超聲波輔助提取辣木籽油的工藝優(yōu)化及其脂肪酸分析

丁鵬霞，李 蓉，李美萍，張生萬，張金才

（1.山西大學生命科學學院，山西太原 030006；2.山西大學資源與環(huán)境工程研究所，山西太原 030006）

辣木（Moringa oleifera Lam.）又稱鼓槌樹、奇樹，屬辣木屬（Moringa Adans.） 辣木亞目辣木科（Moringaceae）植物，多年生熱帶落葉喬木，是富含油的植物[1]，其中主要為不飽和脂肪酸，辣木籽油的脂肪酸成分及含量與橄欖油、茶油十分相似，被譽為油中珍品[2]，目前，在我國云南省已經被大量引進種植[3]。辣木籽種仁中含有豐富的蛋白質、脂肪等營養(yǎng)成分以及Fe，K等多種微量元素[4]；除此之外，它還是一種藥食同源的植物，具有增強體力、減肥健身、降血脂、控制糖尿病、克服失眠、治療貧血、抑制病菌等功效，是優(yōu)質的保健食品原料[5-6]。

近年來，超臨界-CO2[7]、水酶法[8]、索氏提取[9-10]等技術在植物油提取方面取得了很大進展。早期辣木的研究主要集中在辣木的種植[11]、育種、栽培技術[12-13]和飲水凈化[14-15]等方面，近幾年，隨著人們對健康和疾病預防等方面的重視，研究者開始關注辣木籽中功能性成分的提取、分離和純化[16]。段瓊芬等[17]采用超臨界CO2提取辣木籽油，并對其化學成分進行分析；劉紅等[18]采用無水乙醇和乙酸乙酯浸提，然后進行氣相色譜-質譜分析；劉騁[19]采用亞臨界方法對辣木中的生物活性成分進行了初探。超聲波提取技術主要利用超聲波的空化作用加速植物中有效成分的浸出，同時其次級效應也有利于提取，具有省時、節(jié)能、提取效率高等特點。余建興等[20]采用超聲波輔助溶劑法提取辣木籽油，考察了液料比、提取時間、提取次數(shù)、超聲波頻率4個因素對辣木籽出油率的影響。而關于提取溫度對其出油率的影響以及在最佳工藝條件下提取辣木籽油的脂肪酸成分及含量分析均未見文獻報道。

本試驗采用超聲波輔助溶劑提取法，以出油率為評價標準，結合感官性狀及成本，篩選出理想的提取溶劑，在溶劑提取優(yōu)化的基礎上，進一步研究了液料比、提取時間、提取溫度、超聲波功率對辣木籽出油率的影響，旨在確定辣木籽油的最佳提取工藝，并通過氣相色譜/質譜（GC/MS）聯(lián)用技術對辣木籽油的脂肪酸成分及含量進行分析鑒定，為辣木籽油品質評價及綜合利用提供科學的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試辣木籽購于云南省元江健強公司。

1.2 儀器及試劑

九陽粉碎機（九陽股份有限公司）；0.42 mm標準檢驗篩（上虞市道墟鎮(zhèn)恒幸儀器設備廠）；BS124S分析天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）；KQ3200DA型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；SHB-IIIA循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長城科工貿有限公司）；旋轉蒸發(fā)器RE-52AA（上海亞榮生化儀器廠）；7890A-5975C氣相色譜/質譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司）。

石油醚（沸點60～90℃）、乙醚、乙酸乙酯、正己烷、丙酮、甲醇、無水硫酸鈉（天津市光復精細化工研究所）；氫氧化鉀（天津市大陸化學試劑廠），以上試劑均為分析純。

1.3 試驗方法

1.3.1 辣木籽油的提取 取干燥辣木籽，除雜、去殼、籽仁粉碎、過0.42 mm篩，精確稱取樣品5.00 g，置于已烘干至恒質量的錐形瓶中，按比例加入一定量的乙酸乙酯、石油醚、正己烷、丙酮、乙醚，置于超聲波清洗器中，超聲波頻率為40 kHz，在一定的液料比、提取時間、提取溫度和超聲波功率下進行提取，減壓抽濾，濃縮回收得到辣木籽油，干燥至恒質量，按照公式（1）計算辣木籽的出油率，相同條件下平行測定3次，結果取其平均值。

1.3.2 單因素試驗 在其他條件一定時，以出油率為指標，按照表1所示進行單因素試驗。

表1 單因素試驗因素及水平

1.3.3 正交試驗設計 在單因素試驗的基礎上，設計4因素3水平的正交試驗（表2），最終確定超聲波輔助溶劑提取辣木籽油的最佳工藝，并對最優(yōu)組合進行驗證試驗，試驗結果重復3次，取平均值。

