李占君 劉運偉 馬珂 高金輝 郭興 楊逢建

摘 要：? 為了進一步研究紫蘇籽油提取工藝，在非預浸提的情況下，應(yīng)用超聲提取法，對影響紫蘇籽油提取率的顯著性因素進行響應(yīng)面Box-Behnken分析與優(yōu)化。研究得出最優(yōu)條件為：溶劑為體積分數(shù)70%乙醇溶液，固液比為1∶ 10 g/mL，時間為34.66 min，功率為80.93 W，水浴溫度為59.92 ℃，實際平均提取率為23.78 %±0.014 %。結(jié)果表明，超聲提取紫蘇籽油合理有效，響應(yīng)面優(yōu)化該種提取工藝現(xiàn)實可靠。

關(guān)鍵詞： 紫蘇籽油; 非預浸提;超聲提取;響應(yīng)面;因素優(yōu)化

中圖分類號 ：TQ654.2;TS205.4?? ?文獻標識碼 ：A?? ?文章編號 ：1006-8023（2020）02-0067-06

Research on Ultrasonic Extraction Technology of ?Perilla ?Seed Oil by Response Surface

LI Zhanjun1， LIU Yunwei1， MA Ke1， GAO Jinhui1， GUO Xing1， YANG Fengjian2*

（1. Yichun Branch of Heilongjiang Academy of Forestry， Yichun 153000， China; 2. Key Laboratory of Forest Plant Ecology， Ministry of Education（Northeast Forestry University）， Harbin 150040， China）

Abstract：? In order to further research the extraction process of Perilla seed oil， non-pre-extraction ultrasonic extraction method was applied. And the response surface Box-Behnken analysis optimizations were carried out for the significant affecting factors of the Perilla seed oil extraction yield. The optimal conditions as follows： Ethanol solution with volume fraction of 70% as solvent， solid liquid ratio of 1∶ 10 （g / mL）， time of 34.66 min， power of 80.93 W， water bath temperature of 59.92℃. Actual average extraction yield was 23.78% ± 0.014%.

The result indicated that the ultrasonic extraction of Perilla seed oil was reasonable and effective， response surface optimization of the extraction process was practical and reliable.

Keywords： Perilla seed oil; non-pre-extraction; ultrasonic extraction; response surface; factor optimization

收稿日期： 2019-11-11

基金項目： 黑龍江省伊春市重點科技項目（G2018-17）

第一作者簡介： 李占君，碩士，工程師。研究方向：植物天然產(chǎn)物分離及鑒定。E-mail：lizhanjun.1@163.com

*通信作者： 楊逢建，博士，教授。研究方向：植物資源。E-mail：yangfj@nefu.edu.cn

引文格式： 李占君，劉運偉，馬珂，等. 響應(yīng)面優(yōu)化紫蘇籽油超聲提取工藝研究[J].森林工程，2020，36（2）：67-72.

LI Z J， LIU Y W， MA K， et al. Research on ultrasonic extraction technology of perilla seed oil by response surface [J]. Forest Engineering，2020，36（2）：67-72.

0 引言

紫蘇（Perilla frutescens （L.） Britt.）為唇形科蘇屬草本植物，生長周期一年，又被叫做赤蘇[1-3]。我國的紫蘇資源具有久遠的發(fā)展歷史，在食品、藥品等領(lǐng)域具有廣泛性的應(yīng)用，紫蘇全身可利用性較高，特別是種子——紫蘇籽。紫蘇籽中油脂含油率和營養(yǎng)程度處于較高水平，紫蘇籽油在降低人體血脂、減緩機體衰老、抗過敏治療、抗癌保健和保護肝臟等方面具有非常重要的作用，特別是其脂肪酸構(gòu)成中高含量的α-亞麻酸對健腦益智、保護視力也具有重要的意義[4-7]。

現(xiàn)階段油脂化學工藝領(lǐng)域常用到的提取方式有索氏提取法、超聲提取法、微波提取法和超臨界CO2流體提取法[8-9]。其中超聲提取法因其高效、環(huán)保、低溫和物質(zhì)穩(wěn)定不被破壞等優(yōu)勢，在食品、質(zhì)檢、藥品研發(fā)、檢測、提取純化和理化實驗等諸多領(lǐng)域得到廣泛性認可與應(yīng)用[10-12]。

