李東娜　陸建農(nóng)　黃潤生　林鴻杰　楊婷　顧帥磊　殷學(xué)貴

摘要：以淄蓖5號為材料，以種仁含油率為評價(jià)指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)研究了索氏抽提法中烘干順序、抽提溫度、抽提時(shí)間、溶劑種類及料液比等因素對測定結(jié)果的影響，對蓖麻含油率測定條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，先研磨后烘干和石油醚抽提效果較好;最佳提取工藝條件為抽提時(shí)間6 h、抽提溫度50 ℃、料液比1 g ∶40 mL，在此條件下蓖麻含油率達(dá)到58.29%，優(yōu)化后的工藝條件實(shí)現(xiàn)了高效、低成本、低污染、低毒性。

關(guān)鍵詞：索氏抽提法;蓖麻;含油率;提取工藝;正交試驗(yàn)

中圖分類號： TQ645.8+2;TS201.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）07-0236-05

蓖麻是油料作物，其主要經(jīng)濟(jì)來源是蓖麻油，籽粒含油量為45%～54%[1]。蓖麻油中油酸含量達(dá)80%～90%，其成分主要是12-羥基和順-9-十八碳-烯酸，化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特[2]。蓖麻是重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥制藥、航天航空、機(jī)械制造、紡織印染、精細(xì)化工等領(lǐng)域，共有700多種用途[3-4]。目前，蓖麻種植效益低，育種工作至關(guān)重要，而含油率的高低可以作為蓖麻選育的指標(biāo)之一。含油率可用索氏抽提法進(jìn)行測定。

索氏抽提法是利用索氏抽提器測定粗脂肪含量的一種方法，可以作為鑒定植物種子及果實(shí)品質(zhì)優(yōu)劣的指標(biāo)之一，被廣泛應(yīng)用于油菜籽[5]、大豆[6]、芝麻[7]等植物上。將提取測定含油率的方法相比較，熱榨法與冷榨法提取測定含油率的效率較低，且熱榨法使用的溫度較高，一定程度上會造成不飽和脂肪酸含量的下降，導(dǎo)致最終結(jié)果較低;超臨界CO2萃取法設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高;水酶法成本高，因?yàn)槭褂玫拿钢苿﹥r(jià)格太高;而索氏提取法不僅準(zhǔn)確性與重現(xiàn)性好，而且快速、方便、設(shè)備操作簡單、成本低[8]，但其測定時(shí)間過長、測定值偏小，還可以進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。

目前對蓖麻的研究尚淺，對蓖麻脂肪的提取和測定的報(bào)道也比較少。本試驗(yàn)研究了不同烘干順序、提取溶劑、料液比、提取時(shí)間和提取溫度對測定蓖麻粗脂肪含量的影響，探究索氏抽提法提取蓖麻粗脂肪的最佳條件，得到高效、低成本、低污染、低毒性的測定方法，為測定不同蓖麻品種的粗脂肪含量和蓖麻的品種選育等打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

淄蓖5號，由廣東海洋大學(xué)植物分子育種試驗(yàn)室提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)步驟

參考GB/T 5009.6—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測定》，稱取若干粒蓖麻籽約1.500 0 g，去殼，得種仁，研磨種仁并置于濾紙中，烘干至恒質(zhì)量，抽提后再烘干，計(jì)算得到含油率。

1.2.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以淄蓖5號為原材料，在保持其他條件不變的條件下，探究烘干順序（先烘干再研磨、先研磨再烘干、先烘干后研磨再烘干）、抽提時(shí)間（4、5、6、7、8 h）、抽提溫度（40、45、50、55、60 ℃）、溶劑種類（正己烷、乙酸乙酯、無水乙醇、石油醚）、料液比（1 g ∶20 mL、1 g ∶25 mL、1 g ∶30 mL、1 g ∶35 mL、1 g ∶40 mL、1 g ∶50 mL）對蓖麻種仁含油率測定的影響，稱量抽提前后蓖麻種仁的質(zhì)量并計(jì)算其含油率，重復(fù)3次取平均值。

1.2.3 正交優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的探究結(jié)果，索氏抽提法測定蓖麻含油率時(shí)，烘干順序、抽提時(shí)間、抽提溫度、溶劑種類和料液比對蓖麻含油率均有不同程度的影響。由單因素試驗(yàn)結(jié)果和正交試驗(yàn)原理為基礎(chǔ)進(jìn)行3因素3水平正交試驗(yàn)L9（33）（每組3個(gè)平行），以確定索氏抽提法測定蓖麻含油率的最佳條件。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素與水平見表1。

1.2.4 計(jì)算方法

用萬分之一天平稱量樣品的質(zhì)量，分別測定種仁質(zhì)量、種仁研磨及烘干后的質(zhì)量、抽提及烘干后的質(zhì)量。含油率計(jì)算公式為

蓖麻種仁含油量=（種仁研磨并烘干后的質(zhì)量-抽提并烘干后的質(zhì)量）/種仁質(zhì)量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 烘干順序?qū)吐蕼y定的影響

