水劑法提取蘿卜籽油的工藝研究

朱涵彬，李 靚，蘇志平，魏 端

河南牧業(yè)經濟學院 食品與生物工程學院 (鄭州 450046)

蘿卜籽中藥名萊菔子，多呈黃棕色或紅棕色橢圓或者卵圓形，種皮薄而脆，略有氣味，味微苦。蘿卜籽常作為藥材，食用入胃能夠消食除腫，緩解消化不良等癥狀[1]。除了可以治療疾病外，蘿卜籽還具有美容功效，可用于改善皮膚老化、防皺、淡斑和肌膚提亮。油用蘿卜籽的粗脂肪含量為35.0%，雖較油菜籽的37.5%略低，仍具有開發(fā)利用價值[2]。其中含有90.07%的不飽和脂肪酸[3]和多種生理活性物質[4-6]，蘿卜籽作為一種新的油料資源，具有廣闊的市場前景。

對于蘿卜籽的制油方法還處于研究階段[7-10]，其中水劑法是利用蘿卜籽中非油組分溶解于水和油的能力不同，且水和油由于比重不同而分層，從而將油與蛋白質等進行分離的制油方法。雖然此法有得率低、后處理復雜、成本髙、三廢多等缺點，但此法操作簡單且無需其他試劑和昂貴設備[11]，避免有機溶劑殘留的危害和設備不足的制約，且水劑法制取蘿卜籽油的相關研究甚少，因此有一定研究價值。

實驗以干燥粉碎的油用蘿卜籽為原料，對粗脂肪進行提取，探究蘿卜籽油提取率與料液比、提取時間以及提取溫度這3個實驗因素的關系。為蘿卜籽制油工藝提供更多數(shù)據(jù)，推進蘿卜籽油的研究開發(fā)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

油用蘿卜籽，品名：超級白美濃，品質：一級，湖北省武漢市蔬菜科學研究所；檸檬酸，分析純，天津市光復科技發(fā)展有限公司；氫氧化鈉，分析純，鄭州派尼化學試劑廠。

FA2104A型電子天平，上海精天電子儀器有限公司；DGG-9030A型鼓風干燥箱，鄭州南北儀器設備有限公司；HR-08型多功能粉碎機，上海哈瑞斯電器有限公司；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，方科儀器(常州)有限公司；H1650型醫(yī)用離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；H1850R型臺式高速冷凍離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1蘿卜籽樣品制備

將挑選后的飽滿油用蘿卜籽放置于烘箱中在100 ℃下烘4 h后，用粉碎機粉碎，得到蘿卜籽粉，過 40 mm目篩后，置于干燥器中備用。

1.2.2水劑法制油

準確稱取2 g蘿卜籽粉，按一定的料液比吸取pH 4.5的檸檬酸緩沖溶液，于50 mL離心管中搖勻。在一定的提取時間和提取溫度下恒溫水浴提取，每隔一段時間用玻璃棒進行適當攪拌，促進蘿卜籽油的溶出。提取完成后用8 000 r/min的高速離心機離心20 min，將上清油和乳化層用移液槍吸取至另一50 mL離心管中，用12 000 r/min的高速離心機，機械破乳20 min，后將上清油用移液槍吸取至2 mL離心管中稱重，并計算蘿卜籽油的提取率。

1.2.3單因素實驗設計

以pH 4.5檸檬酸緩沖溶液為提取溶劑，對粉碎后的蘿卜籽粉進行萃取。研究料液比、提取時間以及提取溫度這3個實驗因素對蘿卜籽油提取率的影響。對單一實驗因素的不同水平進行單因素實驗，每一組做3次平行實驗，取平均值。

1.2.3.1 料液比對蘿卜籽油提取率的影響

設置提取時間為1 h，提取溫度為75 ℃，分別以4∶1 (mL/g)、6∶1 (mL/g)、8∶1 (mL/g)、10∶1 (mL/g)、12∶1 (mL/g)、14∶1 (mL/g)的料液比加入pH 4.5檸檬酸緩沖溶液提取蘿卜籽油。

1.2.3.2 提取時間對蘿卜籽油提取率的影響

設置料液比為12∶1 (mL/g)，提取溫度為65 ℃，分別對蘿卜籽萃取1.5 h、2.0 h、2.5 h、3 h、3.5 h、4.0 h。

1.2.3.3 提取溫度對蘿卜籽油提取率的影響

設置料液比為12∶1 (mL/g)，提取時間為3 h，分別在70 ℃、75 ℃、80 ℃、85 ℃、90 ℃、95 ℃的溫度條件下提取蘿卜籽油。

1.2.4響應面實驗設計

利用Design Expert 8.0.6軟件，將料液比、提取時間和提取溫度這3個實驗因素分別設為A、B和C，以單因素實驗結果為基礎，用-1、0、1進行水平編碼，以蘿卜籽油提取率為響應值，設為Y。采用Box-Behnken原理設計實驗方案，優(yōu)化水劑法提取蘿卜籽油的工藝條件。

1.2.5數(shù)據(jù)處理

(1)

式中：W表示蘿卜籽油的提取率，%；m1表示2 mL離心管的質量，g；m2表示蘿卜籽油和2 mL離心管的總質量，g；m表示蘿卜籽樣品質量，g。

2 結果與討論

2.1 水劑法制取蘿卜籽油的單因素實驗結果

2.1.1料液比對蘿卜籽油提取率的影響

如圖1所示，當料液小于12∶1 (mL/g)時，蘿卜籽油的提取率呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，可能是因為料液比過小，提取溶劑與粉碎的蘿卜籽粉形成粘稠物而不易將油脂充分提取出來，且提取出的油與殘渣相混合不易分離。當料液比為12∶1 (mL/g)時，蘿卜籽油的提取率達到最大值。繼續(xù)增大料液比，蘿卜籽油的提取率不再增加反而開始下降，這可能是料液比過大，油脂與水層乳化，使得蘿卜籽油不能被完全提取出來，從而降低了提取率。所以選擇料液比為12∶1 (mL/g)最合適。

