響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2萃取金花葵籽油工藝

吳曉宗 ，郝莉花，趙光遠(yuǎn) ，縱 偉

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，鄭州450000； 2.河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，鄭州 450000)

響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2萃取金花葵籽油工藝

吳曉宗1，郝莉花2，趙光遠(yuǎn)1，縱 偉1

(1.鄭州輕工業(yè)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，鄭州450000； 2.河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，鄭州 450000)

為有效提取金花葵籽油，采用響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2萃取金花葵籽油工藝條件。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間為影響因素，以金花葵籽油得率為響應(yīng)值，采用中心組合 Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行響應(yīng)面分析，并對(duì)金花葵籽油脂肪酸組成進(jìn)行分析。結(jié)果表明：超臨界CO2萃取金花茶籽油最佳工藝條件為萃取壓力32 MPa、萃取溫度40℃、萃取時(shí)間120 min，金花葵籽油得率為(22.9±0.2)%；金花葵籽油中脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，占76.12%，其中棕櫚油酸0.58%、亞油酸35.65%和油酸39.89%。超臨界CO2萃取可作為萃取金花葵籽油的有效方法，金花葵籽油可作為食用保健油開發(fā)。

金花葵籽油；超臨界CO2；脂肪酸；響應(yīng)面法

金花葵(HibiseusmanihotL.)為錦葵科植物，分布在我國(guó)河北省，是瀕臨絕種的植物之一[1-2]。近年來，人們發(fā)現(xiàn)金花葵中含有豐富的黃酮、多糖等成分，具有抗氧化、降血糖、降血脂等功效[3-5]，開始進(jìn)行大量種植，目前國(guó)內(nèi)已有許多金花葵種植基地，如太行山東部山麓地區(qū)、晉中晉南地區(qū)、河南南陽地區(qū)等。金花葵籽是金花葵果實(shí)中的種仁，其油中含有豐富的油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸[6-7]，具有降血脂、降血壓作用[8-9]。

目前，對(duì)金花葵籽油成分的研究已有報(bào)道，但其提取工藝研究方面鮮有報(bào)道。超臨界CO2萃取技術(shù)是萃取種子油的有效方法[10-12]，但在金花葵籽油的萃取中還未見文獻(xiàn)報(bào)道。因此，本試驗(yàn)采用響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2萃取金花葵籽油工藝條件，建立超臨界CO2萃取金花葵籽油的數(shù)學(xué)模型，并采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對(duì)金花葵籽油進(jìn)行脂肪酸組成分析，以期為金花葵籽油的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

SFE-2超臨界萃取設(shè)備, 美國(guó)ASI公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,上海亞榮生化儀器廠；Trace 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)Finnigan公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 金花葵籽油超臨界 CO2萃取

稱取一定質(zhì)量的金花葵籽(W1)放入萃取器中，打開萃取釜進(jìn)氣閥進(jìn)行萃取，萃取結(jié)束后，減壓分離，得金花葵籽萃取物，然后加入無水硫酸鈉進(jìn)行脫水，脫水后稱量金花葵籽油質(zhì)量(W2)，按下式計(jì)算金花葵籽油得率(Y)。

1.2.2 金花葵籽油脂肪酸組成分析

甲酯化:取金花葵籽油50mg置于10mL具塞試管中，加入0.5mL苯、0.5mL乙醚和1mL2%氫氧化鈉甲醇溶液，45℃條件下水浴20min進(jìn)行甲酯化，然后冷卻，加水定容至10mL，待分層后，棄去水相，取上清液進(jìn)行GC-MS測(cè)定。

GC條件:PEG20M色譜柱(30m×0.25mm×0.25μm)；載氣為高純N2，流速0.80mL/min；進(jìn)樣方式為260℃分流，分流流速為32mL/min；柱溫升溫程序?yàn)槠鹗紲囟?80℃，終止溫度240℃，升溫速率3.0℃/min，240℃維持10min。

