微波提取法提取地膚子油條件研究

王英超，齊樹亭，李天俊，陶麗君

(1.天津農(nóng)學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)系，天津300384;2.河北工業(yè)大學(xué)，天津300130;3.天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系，天津 300384)

微波提取法提取地膚子油條件研究

王英超1，齊樹亭2，李天俊1，陶麗君3

(1.天津農(nóng)學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)系，天津300384;2.河北工業(yè)大學(xué)，天津300130;3.天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系，天津 300384)

采用微波提取法對(duì)地膚子油進(jìn)行提取，通過對(duì)提取溶劑、提取時(shí)間、微波功率、料液比、粉碎粒度進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)及正交實(shí)驗(yàn)確定地膚子油最佳提取條件。結(jié)果表明:各因素對(duì)提油率的影響從大到小依次為:微波時(shí)間、料液比、微波功率;地膚子油的最佳提取條件為:料液比1∶30g/mL，微波功率250W，微波時(shí)間120s，粉碎粒度80目，提取試劑為無水乙醇，該條件下的提油率為17.35%。對(duì)提取的地膚子油進(jìn)行氣相色譜分析，亞油酸相對(duì)含量達(dá)到46.5%。

地膚子，提油率，微波萃取

地膚Kochia Scoparia(L.)Schrad.俗稱掃帚苗，屬藜科地膚屬，一年生草本植物。鹽生植物地膚耐鹽堿、耐干旱、分布廣，是一種傳統(tǒng)的中草藥，常以果實(shí)及全草入藥，幼嫩莖葉具清香味，人們常作為一種野蔬食用［1］。其種子即地膚子的營(yíng)養(yǎng)成分非常豐富，含有三萜皂甙、齊墩果酸及油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸［2］。現(xiàn)已公認(rèn)，亞油酸(LA)、亞麻酸(LNA)都是人體必需的脂肪酸，其含量是作為評(píng)價(jià)油脂營(yíng)養(yǎng)的重要指標(biāo)［3－9］。地膚子的含油量約為16%［10］，含有亞油酸和油酸等物質(zhì)，作為食用油對(duì)人體非常有利。常用的提取植物油脂的方法有索氏提取法、溶劑提取法。這兩種方法存在著提取效率低、溶劑消耗量大、提取周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新技術(shù)，如超臨界萃取、加壓逆流提取等，但是這些方法設(shè)備復(fù)雜，運(yùn)行成本高。微波提取法具有提取效率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，作為一種新型的提取方法被廣泛應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室中［11］。我國(guó)鹽生植物資源豐富，其利用率卻不高。本研究采用微波萃取法提取地膚子油，考察影響地膚子油提取的主要因素，尋求最佳提取條件條件，為更好的利用鹽生植物地膚資源提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

地膚子 天津農(nóng)學(xué)院提供;乙酸乙酯、無水乙醇、95%乙醇、石油醚(60～90℃)、丙酮 購自天津科威公司;珠光酯酸 購自Sigma公司，色譜純。

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海市亞榮生化儀器廠;旋片真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司;恒溫水槽 蘇州江東精密儀器有限公司;CW－2000型超聲－微波協(xié)同萃取儀 上海新拓微波溶樣測(cè)試技術(shù)有限公司。

1.2 地膚子油提取方法

1.2.1 地膚子油提取條件 種子去皮→粉碎→過篩→微波提取→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收有機(jī)溶劑→烘干稱重→計(jì)算提油率

1.2.2 提油率的計(jì)算 提油率(%)=100×提取所得地膚子油的質(zhì)量/地膚子取樣質(zhì)量

1.2.3 微波提取法提取地膚子油的單因素實(shí)驗(yàn) 把粉碎過篩的地膚子和一定比例的有機(jī)溶劑混合，先進(jìn)行1min的超聲處理，再放入微波裝置進(jìn)行微波萃取。以不同的有機(jī)溶劑、提取時(shí)間、微波功率、粉碎粒度和料液比為考察因素，改變各因素的水平，確定最佳提取條件，最后利用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)［12］

以單因素實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，選擇提取時(shí)間、微波功率和料液比三因素，進(jìn)行三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，見表1。

表1 三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Orthogonal experiment of three factors and three levels

1.4 地膚子油的氣相色譜分析

1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 取20mg珠光酯酸，加入10mg正己烷，混合調(diào)勻。甲醇—?dú)溲趸浭覝刂?準(zhǔn)確吸取地膚子油0.1mL，放入10mL比色管中，再加入1mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，2mL提取液(苯∶石油醚= 1∶1)，放入40℃中30min，以浸提油脂，再加入1mL 0.4mol/L的NaOH/CH3OH溶液，待甲脂化以后，加無離子水至10mL，待上液澄清后(必要時(shí)加2滴乙醇)準(zhǔn)確吸取0.5μL上清液，移入安瓿瓶中，在N2下吹干，取適量在色譜儀上進(jìn)行測(cè)定。

