正交試驗(yàn)法優(yōu)選蒜頭果果殼和果皮粗脂肪提取工藝

楊玉玲 王序英 趙大偉 魏波 滕娟

摘要 為提高蒜頭果的綜合開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，以干燥蒜頭果果殼、果皮粉末為原料，采用索氏提取法提取蒜頭果果殼、果皮粗脂肪，分析浸泡時(shí)間、提取時(shí)間、提取溫度3個(gè)因素對(duì)蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率的影響，應(yīng)用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)選最佳提取工藝。結(jié)果表明：蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取的最佳工藝條件：蒜頭果果殼為浸泡時(shí)間6 h、提取溫度90 ℃、提取時(shí)間12 h;果皮為浸種時(shí)間30 h、提取溫度90 ℃、提取時(shí)間12 h。對(duì)粗脂肪提取率進(jìn)行方差分析和極差分析，結(jié)果表明浸泡時(shí)間對(duì)果殼、果皮粗脂肪提取率的影響最大，提取時(shí)間對(duì)果殼、果皮粗脂肪提取率的影響最小。在最佳工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，粗脂肪提取率分別為6.47%和6.60%。正交試驗(yàn)法優(yōu)選蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取工藝穩(wěn)定、可行，為蒜頭果資源的進(jìn)一步研究與利用奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 蒜頭果;果殼;果皮;粗脂肪;索式提取;正交試驗(yàn);提取工藝

中圖分類號(hào) R 284.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2022）01-0190-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.051

Screening of the Extraction Technology of Crude Fat from Shell and Peel of Malania oleifera by Orthogonal Test

YANG Yu-ling1， WANG Xu-ying2， ZHAO Da-wei1 et al

（1.Wenshan Academy of Agricultural Sciences，Wenshan，Yunnan 663000;2.School of Life Science and Technology，Honghe University， Mengzi， Yunnan 661100）

Abstract In order to improve the comprehensive development and utilization values of Malania oleifera， the dry shell and peel powder of M. oleifera were used as raw materials to extract the crude fat from the shell and peel of M.oleifera by Soxhlet extraction method. The effects of three factors（soaking time， extraction time and extraction temperature） on the extraction rate of crude fat from the shell and peel of M.oleifera were analyzed. The optimum extraction? process was optimized by L9 （34） orthogonal test.The results showed that the optimum extraction? process conditions of crude fat extraction from the shell and peel of M.oleifera were as follows： the soaking time of M. oleifera shell 6 h，? extraction temperature 90 ℃， extraction time 12 h; the soaking time of M. oleifera peel 30 h， extraction temperature 90 ℃， extraction time 12 h.? The results of variance analysis and range analysis showed that the? soaking time had the greatest effects on the extraction rate of crude fat from? the shell and peel， and extraction time had the least effects? on the extraction rate of crude fat. The verification experiment was conducted? under the optimal extraction process conditions， the extraction rates of crude fat were 6.47% and 6.60% respectively. The extraction process of crude fat from the shell and peel of M.oleifera was stable and feasible，? which laid a foundation for further research and utilization of M. oleifera resources.

Key words Malania oleifera;Shell;Peel;Crude fat;Soxhlet extraction;Orthogonal test;Extraction process

基金項(xiàng)目 云南省科技廳基礎(chǔ)研究專項(xiàng)-青年項(xiàng)目（202001AU-070147）。

作者簡(jiǎn)介 楊玉玲（1985—），女，新疆石河子人，農(nóng)藝師，碩士，從事中藥材活性成分及生理生化研究。 通信作者，高級(jí)農(nóng)藝師，博士，從事藥用植物次生代謝調(diào)控及生理生化特性研究。

收稿日期 2021-05-07;修回日期 2021-06-15

蒜頭果（Malania oleifera Chun et Lee）為鐵青樹(shù)科蒜頭果屬，又名山桐果、馬蘭后、猴子果等[1]，是我國(guó)特有的古老木本油料樹(shù)種、國(guó)家二級(jí)珍稀瀕危保護(hù)樹(shù)種和國(guó)家二類珍貴用材樹(shù)種[2-3]。蒜頭果自然分布區(qū)域狹窄，種群數(shù)量少、消失速度快，是云南、廣西地區(qū)特有的珍稀瀕危保護(hù)植物，其種子富含油脂，可食用，也可制成肥皂或潤(rùn)滑油，還能合成麝香酮等[4]。研究表明，蒜頭果油脂中含有60%以上的神經(jīng)酸，是目前自然界中已發(fā)現(xiàn)神經(jīng)酸含量最高的植物[5]。神經(jīng)酸又名鯊魚(yú)酸，學(xué)名為Z-15-二十四碳烯酸，是一種長(zhǎng)鏈單不飽和脂肪酸[6]，不僅具有增強(qiáng)免疫力[7]、提高神經(jīng)活躍度、防止腦神經(jīng)衰弱的作用[8]，對(duì)阿爾茨海默病[9-10]、腎上腺腦白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良[11]、腫瘤[12]等心血管及人體自身免疫缺乏性疾病也具有相當(dāng)好的預(yù)防和治療功效[13]，而且還是合成名貴香料的原料[14]。高純度神經(jīng)酸的價(jià)格與黃金相當(dāng)。