他的事業(yè)不斷擴(kuò)展，大部分時(shí)間，他在北京、南京、西寧、鄂爾多斯。但每年都會(huì)拿出一段時(shí)間外出進(jìn)修。他還記得她的眼睛是怎樣黯淡下去，似乎這些年他進(jìn)修、參加音樂會(huì)，都與這黯淡下去的目光有關(guān)。

MS條件：離子化方式EI+；發(fā)射電流200μA；電子能量70eV；接口溫度250℃；離子源溫度200℃；檢測(cè)器電壓350V。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 萃取壓力對(duì)金花葵籽油得率的影響

在萃取溫度40℃、萃取時(shí)間120min、CO2流量400g/min、分離壓力6MPa時(shí)，不同萃取壓力(20、25、30、35、40MPa)對(duì)金花葵籽油得率的影響見圖1。

圖1 萃取壓力對(duì)金花葵籽油得率的影響

由圖1可知，隨著萃取壓力的升高，金花葵籽油得率提高，但萃取壓力達(dá)到30MPa后，繼續(xù)增加萃取壓力，金花葵籽油得率增加緩慢。這是因?yàn)檩腿毫υ龃?，CO2流體密度增加，對(duì)溶質(zhì)溶解度增加[13]，但繼續(xù)增加壓力，溶質(zhì)溶解能力會(huì)降低，并且設(shè)備的操作和維護(hù)費(fèi)用會(huì)增加。因此，萃取壓力采用30MPa。

2.1.2 萃取溫度對(duì)金花葵籽油得率的影響

在萃取壓力30MPa、萃取時(shí)間120min、CO2流量400g/min、分離壓力6MPa時(shí)，不同萃取溫度(30、35、40、45、50℃)對(duì)金花葵籽油得率的影響見圖2。

圖2 萃取溫度對(duì)金花葵籽油得率的影響

由圖2可知，萃取溫度較低時(shí)，金花葵籽油得率隨著萃取溫度的升高而提高，在40℃時(shí)金花葵籽油得率達(dá)到最大，但繼續(xù)升高萃取溫度，金花葵籽油得率反而有所下降。這是因?yàn)檩腿囟葘?duì)溶質(zhì)的溶解度有正負(fù)兩方面的影響，一方面溫度的升高可增大溶劑的擴(kuò)散系數(shù)，有利于萃??；另一方面溫度升高，CO2密度下降，使溶質(zhì)溶解度降低，不利于萃取[14]。因此，萃取溫度以40℃為宜。

2.1.3 萃取時(shí)間對(duì)金花葵籽油得率的影響

在萃取壓力30MPa、萃取溫度40℃、CO2流量400g/min、分離壓力6MPa時(shí)，不同萃取時(shí)間(30、60、90、120、150min)對(duì)金花葵籽油得率的影響見圖3。

圖3 萃取時(shí)間對(duì)金花葵籽油得率的影響

由圖3可知，萃取時(shí)間120min內(nèi)，金花葵籽油得率隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，但當(dāng)萃取時(shí)間超過120min后，得率增加不顯著(P>0.05)。這是由于120min時(shí)，萃取已經(jīng)基本達(dá)到平衡，再繼續(xù)延長(zhǎng)萃取時(shí)間，會(huì)造成成本增加。因此，選擇萃取時(shí)間為120min。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以金花葵籽油得率(Y)為指標(biāo)，萃取壓力(A)、萃取溫度(B)和萃取時(shí)間(C)為因素，進(jìn)行三因素三水平17 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面試驗(yàn)，響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見表1，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

運(yùn)用Design Expert 8.0.5b軟件對(duì)表2試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合，得金花葵籽油得率與各因素的二次多項(xiàng)式回歸模型：Y=26.36-0.19A-0.05B+0.26C-0.38AB-0.15AC-0.62BC-3.51A2-1.78B2-1.65C2。

