貴州刺梨種子油提取工藝研究及理化性質(zhì)分析

涂小艷，余劍鋒，陳纖纖，王莎莎，陳 青*

（貴州大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

刺梨（Rosa roxburghii）屬于薔薇科植物，主要分布在于溫暖帶及亞熱帶地區(qū)[1]。刺梨在食品和藥用領(lǐng)域有很多技術(shù)成果和上市產(chǎn)品，刺梨種子是刺梨榨汁后的廢棄物，有很好的利用價值[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)刺梨種子油含有豐富的氨基酸[4]、不飽和脂肪酸如亞油酸、亞麻酸[5-6]等人體所需的營養(yǎng)物質(zhì)，具有治療心腦血管疾病、促進(jìn)脂肪的分解、增加人體新陳代謝的速率、抗癌防癌、促進(jìn)生長發(fā)育[7-9]、抗氧化[10]等作用，因此具有很高的經(jīng)濟(jì)價值。

傳統(tǒng)提取刺梨種子油的方法有索氏提取法，該法提取率低，提取時間長[11]。而超聲波產(chǎn)生強烈振動可加速植物材料中的有效成分進(jìn)入溶劑，從而增加有效成分的提取率，縮短提取時間[12]?；诖?，本研究通過超聲波輔助法對刺梨種子油進(jìn)行提取，采用單因素和正交試驗對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化分析，并對所得刺梨種子油的各項理化指標(biāo)進(jìn)行測定與分析，以期為綜合利用刺梨廢渣資源、開發(fā)營養(yǎng)食用油、醫(yī)藥保健等提供研究方向。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

成熟的刺梨果實：采摘于貴州省貴陽市花溪區(qū)，將刺梨果實挑去爛果，切開果肉取出刺梨籽，用清水洗凈刺梨籽，在55～60℃條件下烘干，用植物試樣粉碎機將刺梨籽粉碎，即得刺梨種子粉。

石油醚（分析純）：天津風(fēng)船化學(xué)試劑三廠；乙醚、正己烷（均為分析純）：杭州雙林化工試劑廠；無水乙醇、丙酮（均為分析純）：南京化學(xué)試劑有限公司；甲醇（分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鉀、硫代硫酸（均為分析純）：成都金山化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JD200-4電子天平：沈陽龍騰電子有限公司；FZ10微型植物試樣粉碎機：北京永新光明醫(yī)療儀器廠；LDS-1H型電腦水分測量儀：浙江托普儀器有限公司；WAY-2W型阿貝折光儀：上海申光儀器有限公司；RE52C型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；KQ5200B型超聲波清洗儀：昆山市超聲儀器有限公司；WSL羅維朋比色計：杭州大吉光電儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 刺梨種子油的提取

取刺梨種子粉于60℃條件下烘至水分含量為5.0%左右，準(zhǔn)確稱取一定量的刺梨種子粉（記作M1），放入干燥圓底燒瓶中，加入一定比例的提取溶劑，上接冷凝裝置，在設(shè)定好的功率、時間、溫度條件下進(jìn)行超聲提取。超聲結(jié)束后真空抽濾，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收溶劑（空旋轉(zhuǎn)蒸餾瓶稱質(zhì)量，記作M2），將蒸餾瓶冷卻放入真空干燥箱，真空干燥至恒質(zhì)量，得到刺梨種子油，稱質(zhì)量，記作M3，分裝刺梨種子油，于-5℃保藏待研究。刺梨種子出油率計算公式如下：

式中：W為刺梨種子出油率，%；M1為稱取刺梨種子粉質(zhì)量，g；M2為蒸餾瓶的質(zhì)量，g；M3為刺梨種子油及蒸餾瓶的質(zhì)量，g。

1.3.2 單因素試驗

分別考察不同的提取溶劑（丙酮、石油醚（沸程60～90℃）、無水乙醇、正己烷、乙醚）、提取時間（20min、40min、60 min、80 min、100 min、120 min）、料液比（1∶8、1∶12、1∶16、1∶20、1∶22、1∶26（g∶mL））、超聲功率（100 W、120 W、140 W、160W、180W、200 W）、提取溫度（20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃）對刺梨種子出油率的影響。

1.3.3 正交試驗設(shè)計

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用石油醚為提取溶劑，以刺梨種子出油率為評價指標(biāo)，以超聲功率（A）、料液比（B）、提取時間（C）、提取溫度（D）作為考察對象，進(jìn)行4因素3水平L9（43）的正交試驗，優(yōu)化刺梨種子油提取條件。正交試驗因素與水平見表1。

表1 刺梨種子油提取工藝優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for extraction process optimization of R.roxburghii seed oil

