張 茹 徐 華 劉連亮 張進(jìn)杰 楊文鴿 樓喬明

(寧波大學(xué)海洋學(xué)院，寧波 315211)

微波萃取三尖杉種仁油脂的工藝優(yōu)化及脂肪酸組成分析

張 茹 徐 華 劉連亮 張進(jìn)杰 楊文鴿 樓喬明

(寧波大學(xué)海洋學(xué)院，寧波 315211)

以三尖杉種仁為原料，采用微波萃取技術(shù)對(duì)其油脂提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，并通過氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)其脂肪酸組成進(jìn)行分析。結(jié)果表明，三尖杉種仁油脂提取的最佳工藝條件：萃取溶劑為乙酸乙酯，料液比1∶25 g/mL，萃取時(shí)間20 min，萃取溫度55 ℃；在此優(yōu)化條件及微波功率為800 W時(shí)，三尖杉種仁油脂的提取率為58.28%。三尖杉種仁油脂的脂肪酸以棕櫚酸(C16∶0，6.89%)、油酸(C18∶1n-9，48.23%)、亞油酸(C18∶2n-6，31.53%)和二十碳烯酸(C20∶1n-9，11.34%)為主，不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)90%以上，屬于高油酸-亞油酸型油脂，這表明三尖杉種仁油脂具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，可作為植物油料新品種進(jìn)行開發(fā)利用。

三尖杉 種仁油脂 微波萃取 工藝優(yōu)化 脂肪酸組成

三尖杉(Cephalotaxusfortunei)為三尖杉科裸子植物，廣泛分布于我國陜西南部、甘肅南部、華東、華南、西南地區(qū)[1-2]，其根、枝、葉及種子等部位含有多種生物堿，被證明具有顯著的抗癌作用，特別是在白血病、乳腺癌等治療方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值[3-4]；同時(shí)研究表明三尖杉種子具有潤(rùn)肺、止咳、健胃消積、殺蟲等功效[5]。

微波萃取，即微波輔助萃取(microwave-assisted extraction，MAE)，是利用微波能加熱來提高萃取效率的一種新型的樣品前處理技術(shù)，其通過偶極子旋轉(zhuǎn)和離子傳導(dǎo)2種方式里外同時(shí)加熱，無溫度梯度，因此熱效率高、升溫快速均勻，大大縮短萃取時(shí)間，提高萃取效率，因此廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品、藥品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域[6]。

目前，國內(nèi)對(duì)于三尖杉的研究主要集中在三尖杉的生物堿類化合物，如三尖杉酯堿、高三尖杉酯堿等[7-8]，而對(duì)于三尖杉種仁油脂的研究報(bào)道較少。因此，本研究以三尖杉種仁為研究對(duì)象，采用微波萃取技術(shù)對(duì)其油脂提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)其脂肪酸組成進(jìn)行分析，以期為三尖杉種仁油脂開發(fā)和三尖杉資源綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

三尖杉種子：江蘇省宿遷市綠友花木公司，(粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為64%)；丙酮、石油醚、乙醚、乙醇、乙酸乙酯，分析純：天津市科密歐化學(xué)試劑公司；甲醇、正己烷，色譜純：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MARS 6型微波消解系統(tǒng)：美國CEM公司；RV-10型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：德國IKA公司； 7890A型氣相色譜儀：美國Agilent公司；M7-80EI型質(zhì)譜儀：北京普析通用儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 油脂萃取的工藝流程

將三尖杉種子于50 ℃干燥至恒重，去殼粉碎，并經(jīng)60目過篩備用。稱取一定量的種仁粉末置于萃取管中，加入10 mL的萃取溶劑，在一定的時(shí)間、溫度條件下進(jìn)行微波萃取(微波功率800 W)。萃取結(jié)束后，于5 000 r/min離心5 min，收集有機(jī)萃取液，經(jīng)減壓濃縮，于105 ℃干燥至恒重，并計(jì)算三尖杉種仁的油脂提取率。

1.3.2 油脂提油率的計(jì)算

油脂提油率=得油量/三尖杉種仁粉末質(zhì)量×100%

1.3.3 單因素試驗(yàn)

1.3.3.1 萃取溶劑對(duì)提取率的影響

分別以10 mL丙酮、石油醚、乙醚、乙醇、乙酸乙酯為萃取溶劑，料液比1∶25 g/mL，萃取溫度70 ℃，萃取時(shí)間20 min的條件下進(jìn)行微波萃取，測(cè)定不同萃取溶劑對(duì)三尖杉種仁油脂提取率的影響。

