响应面法优化杨梅核仁油浸提工艺及其脂肪酸组成分析

李罗明 黄亚芳 李宗军 赵 琳 李 珂

(湖南农业大学食品科学技术学院 食品科学与生物技术湖南省重点实验室，长沙 410128)

响应面法优化杨梅核仁油浸提工艺及其脂肪酸组成分析

李罗明 黄亚芳 李宗军 赵 琳 李 珂

(湖南农业大学食品科学技术学院 食品科学与生物技术湖南省重点实验室，长沙 410128)

在单因素试验基础上，采用响应面分析法对木洞杨梅核仁油浸提条件进行优化，分析了浸提时间、料液比及浸提温度等3个因素对杨梅核仁得油率的影响；并采用气相色谱法对杨梅核仁油的脂肪酸组成进行分析。根据单因素试验及响应面分析得出最佳浸提工艺条件为浸提时间2 h 20 min、料液比1∶7.5(m/V)、浸提温度 48.5 ℃，此条件下的杨梅核仁油得油率高达62.52%，即提取率为93.31%。脂肪酸组成分析结果表明：木洞杨梅核仁油富含不饱和脂肪酸，高达86.49%，其中油酸的质量分数达47.9%，亚油酸质量分数达到37.3%，且含有少量亚麻酸(0.12%)、花生一烯酸(0.29%)、棕榈一烯酸(0.88%)，具有较高的营养价值。

响应面分析法 浸提 杨梅核仁油 得油率 脂肪酸组成

木洞杨梅是湖南省靖州县农业局于1983年对全县杨梅品种资源进行普查时，从该县坳上镇木洞村选出并确定的品种[1]，2006年种植面积约有4万亩，是目前湖南省种植面积最大的杨梅品种[2]。杨梅核仁油是一种从杨梅核仁中提取出来的植物油脂。据目前报道的杨梅核仁油研究证明：杨梅核仁中油脂的质量分数高达58.12%～70.79%[3]，不饱和脂肪酸占脂肪酸总量的85%以上[4-5]，其中油酸、亚油酸质量分数均达40%左右，亚麻酸质量分数约为0.1%[6～8]。其中亚油酸具有降三高、抗脂肪肝、防动脉粥样硬化等生理作用，对延长人类寿命具有积极的作用[9]；亚麻酸在体内能合成、代谢，转化为机体必需的生命活性因子DHA及EPA，具有非常高的营养价值。

目前，张应烙等[10]采用响应面法优化水酶法提取杨梅核仁油，在最优条件下杨梅核仁油的得油率为31.15%。陈潇逸等[11]以杨梅核仁为原料，先采用微波处理，再用纤维素酶和蛋白酶复合水解，最优条件下得油率为53.79%。董迪迪等[12]采用响应面法优化超临界二氧化碳提取杨梅仁油，提取率可高达89.73%，出得油率约为61%，这是目前已报道的关于杨梅核仁油提取研究中，提取率较高的一种工艺，但是该方法的生产成本较高。浸出法是目前广泛使用的制油方法，利用固液萃取原理，选用某种能够溶解油脂的有机溶剂，经过浸泡或喷淋的方式与油料接触，使油料中油脂被萃取出来。浸出法具有出油率高，饼粕中残油率低，且劳动强度低，生产效率高，及容易实现生产自动化与大规模生产等优点；另外浸提后的饼粕中蛋白质变性程度小，质量较好，可更好地开展饼粕再利用[13]。

本研究采用响应面法对浸提法提取杨梅核仁油的工艺进行优化，旨在能提高杨梅核仁油的提取率，使杨梅加工副产物资源能被充分利用，并对提取木洞杨梅核仁油的脂肪酸组分进行分析，为杨梅核仁油的工业化生产提供实践基础，为其利用价值提供一定理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验原料与试剂

木洞杨梅核：湖南靖州，核仁含油率为67%(按照GB 5512—2008测定)；己烷、异辛烷(色谱纯)：国药集团化学试剂有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.1.2 主要仪器设备

DK-BD型电热恒温水槽：上海一恒科技有限公司；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司；RE-52旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；杨梅核专用破壳试验机：湖南农业大学食品科技学院研制；GC-2010 Plus AF气相色谱仪：岛津(SHIMADZU)公司。

