超聲波輔助提取諸葛菜籽油的工藝研究

周 敏，周文美，吳沿友，孫亞利，楊 娟

(1.貴州大學(xué) 貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽550025；2.貴州大學(xué) 釀酒與食品工程學(xué)院，貴陽550025； 3.中國地球化學(xué)研究所，貴陽550025)

超聲波輔助提取諸葛菜籽油的工藝研究

周 敏1，2，周文美1，2，吳沿友3，孫亞利1,2，楊 娟2

(1.貴州大學(xué) 貴州省發(fā)酵工程與生物制藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽550025；2.貴州大學(xué) 釀酒與食品工程學(xué)院，貴陽550025； 3.中國地球化學(xué)研究所，貴陽550025)

以諸葛菜籽為原料，采用超聲波輔助法提取諸葛菜籽油。通過單因素試驗(yàn)研究了提取溶劑、料液比、超聲溫度、超聲時(shí)間對諸葛菜籽得油率的影響，并采用響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化了諸葛菜籽油最佳提取工藝條件。結(jié)果表明：以石油醚(60～90℃)為提取溶劑，在料液比1∶14.2、超聲時(shí)間40 min、超聲溫度31.8℃的條件下，諸葛菜籽得油率最高，達(dá)到45.36%。超聲波輔助提取法優(yōu)于索氏提取法。

諸葛菜籽油；超聲波輔助提?。豁憫?yīng)面法

諸葛菜是一種耐寒、耐陰且適應(yīng)能力極強(qiáng)的十字花科植物。諸葛菜成熟之后可獲得諸葛菜籽，且因諸葛菜對土壤質(zhì)量要求不嚴(yán)格，一般的生長環(huán)境都能適應(yīng)，所以諸葛菜籽資源非常豐富。諸葛菜籽油含有大量棕櫚酸、油酸、亞油酸等高營養(yǎng)物質(zhì)，且其含量普遍高于其他油料作物，可作為一種優(yōu)質(zhì)的新油源進(jìn)行推廣[1-3]。提取油脂的傳統(tǒng)方法(如索氏提取法、壓榨法)提取率低且耗時(shí)過長。超聲波輔助法憑借超聲波強(qiáng)烈振動(dòng)、空化等作用，以及擴(kuò)散、擊碎等次級效應(yīng)的優(yōu)勢，使溶劑分子與油脂分子充分接觸、迅速滲透，從而短時(shí)高效提取油脂[4]。本試驗(yàn)采用響應(yīng)面法[5]優(yōu)化超聲波輔助提取諸葛菜籽油的最佳工藝參數(shù)，以期為諸葛菜籽油的綜合開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

諸葛菜籽：市售；石油醚(60～90℃)、無水乙醇、乙醚、正己烷，均為分析純。

AL104電子天平，101-1A電熱鼓風(fēng)干燥箱，KQ-300DE 型數(shù)控超聲波清洗器，HC-280T2 高速多功能粉碎機(jī)，RE-2000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，SHZ-Ⅲ型循環(huán)水真空泵。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 超聲波輔助提取諸葛菜籽油工藝流程

諸葛菜籽→干燥→粉碎→過40目篩→干燥→稱重→按一定的料液比加入溶劑→超聲波輔助提取→減壓抽濾→濾液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→干燥→稱重→諸葛菜籽油。

1.2.2 諸葛菜籽得油率的計(jì)算方法[6]

式中：m1為干燥后達(dá)到恒重的圓底燒瓶和提取油脂的質(zhì)量，g；m2為達(dá)到恒重的圓底燒瓶的質(zhì)量，g；m為諸葛菜籽粉的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同提取溶劑對得油率的影響

準(zhǔn)確稱取1 g諸葛菜籽粉置于燒杯中，以1∶20的料液比分別加入無水乙醇、石油醚、正己烷、乙醚4種溶劑，在超聲時(shí)間30 min、超聲溫度30℃的條件下，將其進(jìn)行超聲波輔助提取，考察不同提取溶劑對得油率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 不同提取溶劑對得油率的影響

由圖1可知，不同提取溶劑得油率高低的順序?yàn)槭兔?正己烷>乙醚>無水乙醇。因此，本試驗(yàn)選取石油醚作為提取諸葛菜籽油的提取溶劑。

2.1.2 不同料液比對得油率的影響

準(zhǔn)確稱取1 g諸葛菜籽粉置于燒杯中，分別按1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30的料液比加入石油醚，在超聲時(shí)間40 min、超聲溫度30℃的條件下，將其進(jìn)行超聲波輔助提取，考察不同料液比對得油率的影響，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，諸葛菜籽得油率隨料液比的增大先增大后趨于平穩(wěn)。當(dāng)料液比為1∶10～1∶25時(shí)，得油率呈逐步增大的趨勢。這是由于當(dāng)石油醚用量較少時(shí)，物料的黏度較大，擴(kuò)散較慢，使得油脂不能充分浸出；而隨著石油醚用量的增多，諸葛菜籽粉與石油醚接觸面積增大，促使得油率迅速增加[7]。當(dāng)料液比超過1∶25時(shí)，得油率的變化不顯著。這是由于當(dāng)石油醚用量過大時(shí)，油脂浸出幾乎飽和，使得油率變化不大。綜上，最佳料液比選擇 1∶25。