1.4.2 色譜條件 色譜柱:φ0.2mm×50m石英毛細(xì)管柱;固定相:FFAP;柱溫:180℃;氣化室溫度: 260℃;載氣:氮?dú)?0mL/min，氫氣50mL/min，空氣500mL/min;進(jìn)樣量0.5μL。

1.4.3 結(jié)果表達(dá)

結(jié)果采用面積歸一法進(jìn)行計(jì)算。其中，Ai表示某一組分的峰面積，Wi表示某一組分的相對(duì)含量。A1……An表示各種組分峰面積的總和。

2 結(jié)果與分析

2.1 油脂提取單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 有機(jī)溶劑的篩選 選擇無水乙醇、95%乙醇、沸點(diǎn)為60～90℃的石油醚、乙酸乙酯、丙酮五種有機(jī)溶劑，在料液比1∶35g/mL、粉碎粒度120目、微波功率150W、微波提取時(shí)間90s的條件下，進(jìn)行地膚子油的提取。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，無水乙醇的提油率最高，達(dá)到24.24%，其次是95%乙醇、丙酮、乙酸乙酯和石油醚。乙酸乙酯和丙酮為揮發(fā)型有機(jī)溶劑，有一定毒性。石油醚雖然相對(duì)毒性小，但是提油率與無水乙醇相比較低，達(dá)到9.91%。95%乙醇含有一定水分和雜質(zhì)，提油率明顯低于無水乙醇。無水乙醇作為一種有機(jī)溶劑，安全無毒，很適合作為微波提取的溶劑，而且在5種試劑中提油率最高。綜合以上因素，選取無水乙醇作為提取溶劑。

2.1.2 微波功率的篩選 以無水乙醇作為提取溶劑，在料液比1∶35g/mL，粉碎粒度120目，微波時(shí)間90s的條件下，選擇微波功率50、100、150、200、250W進(jìn)行地膚子油的提取，結(jié)果見圖2。

從圖2可以看出，隨著微波功率的增大，提油率逐漸增大;在200W時(shí)，達(dá)到最大值;功率大于200W后，提油率緩慢降低。這是因?yàn)橥饧与妶?chǎng)作用增強(qiáng)，分子熱運(yùn)動(dòng)作用增大，得到油脂的提油率較高;隨著功率繼續(xù)增大，溶液中物質(zhì)容易發(fā)生氧化變質(zhì)，增加能耗。綜合以上因素，選擇微波功率200W。

圖1 不同有機(jī)溶劑對(duì)提油率的影響Fig.1 The impact of different solvent to extraction rate

圖2 不同微波功率對(duì)提油率的影響Fig.2 The impact of different power to extraction rate

2.1.3 微波提取時(shí)間的篩選 以無水乙醇作為提取溶劑，在料液比1∶35g/mL，粉碎粒度120目，微波功率200W的條件下，選擇提取時(shí)間30、60、90、120、150s進(jìn)行地膚子油的提取，結(jié)果見圖3。

圖3 不同微波提取時(shí)間對(duì)提油率的影響Fig.3 The impact of different time to extraction rate

從圖3可以看出，隨著微波提取時(shí)間延長(zhǎng)，提油率緩慢增大。90s時(shí)提油率達(dá)到最高值25.07%。90s后，提油率緩慢降低，可能由于提取時(shí)間延長(zhǎng)，溶液中物質(zhì)發(fā)生氧化導(dǎo)致提油率下降。時(shí)間越長(zhǎng)，能耗越大。故而選擇微波提取時(shí)間為90s。

2.1.4 料液比的篩選 以無水乙醇作為提取溶劑，在粉碎粒度120目、微波功率200W、提取時(shí)間90s的條件下，選擇1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35g/mL料液比進(jìn)行地膚子油的提取，結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，隨著料液比的增大，地膚子的提油率顯著增高，在料液比1∶20時(shí)達(dá)到最大值19.99%。之后，隨著料液比的增大，提油率下降，并趨于平穩(wěn)。為此，選擇料液比為1∶20 g/mL。

2.1.5 粉碎粒度的篩選 以無水乙醇作為提取溶劑，在料液比1∶20g/mL、微波功率200W、提取時(shí)間90s的條件下，選擇粉碎粒度40、60、80、100、120目和未粉碎的地膚子進(jìn)行地膚子油的提取，結(jié)果見圖5。

圖4 不同料液比對(duì)提油率的影響Fig.4 The impact of different ratio of material to ether to extraction rate

圖5 不同粉碎粒度對(duì)地膚子油提油率的影響Fig.5 The impact of different grinding grain size to extraction rate