1.3.4 刺梨種子油理化指標(biāo)檢測方法

相對密度：按照國標(biāo)GB/T 5526—1985《植物油脂檢驗比重測定法》進(jìn)行測定；過氧化值：按照國標(biāo)GB 5009.227—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中過氧化值的測定》進(jìn)行測定；碘值：按照國標(biāo)GB/T 5532—2008《動植物油脂碘值的測定》進(jìn)行測定；酸值：按照國標(biāo)GB 5009.229—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中酸價的測定》進(jìn)行測定；皂化值：按照國標(biāo)GB/T 5534—2008《動植物油脂皂化值的測定》進(jìn)行測定；折光率：按照國標(biāo)GB/T 5527—2010《動植物油脂折光指數(shù)的測定》進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 提取溶劑對刺梨種子出油率的影響

表2 不同溶劑對刺梨種子油出油率的影響Table 3 Effects of different solvents on R.roxburghii seed oil yield

由表2可知，5種提取劑的種子油提取率相差不大（6.48%～7.12%），其中正己烷的提取率最高，其次是石油醚；以丙酮、無水乙醇、乙醚作提取溶劑時，種子油渾濁，這可能是因為產(chǎn)生的雜質(zhì)具有親脂和親水性；石油醚和正己烷作提取溶劑時，種子油透明清澈，且有刺梨的芳香味，由于正己烷價格昂貴，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇石油醚（沸程60～90℃）作為最佳提取溶劑。

2.1.2 提取時間對刺梨種子出油率的影響

圖1 提取時間對刺梨種子出油率的影響Fig.1 Effect of extraction time on R.roxburghii seed oil yield

由圖1可知，隨著超聲時間的延長，刺梨種子的出油率呈先增長后略微下降的趨勢，當(dāng)提取時間為60min時，種子油提取率達(dá)到最大，為7.41%。這是因為在提取的初期，有效成分濃度差較大，隨著油脂的不斷溶出，溶劑中的油脂與刺梨種子油中的油脂濃度差不斷減小，刺梨種子油被逐漸提取出來。但時間過長，由于提取溶劑的損耗揮發(fā)和超聲波較強的機械剪切作用，長時間的作用會使大分子的脂肪斷裂，導(dǎo)致出油率有略微下降的趨勢[13]。因此，確定60 min為最佳提取時間。

2.1.3 料液比對刺梨種子出油率的影響

圖2 料液比對刺梨種子出油率的影響Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on R.roxburghii seed oil yield

由圖2可知，隨著提取溶劑用量的增加，出油率也不斷提高，這是由于提取溶劑用量的增加間接降低了油的濃度，增加了溶劑與刺梨種子細(xì)胞中油脂的濃度差，增大了傳質(zhì)推動力，提高了油脂在提取溶劑中的擴(kuò)散速度，當(dāng)料液比為1∶12（g∶mL）時，出油率達(dá)到最大，為7.28%；繼續(xù)增加溶劑用量，出油率趨向穩(wěn)定，溶劑用量過大，會造成溶劑回收困難和生產(chǎn)成本增加。因此，選定最佳料液比為1∶12（g∶mL）。

2.1.4 超聲功率對刺梨種子出油率的影響

圖3 超聲功率對刺梨種子出油率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic power on R.roxburghii seed oil yield

由圖3可知，隨著超聲功率的增加，種子油提取率迅速增高，超聲功率為120 W時出油率達(dá)最大值，為7.35%。繼續(xù)提高超聲功率，提取率開始下降，隨后提取率趨于穩(wěn)定。這是因為在其他條件不變的情況下，超聲波功率越大，超聲波對細(xì)胞壁的破碎作用增強，機械作用越強烈，油脂滲出越快，出油率越大；但當(dāng)超聲波功率到達(dá)120 W時，超聲作用進(jìn)一步加速了提取液的流動，從而減少了物料在超聲場中的停留時間，破壁作用也就隨之減弱，刺梨種子出油率逐漸下降，當(dāng)內(nèi)外滲透壓達(dá)到平衡時，刺梨種子出油率便趨于穩(wěn)定[14]。因此，選擇最佳超聲功率為120 W。

2.1.5 提取溫度對刺梨種子出油率的影響

圖4 提取溫度對刺梨種子出油率的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on R.roxburghii seed oil yield

由圖4可知，隨著提取溫度的升高，刺梨種子的出油率逐步增加，這可能由于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受高溫變化，分子運動加劇，同時溶劑和油脂的黏度降低，傳質(zhì)阻力小，從而使出油率升高，當(dāng)提取溫度為50℃時，出油率達(dá)到最大值，為7.51%。繼續(xù)升高提取溫度接近溶劑沸點（沸程60～90℃），會使溶劑損耗加大，導(dǎo)致出油率下降[15]，也可能是溫度過高致使刺梨種子油油脂分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，隨著時間的延長，可能造成油脂出油率下降。因此，選擇最佳提取溫度為50℃。

2.2 正交試驗結(jié)果

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，超聲功率、料液比、提取時間、提取溫度為評價刺梨種子出油率的因素。為確定這4個因素的綜合影響，以種子出油率為評價指標(biāo)，采用L9（43）正交試驗對超聲功率（A）、料液比（B）、提取時間（C）、提取溫度（D）進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳提取工藝條件，正交試驗結(jié)果與分析見表3，方差分析見表4。

表3 刺梨種子油提取工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for extraction process optimization of R.roxburghii seed oil

