超聲波輔助提取山蒼子油的工藝

杜超，成剛，王壹，馬超，黃于富

貴陽學(xué)院（貴陽 550005）

山蒼子，又名木姜子、木香子、山胡椒、山雞椒等，是一種特殊的天然調(diào)味植物，山蒼子果實呈類圓形，直徑4～5 mm，晾干后外表呈黑褐色或棕黑色，有網(wǎng)狀波浪紋，粉碎后粉末富含大量油脂。山蒼子油是一種淺黃色到深黃色的油狀液體，其中的一些組分有較強的抗氧化作用，有平喘功效。山蒼子油對于大多數(shù)細菌、真菌有一定抑菌性。因此，山蒼子油既可以被當(dāng)作一種還原劑調(diào)味品加入到食物中，提高食物的口感，同時也可以抑制細菌生長，防止食物被氧化，延長食品的保質(zhì)期，其對人體無毒無害，是一種綠色防腐劑，同時還可以緩解喘息，對于患有平喘的患者有一定益處。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

RE52CS-1旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）；BILON-CW-1000型超聲-微波協(xié)同萃取儀（上海比朗儀器制造有限公司）；FA1104型電子天平（上海舜宇科學(xué)儀器有限公司）；101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；800Y多功能粉碎機（永康市鉑歐五金制品有限公司）。

材料（山蒼子干果采自貴州省丹寨縣南皋鄉(xiāng)）。

石油醚（沸點60～90 ℃）、無水乙醇、正己烷等（均為市售國產(chǎn)分析純試劑）。

1.2 方法

1.2.1 提取原料準(zhǔn)備方法

將山蒼子干果，放入60 ℃恒溫干燥箱中，干燥24 h。將干燥后的干果用800Y多功能粉碎機粉碎后過0.425 mm粒徑篩，過篩后的粉末即為提取原料，將此粉末收集備用。

1.2.2 超聲波輔助提取山蒼子油的方法

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量提取原料，按所需的料液比加入適量溶劑浸泡，并將其放在設(shè)置好相應(yīng)條件的超聲-微波協(xié)同萃取儀中提取，提取結(jié)束后，抽濾，將濾液轉(zhuǎn)入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀內(nèi)濃縮，待溶劑全部除去后，取出籽油稱其質(zhì)量，按式（1）計算提取率。

式中：W為山蒼子油提取率，%；M2為接收瓶和山蒼子油質(zhì)量，g；M1為接收瓶質(zhì)量，g；m為稱取的干燥山蒼子粉末質(zhì)量，g。

1.2.3 超聲波輔助溶劑提取的單因素試驗

影響山蒼子油提取率的因素主要有提取溶劑、超聲波提取時間、超聲波功率、提取溫度和料液比，采用單因素試驗分別考察這些因素的影響。

1.2.3.1 不同提取溶劑對山蒼子油提取率的影響

精確稱取1.0000 g山蒼子粉末，倒入100 mL三角燒瓶中。加入10 mL無水乙醇，搖勻，并將該混合物置于超聲-微波協(xié)同萃取儀中，在超聲波提取時間25 min、超聲波功率180 W、溫度25 ℃條件下進行提取。提取結(jié)束后抽濾，將濾液轉(zhuǎn)入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀內(nèi)濃縮，待溶劑全部除盡后，取出籽油稱其質(zhì)量，計算山蒼子油提取率。在相同條件下每種溶劑做3組平行試驗，取平均值，即為該種溶劑不同體積下的山蒼子油提取率。

正己烷、石油醚分別按上述方法重復(fù)試驗，計算山蒼子油提取率。

1.2.3.2 料液比對山蒼子油提取率的影響

準(zhǔn)確稱取9份1.0000 g原料，按照料液比1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35，1∶40，1∶45和1∶50（g/mL）依次加入適量無水乙醇。將物料放置在超聲-微波協(xié)同萃取儀中，在超聲波提取時間25 min、超聲波功率180 W、溫度25 ℃條件下進行提取，在同一條件下每種料液比做3組平行試驗，取平均值，即為不同料液比下的山蒼子油提取率。