近幾年，脂肪酸的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和生理功能逐漸受到人們的關(guān)注，尤其是含不飽和脂肪酸的蒜頭果更加凸顯其研究?jī)r(jià)值。目前國(guó)內(nèi)對(duì)蒜頭果的研究主要集中在種仁油提取、脂肪酸組成與應(yīng)用、蛋白質(zhì)活性等方面，而剩余果殼和果皮則很少報(bào)道。筆者采用正交試驗(yàn)對(duì)蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取工藝進(jìn)行優(yōu)選，旨在開(kāi)發(fā)蒜頭果的潛在用途和提高蒜頭果的綜合開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料與試劑。蒜頭果，采自云南廣南縣舊莫鄉(xiāng);丙酮、石油醚（60～90 ℃）、正己烷、乙酸乙酯、乙醇、氯仿均為分析純，購(gòu)于文山市中煒儀器銷售中心。

1.1.2 儀器與設(shè)備。

ZNHW型電熱套;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀;數(shù)顯電熱干燥箱。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原料處理。

將蒜頭果果殼、果皮自然陰干后，于80 ℃下烘至恒重，粉碎、過(guò)60目篩，備用。

1.2.2 蒜頭果粗脂肪索式提取。

分別準(zhǔn)確稱取蒜頭果果殼、果皮粉末各2.00 g，用濾紙包好后放入索式提取器中，加入2/3體積的圓底燒瓶（500 mL）的石油醚，浸提一定時(shí)間后，于一定溫度下提取一定時(shí)間，然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收溶劑，得到蒜頭果粗脂肪后稱重，計(jì)算蒜頭果粗脂肪提取率。重復(fù)3次。

果殼粗脂肪提取率=（提取所得蒜頭果粗脂肪質(zhì)量/所取果殼的質(zhì)量）×100%

果皮粗脂肪提取率=（提取所得蒜頭果粗脂肪質(zhì)量/所取果皮的質(zhì)量）×100%

1.2.3 單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

分別稱取2.00 g果殼、果皮，設(shè)置不同的浸泡時(shí)間、提取時(shí)間和提取溫度進(jìn)行提取，測(cè)定粗脂肪提取率，在此基礎(chǔ)上以浸泡時(shí)間（A）、提取溫度（B）和提取時(shí)間（C）為考察因素，按照表1～2設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同浸泡時(shí)間對(duì)蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率的影響。

分別稱取2.00 g粉碎過(guò)篩后的蒜頭果果殼、果皮，用石油醚浸泡0、6、12、18、24、30 h，提取溫度為70 ℃，提取時(shí)間4 h，進(jìn)行粗脂肪提取。由圖1可知，隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，蒜頭果果殼粗脂肪提取率隨之降低。浸泡0 h時(shí)，蒜頭果果殼粗脂肪提取率最高，為6.84%;浸泡6 h時(shí)，蒜頭果果殼粗脂肪提取率降至4.99%，之后隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)，粗脂肪提取率緩慢降低;浸泡30 h時(shí)，蒜頭果果殼粗脂肪提取率僅3.21%。蒜頭果果皮粗脂肪提取率隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，浸泡0 h時(shí)蒜頭果果皮粗脂肪提取率僅4.68%，浸泡12～18 h時(shí)蒜頭果果皮粗脂肪提取率的上升幅度較大，浸泡18～30 h時(shí)蒜頭果果皮粗脂肪提取率緩慢增加。

2.1.2 不同提取時(shí)間對(duì)蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率的影響。

分別稱取2.00 g粉碎過(guò)篩后的蒜頭果果殼、果皮，用石油醚浸泡0 h，提取溫度為70 ℃，提取時(shí)間分別為4、6、8、10、12 h，進(jìn)行粗脂肪提取。從圖2可以看出，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率都隨之上升。提取4 h時(shí)，蒜頭果果殼粗脂肪提取率為4.50%;提取12 h時(shí)，蒜頭果果殼粗脂肪提取率增至5.75%。蒜頭果果皮粗脂肪提取率在提取4 h時(shí)為4.48%，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，蒜頭果粗脂肪提取率逐漸升高，提取時(shí)間為6 h時(shí)蒜頭果果皮粗脂肪提取率達(dá)到5.82%;此后緩慢上升，提取12 h時(shí)果皮粗脂肪提取率升至6.31%。

