響應(yīng)面法優(yōu)化楊梅核仁油浸提工藝及其脂肪酸組成分析

李羅明 黃亞芳 李宗軍 趙 琳 李 珂

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院 食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點實驗室，長沙 410128)

響應(yīng)面法優(yōu)化楊梅核仁油浸提工藝及其脂肪酸組成分析

李羅明 黃亞芳 李宗軍 趙 琳 李 珂

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院 食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點實驗室，長沙 410128)

在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法對木洞楊梅核仁油浸提條件進(jìn)行優(yōu)化，分析了浸提時間、料液比及浸提溫度等3個因素對楊梅核仁得油率的影響；并采用氣相色譜法對楊梅核仁油的脂肪酸組成進(jìn)行分析。根據(jù)單因素試驗及響應(yīng)面分析得出最佳浸提工藝條件為浸提時間2 h 20 min、料液比1∶7.5(m/V)、浸提溫度 48.5 ℃，此條件下的楊梅核仁油得油率高達(dá)62.52%，即提取率為93.31%。脂肪酸組成分析結(jié)果表明：木洞楊梅核仁油富含不飽和脂肪酸，高達(dá)86.49%，其中油酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)47.9%，亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到37.3%，且含有少量亞麻酸(0.12%)、花生一烯酸(0.29%)、棕櫚一烯酸(0.88%)，具有較高的營養(yǎng)價值。

響應(yīng)面分析法 浸提 楊梅核仁油 得油率 脂肪酸組成

木洞楊梅是湖南省靖州縣農(nóng)業(yè)局于1983年對全縣楊梅品種資源進(jìn)行普查時，從該縣坳上鎮(zhèn)木洞村選出并確定的品種[1]，2006年種植面積約有4萬畝，是目前湖南省種植面積最大的楊梅品種[2]。楊梅核仁油是一種從楊梅核仁中提取出來的植物油脂。據(jù)目前報道的楊梅核仁油研究證明：楊梅核仁中油脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)58.12%～70.79%[3]，不飽和脂肪酸占脂肪酸總量的85%以上[4-5]，其中油酸、亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)均達(dá)40%左右，亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.1%[6～8]。其中亞油酸具有降三高、抗脂肪肝、防動脈粥樣硬化等生理作用，對延長人類壽命具有積極的作用[9]；亞麻酸在體內(nèi)能合成、代謝，轉(zhuǎn)化為機體必需的生命活性因子DHA及EPA，具有非常高的營養(yǎng)價值。

目前，張應(yīng)烙等[10]采用響應(yīng)面法優(yōu)化水酶法提取楊梅核仁油，在最優(yōu)條件下楊梅核仁油的得油率為31.15%。陳瀟逸等[11]以楊梅核仁為原料，先采用微波處理，再用纖維素酶和蛋白酶復(fù)合水解，最優(yōu)條件下得油率為53.79%。董迪迪等[12]采用響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界二氧化碳提取楊梅仁油，提取率可高達(dá)89.73%，出得油率約為61%，這是目前已報道的關(guān)于楊梅核仁油提取研究中，提取率較高的一種工藝，但是該方法的生產(chǎn)成本較高。浸出法是目前廣泛使用的制油方法，利用固液萃取原理，選用某種能夠溶解油脂的有機溶劑，經(jīng)過浸泡或噴淋的方式與油料接觸，使油料中油脂被萃取出來。浸出法具有出油率高，餅粕中殘油率低，且勞動強度低，生產(chǎn)效率高，及容易實現(xiàn)生產(chǎn)自動化與大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點；另外浸提后的餅粕中蛋白質(zhì)變性程度小，質(zhì)量較好，可更好地開展餅粕再利用[13]。

本研究采用響應(yīng)面法對浸提法提取楊梅核仁油的工藝進(jìn)行優(yōu)化，旨在能提高楊梅核仁油的提取率，使楊梅加工副產(chǎn)物資源能被充分利用，并對提取木洞楊梅核仁油的脂肪酸組分進(jìn)行分析，為楊梅核仁油的工業(yè)化生產(chǎn)提供實踐基礎(chǔ)，為其利用價值提供一定理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗原料與試劑

木洞楊梅核：湖南靖州，核仁含油率為67%(按照GB 5512—2008測定)；己烷、異辛烷(色譜純)：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；其他試劑均為分析純。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

DK-BD型電熱恒溫水槽：上海一恒科技有限公司；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；RE-52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；楊梅核專用破殼試驗機：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院研制；GC-2010 Plus AF氣相色譜儀：島津(SHIMADZU)公司。