該研究過程中應(yīng)用超聲提取法，在非預浸提條件下對各項影響因素予以分析、研究和優(yōu)化，為油脂化學工藝研究領(lǐng)域提供現(xiàn)實、有效的參考依據(jù)。

1 材料與儀器

1.1 材料

優(yōu)質(zhì)紫蘇籽：2019年9月份選購于黑龍江省伊春市鐵力林業(yè)局茂林河林場;乙醇（無水），超純水。

1.2 實驗儀器

電子分析天平（型號：UH 620 H，日本SHIMADZU島津）;臺式數(shù)控超聲波清洗器（型號：KQ-100DE，昆山市超聲儀器有限公司）;微型中藥粉碎機（型號：HC-250 T，浙江河城工貿(mào)有限公司）;轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（型號：RE-52 AA，上海亞榮）;理化干燥箱（型號：LG 100 B，上海儀器總廠）等。

2 實驗方法

2.1 紫蘇籽粉末的前期制備

紫蘇籽粉末（點式低速粉碎，不分粒徑全部使用），60 ℃恒溫通風烘箱干燥脫水小于等于5%[13-16]。

2.2 材料制備與提取

將前期制備紫蘇籽粉末按照一定參數(shù)條件與溶劑混合置于超聲震蕩環(huán)境中，分析、研究各影響因素之間的關(guān)系（n=3）。

待超聲提取完成，將混合反應(yīng)溶液自然冷卻至室溫，分別使用布氏漏斗、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀完成固液分離和脂液分離[17-19]，最終提取率計算如下：

Y=M2 / M1×100% 。

式中：M2為提取所得油脂質(zhì)量，g;M1為初始種子粉末質(zhì)量，g。

2.3 單因素分析

2.3.1 反應(yīng)溶液體積分數(shù)

種子粉末為10 g，固液比為1∶ 10 g/mL，溫度為40 ℃，時間為30 min，功率為100 W，乙醇溶液體積分數(shù)為50%、60%、70%、80%、90%。

2.3.2 時間

種子粉末為10 g，提取溶劑為體積分數(shù)70%乙醇溶液混合溶液，固液比為1∶ 10 g/mL，溫度為40 ℃，功率為100 W ，在此條件下研究提取時間為10、20、30、40、50 min的影響。

2.3.3 功率

種子粉末為10 g，提取溶劑為體積分數(shù)70%乙醇溶液混合溶液，固液比為1∶ 10 g/mL，溫度為40 ℃，時間為30 min，研究40、60、80、100 W對提取的影響。

2.3.4 溫度

種子粉末為10 g，提取溶劑為體積分數(shù)70%乙醇溶液混合溶液，固液比為1∶ 10 g/mL，時間為30 min，功率為100 W，研究溫度為30、40、50、60、70 ℃的對提取影響。

2.4 優(yōu)化因素設(shè)計

應(yīng)用Design Expert 8.0.6數(shù)據(jù)分析軟件，依據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理對顯著性影響因素時間（min）、功率（W）和溫度（℃）進行響應(yīng)面回歸分析處理，因素水平表見表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素分析

3.1.1 反應(yīng)溶液體積分數(shù)

由圖1可知，當混合溶液中乙醇體積分數(shù)低于70%時，提取率會因其體積分數(shù)的增加而得到提升;體積分數(shù)70%時，提取率的變化率提升至最大值。當乙醇體積分數(shù)大于70%時，混合溶液中因水分比例過低，使得種子粉末在混合溶液中得不到較好的溶脹，混合溶液會因乙醇含量過高而發(fā)生爆沸、溶劑揮發(fā)，致使提取效果不佳，提取率提高幅度降低。因此根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，選擇體積分數(shù)70%乙醇溶液進行實驗。

3.1.2 時間

圖2分析可知，當提取時間少于30 min時，提取率會因其提取時間的延長而得到提升，30 min時，此時提取率提高幅度最大。當提取時間長于30 min時，混合溶液體系內(nèi)部油脂溶解性會隨著提取時間的延長，逐漸趨于飽和，使得混合溶液內(nèi)部提取率提高幅度受到影響，效率降低，所以選擇30 min進行研究。

