有機(jī)溶劑浸提—水蒸氣組合法提取杜仲籽油工藝的研究

摘要：以杜仲籽為原料，采用有機(jī)溶劑浸提與水蒸氣蒸餾組合的方法提取杜仲籽油，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)4因素3水平試驗(yàn)優(yōu)化杜仲籽油的提取工藝。結(jié)果表明，采用有機(jī)溶劑浸提與水蒸氣蒸餾組合法提取杜仲籽油的最佳條件為：樣品粒度>80～100目，超聲處理時(shí)間15 min，料液比1 g ∶7 mL，蒸餾時(shí)間4 h，在此條件下杜仲籽油的提取率為2026%。

關(guān)鍵詞：杜仲籽油；有機(jī)溶劑；水蒸氣；提取工藝

中圖分類號(hào)： TS2244文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）21-0216-03

收稿日期：2016-05-24

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳項(xiàng)目（編號(hào)：14JK2017）；陜西國際商貿(mào)學(xué)院校級(jí)科研課題（編號(hào)：SMXY201634）。

作者簡介：趙欣（1985—），女，重慶梁平人，碩士，講師，主要從事中藥材鑒定以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面的教學(xué)與科研工作。E-mail：zx420355@163com。

杜仲（Eucommia ulmoides Oliver）是我國特有的經(jīng)濟(jì)樹種和名貴中藥材，又名思仲、思仙等，為杜仲科杜仲屬多年生落葉喬木，屬被子植物門杜仲科杜仲屬，為一科一屬落葉喬木，廣泛分布于四川、陜西、湖北、河南、貴州、云南、江西、甘肅、湖南及廣西等地區(qū)1]。杜仲籽是杜仲種植業(yè)的副產(chǎn)品。杜仲籽油中90%以上脂肪酸為不飽和脂肪酸，其中亞油酸占 11%～13%，α-亞麻酸占61%～63%，杜仲籽油是目前發(fā)現(xiàn)的高α-亞麻酸天然植物油之一2-4]。亞油酸和α-亞麻酸5]均是人體必需脂肪酸6-7]，因此杜仲籽油在食品、藥品及化妝品行業(yè)具有廣闊的開發(fā)前景8]。

目前，尚未見組合法提取杜仲籽油的報(bào)道。一般利用有機(jī)溶劑，采用索氏回流法提取杜仲籽油，此方法得到的杜仲籽油常含有大量的植物蠟、糖類、蛋白質(zhì)和色素等雜質(zhì)。采用有機(jī)溶劑浸提-水蒸氣法提取杜仲籽油，可以得到雜質(zhì)含量少、顏色和氣味純正的杜仲籽油。本研究以杜仲籽粒為原材料，采用有機(jī)溶劑浸提-水蒸氣法提取杜仲籽油，旨在探索出組合法提取杜仲籽油的最佳工藝條件，為其在食品、藥品和化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用8-9]奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

11材料與儀器

杜仲籽采自陜西省略陽縣；石油醚（沸程30～60 ℃）購自成都科龍化工試劑廠；蒸餾水，實(shí)驗(yàn)室制。

FW-400A傾斜式萬能粉碎機(jī)購自北京中興偉業(yè)儀器有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器購自上海亞榮生化儀器廠；KH-50B型超聲波清洗器購自昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司；索氏提取器、揮發(fā)油提取器。

12試驗(yàn)方法

121杜仲籽油提取工藝流程及其提取率的計(jì)算

杜仲籽FY（]40～50 ℃烘干FY）]杜仲干籽FY（]粉碎、過標(biāo)準(zhǔn)篩FY）]一定樣品粒度的杜仲籽粉末FY（]浸入石油醚FY）]超聲處理FY（]索氏回流提取FY）]杜仲籽粗脂肪FY（]水蒸氣蒸餾FY）]杜仲籽油

杜仲籽油提取率=SX（]油質(zhì)量（g）杜仲籽樣品質(zhì)量（g）SX）]×100%。

122單因素試驗(yàn)