1.2 方法

1.2.1 原料的處理

楊梅核仁：楊梅核經(jīng)楊梅核專用破殼試驗機破殼后過篩初步分離后人工篩選獲得，粉碎至16目以下，得楊梅核仁粉。

1.2.2 浸提條件的優(yōu)化

1.2.2.1 單因素試驗

浸提方法：稱取楊梅核仁粉10 g，至于三角瓶中，再按一定比例加入正己烷溶液，恒溫水浴浸提一定時間后過濾，濾液轉(zhuǎn)置蒸發(fā)瓶中，使用減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將溶劑完全回收，干燥后冷卻，將蒸發(fā)瓶與提取物一起稱重，按公式計算楊梅核仁油得率(簡稱得率)：

式中：P為得率，即浸提所得楊梅核仁油質(zhì)量占楊梅核仁質(zhì)量的百分比/%；m1為楊梅仁油與蒸發(fā)瓶的總質(zhì)量/g；m2為蒸發(fā)瓶的質(zhì)量/g；m為楊梅核仁粉的質(zhì)量，即為10 g。

單因素梯度分別為：浸提時間(h)：1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5；料液比(m/V)：1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9；浸提溫度(℃)：35、40、45、50、55、60。當(dāng)各單因素變動時，參數(shù)固定條件：料液比1∶7，時間2 h，溫度45 ℃。每組試驗重復(fù)3次，取均值。

1.2.2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化浸提條件

根據(jù)Box-Behnken響應(yīng)曲面設(shè)計的中心組合試驗設(shè)計原理，運用三因素三水平分析法選取浸提時間、料液比、浸提溫度3個影響因子，試驗設(shè)計見表1。

表1 響應(yīng)面分析試驗水平表

1.2.3 楊梅核仁脂肪酸組成的分析

參照GB/T 17376—2008《動植物油脂 脂肪酸甲酯制備》、GB/T 17377—2008《動植物油脂脂肪酸甲酯的氣相色譜分析》，采用氣相色譜法對楊梅仁油的脂肪酸組成進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 浸提條件的單因素試驗分析

2.1.1 浸提時間對得油率的影響

當(dāng)物料比為1∶7(m/V)、浸提溫度為45 ℃時，浸提時間對楊梅核仁浸提得油率的影響如圖1所示。

圖1 浸提時間對得油率和得油率增值的影響

由圖1a可知：當(dāng)浸提時間為1 h時，核仁中的油脂未充分浸提，得油率較低；隨著提取時間的增長楊梅核仁的得油率不斷增大，2 h前提油率每小時增加3%以上，達(dá)到2.5 h后，增長趨勢非常平緩，從圖1b中可更直觀看出2.5 h后其增值均在1%以內(nèi)，這是可能是由于核仁中的油脂大部分已被提取出來，只有少部分油脂可以被提取，導(dǎo)致增值變小。因此，考慮到提取效率及得油率，試驗浸提時間將選擇1.5、2、2.5 h 這3個梯度作為響應(yīng)面試驗水平。

2.1.2 料液比對得油率的影響

當(dāng)浸提時間為2 h、浸提溫度為45 ℃時，料液比對楊梅核仁浸提得油率的影響如圖2所示。由圖2可知，隨著料液比的增大，楊梅核仁的得油率也不斷的增大，得油率的增值卻不斷減??；這可能是因為楊梅核仁中的油脂是一定的，當(dāng)料液比達(dá)到1∶6～1∶7時，油脂已大部分被提出；隨著正己烷添加量的再增大，可提出的油脂減少，當(dāng)料液達(dá)到1∶8時得油率的增值減小明顯?？紤]到得油率成本，且正己烷可以回收再利用，將選擇料液比為1∶6、1∶7、1∶8這3個梯度作為響應(yīng)面因素水平。

圖2 料液比對得油率和得油率增值的影響

2.1.3 浸提溫度對得油率的影響

當(dāng)浸提時間為2 h、料液比為1∶7(m/V)時，浸提溫度對楊梅核仁浸提得油率的影響如圖3所示。

圖3 浸提溫度對得油率和得油率增值的影響

從圖3可知，隨著浸提溫度的上升，楊梅核仁的得油率呈現(xiàn)先增后減的趨勢，在50 ℃達(dá)到峰值；考慮到浸提使用的提取劑為正己烷，其沸點為68.74 ℃，且具有高揮發(fā)性，浸提的溫度需趨向低溫條件，再綜合得油率考慮，試驗將確定40、45、50 ℃為響應(yīng)面試驗中浸提溫度的3個水平。