1.2.3.3 提取時間對山蒼子油提取率的影響

準(zhǔn)確稱取9份1.0000 g原料，分別加入25 mL無水乙醇，配制成料液比1∶25（g/mL）的提取物料，將提取物料置于超聲-微波協(xié)同萃取儀中，在超聲波功率180 W、溫度25 ℃條件下依次提取10，15，20，25，30，35，40，45和50 min，在同一條件下每個提取時間做3組平行試驗，取平均值，即為不同提取時間的山蒼子油提取率。

1.2.3.4 溫度對山蒼子油提取率的影響

準(zhǔn)確稱取9份1.0000 g原料，分別加入25 mL無水乙醇，配制成料液比1∶25（g/mL）的提取物料，將提取物料置于超聲-微波協(xié)同萃取儀中，在超聲波提取時間25 min、超聲波功率180 W、提取溫度依次為25，30，35，40，45，50，55，60和65 ℃的條件下進行提取，在同一條件下每個溫度因素做3組平行試驗，取平均值，即為不同提取溫度的山蒼子油提取率。

1.2.3.5 超聲波功率對山蒼子油提取率的影響

準(zhǔn)確稱取6份1.0000 g原料，分別加入25 mL無水乙醇，配制成料液比1∶25（g/mL）的提取物料，將提取物料置于超聲-微波協(xié)同萃取儀中，在超聲波提取時間25 min、溫度25 ℃，超聲波功率依次為150，180，210，240，270和300 W條件下進行提取，在同一條件下每個超聲波功率因素做3組平行試驗，取平均值，即為不同超聲波功率的山蒼子油提取率。

1.2.4 正交試驗

根據(jù)上述超聲波輔助提取單因素試驗結(jié)果得到影響山蒼子油提取率的因素和水平數(shù)，將影響因素和水平數(shù)確定為四因素三水平，進行正交試驗，即L9(43)，分別是A料液比（1∶20，1∶25和1∶30 g/mL）、B溫度（45，50和55 ℃）、C時間（20，25和30 min）、D超聲波功率（240，270和300 W）。因素水平表見表1。

表1 正交因素及水平

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 不同提取溶劑對山蒼子油提取率的影響

由圖1可見，在相同提取條件下，無水乙醇的山蒼子油提取率最高，其次是石油醚，正己烷最低。相比于石油醚和正己烷，無水乙醇的價格更低，且無毒，因此后續(xù)試驗均采用提取率最高的無水乙醇作為提取溶劑。

圖1 不同提取溶劑對山蒼子油提取率的影響

2.1.2 料液比對山蒼子油提取率的影響

由圖2可見，在提取溫度、超聲波功率、提取時間不變情況下，隨著料液比增大，山蒼子油提取率逐漸增大，料液比為1∶25（g/mL）時，提取率達到最大35.3%，隨后提取率隨著料液比升高而開始下降。因此，選取1∶20，1∶25和1∶30（g/mL）作為料液比因素的3個考察水平。

圖2 料液比對山蒼子油提取率的影響

原因分析：隨著提取溶劑無水乙醇增多，山蒼子油會充分溶解出來，提取率不斷上升，提取溶劑達到一定量以后，油溶解基本達到動態(tài)平衡，提取率的變化不會太大。提取溶劑繼續(xù)增加，油的溶解可能受到其他物質(zhì)的阻礙，且由于混合物的量增大，達到適宜溫度需要更長時間，反而會導(dǎo)致提取率下降。

2.1.3 提取時間對山蒼子油提取率的影響

由圖3可以看出，在提取溫度、超聲波功率、料液比不變情況下，隨著提取時間延長，山蒼子油提取率呈現(xiàn)逐漸增大趨勢，提取時間為30 min時，山蒼子油提取率達到最大值37.5%，隨后提取率隨時間延長而緩慢下降。