1.2 方法

1.2.1 原料的处理

杨梅核仁：杨梅核经杨梅核专用破壳试验机破壳后过筛初步分离后人工筛选获得，粉碎至16目以下，得杨梅核仁粉。

1.2.2 浸提条件的优化

1.2.2.1 单因素试验

浸提方法：称取杨梅核仁粉10 g，至于三角瓶中，再按一定比例加入正己烷溶液，恒温水浴浸提一定时间后过滤，滤液转置蒸发瓶中，使用减压旋转蒸发仪将溶剂完全回收，干燥后冷却，将蒸发瓶与提取物一起称重，按公式计算杨梅核仁油得率(简称得率)：

式中：P为得率，即浸提所得杨梅核仁油质量占杨梅核仁质量的百分比/%；m1为杨梅仁油与蒸发瓶的总质量/g；m2为蒸发瓶的质量/g；m为杨梅核仁粉的质量，即为10 g。

单因素梯度分别为：浸提时间(h)：1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5；料液比(m/V)：1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9；浸提温度(℃)：35、40、45、50、55、60。当各单因素变动时，参数固定条件：料液比1∶7，时间2 h，温度45 ℃。每组试验重复3次，取均值。

1.2.2.2 响应面法优化浸提条件

根据Box-Behnken响应曲面设计的中心组合试验设计原理，运用三因素三水平分析法选取浸提时间、料液比、浸提温度3个影响因子，试验设计见表1。

表1 响应面分析试验水平表

1.2.3 杨梅核仁脂肪酸组成的分析

参照GB/T 17376—2008《动植物油脂 脂肪酸甲酯制备》、GB/T 17377—2008《动植物油脂脂肪酸甲酯的气相色谱分析》，采用气相色谱法对杨梅仁油的脂肪酸组成进行分析。

2 结果与分析

2.1 浸提条件的单因素试验分析

2.1.1 浸提时间对得油率的影响

当物料比为1∶7(m/V)、浸提温度为45 ℃时，浸提时间对杨梅核仁浸提得油率的影响如图1所示。

图1 浸提时间对得油率和得油率增值的影响

由图1a可知：当浸提时间为1 h时，核仁中的油脂未充分浸提，得油率较低；随着提取时间的增长杨梅核仁的得油率不断增大，2 h前提油率每小时增加3%以上，达到2.5 h后，增长趋势非常平缓，从图1b中可更直观看出2.5 h后其增值均在1%以内，这是可能是由于核仁中的油脂大部分已被提取出来，只有少部分油脂可以被提取，导致增值变小。因此，考虑到提取效率及得油率，试验浸提时间将选择1.5、2、2.5 h 这3个梯度作为响应面试验水平。

2.1.2 料液比对得油率的影响

当浸提时间为2 h、浸提温度为45 ℃时，料液比对杨梅核仁浸提得油率的影响如图2所示。由图2可知，随着料液比的增大，杨梅核仁的得油率也不断的增大，得油率的增值却不断减小；这可能是因为杨梅核仁中的油脂是一定的，当料液比达到1∶6～1∶7时，油脂已大部分被提出；随着正己烷添加量的再增大，可提出的油脂减少，当料液达到1∶8时得油率的增值减小明显。考虑到得油率成本，且正己烷可以回收再利用，将选择料液比为1∶6、1∶7、1∶8这3个梯度作为响应面因素水平。

图2 料液比对得油率和得油率增值的影响

2.1.3 浸提温度对得油率的影响

当浸提时间为2 h、料液比为1∶7(m/V)时，浸提温度对杨梅核仁浸提得油率的影响如图3所示。

图3 浸提温度对得油率和得油率增值的影响

从图3可知，随着浸提温度的上升，杨梅核仁的得油率呈现先增后减的趋势，在50 ℃达到峰值；考虑到浸提使用的提取剂为正己烷，其沸点为68.74 ℃，且具有高挥发性，浸提的温度需趋向低温条件，再综合得油率考虑，试验将确定40、45、50 ℃为响应面试验中浸提温度的3个水平。

2.1.4 响应面法优化浸提条件

在单因素试验的基础上，利用响应面分析法进行萃取工艺条件的优化。选择浸提时间、料液比、浸提温度进行三因素三水平响应面优化试验。具体试验设计及结果见表2。

表2 响应面试验结果

运用Design Expert 8.0.6软件对表2试验结果进行分析，得率对浸提时间(A)、料液比(B)、浸提温度(C)的二次多项回归方程(α=0.05)为:

得率R=61.64+1.32A+0.52B+0.59C+0.002 5AB-0.31AC-0.035BC-0.83A2-0.26B2-0.16C2

从回归模型方差(表3) 可知，试验所选用的二次多项模型F值为103.41，“P>F”<0.000 1，具有显著性；失拟项为 1.52>0.05，影响不显著，说明模型可很好的模拟反应过程，具有实用价值；A、B、C、AC、A2、B2的“P>F”均<0.05，表明其对杨梅核仁的得油率具有显著性影响。整个模型决定系数R2=0.992 5，表明此模型拟合度好；相关系数PredR2=0.931 0，说明预测值与实测值之间具有高度的相关性；模型的校正决定系数AdjR2=0.982 9，说明该模型能解释响应值的变化，仅有总变异的1.71%不能用此模型来解释。

表3 响应面试验方差分析结果

注：**为极显著，P<0.01；*为显著，P<0.05；-为不显著，P>0.05。

2.1.5 各单因素响应面优化

由Design Expert 分析软件的响应优化器对试验结果进行优化后，该模型的最优解为：浸提时间为2.31 h，料液比为 1∶7.62(m/V)，浸提温度为48.46 ℃。根据实际操作修正为：浸提时间2 h 20 min，料液比1∶7.5(m/V)，浸提温度48.5 ℃。

验证试验：根据优化浸提条件，平行3组试验，结果杨梅核仁得油率分别为 62.81%、62.29%、62.45%，均值为62.52%与优化预测值62.54%相近，说明模型可靠，可采用优化值进行实际生产试验。

2.2 杨梅核仁油的脂肪酸组成

杨梅核仁油富含不饱和脂肪酸，高达86.49%，与橄榄油(83.78%)、茶油(90.47%)相近[14]；其中油酸的质量分数达47.9%，亚油酸质量分数达到37.3%，且含有少量亚麻酸(0.12%)，具有较高的营养价值。

表4 杨梅核仁油的脂肪酸组成/%

表5为本试验测得的靖州木洞杨梅与江西野生杨梅[15]、浙江荸荠杨梅[16]、浙江水杨梅[17]主要不饱和脂肪酸含量比较，由于品种不同，各种不饱和脂肪酸含量都不同，总不饱和脂肪酸质量分数为85%左右；除野生杨梅外，其他3个品种的油酸与亚油酸含量相近，且都含有少量亚麻酸，是一种优良的植物油脂资源。

3 结论

本试验通过响应面法对杨梅核仁油的浸提条件进行了优化研究，得出浸提条件的最优组合为：浸提时间、料液比及浸提温度分别为2 h 20 min、1∶7.5(m/V)、48.5 ℃，此条件下的杨梅核仁得油率高达62.52%，即提取率可达93.31%，比超临界CO2萃取方法(89.73%)的提取率高出3.58%，且生产成本较低，可实现连续生产，对用杨梅核仁油工业化生产提供了一定依据，有效促进杨梅加工副产物产品的开发。

同时采用气相色谱法对杨梅核仁油的脂肪酸组成进行了分析，结果表明：杨梅核仁油富含不饱和脂肪酸，高达86.49%，与橄榄油、茶油相近；其中油酸的质量分数达47.9%，亚油酸质量分数达到37.3%，且含有少量亚麻酸(0.12%)、花生一烯酸(0.29%)、棕榈一烯酸(0.88%)，具有较高的营养价值。

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Optimization of Myrica Rubra Seed Oil Extraction Conditions with Response Surface Methodology and Fatty Acid Analysis

Li Luoming Huang Yafang Li Zongjun Zhao Lin Li Ke

(College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Province Key Laboratory of Food Science and Biotechnology, Changsha 410128)

Based from single factors of Mudong Bayberry seed oil extraction experiments, three extraction parameters, extraction time, liquid/solid ratio and extraction temperature were optimized by response surface methodology. Myribra Rubra seed oil fatty acid composition was analyzed by gas chromatography. The optimal extraction conditions for oil yield were time, liquid/solid ratio, temperature as 2 h 20 min, 1∶7 (m/V) and 48.5 ℃. Under the optimum condition, the experimental oil yield was 62.52% and the extraction yield was 93.31%. The fatty acid composition analysis results showed that the Mudong Myrica Rubra seed oil is rich in unsaturated fatty acids, which is as high as 86.49%, which contains 47.9% of oleic acid, 37.3% of linoleic acid, and a small amount of α-linolenic acid (0.12%), cis-8-Eicosenoic acid (0.29%), palmitoleic acid (0.88%), with higher nutritional value.

response surface methodology, extraction, myribra rubra seed oil, oil yield, fatty acid

TS213.3

A

1003-0174(2016)04-0113-05

2014-08-23

李罗明，男，1965年出生，高级工程师，农产品加工、食品安全与质量控制

李珂，男，1982年出生，实验师，食品科学、微生物学