2.1.4 響應(yīng)面法優(yōu)化浸提條件

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析法進(jìn)行萃取工藝條件的優(yōu)化。選擇浸提時間、料液比、浸提溫度進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面優(yōu)化試驗。具體試驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

運用Design Expert 8.0.6軟件對表2試驗結(jié)果進(jìn)行分析，得率對浸提時間(A)、料液比(B)、浸提溫度(C)的二次多項回歸方程(α=0.05)為:

得率R=61.64+1.32A+0.52B+0.59C+0.002 5AB-0.31AC-0.035BC-0.83A2-0.26B2-0.16C2

從回歸模型方差(表3) 可知，試驗所選用的二次多項模型F值為103.41，“P>F”<0.000 1，具有顯著性；失擬項為 1.52>0.05，影響不顯著，說明模型可很好的模擬反應(yīng)過程，具有實用價值；A、B、C、AC、A2、B2的“P>F”均<0.05，表明其對楊梅核仁的得油率具有顯著性影響。整個模型決定系數(shù)R2=0.992 5，表明此模型擬合度好；相關(guān)系數(shù)PredR2=0.931 0，說明預(yù)測值與實測值之間具有高度的相關(guān)性；模型的校正決定系數(shù)AdjR2=0.982 9，說明該模型能解釋響應(yīng)值的變化，僅有總變異的1.71%不能用此模型來解釋。

表3 響應(yīng)面試驗方差分析結(jié)果

注：**為極顯著，P<0.01；*為顯著，P<0.05；-為不顯著，P>0.05。

2.1.5 各單因素響應(yīng)面優(yōu)化

由Design Expert 分析軟件的響應(yīng)優(yōu)化器對試驗結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化后，該模型的最優(yōu)解為：浸提時間為2.31 h，料液比為 1∶7.62(m/V)，浸提溫度為48.46 ℃。根據(jù)實際操作修正為：浸提時間2 h 20 min，料液比1∶7.5(m/V)，浸提溫度48.5 ℃。

驗證試驗：根據(jù)優(yōu)化浸提條件，平行3組試驗，結(jié)果楊梅核仁得油率分別為 62.81%、62.29%、62.45%，均值為62.52%與優(yōu)化預(yù)測值62.54%相近，說明模型可靠，可采用優(yōu)化值進(jìn)行實際生產(chǎn)試驗。

2.2 楊梅核仁油的脂肪酸組成

楊梅核仁油富含不飽和脂肪酸，高達(dá)86.49%，與橄欖油(83.78%)、茶油(90.47%)相近[14]；其中油酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)47.9%，亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到37.3%，且含有少量亞麻酸(0.12%)，具有較高的營養(yǎng)價值。

表4 楊梅核仁油的脂肪酸組成/%

表5為本試驗測得的靖州木洞楊梅與江西野生楊梅[15]、浙江荸薺楊梅[16]、浙江水楊梅[17]主要不飽和脂肪酸含量比較，由于品種不同，各種不飽和脂肪酸含量都不同，總不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%左右；除野生楊梅外，其他3個品種的油酸與亞油酸含量相近，且都含有少量亞麻酸，是一種優(yōu)良的植物油脂資源。

3 結(jié)論

本試驗通過響應(yīng)面法對楊梅核仁油的浸提條件進(jìn)行了優(yōu)化研究，得出浸提條件的最優(yōu)組合為：浸提時間、料液比及浸提溫度分別為2 h 20 min、1∶7.5(m/V)、48.5 ℃，此條件下的楊梅核仁得油率高達(dá)62.52%，即提取率可達(dá)93.31%，比超臨界CO2萃取方法(89.73%)的提取率高出3.58%，且生產(chǎn)成本較低，可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，對用楊梅核仁油工業(yè)化生產(chǎn)提供了一定依據(jù)，有效促進(jìn)楊梅加工副產(chǎn)物產(chǎn)品的開發(fā)。

同時采用氣相色譜法對楊梅核仁油的脂肪酸組成進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：楊梅核仁油富含不飽和脂肪酸，高達(dá)86.49%，與橄欖油、茶油相近；其中油酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)47.9%，亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到37.3%，且含有少量亞麻酸(0.12%)、花生一烯酸(0.29%)、棕櫚一烯酸(0.88%)，具有較高的營養(yǎng)價值。