2.1.3 不同提取溫度對(duì)蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率的影響。

分別稱取2.00 g粉碎過(guò)篩后的蒜頭果果殼、果皮，用石油醚浸泡0 h，提取時(shí)間4 h，提取溫度分別為65、70、75、80、85、90 ℃。從圖3可以看出，隨著提取溫度的升高，蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率都隨之上升。當(dāng)提取溫度為65 ℃時(shí)蒜頭果殼粗脂肪提取率為5.10%，當(dāng)提取溫度為90 ℃時(shí)蒜頭果果殼粗脂肪提取率增至6.33%。當(dāng)提取溫度為65 ℃時(shí)蒜頭果果皮粗脂肪提取率僅4.79%，隨著提取溫度的升高，

粗脂肪提取率逐漸升高，當(dāng)提取溫度為90 ℃時(shí)蒜頭果果皮粗脂肪提取率升至6.47%。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)浸泡時(shí)間為0 h、提取溫度為90 ℃、提取時(shí)間為12 h，此時(shí)蒜頭果果殼粗脂肪提取率最高;當(dāng)浸泡時(shí)間為30 h、提取溫度為90 ℃、提取時(shí)間為12 h時(shí)蒜頭果果皮粗脂肪提取率最高。由此可見(jiàn)，浸泡時(shí)間、提取溫度、提取時(shí)間是影響蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率的主要因素。分別稱取粉碎過(guò)篩后的蒜頭果果殼、果皮2.00 g，共18次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)3個(gè)重復(fù)，按正交表L9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)（表1、2）。按“1.2.2”中方法計(jì)算蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率，對(duì)粗脂肪提取率進(jìn)行方差分析和極差分析，結(jié)果見(jiàn)表3～4，并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

由表3可知，各因素對(duì)蒜頭果果殼粗脂肪提取率的影響大小次序?yàn)锳>B>C，說(shuō)明浸泡時(shí)間對(duì)蒜頭果果殼粗脂肪提取率的影響最大。根據(jù)蒜頭果果殼粗脂肪提取率與各因素之間的相互作用，得到多元回歸方程：

Y=-2.284 67+0.133 94X1+0.083 40X2+0.038 33X3（r=0.809 2）。由方差分析可知，蒜頭果果殼粗脂肪提取率最優(yōu)組合A2B3C3（即浸泡時(shí)間6 h，提取溫度90 ℃，提取時(shí)間12 h）下蒜頭果果殼粗脂肪提取率為6.48%。

由表4可知，各因素對(duì)蒜頭果果皮粗脂肪提取率的影響大小次序?yàn)锳>B>C，說(shuō)明浸泡時(shí)間對(duì)蒜頭果果皮粗脂肪提取率的影響最大。根據(jù)蒜頭果果皮粗脂肪提取率與各因素之間的相互作用，得到多元回歸方程：

Y=-3.808 89+0.136 67X1+0.066 0X2+0.083 33X3（r=0.924 7）。由方差分析可知，蒜頭果果皮粗脂肪提取率在最優(yōu)組合A3B3C3（即浸泡時(shí)間30 h，提取溫度90 ℃，提取時(shí)間12 h）下蒜頭果果皮粗脂肪提取率為7.23%。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

按上述“2.2”試驗(yàn)結(jié)果中優(yōu)選的最佳工藝提取條件，精密稱取3份粉碎過(guò)篩后2.00 g蒜頭果果殼、果皮，對(duì)蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明蒜頭果果殼的平均粗脂肪提取率為6.47%，果皮平均粗脂肪提取率為6.60%。蒜頭果果殼驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與方差分析預(yù)測(cè)值相一致，說(shuō)明蒜頭果果殼粗脂肪提取最佳工藝為浸泡時(shí)間6 h，提取溫度90 ℃，提取時(shí)間12 h。蒜頭果果皮驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果低于方差分析預(yù)測(cè)值，究其原因，一方面可能是預(yù)測(cè)擬合過(guò)于理想化，另一方面可能是操作過(guò)程中出現(xiàn)誤差。綜合考慮3個(gè)影響因素可知，蒜頭果果皮粗脂肪提取最佳工藝為浸泡時(shí)間30 h，提取溫度90 ℃，提取時(shí)間12 h。