1221樣品粒度對(duì)杜仲籽油提取率的影響稱取一定量的杜仲籽粉末樣品，用濾紙筒包裹好，置于裝有石油醚的燒杯中，于超聲頻率40 kHz、超聲功率50 W的條件下，超聲處理15 min，放入索氏提取器中，調(diào)節(jié)水浴鍋溫度至60 ℃，回流提取6 h，收集回流液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到杜仲籽粗脂肪。根據(jù)粗脂肪的質(zhì)量按料液比1 g ∶7 mL加入蒸餾水，蒸餾精制4 h，測量得到的杜仲籽油的質(zhì)量，計(jì)算提取率。樣品粒度分別為 20～40、>40～60、>60～80、>80～100、>100～120目，每個(gè)水平重復(fù)3次。

1222超聲時(shí)間對(duì)杜仲籽油提取率的影響按“1221”節(jié)的方法，超聲處理時(shí)間分別設(shè)置為5、10、15、20、25 min，其他條件不變，進(jìn)行提取并計(jì)算提取率。每個(gè)水平重復(fù)3次。

1223料液比對(duì)杜仲籽油提取率的影響按“1221”節(jié)的方法，料液比分別設(shè)置為1 ∶3、1 ∶5、1 ∶7、1 ∶9、1 ∶11（g ∶mL），其他條件不變，進(jìn)行提取并計(jì)算提取率。每個(gè)水平重復(fù)3次。

1224蒸餾時(shí)間對(duì)杜仲籽油提取率的影響按“1221”節(jié)的方法，蒸餾時(shí)間分別設(shè)置為1、2、3、4、5 h，其他條件不變，進(jìn)行提取并計(jì)算提取率。每個(gè)水平重復(fù)3次。

123響應(yīng)面法優(yōu)化杜仲籽油的提取在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理，分別以X1、X2、X3、X4為代表樣品粒度、超聲時(shí)間、料液比、蒸餾時(shí)間4個(gè)因素，每一個(gè)自變量的低、中、高試驗(yàn)水平分別以-1、0、1進(jìn)行編碼，以杜仲籽油提取率為響應(yīng)值（Y），進(jìn)行4因素3水平共29個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，對(duì)杜仲籽油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，因素水平編碼見表1，每組平行試驗(yàn)3次。

13數(shù)據(jù)處理

響應(yīng)面試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Design ExPert 8061軟件處理，其他數(shù)據(jù)用SPSS進(jìn)行顯著性分析，001

2結(jié)果與分析

21單因素試驗(yàn)

211樣品粒度對(duì)杜仲籽油提取率的影響

稱取杜仲籽粉末10 g，按“1221”節(jié)的方法提取杜仲籽油，并計(jì)算提取率。樣品粒度對(duì)杜仲籽油提取率的影響結(jié)果見圖1。由圖1可知，隨著杜仲籽粉末的粒度逐漸減小，杜仲籽油的提取率逐漸上升，根據(jù)擴(kuò)散定律10]：藥材粉碎度越細(xì)，浸出效果越好，成分得率越高。當(dāng)杜仲籽粉末粒度超過100目時(shí)，杜仲籽油的提取率呈現(xiàn)下降趨勢，可能是樣品粒度過小，超聲處理時(shí)溢出的油被破壞分解，也可能是樣品粒度越小，其他組分浸出的可能性增大，蒸餾精制時(shí)阻礙了杜仲籽油的蒸出。

212超聲處理時(shí)間對(duì)杜仲籽油提取率的影響

稱取杜仲籽粉末10 g，按“1222”節(jié)的方法提取杜仲籽油，并計(jì)算提取率。超聲處理時(shí)間對(duì)杜仲籽油提取率的影響結(jié)果見圖2。由圖2可知，隨著超聲處理時(shí)間的延長，杜仲籽油提取率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在5～15 min內(nèi)，隨著超聲處理時(shí)間

的增加，杜仲籽油的提取率逐漸上升，這是由于超聲處理可以增加細(xì)胞的破碎程度，有利于杜仲籽油的溢出。當(dāng)超聲處理超過15 min時(shí)，杜仲籽油的提取率緩慢下降，這可能是超聲處理產(chǎn)生熱效應(yīng)，使得少部分杜仲籽油揮發(fā)，導(dǎo)致提取率下降。

