，結(jié)果不顯著，說明方程的擬合度較高。

表3 回歸模型的方差分析

2.2.2響應(yīng)面因素分析

Design-Expert 8.0.6軟件通過對各個因素及不同因素之間的實驗數(shù)據(jù)分析，得到回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗表，如表4所示。表中A、B、C、AC、A2、B2、C2項都對蘿卜籽油提取率呈現(xiàn)顯著影響，其中一次項A、C，二次項AC、A2、B2、C2，P值<0.001極顯著，一次項B，P值<0.01高度顯著。通過響應(yīng)面分析得出對提取率影響的大小順序為：提取時間>料液比>提取溫度。

表4 回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗

2.2.3二次交叉互相分析

通過Design-Expert 8.0.6軟件對數(shù)據(jù)進行分析得出，料液比、提取溫度和提取時間三個因素之間兩兩相互作用對蘿卜籽油提取率的影響情況，如圖4～圖6所示。

圖4 當料液比(mL/g)為18∶1時，提取時間與提取溫度對蘿卜籽油提取率的影響

圖5 當提取溫度為45 ℃時，提取時間與料液比對蘿卜籽油提取率的影響

圖6 當提取時間為4 h時，提取溫度與料液比對蘿卜籽油提取率的影響

根據(jù)圖4～圖6可知，提取時間與液料比之間的等高線圖，呈比較明顯的橢圓形，說明它們的相互作用對蘿卜籽油提取率的影響較強，這與表4中的P值結(jié)果一致。而提取時間與提取溫度、提取溫度與料液比之間的等高線圖，顯示為介于橢圓形與圓形之間，可知它們的相互作用較小，但是線性作用關(guān)系較強，對蘿卜籽油的提取率產(chǎn)生一定影響。

2.2.4最佳工藝檢驗

通過軟件分析得到蘿卜籽油溶劑提取工藝的最佳條件：提取時間為4 h，提取溫度為40 ℃，料液比為18∶1 mL/g，此時提取率最高，蘿卜籽油的提取率為38.23%。

經(jīng)過3次平行實驗，證明應(yīng)用上述最佳提取工藝條件，實際蘿卜籽油的提取率平均達到38.23%，與軟件預(yù)測值重合，證明最佳工藝預(yù)測值準確。

2.3 蘿卜籽油脂肪酸組成分析

2.3.1蘿卜籽油脂肪酸組成的測定結(jié)果

蘿卜籽油脂肪酸成分及含量的氣相色譜圖見圖7，蘿卜籽油脂肪酸成分及各脂肪酸的相對百分含量研究結(jié)果見表5。

圖7 蘿卜籽油脂肪酸成分及含量的氣相色譜圖

表5 蘿卜籽油脂肪酸成分及含量

如圖7 所示，圖中標示1～16的16個色譜峰，分別為蘿卜籽油樣品中脂肪酸成分的色譜峰；由表5可知，蘿卜籽油中油酸、亞油酸和芥酸相對百分含量較高，不飽和脂肪酸含量高達89.58%。由圖7和表5可得，蘿卜籽油中主要是不飽和脂肪酸。

3 結(jié)論

用溶劑提取蘿卜籽油，當提取時間為4 h，提取溫度為40 ℃，提取料液比(mL/g)為18∶1時，提取率最高，此時蘿卜籽油的提取率為 38.23%。經(jīng)氣相色譜分析，蘿卜籽油中主要是不飽和脂肪酸，具有很高的營養(yǎng)價值。蘿卜籽可作為一種新型油源，具有廣闊的發(fā)展前景，必將帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。