從圖5可以看出，提油率隨著粉碎粒度的增加而增加，80目時(shí)提油率達(dá)到最大值23.43%。100目和120目粒度下，地膚子的提油率略有降低。這可能是由于粉碎過程中，粒度小的地膚子，其顆粒較大，增大溶劑滲入細(xì)胞的難度;粒度過大的地膚子，其顆粒較小，可能在粉碎過程中就有部分油脂滲出，造成提油率下降。綜上選擇粉碎粒度為80目。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

通過對(duì)單一因素的篩選，確定提取溶劑為無水乙醇，粉碎粒度為80目;另外三個(gè)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率影響較大，所以選擇微波提取時(shí)間、微波功率和料液比三因素做正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。由極差分析可知，對(duì)提油率的影響因素從大到小依次為微波時(shí)間、料液比、微波功率。說明微波時(shí)間對(duì)提油率的影響最大，是主要因素，其次是料液比和微波功率。提取條件的優(yōu)化組合為A3B3C1。由此確定最佳提取條件為微波功率250W、微波時(shí)間120s和料液比1∶30g/mL。該優(yōu)化組合在上述9組實(shí)驗(yàn)中并未出現(xiàn)，在最佳工藝條件下進(jìn)行3組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出平均提油率為17.35%。

2.3 地膚子油成分的氣相色譜分析

2.3.1 地膚子油成分組成 從表3可以看出，提取的地膚子油中含有棕櫚酸、油酸、亞油酸和亞麻酸等物質(zhì)。從圖6可以看出，亞油酸的峰出現(xiàn)在保留時(shí)間為16.672min，峰面積為591594μVs，根據(jù)1.4.3中的公式計(jì)算采用微波提取法提取的地膚子油中亞油酸相對(duì)含量達(dá)到了48.97%;珠光酯酸的峰出現(xiàn)在保留時(shí)間為9.861min，峰面積為149520μVs。根據(jù)1.4.3計(jì)算公式，采用微波提取法提取地膚子油中亞油酸相對(duì)含量達(dá)到46.5%。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiment

表3 地膚子油氣相色譜分析表Table 3 Oil of Belveder Fruit was analyzed by gas chromatography

圖6 地膚子油的氣相色譜分析Fig.6 Oil of Belveder Fruit was analyzed by gas chromatography

3 結(jié)論

采用不同溶劑、微波功率、提取時(shí)間、料液比、粉碎粒度進(jìn)行地膚子油提取的單因素實(shí)驗(yàn)，確定地膚子油提取溶劑為無水乙醇、粉碎粒度為80目;選取主要影響因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，得到了最佳提取條件:微波功率250W、料液比1∶30和微波時(shí)間120s。在最佳提取條件下進(jìn)行3組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到平均提油率為17.35%。對(duì)提取的地膚子油進(jìn)行氣相色譜分析，亞油酸相對(duì)含量達(dá)到46.5%。

與傳統(tǒng)的溶劑提取法相比［11］，微波提取法提油具有提取時(shí)間短、提取效率高等優(yōu)點(diǎn)，而且提取的溶劑為無水乙醇，無毒安全，該提取方法具有很好的應(yīng)用前景。我國(guó)鹽生植物地膚分布廣泛，地膚子含有一定的油分，能被人類利用，且油中含有一定量的亞油酸，通過生物反應(yīng)能將其轉(zhuǎn)化為對(duì)人類有益的物質(zhì)——共軛亞油酸。這些都為地膚的開發(fā)利用提供了參考依據(jù)。

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Extraction of Belveder Fruit oil by microwave extraction method

WANG Ying－chao1，QI Shu－ting2，LI Tian－jun1，TAO Li－jun3
(1.Department of Basic Science，Tianjin Agriculture University，Tianjin 300384，China;
2.Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China;
3.Department of Agronomy，Tianjin Agriculture University，Tianjin 300384，China)

Belveder Fruit of different sizes was extracted to obtain oil by microwave extraction.Through the singlefactor test，solvent，extraction time，the microwave power，ratio ofmaterial，grinding grain size were determined.Results showed that the effects of each factor on oil extraction rate in order were extraction time，material－to－liquid，microwave power.The optimum extraction technology for Belveder Fruit oil as follows:materialto－liquid ratio was 1∶30g/mL，the microwave power was 250W，the extraction time was 120s，the grinding grain size was 80 head，the extraction solvent was ethanol.Under this condition，the oil extraction rate was 17.35%.The extracted oil was analyzed by gas chromatography，the relative content of linoleic acid reached 46.5%.

Belveder Fruit;oil extraction rate;microwave extraction

TS224.4

B

1002－0306(2012)21－0258－04

2012－03－14

王英超(1981－)，女，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向:生物分離和共軛亞油酸的制取。