圖2 不同料液比對得油率的影響

2.1.3 不同超聲時(shí)間對得油率的影響

準(zhǔn)確稱取1 g諸葛菜籽粉置于燒杯中，以1∶25的料液比加入石油醚，在超聲溫度30℃的條件下，分別按20、30、40、50、60 min的超聲時(shí)間，將其進(jìn)行超聲波輔助提取，考察不同超聲時(shí)間對得油率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 不同超聲時(shí)間對得油率的影響

由圖3可知，得油率隨超聲時(shí)間的延長先增大后略有下降的趨勢。當(dāng)超聲時(shí)間為20～40 min時(shí)，得油率迅速增加。這是因?yàn)樵谔嵊统跗?，諸葛菜籽粉與石油醚形成較大的濃度差，使得油脂提取速度較快[8]。當(dāng)超聲時(shí)間超過40 min時(shí)，提取速度的變化不顯著(P<0.05)。這是由于濃度差逐漸趨于平衡，以致于得油率變化不大。綜上，最佳超聲時(shí)間為40 min。

2.1.4 不同超聲溫度對得油率的影響

準(zhǔn)確稱取1 g諸葛菜籽粉置于燒杯中，以1∶25的料液比加入石油醚，在超聲時(shí)間40 min的條件下，分別設(shè)置25、30、35、40、45℃的超聲溫度，將其進(jìn)行超聲波輔助處理，考察不同超聲溫度對得油率的影響，結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨超聲溫度的升高得油率呈先增大后下降的趨勢。當(dāng)超聲溫度為25～30℃時(shí)，得油率迅速增加。這是因?yàn)殡S著超聲溫度的提高，石油醚分子和油脂分子變得活躍起來，兩者更易相互作用。當(dāng)超聲溫度超過30℃時(shí)，得油率有所下降。這是由于溫度過高，溶劑揮發(fā)，使得溶劑與油脂分子的接觸面積減少[9]。綜上，最佳超聲時(shí)間為30℃。

圖4 不同超聲溫度對得油率的影響

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以石油醚為提取溶劑，確定以料液比(A)、超聲時(shí)間(B)、超聲溫度(C)為自變量因素，以諸葛菜籽的得油率(R)為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平的Box-Behnken Design優(yōu)化提取工藝。試驗(yàn)分析采用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平見表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)因素水平

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

得到諸葛菜籽得油率回歸方程為：

R=47.06+1.66A+3.57B+1.21C-2.00AB-1.60AC-0.32BC-1.27A2-1.46B2-4.47C2

回歸模型方差分析見表3。

表3 回歸模型方差分析

注：**P<0.01 差異極顯著；*P<0.05 差異顯著。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

通過Design Expert 8.0.6軟件求解得到超聲波輔助提取諸葛菜籽油的最佳工藝參數(shù)為料液比1∶14.2、超聲時(shí)間40 min、超聲溫度31.8℃，得油率為46.91%。為了驗(yàn)證試驗(yàn)的穩(wěn)定性和可靠性，進(jìn)行3次重復(fù)平行驗(yàn)證試驗(yàn)，得油率為45.36%。驗(yàn)證結(jié)果與預(yù)測結(jié)果基本吻合。

2.4 不同提取方法的比較

在超聲波輔助提取最佳工藝條件下提取諸葛菜籽油與索氏提取法提取諸葛菜籽油進(jìn)行比較。索氏提取法條件：參照GB/T 14772—2008中的要求加入石油醚，提取時(shí)間8 h，提取溫度60℃。索氏提取法提取諸葛菜籽油得油率為36.99%，低于超聲波輔助提取法的得油率(45.36%)，其提取時(shí)間和提取溫度也都高于超聲波輔助提取法的。綜上，超聲波輔助提取法優(yōu)于索氏提取法。

3 結(jié) 論

通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)得出超聲波輔助提取諸葛菜籽油的最佳工藝參數(shù)為以石油醚(60～90℃)為提取溶劑、料液比1∶14.2、超聲時(shí)間40 min、超聲溫度31.8℃。在最佳條件下，得油率為45.36%。超聲波輔助提取法優(yōu)于索氏提取法。

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Ultrasound-assistedextractionofOrychophragmusviolaceusseedoil

ZHOU Min1，2，ZHOU Wenmei1，2，WU Yanyou3，SUN Yali1，2，YANG Juan2

(1. The Provincial Key Laboratory of Fermentation Engineering and Bio-pharmaceutical,Guizhou University，Guiyang 550025, China; 2. School of Liquor and Food Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025,China; 3.The Institute of Geochemistry in China, Guiyang 550025, China)

Orychophragmusviolaceusseeds were used to extract oil by ultrasound-assisted extraction method. The effects of extraction solvent, ratio of material to liquid, ultrasonic temperature and ultrasonic time on the oil yield ofOrychophragmusviolaceusseeds were studied by single factor experiment and the extraction process was optimized by response surface methodology. The results showed that under the conditions of using petroleum ether(60-90℃) as extraction solvent, ratio of material to liquid 1∶14.2, ultrasonic time 40 min and ultrasonic temperature 31.8℃, the oil yield ofOrychophragmusviolaceusseeds was the highest, reaching 45.36%. Ultrasound-assisted extraction method was better than Solhet extraction method.

Orychophragmusviolaceusseed oil；ultrasound-assisted extraction；response surface methodology

2017-03-28

貴州大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(研理工2017019)

周 敏(1992)，女，在讀碩士，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)(E-mail)1063537372@qq.com。

周文美，教授(E-mail)zwm45@126.com。

TS224.4；TQ644

：A

1003-7969(2017)08-0010-04

油脂加工