表2 超聲波輔助提取正交因素和水平

1.3.4 辣木籽油脂肪酸組分分析

1.3.4.1 甲酯化 稱取0.20 g油樣于6 mL正己烷中，再加入1.4 mL 2 mol/L的KOH/CH3OH溶液，充分振蕩2 min后，于室溫下放置20 min。再加入2 mL蒸餾水，搖勻后待其分層，取澄清液，并加適量無水硫酸鈉，從而完成樣品的甲酯化過程[21]。

1.3.4.2 GC/MS分析條件 氣相色譜條件：色譜柱為Rtx-Wax毛細管色譜柱（30m×0.25mm，0.25μm），載氣為氦氣，純度99.999%，流速1.0 mL/min；進樣量1 μL；分流比10∶1；進樣口溫度250℃。程序升溫：初始溫度50℃，保持2 min，以5℃/min升溫至140℃，保持10 min，再以1℃/min升溫至160℃，保持10 min，接著以1℃/min升溫至180℃，保持10 min，再以1℃/min升溫至200℃，保持10 min，接著以1℃/min升溫至220℃，保持10 min，最后以2℃/min升溫至230℃，保持17 min。

質譜條件：離子源為電子電離（EI）離子源，電子能量70 eV；離子源溫度230℃；四級桿溫度150℃，質量掃描范圍m/z為30～500；掃描模式為全掃描。

1.3.4.3 定性和定量分析 在1.3.4.2條件下對樣品進行測定，通過質譜解析以及NIST 11庫檢索，確定總離子流色譜圖中各個色譜峰所對應的化合物結構，采用峰面積歸一化法對化合物的相對含量進行定量分析。

2 結果與分析

2.1 辣木籽種仁含油率的測定

參照中華人民共和國國家標準GB/T14488.1—2008方法，測得辣木籽種仁干基中含油率平均值為37.40%。

2.2 溶劑的選擇

準確稱取辣木籽種仁粉末10 g于帶塞磨口三角瓶中，分別用石油醚、乙醚、正己烷、乙酸乙酯和丙酮提取辣木籽油，設置液料比為8∶1，超聲波功率60 W，提取溫度30℃，提取時間30 min，結果如圖1所示。

由圖1可知，5種溶劑提取辣木籽油的出油率大小順序為乙酸乙酯＞石油醚＞正己烷＞乙醚＞丙酮，乙酸乙酯提取辣木籽油的出油率最高，石油醚和正己烷次之，乙醚和丙酮最低。由于乙酸乙酯所提取的辣木籽油顏色較深，呈棕褐色且有沉淀析出，感官性狀較差，因此，乙酸乙酯雖然出油率高但不適合用于辣木籽油的提?。皇兔训某鲇吐氏鄬^好，且價格便宜。綜合考慮，選擇石油醚為辣木籽油的最佳提取溶劑。

2.3 單因素試驗

2.3.1 提取時間對辣木籽出油率的影響 為了解提取時間對辣木籽出油率的影響，試驗條件設溶劑為石油醚，超聲波功率為60 W，提取溫度為30℃，液料比為8∶1，改變提取時間，不同時間提取辣木籽油的結果如圖2所示。

由圖2可知，在10～30 min范圍內，隨著提取時間的延長，辣木籽出油率明顯增加，當提取時間為30 min時，出油率達到最大；之后繼續(xù)延長提取時間，出油率無明顯變化。故選擇提取時間為30min。

2.3.2 液料比對辣木籽出油率的影響 為了解液料比對辣木籽出油率的影響，試驗條件設為溶劑石油醚，超聲波功率60 W、提取溫度30℃、提取時間30 min，改變液料比，不同液料比提取辣木籽油的結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著液料比增加，辣木籽出油率呈上升趨勢，當液料比為8∶1（mL/g）時，出油率達到最大；之后隨液料比的增加，出油率無明顯變化。可能是因為隨著提取劑用量的加大，提取液中的滲透壓增加，越容易將辣木籽油提取出來，當提取劑用量達到一定程度時，辣木籽中的油脂已經基本溶出。故選擇液料比為8∶1（mL/g）。

2.3.3 提取溫度對辣木籽出油率的影響 為了解提取溫度對辣木籽出油率的影響，試驗條件設為溶劑石油醚，超聲波功率為60 W，液料比為8∶1，提取時間30 min，改變提取溫度，不同溫度下辣木籽油的結果如圖4所示。