1.3.3.2 料液比對(duì)提取率的影響

在乙酸乙酯為萃取溶劑，料液比分別為1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40 g/mL，萃取溫度70 ℃，萃取時(shí)間20 min的條件下進(jìn)行微波萃取，測(cè)定不同料液比對(duì)三尖杉種仁油脂提取率的影響。

1.3.3.3 萃取時(shí)間對(duì)提取率的影響

在乙酸乙酯為萃取溶劑，料液比1∶25 g/mL，萃取溫度為70 ℃，萃取時(shí)間分別為5、 10、15、20、25 min的條件下進(jìn)行微波萃取，測(cè)定不同萃取時(shí)間對(duì)三尖杉種仁油脂提取率的影響。

1.3.3.4 萃取溫度對(duì)提取率的影響

在乙酸乙酯為萃取溶劑，料液比為1∶25 g/mL，萃取時(shí)間20 min，萃取溫度分別為50、55、60、65、70 ℃的條件下進(jìn)行微波萃取，測(cè)定不同萃取溫度對(duì)三尖杉種仁油脂提取率的影響。

1.3.4 正交優(yōu)化試驗(yàn)

綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，以萃取溶劑、料液比、萃取時(shí)間、萃取溫度為試驗(yàn)因素，以油脂提取率為檢測(cè)指標(biāo)，采用極差法進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)，正交因素水平表見表1。

表1 正交因素水平表

1.3.5 脂肪酸組成分析[9]

1.3.5.1 甲酯化衍生

取50 mg三尖杉種仁油脂于25 mL具塞試管中，加入5 mL 5%H2SO4-CH3OH溶液，振蕩混勻后于70 ℃水浴反應(yīng)1 h；反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，并加入3 mL正己烷和5 mL蒸餾水，振蕩混勻后靜置10 min，取上清液；并繼續(xù)加入2 mL正己烷，振蕩混勻后靜置10 min，取上清液，合并2次上清液，并定容至5 mL，經(jīng)0.22 μm有機(jī)膜過濾后用于GC-MS分析。

1.3.5.2 色譜條件

DB-WAX毛細(xì)管柱(30 m×250 μm，0.25 μm)，進(jìn)樣口溫度250 ℃，檢測(cè)器溫度250 ℃；升溫程序：柱子初始溫度150 ℃，保持3.5 min，以20 ℃/min升至200 ℃，保持5 min，再以5 ℃/min升至280 ℃，保持20 min；分流比50∶1，進(jìn)樣量1.0 μL，以氦氣為載氣，載氣流量1 mL/min，溶劑延遲時(shí)間4 min。

1.3.5.3 質(zhì)譜條件

GC-MS接口溫度250 ℃，EI離子源，離子源溫度250 ℃，電離能量70 ev，掃描周期2.84次/s，質(zhì)量掃描范圍：m/z20～500 u。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SAS 8.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過Duncan法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較分析，P<0.05為顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 萃取溶劑對(duì)提取率的影響

在料液比1∶25 g/mL、萃取溫度70 ℃和萃取時(shí)間20 min的條件下，不同萃取溶劑對(duì)三尖杉種仁油脂提取率的影響如圖1所示。

圖1 萃取溶劑對(duì)提取率的影響

由圖1可知，不同萃取溶劑對(duì)三尖杉種仁油脂的提取率具有顯著差異(P<0.05)，其中丙酮(55.24%)、乙醇(52.41%)和乙酸乙酯(53.52%)的油脂提取率顯著高于石油醚(50.63%)和乙醚(46.93%)(P<0.05)。通常而言，微波萃取效果與萃取溶劑對(duì)微波輻射能的吸收有關(guān)，介電常數(shù)越大，萃取溶劑對(duì)微波輻射能的吸收越好，產(chǎn)生較高的熱量，有利于提高萃取溶劑對(duì)油脂提取率[10]。根據(jù)萃取溶劑的物理性質(zhì)，乙醇的介電常數(shù)最大，丙酮和乙酸乙酯次之，而乙醚和石油醚較小，這與5種萃取溶劑的油脂提取率的總體趨勢(shì)一致；同時(shí)萃取溶劑的極性和溶解性亦對(duì)三尖杉種仁油脂的提取率產(chǎn)生影響。因此，選定丙酮、乙醇和乙酸乙酯作為正交試驗(yàn)萃取溶劑的3個(gè)水平，并以乙酸乙酯為萃取溶劑進(jìn)行后續(xù)的單因素試驗(yàn)。