3 討論

蒜頭果野生資源稀少且被人為嚴(yán)重破壞，目前人工種植栽培資源還不能滿足市場(chǎng)需求。因此，提高現(xiàn)有蒜頭果資源的綜合利用率是緩解供需矛盾和解決當(dāng)今蒜頭果資源短缺的有效途徑之一。蒜頭果果仁油因含有極高含量的神經(jīng)酸，受到廣泛重視，而占鮮果重量約60%的果皮均被作為廢棄物丟棄，既會(huì)污染環(huán)境，又造成資源浪費(fèi)[15]。據(jù)報(bào)道，蒜頭果青皮揮發(fā)油具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[16]。劉祥義等[15]采用同時(shí)蒸餾萃取及水蒸氣蒸餾方法分別提取新鮮蒜頭果果皮中的揮發(fā)性成分，并從水蒸氣蒸餾物中鑒定出 9 種成分。唐婷范等[17]采用一般堿法、超聲波輔助和微波輔助從蒜頭果果殼和樹(shù)枝中提取木質(zhì)素，并分別測(cè)定了蒜頭果果殼和樹(shù)枝中木質(zhì)素的含量及提取率。黃開(kāi)響等[18]利用超臨界 CO2 萃取法 （SFE）對(duì)蒜頭果葉揮發(fā)油進(jìn)行了提取，并對(duì)揮發(fā)油中化合物成分進(jìn)行了分析。目前對(duì)蒜頭果果殼、果皮油脂研究的文獻(xiàn)報(bào)道較少，整體研究和開(kāi)發(fā)不夠深入。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，植物或者油料作物等粗脂肪的提取方法在不斷完善和改進(jìn)，如索氏提取法、超聲提取法、超臨界CO2流體萃取、水酶法提取、微波輔助提取等方法也不斷研究和應(yīng)用中。

索氏提取法（Soxhlet extraction method）是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的一種高效提取粗脂肪的方法[19-20]，普遍被用于植物種子（如油茶籽[21]、芝麻[22]、大豆[23]等）的提取。索氏提取法利用有機(jī)溶劑回流和虹吸的原理，使樣品物質(zhì)每一次都被純的溶劑所萃取，效率較高。索氏提取法被用于不同植物種子粗脂肪提取時(shí)，溶劑種類、提取時(shí)間、提取溫度等均會(huì)影響提取效率。丁俊峰等[24]選用不同溶劑提取蒜頭果果油，獲得蒜頭果果油提取的最佳工藝條件：以石油醚為提取劑，提取時(shí)間7 h，水浴溫度90 ℃。趙麗華等[25]分析了不同溶劑、料液比、提取溫度、提取時(shí)間對(duì)牛油果種子粗脂肪提取率的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以石油醚為溶劑、提取溫度50 ℃、料液比1∶45，提取時(shí)間為14 h時(shí)，提取效率最高。該試驗(yàn)用石油醚作為浸提溶劑，獲得蒜頭果果殼、果皮的最佳工藝條件：果殼為浸泡時(shí)間6 h、提取溫度90 ℃、提取時(shí)間12 h;果皮為浸泡時(shí)間30 h、提取溫度90 ℃、提取時(shí)間12 h。在此工藝條件下果殼和果皮粗脂肪提取率分別為6.47%和6.60%。該研究首次采用索氏提取法提取蒜頭果果殼、果皮中的粗脂肪，并通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化了提取工藝，豐富了蒜頭果果殼、果皮提取工藝的研究?jī)?nèi)容，提高了粗脂肪提取率。

蒜頭果在國(guó)外沒(méi)有分布，在國(guó)內(nèi)種群數(shù)量急劇減少，因而瀕危速度極快[24]。從少量蒜頭果中最大限度地提取粗脂肪已成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。該研究運(yùn)用索氏提取法提取蒜頭果果殼、果皮中的粗脂肪，通過(guò)正交試驗(yàn)法優(yōu)選索式提取的最佳條件，建立了一種快速提取蒜頭果果殼、果皮中粗脂肪的方法，為進(jìn)一步提高蒜頭果的綜合開(kāi)發(fā)利用價(jià)值提供了廣泛的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

已有文獻(xiàn)資料報(bào)道，蒜頭果果油大多從果仁中提取。該試驗(yàn)首次采用索氏提取法提取蒜頭果果殼、果皮中的粗脂肪，探討了不同浸泡時(shí)間、提取溫度、提取時(shí)間下的粗脂肪提取率。對(duì)粗脂肪提取率進(jìn)行方差分析和極差分析，結(jié)果表明浸泡時(shí)間對(duì)蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率的影響最大，而提取時(shí)間對(duì)蒜頭果果殼、果皮粗脂肪提取率的影響最小。采用正交試驗(yàn)法優(yōu)選蒜頭果果殼、果皮的最佳工藝條件：果殼為浸泡時(shí)間6 h、提取溫度90 ℃、提取時(shí)間12 h;果皮為浸泡時(shí)間30 h、提取溫度90 ℃、提取時(shí)間12 h。分別在最佳工藝條件下進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)從蒜頭果果殼和果皮提取粗脂肪的得油率分別為6.47%和6.60%，該試驗(yàn)提取工藝穩(wěn)定、可行，為提高蒜頭果的綜合開(kāi)發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)。

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