由圖4可知，隨著提取溫度的升高，出油率逐漸增大，當提取溫度為40℃時，出油率達到最大；之后隨提取溫度的升高，出油率變化不明顯?？赡苁且驗殡S著提取溫度的升高，使得溶劑分子在物質中的運動速度加快，從而提高了出油率，當達到一定溫度時，辣木籽中的油脂已經基本溶出，出油率不再升高。故選擇提取溫度為40℃。

2.3.4 超聲波功率對辣木籽出油率的影響 為了解超聲波功率對辣木籽出油率的影響，試驗條件設為溶劑石油醚，液料比8∶1，提取時間30 min，提取溫度40℃，改變超聲波功率，不同超聲波功率下提取辣木籽油的結果如圖5所示。

由圖5可知，隨著超聲波功率的增加，辣木籽出油率呈上升趨勢，當超聲波功率為150 W時，辣木籽出油率達到最大，但超聲波功率從120 W增加至150 W時，出油率增加幅度甚微。為了節(jié)約能耗，故選擇超聲波功率為120 W。

2.4 正交試驗

根據(jù)單因素試驗結果，每個因素選取3個水平，采用L9（34）正交設計，按1.3.1方法進行因素水平優(yōu)化試驗，以出油率為評價指標，選出超聲波輔助溶劑提取辣木籽油的最優(yōu)條件。

由表3可知，4個因素對辣木籽出油率的影響大小依次為D＞A＞B＞C，即超聲波功率＞提取時間＞液料比＞提取溫度，說明超聲波功率在辣木籽油的提取過程中起著重要作用；正交優(yōu)化后最優(yōu)提取組合為A1B2C2D1，即以8∶1作為液料比，超聲波功率為90 W，在35℃下提取20 min。在此條件下，驗證試驗得到辣木籽油提取率達到了96.50%。相對于一般的溶劑提取法，超聲波輔助溶劑提取辣木籽油，縮短了提取時間，提高了提取效率。

表3 超聲波輔助提取辣木籽油正交試驗結果

2.5 辣木籽油脂肪酸成分分析結果

表4 辣木籽油的GC/MS脂肪酸分析結果

對超聲波輔助溶劑提取的辣木籽油的脂肪酸成分進行測定，通過質譜解析以及NIST 11庫檢索，確定總離子流色譜圖中各個色譜峰所對應的化合物結構，采用峰面積歸一化法對化合物的相對含量進行定量分析?？傠x子流色譜圖如圖6所示，解析結果列于表4。

由表4可知，辣木籽油中共檢測出20種脂肪酸，有9種不飽和脂肪酸，其含量占到總脂肪酸成分的79.87%，其中，以單不飽和脂肪酸（MUFA）為主，油酸的含量最高，為65.99%；多不飽和脂肪酸（PUFA）主要包括ω-6系列的亞油酸和ω-3系列的亞麻酸，二者含量為1.04%；另外還有23.78%的飽和脂肪酸。

由表5可知，本試驗采用超聲波輔助溶劑提取辣木籽油較文獻[17，19]方法操作簡單、成本低，且脂肪酸種類較多，尤其是不飽和脂肪酸；與文獻[18]研究結果相比，出油率和油酸含量均較高；與文獻[20]相比，雖然出油率相差不大，但是本試驗分析了脂肪酸種類及含量。這些區(qū)別與原料來源和提取方法的不同有關。

辣木籽油中含有油酸、亞油酸、亞麻酸等功能性成分，其中油酸所占比例較大。醫(yī)學表明，油酸具有選擇性地降低人體血液中總膽固醇、低密度脂蛋白的含量，并保持有益膽固醇（高密度脂蛋白）的作用，從而抑制血管中血栓的形成，可有效預防冠心病等心腦血管疾病的發(fā)生；亞油酸、亞麻酸是胎兒神經發(fā)育的重要物質[22]。由此可見，辣木籽油具有較高的食用及醫(yī)用價值。

表5 本研究與文獻的比較

3 結論

本研究采用超聲波輔助溶劑提取辣木籽油，并對其提取工藝進行優(yōu)化，結果得出，提取辣木籽油的最佳工藝為：溶劑石油醚，液料比 8∶1（mL/g），超聲波功率90 W，提取溫度35℃，提取時間20 min。在此條件下，驗證試驗得到的出油率為36.10%，提取率為96.50%。通過氣相色譜/質譜（GC/MS）聯(lián)用技術對辣木籽油中的脂肪酸成分進行分析，確定脂肪酸結構的有20種，有9種不飽和脂肪酸，其含量占總脂肪酸的79.87%，以單不飽和脂肪酸為主，其中，Z-9-十八碳烯酸即油酸含量最高，為65.99%。

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