圖1 料液比對蘿卜籽油提取率的影響

2.1.2提取時間對蘿卜籽油提取率的影響

如圖2所示，在提取時間小于3 h的范圍內，蘿卜籽油的提取率呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，可能是隨著提取時間的增加，提取溶劑與蘿卜籽粉逐漸充分地混合，更便于油脂提取出來。當提取時間為3 h時，蘿卜籽油的提取率達到最大值。繼續(xù)增加提取時間，蘿卜籽油的提取率反而降低，可能是提取時間過長，會增加油脂的乳化程度，而使得油水難以分離，從而降低了蘿卜籽油的提取率。所以選擇3 h為最適提取時間。

圖2 提取時間對蘿卜籽油提取率的影響

2.1.3提取溫度對蘿卜籽油提取率的影響

如圖3所示，當提取溫度小于90 ℃時，蘿卜籽油的提取率隨提取溫度的升高，逐漸增大，可能是油脂的黏度隨著溫度的升高而降低，更有利于上清油的分離。當提取溫度為90 ℃時，提取率達到最大值。繼續(xù)增加提取溫度，提取率反而降低，可能是提取溫度過高，導致蛋白質變性和淀粉糊化，將油脂包裹住而無法被提取出來，導致提取率下降。所以選擇90 ℃為最適提取溫度。

圖3 提取溫度對蘿卜籽油提取率的影響

2.2 響應面實驗

2.2.1響應面實驗設計與結果

根據(jù)單因素實驗結果，由Box-Behnken實驗設計原理，得出響應面優(yōu)化蘿卜籽油提取工藝實驗設計因素水平表，如表1所示，響應面優(yōu)化蘿卜籽油提取工藝實驗設計方案，如表2所示。

表1 響應面優(yōu)化蘿卜籽油提取工藝實驗設計因素水平表

2.2.2建立數(shù)學模型與方差分析

根據(jù)響應面實驗結果，通過Design-Expert 8.0.6軟件擬合的回歸圖形，得到方差分析結果，蘿卜籽油提取率Y關于料液比A、提取時間B和提取溫度C的多元回歸方程如式(2)，方差分析，如表3所示。

提取率Y=8.59-0.42A+0.019B+0.29C+0.24AB+0.18AC-0.38BC+1.01A2-0.50B2+0.98C2

(2)

由表3可得，模型F=4.35，P=0.032 7，差異顯著，表明回歸方程模型顯著。失擬項F=1.97，P=0.261 0，不顯著，說明方程的擬合度較高，用作計算蘿卜籽油提取率的結果是有意義的。

由表3還可得出，二次項A2與C2，P值<0.01，高度顯著，說明其對水劑法提取蘿卜籽油提取率呈高度顯著影響。比較一次項A、B、C的P值大小可以得出對水劑法提取蘿卜籽油提取率影響的大小順序為：料液比>提取溫度>提取時間。

2.2.3二次交叉互相分析

通過Design-Expert 8.0.6軟件對數(shù)據(jù)進行分析得出，料液比、提取時間和提取溫度三個實驗因素之間兩兩相互作用對水劑法提取蘿卜籽油提取率的影響情況，如圖4～圖6所示。

圖4 料液比與提取時間對蘿卜籽油提取率的影響

圖5 料液比與提取溫度對蘿卜籽油提取率的影響

圖6 提取時間與提取溫度對蘿卜籽油提取率的影響

根據(jù)圖4～圖6可知，AB、AC和BC交互作用的等高線圖沒有呈現(xiàn)明顯的橢圓形, 對水劑法提取蘿卜籽油提取率影響效果不顯著，這與表3方差分析中的二次項因素AB、AC和BC的P值結果一致，說明A、B和C的交互作用，對水劑法提取蘿卜籽油提取率影響較小。

2.2.4最佳工藝檢驗

通過Design-Expert8.0.6軟件分析，得到水劑法提取蘿卜籽油的最佳工藝條件：料液比為10∶1 (mL/g)、提取時間為2.7 h、提取溫度為95 ℃，此時提取率最高，蘿卜籽油提取率可達11.28%。

經過3次平行實驗，證明應用上述最佳制油工藝條件，測得水劑法提取蘿卜籽油的提取率平均值為11.25%，與模型預測值相近，說明此最佳工藝條件具有可操作性。

3 結論

實驗探究了水劑法提取蘿卜籽油的最佳工藝條件，利用響應面法優(yōu)化提取工藝條件，得出當料液比為10∶1 (mL/g)、提取時間為2.7 h、提取溫度為95 ℃時，蘿卜籽油的提取率最高，可達到11.28%。經分析得出，料液比、提取時間以及提取溫度這3個實驗因素對水劑法提取蘿卜籽油提取率的影響順序為：料液比>提取溫度>提取時間。

水劑法制油與破乳工藝密不可分，可以對破乳離心時離心機的轉速、破乳時間以及破乳溫度進一步研究，來優(yōu)化破乳工藝條件，使水劑法提取蘿卜籽油的提取率得到進一步的提高，降低水劑法制油成本。水劑法提取蘿卜籽油可以同時制取蘿卜籽中蛋白質、淀粉等物質，如蘿卜籽蛋白、蘿卜籽淀粉等產品，可應用于食品或飼料生產等，實現(xiàn)蘿卜籽的綜合開發(fā)利用。