表4 正交試驗結(jié)果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表3的極差分析值可知，各因素對刺梨種子出油率影響的主次順序為D＞B＞A＞C，即提取溫度影響最大，超聲功率和提取時間影響最小。得出最佳工藝條件組合為A1B2C3D2，即超聲功率為100 W，料液比1∶12（g∶mL），提取時間80min，提取溫度50℃。在此條件下進(jìn)行3次驗證試驗，測定刺梨種子出油率，平均值為8.27%，高于正交試驗中各組試驗的出油率。由表4的方差分析可知，超聲功率、料液比、提取時間和提取溫度對刺梨種子出油率的影響均不顯著（P＞0.05）。

2.3 理化指標(biāo)測定結(jié)果

采用上述最佳工藝條件提取刺梨種子油，并對種子油理化特性進(jìn)行檢測。結(jié)果表明，所提取的刺梨種子油酸值為1.25 mg KOH/g，皂化值為177.20 mg KOH/g，過氧化值為3.24 mmol/kg，碘值為161.2 g/100 g，相對密度0.924 3，折光系數(shù)為1.469 7（20℃），各檢測指標(biāo)均符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 751—2017《綠色食品食用植物油》中的規(guī)定，說明刺梨種子油是一種良好的油料資源，適宜開發(fā)利用。

3 結(jié)論

本試驗旨在優(yōu)化刺梨種子油的超聲提取工藝，以刺梨種子油提取率為考察指標(biāo)，在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用正交試驗進(jìn)行提取工藝優(yōu)化。并對其理化指標(biāo)進(jìn)行檢測。結(jié)果表明，選擇石油醚為提取溶劑，確定最佳工藝條件為超聲功率100 W，料液比1∶12（g∶mL），提取時間80 min，提取溫度50℃。在此最佳條件下，刺梨種子油的平均提取率為8.27%。所得刺梨種子油的各理化指標(biāo)測定結(jié)果為：酸值1.25 mg KOH/g，過氧化值3.24 mmol/kg，碘值161.2 g/100 g，皂化值177.20 mg KOH/g，相對密度0.924 3，折光系數(shù)1.469 7（20 ℃），各理化指標(biāo)均符合NY/T 751—2017《綠色食品食用植物油》中的規(guī)定，為刺梨種子油開發(fā)成營養(yǎng)食用油提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]董李娜，潘蘇華.刺梨的研究進(jìn)展[J].江蘇中醫(yī)藥，2007（8）：78-80.

[2]孟 滿，張 瑜，林 梓，等.不同物理方法處理刺梨果渣理化性質(zhì)分析[J].食品科學(xué)，2017，38（15）：171-177.

[3]康志嬌，張 明，陳華國，等.刺梨渣制備刺梨果醋的工藝優(yōu)化[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（8）：170-172.

[4]李 東，譚書明，劉 凱，等.刺梨種子中水解氨基酸的測定分析[J].食品與發(fā)酵科技，2015，51（1）：70-73.

[5]陳 青，陳 琳，羅江鴻，等.刺梨籽油脂肪酸的提取及其成分測定[J].甘肅農(nóng)大學(xué)報，2014（2）：147-149.

[6]張峻松，張文葉，姚二民，等.刺梨籽油中脂肪酸成分的GC-MS分析[J].中國糧油學(xué)報，2007，22（3）：85-87.

[7]林非凡，譚竹鈞.亞麻籽油中α-亞麻酸降血脂功能研究[J].中國油脂，2012，37（9）：44-47.

[8]VALENZUELA R,BARRERA C,AYALA J M,et al.Vegetable oils richin alphalinolenic acid allow ahigher accretion of n-3 LCPUFA inthe plasma,liver and adipose tissue of the rat[J].Grasas Y Aceites,2014,65(2)：1-8.

[9]YIN Z J,LIU H L,DONG X,et al.Increasing alpha-linolenic acid content in rice bran by embryo-specific expression of omega 3/Delta 15-desaturasegene[J].Mol Breeding,2014,33(4)：987-996.

[10]史亞男，王道平，馬 琳，等.刺梨籽油的脂肪酸組成和抗氧化活性研究[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報，2013，32（1）：24-28.

[11]張 明，陳華國，周 欣，等.正己烷提取刺梨籽油中脂肪酸成分的GC-MS 分析[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，30（6）：109-112.

[12]王小溪，陳貴林.超聲波法提取南瓜籽油的工藝條件優(yōu)化研究[J].食品科學(xué)，2009，30（8）：60-63.

[13]劉 雷，陳麗娜，陳 星.超聲波輔助提取油莎豆油脂工藝研究[J].糧油加工，2009（11）：40-42.

[14]范三紅，原 超，劉艷榮，等.超聲波輔助提取南瓜籽油及其脂肪酸組成研究[J].食品科學(xué)，2010，31（24）：107-110.

[15]苑佳佳，茅林春，任興晨，等.白蘇籽油的超聲輔助提取工藝優(yōu)化及脂肪酸成分分析[J].食品工業(yè)科技，2016，37（19）：227-231.