[1]馬小華, 莫光珍, 張軍. 木洞楊梅品種選育初報[J]. 中國南方果樹, 2006, 35(2): 30-32

[2]靖州木洞楊梅[EB/OL].中國農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)，2013-08-01 http://www.agri.gov.cn/DFV20/hunan/ttc/201308/t20130801_3545709.htm

[3]成紀(jì)予. 楊梅核的綜合利用研究[D]. 杭州: 浙江大學(xué), 2008

[4]徐敏, 余陳歡, 熊耀康. 楊梅核仁油的 GC-MS 分析[J]. 中華中醫(yī)藥學(xué)刊, 2012, 30(4): 800-802

[5]張永康, 胡江宇, 李輝, 等. 超臨界二氧化碳萃取楊梅仁油的研究[J]. 林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè), 2007, 27(S1): 47-50

[6]夏其樂. 楊梅渣黃酮類物質(zhì)的研究及其核仁油的初步分析[D]. 杭州：浙江大學(xué), 2004

[7]Xia Q, Pan S, Zheng M, et al. Fatty acid profile, oxidative stability and toxicological safety of bayberry kernel oil[J]. Food and Chemical Toxicology, 2013, 60: 92-97

[8]Cheng J, Ye X, Chen J, et al. Nutritional composition of underutilized bayberry (Myrica rubra Sieb. et Zucc.) kernels[J]. Food Chemistry, 2008, 107(4): 1674-1680

[9]陳健初, 徐斐燕, 夏其樂. 楊梅核仁油的理化指標(biāo)和脂肪酸成分分析[J]. 林產(chǎn)化工通訊, 2005, 39(1): 21-23

[10]Zhang Y, Li S, Yin C, et al. Response surface optimisation of aqueous enzymatic oil extraction from bayberry (Myrica rubra) kernels[J]. Food Chemistry, 2012, 135(1):304-308

[11]陳瀟逸, 王超, 張帆, 等. 微波預(yù)處理水酶法提取楊梅核仁油的研究[J]. 中國糧油學(xué)報, 2013, 28(11): 37-40

[12]董迪迪, 王鴻飛, 周增群, 等. 響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2萃取楊梅籽油工藝條件的研究[J]. 中國糧油學(xué)報, 2014, 29(2): 30-35

[13]李小鵬，植物油脂提取工藝研究新進(jìn)展[J]，現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2007,19(8)：201-202

[14]高偉, 幸偉年, 龔春, 等. 茶油的營養(yǎng)價值和開發(fā)前景[J]. 江西林業(yè)科技, 2013(4):019

[15]鐘海雁. 野生楊梅核仁油中脂肪酸的成份分析[J]. 中國野生植物資源, 1990(3):004

[16]程海燕. 楊梅中黃酮類化合物的分離, 鑒定及其核仁油脂的提取分析[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2009

[17]倪亮.楊梅生產(chǎn)廢棄物資源化利用研究[D].杭州：浙江大學(xué),2007.

Optimization of Myrica Rubra Seed Oil Extraction Conditions with Response Surface Methodology and Fatty Acid Analysis

Li Luoming Huang Yafang Li Zongjun Zhao Lin Li Ke

(College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Province Key Laboratory of Food Science and Biotechnology, Changsha 410128)

Based from single factors of Mudong Bayberry seed oil extraction experiments, three extraction parameters, extraction time, liquid/solid ratio and extraction temperature were optimized by response surface methodology. Myribra Rubra seed oil fatty acid composition was analyzed by gas chromatography. The optimal extraction conditions for oil yield were time, liquid/solid ratio, temperature as 2 h 20 min, 1∶7 (m/V) and 48.5 ℃. Under the optimum condition, the experimental oil yield was 62.52% and the extraction yield was 93.31%. The fatty acid composition analysis results showed that the Mudong Myrica Rubra seed oil is rich in unsaturated fatty acids, which is as high as 86.49%, which contains 47.9% of oleic acid, 37.3% of linoleic acid, and a small amount of α-linolenic acid (0.12%), cis-8-Eicosenoic acid (0.29%), palmitoleic acid (0.88%), with higher nutritional value.

response surface methodology, extraction, myribra rubra seed oil, oil yield, fatty acid

TS213.3

A

1003-0174(2016)04-0113-05

2014-08-23

李羅明，男，1965年出生，高級工程師，農(nóng)產(chǎn)品加工、食品安全與質(zhì)量控制

李珂，男，1982年出生，實驗師，食品科學(xué)、微生物學(xué)