2.1.2 料液比對(duì)提取率的影響

在乙酸乙酯為萃取溶劑、萃取溫度70 ℃和萃取時(shí)間20 min的條件下，不同料液比對(duì)三尖杉種仁油脂提取率的影響如圖2所示。

圖2 料液比對(duì)提取率的影響

由圖2可知，隨著料液比的增加，三尖杉種仁油脂提取率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)料液比在1∶20～1∶30 g/mL時(shí)，油脂提取率隨著料液比的增加而顯著增加(P<0.05)，這是由于提取率與原料中的油脂向萃取溶劑擴(kuò)散有關(guān)，料液比小，原料與萃取溶劑間的油脂濃度差小，不利于原料中的油脂向萃取溶劑擴(kuò)散，造成油脂提取率低；當(dāng)萃取溶劑增加，原料與溶劑充分接觸，使得溶劑與原料之間的濃度差和滲透壓增大，油脂分子的傳質(zhì)速率提高，從而提高了油脂的提取率[11-12]。當(dāng)料液比為1∶30 g/mL時(shí)，油脂提取率達(dá)到最大值(54.53%)；繼續(xù)增加料液比，油脂提取率有所下降。當(dāng)萃取溶劑達(dá)到一定用量后，萃取溶劑對(duì)微波輻射能的吸收增加，使得原料對(duì)微波輻射能的吸收減少，萃取溶劑中油脂濃度降低，致使油脂提取率下降[13]。因此三尖杉種仁油脂提取的較優(yōu)料液比為1∶30 g/mL，并選定料液比1∶25、1∶30、1∶35 g/mL用于后續(xù)的正交優(yōu)化試驗(yàn)。

2.1.3 萃取時(shí)間對(duì)提取率的影響

在乙酸乙酯為萃取溶劑、料液比1∶25 g/mL和萃取溫度70 ℃的條件下，不同萃取時(shí)間對(duì)三尖杉種仁油脂提取率的影響如圖3所示。

圖3 萃取時(shí)間對(duì)提取率的影響

由圖3可知，在萃取時(shí)間為0～20 min之內(nèi)，三尖杉種仁油脂提取率隨著萃取時(shí)間的增加而顯著增加(P<0.05)，這是由于隨著萃取時(shí)間的增加，微波輻射在短時(shí)間內(nèi)對(duì)原料的破碎作用增大，增加被萃取油脂向原料表面的擴(kuò)散速度，致使油脂提取率增加[14]。當(dāng)萃取時(shí)間為20 min時(shí)，油脂提取率達(dá)到最大值(55.68%)；繼續(xù)增加萃取時(shí)間，油脂提取率不再增加，并有一定程度的下降。當(dāng)達(dá)到一定的萃取時(shí)間后，原料與萃取溶劑中的油脂趨于平衡，且繼續(xù)增加萃取時(shí)間，易造成油脂的氧化與分解，致使油脂提取率降低[15]。因此三尖杉種仁油脂提取的較優(yōu)萃取時(shí)間為20 min。

2.1.4 萃取溫度對(duì)提取率的影響

在乙酸乙酯為萃取溶劑、料液比1∶25 g/mL和萃取時(shí)間20 min的條件下，不同萃取溫度對(duì)三尖杉種仁油脂提取率的影響如圖4所示。

圖4 萃取溫度對(duì)提取率的影響

由圖4可知，在萃取溫度為50～60 ℃之內(nèi)，隨著萃取溫度的增加，三尖杉種仁油脂提取率顯著增加(P<0.05)，這是由于萃取溫度的升高，加快原料中油脂的浸出速度，提高油脂提取率。當(dāng)萃取溫度60 ℃，油脂提取率達(dá)到最大值(55.64%)。之后，隨著萃取溫度的繼續(xù)增加，油脂提取率有一定幅度下降；同時(shí)萃取溫度過高，易造成油脂氧化分解和萃取溶劑的損失，致使油脂提取率降低[16]。因此三尖杉種仁油脂提取的較適萃取溫度為60 ℃。

2.2 正交優(yōu)化試驗(yàn)

結(jié)合單因素試驗(yàn)，以萃取溶劑、料液比、萃取時(shí)間、萃取溫度為試驗(yàn)因素，油脂的提取率為試驗(yàn)指標(biāo)，按表1中正交試驗(yàn)方法考察各因素對(duì)三尖杉種仁油提取率的影響，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表2所示。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表2可知，在微波萃取過程中，不同的試驗(yàn)因素對(duì)油脂的提取率的影響大小依次為：料液比>萃取溶劑>萃取時(shí)間>萃取溫度，即料液比對(duì)油脂提取率的影響最大，萃取溶劑和萃取時(shí)間次之，萃取溫度影響最??；優(yōu)化后的三尖杉種仁油脂提取工藝為A3B1C2D1，即萃取溶劑為乙酸乙酯，料液比為1∶25 (g/mL)，萃取時(shí)間20 min，萃取溫度為55 ℃；在此優(yōu)化條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，三尖杉種仁油脂提取率達(dá)到58.28%。