圖3 提取時間對山蒼子油提取率的影響

原因分析：隨著提取時間延長，油在溶劑中不斷被溶解出來，提取率不斷上升，提取時間超過30 min后，由于提取時間太長，油開始降解，因此提取率緩慢下降。

因此，根據(jù)試驗結(jié)果，選取20，25和30 min作為時間因素的3個考察水平。

2.1.4 提取溫度對山蒼子油提取率的影響

由圖4可以看出，溫度為25～55 ℃時，提取率呈不斷上升趨勢，但超過55 ℃之后提取率開始緩慢下降。

圖4 溫度對山蒼子油提取率的影響

原因分析：隨著溫度升高，油的溶解速度增加，提取率不斷升高。但溫度達到一定值之后，變化變緩，這是由于溫度過高，油降解速度增加，提取率反而下降。

因此，根據(jù)試驗結(jié)果，選取45，50和55 ℃作為溫度因素的3個考察水平。

2.1.5 超聲波功率對山蒼子油提取率的影響

由圖5分析得出，在提取溫度、提取時間、料液比不變情況下，在反應(yīng)初期，山蒼子油的提取率隨超聲波功率增大而顯著增大，超聲波功率為270 W時，提取率達到最大，超聲波功率超過270 W后，提取率開始緩慢下降。

圖5 超聲波功率對山蒼子油提取率的影響

原因分析：隨著超聲波功率逐漸增加，山蒼子的細胞結(jié)構(gòu)不斷被破壞，有利于籽油的提取，所以提取率不斷上升，但超聲波功率達到270 W之后，細胞中其他成分的迅速溶出不利于籽油溶出的因素越來越多，所以提取率增速變緩，最后開始下降。

因此，根據(jù)試驗結(jié)果，選取240，270和300 W作為超聲波功率因素的3個考察水平。

2.2 正交試驗及其結(jié)果

2.2.1 正交試驗設(shè)計及其結(jié)果

根據(jù)表1選用的因素水平條件設(shè)計正交試驗方案，每個方案做3個平行試驗，取平均值，其試驗方案和結(jié)果如表2所示。

表2 正交試驗及結(jié)果及極差分析表

根據(jù)表2正交試驗及其結(jié)果分析得出影響超聲波輔助提取山蒼子油的最大因素是料液比，其次是提取時間、提取溫度，而超聲波功率對提取率的影響最小，即因素A（料液比）＞C（時間）＞B（溫度）＞D（超聲波功率）。綜合各因素的極點值進行分析得出超聲波輔助提取山蒼子油的最佳條件A1B3C2D1，即料液比1∶20（g/mL）、提取溫度55 ℃、提取時間25 min、超聲波功率240 W。

為驗證提取效果，在此條件下進行3次平行試驗，提取率平均值為38.70%，即超聲波輔助提取山蒼子油的最佳提取率為38.70%。

3 結(jié)論

從山蒼子干果開始，經(jīng)粉碎、過篩，制得提取原料，以無水乙醇為提取溶劑，采用超聲波輔助進行山蒼子油提取。以山蒼子油提取率為評價指標(biāo)，對影響山蒼子油提取效果的單因素進行篩選，根據(jù)單因素試驗結(jié)果進行正交組合試驗，得到超聲波輔助提取山蒼子油的最佳工藝條件。結(jié)果表明，影響超聲波輔助提取山蒼子油的最大因素是料液比，其次是提取時間、提取溫度，而超聲波功率對提取率的影響最小，即因素A（料液比）＞C（時間）＞B（溫度）＞D（超聲波功率）。綜合各因素的極點值進行分析得出超聲波輔助提取山蒼子油的最佳條件A1B3C2D1，即料液比1∶20（g/mL）、提取溫度55 ℃、提取時間25 min、超聲波功率240 W。在此條件下山蒼子油提取率為38.70%。