對(duì)回歸模型進(jìn)行方差分析和回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 模型方差分析和回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)

運(yùn)用Design Expert 8.0.5b軟件，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析，確定最佳萃取條件為：萃取壓力32 MPa，萃取溫度40℃，萃取時(shí)間120 min。在最佳萃取條件下預(yù)測(cè)金花葵籽油得率為22.7%。采用上述優(yōu)化條件進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，金花葵籽油得率實(shí)測(cè)值為(22.9±0.2)%，表明實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值基本吻合，該模型能較好地預(yù)測(cè)金花葵籽油得率。

2.3 金花葵籽油的脂肪酸組成

對(duì)上述最佳工藝條件下萃取得到的金花葵籽油進(jìn)行GC-MS 分析，并通過與標(biāo)準(zhǔn)色譜圖對(duì)照，鑒定出金花葵籽油主要脂肪酸組成如表4所示。

表4 金花葵籽油主要脂肪酸組成及相對(duì)含量

由表4可知，金花葵籽油中不飽和脂肪酸有棕櫚油酸(0.58%)、亞油酸(35.65%)和油酸(39.89%)，不飽和脂肪酸含量達(dá)到76.12%。近年來研究表明，不飽和脂肪酸對(duì)人體具有抗血栓、降血脂、預(yù)防心血管疾病等功能[15]。因此，金花葵籽油是一種具有保健作用的油脂資源。

3 結(jié) 論

超臨界 CO2萃取金花葵籽油最佳工藝條件為：萃取壓力32 MPa，萃取溫度40℃，萃取時(shí)間120 min。在最佳萃取條件下金花葵籽油得率為(22.9±0.2)%。金花葵籽油中脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，占76.12%，其中棕櫚油酸0.58%、亞油酸35.65%和油酸39.89%。金花葵籽油可以作為一種食用保健油進(jìn)行開發(fā)。

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OptimizationofsupercriticalcarbondioxideextractionofHibiseusmanihotL.seedoilbyresponsesurfacemethodology

WU Xiaozong1，HAO Lihua2，ZHAO Guangyuan1,ZONG Wei1

(1.College of Food and Bioengineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450000,China； 2.Henan Institute of Product Quality Supervision and Inspection,Zhengzhou 450000, China)

In order to extractHibiseusmanihotL. seed oil (HSO), response surface methodology was used to optimize the conditions of supercritical carbon dioxide extraction ofHibiseusmanihotL. seed oil. Based on single factor experiment, with extraction pressure, extraction temperature and extraction time as factors and yield ofHibiseusmanihotL. seed oil as index, the mathematical model was established by central composite experiment (Box-Behnken) for response surface analysis, and the fatty acid composition ofHibiseusmanihotL. seed oil was analyzed. The results showed that the optimal extraction condition were obtained as follows: extraction pressure 32 MPa, extraction temperature 40℃, and extraction time 120 min. Under the optimal conditions, the yield ofHibiseusmanihotL. seed oil was (22.9±0.2)%. The main fatty acids ofHibiseusmanihotL. seed oil were unsaturated fatty acids, which accounted for 76.12%, and the contents of palmitoleic acid, linoleic acid and oleic acid were 0.58%, 35.65% and 39.89% respectively. The research indicated that supercritical carbon dioxide extraction was a suitable method for extractingHibiseusmanihotL. seed oil andHibiseusmanihotL. seed oil could be developed as edible healthy oil.

HibiseusmanihotL. seed oil； supercritical carbon dioxide； fatty acid； response surface methodology

2017-03-01；

：2017-04-20

河南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(16IRTSTHN010)；河南省科技創(chuàng)新人才計(jì)劃 (2017JR0002)

吳曉宗(1981)，男，講師，博士，研究方向?yàn)槭称芳庸すに?E-mail)wuxzong@126.com。

縱 偉，教授(E-mail)zongwei1965@126.com。

TS225.6；S565.5

：A

：1003-7969(2017)07-0015-04