2.3 脂肪酸組成分析

三尖杉種仁油脂經(jīng)甲酯化衍生，采用GC-MS法對(duì)其脂肪酸組成進(jìn)行分析，其總離子流色譜圖見圖5。通過標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)照和數(shù)據(jù)庫檢索等方法對(duì)其脂肪酸進(jìn)行定性，并采用峰面積歸一化法進(jìn)行定量，分析鑒定結(jié)果列于表3。

圖5 三尖杉種仁油脂肪酸組成的總離子流色譜圖

表3 三尖杉種仁油脂肪酸組成及相對(duì)含量

從表3可知，從三尖杉種仁油脂中共鑒定出5種脂肪酸，分別為C16∶0(6.89%)、C18∶1n-9(48.23%)、C18∶2n-6(31.53%)、C20∶0(2.01%)和C20∶1n-9(11.34%)。C18∶1n-9作為單不飽和脂肪酸的重要代表，其能有效降低低密度脂蛋白膽固醇，升高高密度脂蛋白膽固醇，能起到調(diào)節(jié)血脂，預(yù)防高血壓、高血脂、心臟病、動(dòng)脈粥樣硬化和血栓等心血管疾病的作用；C18∶2n-6為n-6型多不飽和脂肪酸，是人體必需脂肪酸，其能在體內(nèi)逐步轉(zhuǎn)化為γ-亞麻酸、DH-γ-亞麻酸和花生四烯酸，并進(jìn)而合成前列腺素，是維持生命的重要物質(zhì)[17-19]。三尖杉種仁油脂中不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)90%以上，且以C18∶1n-9和C18∶2n-6為主，屬于典型的高油酸-亞油酸型油脂，這表明三尖杉種仁油脂具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和良好的保健功能，可作為植物油料新品種進(jìn)行開發(fā)利用，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

3 結(jié)論

3.1 采用微波萃取技術(shù)對(duì)三尖杉種仁油脂提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過單因素和正交優(yōu)化試驗(yàn)得到最佳工藝條件：以乙酸乙酯為萃取溶劑，料液比1∶25 g/mL，萃取時(shí)間20 min，萃取溫度55 ℃；在此優(yōu)化條件下，三尖杉種仁油脂提取率達(dá)到58.28%。經(jīng)測(cè)定，三尖杉種仁中粗脂肪含量約為64.30%，故得油率可達(dá)90.64%。

3.2 三尖杉種仁油脂脂肪酸以C16∶0、C18∶1n-9、C18∶2n-6和C20∶1n-9為主，其中不飽和脂肪酸含量高達(dá)90%以上，且富含C18∶1n-9和C18∶2n-6，屬于典型的高油酸-亞油酸型油脂，這表明三尖杉種仁油脂具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和脂質(zhì)開發(fā)利用前景。

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Optimization of Microwave-Assisted Extraction Technology ofCephalotaxusFortuneiKernel Oil and Analysis of Its Fatty Acid Composition

Zhang Ru Xu Hua Liu Lianliang Zhang Jinjie Yang Wenge Lou Qiaoming
(School of Marine Sciences, Ningbo University, Ningbo 315211)

The paper tookCephalotaxusfortuneias raw material. The technology of microwave-assisted extraction ofCephalotaxusfortuneikernel oil was optimized, and fatty acid composition was also analyzed by GC-MS in this paper. The experimental results indicated that the optimal extraction process ofCephalotaxusfortuneikernel oil was as follows: took ethyl acetate as extracting solvent, material-solvent ratio was 1∶25 g/mL, extracting time was 20 min, extracting temperature was 55 ℃, and the extracting rate was up to 58.28% under the optimized condition and microwave power was 800 W. The main fatty acids ofCephalotaxusfortuneikernel oil were: palmitic acid (C16∶0, 6.89%), oleic acid (C18∶1n-9, 48.23%), linoleic acid (C18∶2n-6, 31.53%) and eicosenoic acid (C20∶1n-9, 11.34%), and the total amount of unsaturated fatty acids was more than 90%. The kernel oil was classified as a high oleic acid-linoleic acid oil species, which suggested that the kernel oil had high nutritional value and could be developed and utilized as a new oil species.

CephalotaxusFortunei, kernel oil, microwave-assisted extraction, process optimization, fatty acid composition

TS251.9

A

1003-0174(2017)12-0094-06

國家星火計(jì)劃(2013GA701010、2014GA701010)，“水產(chǎn)”浙江省重中之重學(xué)科開放基金(xkzsc1531)

2016-12-07

張茹，女，1992年出生，碩士，食品工程

樓喬明，男，1981年出生，講師，食品科學(xué)