3.1.3 功率

由圖3可知，當提取功率低于80 W時，提取率會因其提取功率的加強而得到顯著性提升;當功率為80 W時，此時提取率提高幅度最大。當功率高于80 W繼續(xù)加強到100 W時，大功率超聲會使混合溶液體系內(nèi)部發(fā)生過度激烈的“空化效應(yīng)”致使溶劑大量揮發(fā);混合溶液內(nèi)部提取率提高幅度下降，不利于提取的進行，所以選擇80 W進行研究。

3.1.4 溫度

如圖4所示，40～80 ℃溫度區(qū)間進行實驗，當超聲水浴溫度低于60 ℃時，提取率會因其溫度的升高而得到顯著性提升;當混合溶液內(nèi)部體系溫度為60 ℃時，提取率提高幅度最大。說明在一定范圍內(nèi)，適度提升反應(yīng)環(huán)境溫度有利于混合溶液體系內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)、能量的釋放，進而促進溶劑在種子粉末與溶液體系之間的穿梭與滲透。當溫度高于60 ℃時，溫度過高使得混合溶液體系過于沸騰、溶劑大量揮發(fā)逸出，導致提取率提高幅度降低，故選擇60 ℃進行研究。

3.2 因素優(yōu)化

3.2.1 優(yōu)化實驗

以響應(yīng)面為研究方法，對表1影響因素水平表中的3個因素時間（A）、功率（B）和溫度（C）的進行分析、優(yōu)化。表2為優(yōu)化實驗過程中變量因素編碼表，表中Y為提取率對應(yīng)響應(yīng)值，其優(yōu)化分析所得回歸方程如下：

Y=24.54+0.098 A+0.42 B-0.13 C-0.33 A·B+

0.13 A·C+0.000B·C -0.70 A2-1.22 B2-0.51 C2

由表3分析可知，影響因素A、B、C 都對提取率對應(yīng)響應(yīng)值Y具有互擾、顯著性影響，根據(jù)F值可得出各因素影響強弱順序為：B、C、A，顯著性強弱順序為A2、B2、C2，其中超聲時間A與超聲功率B 二者之間交互影響程度最好。實驗過程中總優(yōu)化數(shù)據(jù)模型P為0.000 3 < 0.01說明該模型差異性極顯著，失擬誤差為0.332 9 > 0.05，表明各影響因素在實驗過程中互擾性不顯著。

由表4分析可知，因調(diào)整決定系數(shù)R2 = 0.927 2，說明優(yōu)化模型具有較高的擬合度;R2 = 0.968 2 說明優(yōu)化過程中各影響因素、各響應(yīng)值之間具有96.82%可解釋度，能夠?qū)嶒炦M行合理有效的優(yōu)化、預期，優(yōu)化實驗過程中傘狀圖如圖5—圖7所示。

響應(yīng)面優(yōu)化提取實驗AB、AC和BC傘狀圖，最終得出最佳優(yōu)化實驗參數(shù)為：體積分數(shù)70 %乙醇溶液，固液比為1∶ 10 （g/mL），時間為34.66 min，功率為80.93 W，水浴溫度為59.92 ℃，理論期望提取率為24.03%。

3.2.2 驗證實驗

按照優(yōu)化所得實驗參數(shù)進行驗證性實驗，所得實際提取率平均值為23.78%與24.03%±0.014%，具有較高的 重現(xiàn)性和吻合度，說明模型正確，優(yōu)化所得預期方案合理有效。

4 結(jié)論

本研究以非預浸提為實驗前提，超聲提取為研究手段，在實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對影響紫蘇籽油提取因 素參數(shù)進行響應(yīng)面研究、優(yōu)化和分析。得出最佳合理條件：體積分數(shù)70%乙醇溶液，固液比為1∶ 10 （g/mL）， 時間為34.66 min，功率為80.93 W，超聲水浴溫度為59.92 ℃。在最 佳條件下，實際平均提取率為23.78%，與理論預測值24.03%偏差± 0.014%，吻合較好，為油脂化學工藝研究領(lǐng)域提供現(xiàn)實、有效的參考依據(jù)。

【參 考 文 獻】

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