213料液比對(duì)杜仲籽油提取率的影響

稱取杜仲籽粉末10 g，按“1223”節(jié)的方法提取杜仲籽油，并計(jì)算提取率。料液比對(duì)杜仲籽油提取率的影響結(jié)果見圖3。由圖3可知，隨著料液比的增加，杜仲籽油的提取率逐漸上升，當(dāng)料液比達(dá)到 1 g ∶7 mL 時(shí)，再增加溶液的量，杜仲籽油的提取率變化不大。這主要是由于溶液的量增加杜仲籽粉末的濃度，增加杜仲籽粉末和溶液接觸面的濃度差11]，使傳質(zhì)推動(dòng)力增加，有利于杜仲籽油的溢出。當(dāng)繼續(xù)增加溶液時(shí)，其提取率變化不大，從節(jié)約資源方面考慮，選擇最佳料液比為1 g ∶7 mL。

214蒸餾時(shí)間對(duì)杜仲籽油提取率的影響

稱取杜仲籽粉末10 g，按“1224”節(jié)的方法提取杜仲籽油，并計(jì)算提取率。蒸餾時(shí)間對(duì)杜仲籽油提取率的影響結(jié)果見圖4。由圖4可知，杜仲籽油的提取率隨著時(shí)間增加呈現(xiàn)先上升后平穩(wěn)的趨勢，這主要是隨著時(shí)間推移杜仲籽油蒸餾精制量累積的結(jié)果，4 h后繼續(xù)蒸餾精制提取率變化不大，說明該條件下杜仲籽油已完全蒸出。

22響應(yīng)面法優(yōu)化杜仲籽油的提取條件

221響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選擇樣品粒度（X1）、超聲處理時(shí)間（X2）、料液比（X3）和蒸餾時(shí)間（X4）4個(gè)因素，以杜仲籽油的提取率為響應(yīng)值，采用Box-Behnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)4因素3水平試驗(yàn)優(yōu)化杜仲籽油的提取條件。響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2，方差分析見表3。

利用Design ExPert 8061軟件處理所得數(shù)據(jù)，得到杜仲籽油提取率預(yù)測的二次多元回歸模型為：

Y=2039-119X1-051X2+087X3+098X4+043X1X2-076X1X3-022X1X4-119X2X3-098X2X4-152X3X4-647X12-359X22-262X32-181X42。

由表3可知，模型P<0000 1，F(xiàn)=6248>F001（14，4）=1424，表明該模型極顯著；模型的R2=9842%，說明該模型可以預(yù)測9842%響應(yīng)值的變化；失擬項(xiàng)P=0264 1>005，F(xiàn)=200X4>X3>X2，即樣

品粒度>蒸餾時(shí)間>料液比>超聲處理時(shí)間。

222因素間交互作用結(jié)果與分析

響應(yīng)曲面的坡度越陡峭，則表明因素間交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響越顯著12]。由圖5至圖8可知，樣品粒度與超聲處理時(shí)間之間的交互作用、超聲處理時(shí)間與料液比之間的交互作用、超聲處理時(shí)間與蒸餾時(shí)間之間的交互作用和料液比與蒸餾時(shí)間的交互作用均對(duì)杜仲籽油的提取率呈顯著性影響。其中超聲處理時(shí)間與料液比之間的交互作用和料液比與蒸餾時(shí)間的交互作用對(duì)杜仲籽油提取率的影響最為顯著。

根據(jù)模型優(yōu)化得到最佳工藝條件為：樣品粒度7781目，超聲處理時(shí)間1432 min，料液比1 g ∶728 mL、蒸餾時(shí)間426 h，在該條件下模型預(yù)測杜仲籽油的提取率為2067%。為方便實(shí)際操作，將最佳工藝條件修正為：樣品粒度>80～100目，料液比1 g ∶7 mL，超聲處理時(shí)間15 min，蒸餾時(shí)間 4 h，在此條件下測得杜仲籽油提取率為2026%，與理論值2067%相比，相對(duì)誤差為198%，因此采用響應(yīng)面法優(yōu)化杜仲籽油的提取工藝，所得最佳工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠。

3結(jié)論

本研究以杜仲籽為原材料，以杜仲籽油的提取率為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)4因素3水平試驗(yàn)優(yōu)化杜仲籽油的提取條件，結(jié)果表明，采用有機(jī)溶劑浸提-水蒸氣組合法提取杜仲籽油的最佳條件為：樣品粒度>80～100目，超聲處理時(shí)間15 min，料液比1 g ∶7 mL，蒸餾時(shí)間4 h，在此條件下杜仲籽油的提取率為2026%。

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