在抽提溫度50 ℃、 抽提時(shí)間 5 h、 以石油醚為溶劑等相同條件下，對烘干順序（先烘干再研磨、先研磨再烘干、先烘干后研磨再烘干）進(jìn)行考察。由圖1和表2可知，采取先研磨后烘干的順序測得的含油率最高，先烘干再研磨所測得的含油率次之，而先烘干后研磨再烘干的操作測得的含油率最低，進(jìn)行方差分析發(fā)現(xiàn)3個(gè)處理間差異顯著（P<0.05），所以選擇先研磨后烘干的順序進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1.2 抽提時(shí)間對含油率測定的影響

在先研磨后烘干、抽提溫度50 ℃、以石油醚為溶劑等相同條件下，對抽提時(shí)間（4、5、6、7、8 h）進(jìn)行考察。由圖2和表3可知，當(dāng)抽提時(shí)間為4 h時(shí)測得的含油率較小，粗脂肪還沒有充分與石油醚反應(yīng)，當(dāng)抽提時(shí)間達(dá)到5 h后，所測得的含油率趨于平穩(wěn)，且各處理平均數(shù)差異極顯著（P<0.01），為了節(jié)省能源和時(shí)間，選取4、5、6 h作為正交試驗(yàn)的因素值。

2.1.3 抽提溫度對含油率測定的影響

在先研磨后烘干、抽提時(shí)間5 h、以石油醚為溶劑等相同條件下，對抽提溫度（40、45、50、55、60 ℃）進(jìn)行考察。由圖3和表4可知，抽提溫度在45～60 ℃時(shí)含油率呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，在50 ℃時(shí)含油率最高，在55～60 ℃ 呈下降趨勢，且各處理平均值間差異極顯著。因此選擇45、50、55 ℃作為正交試驗(yàn)的因素值。

2.1.4 不同溶劑對含油率測定的影響

在先研磨后烘干、抽提時(shí)間5 h和抽提溫度50 ℃條件下，探究不同提取溶劑（正己烷、乙酸乙酯、無水乙醇、石油醚）對蓖麻含油率測定的影響。 由圖4和表5可知，以石油醚作為溶劑所測得的含油率遠(yuǎn)大于其他3種溶劑，且各處理平均值間差異極顯著，所以選擇石油醚作為索氏抽提測定蓖麻含油率的溶劑。

2.1.5 不同料液比對含油率測定的影響

以先研磨后烘干為順序、以石油醚為溶劑、抽提時(shí)間5 h和抽提溫度50 ℃條件下，對不同料液比（1 g ∶20 mL、1 g ∶25 mL、1 g ∶30 mL、1 g ∶35 mL、1 g ∶40 mL、1 g ∶50 mL）進(jìn)行考察。由圖5和表6可知，當(dāng)料液比達(dá)到1 g ∶35 mL后，得到的含油率相差不大，趨于平緩，而1 g ∶（20～35） mL則處于上升趨勢。溶劑越多含油率越高，且各處理平均值間差異極顯著。但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，料液比為1 g ∶35 mL時(shí)最適宜，因此，選用1 g ∶30 mL、1 g ∶35 mL和1 g ∶40 mL 作為正交試驗(yàn)的因素值[9]。

2.2 索氏法提取蓖麻油正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取料液比、提取時(shí)間和提取溫度3個(gè)因素，并各取3個(gè)水平，進(jìn)行正交試驗(yàn)。

通過極差分析可知，各因素對蓖麻含油率提取率的影響主次順序?yàn)槌樘釙r(shí)間（B）>料液比（A）>抽提溫度（C），最優(yōu)組合為A3B3C2，即料液比1 g ∶40 mL、抽提時(shí)間6 h、抽提溫度50 ℃（表7）。在此條件下蓖麻含油率達(dá)到58.29%。對正交試驗(yàn)進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，在該試驗(yàn)條件下，不同抽提溫度、抽提時(shí)間及料液比對蓖麻的含油率均無顯著差異（表8）。

3 結(jié)論與討論

用索氏抽提法測定蓖麻含油率，通過單因素試驗(yàn)得到其烘干順序是先研磨后烘干、抽提試劑為石油醚;正交試驗(yàn)得到的最優(yōu)提取條件為抽提時(shí)間6 h、抽提溫度50 ℃、料液比1 g ∶40 mL，在此條件下蓖麻種仁含油率達(dá)到58.29%，符合最佳條件組合的結(jié)果。

在單因素試驗(yàn)中，探究烘干順序?qū)Ρ吐楹吐实挠绊憰r(shí)得出，采取先研磨后烘干的順序測得的含油率最高;先烘干再研磨所測得的含油率較低的原因可能是未研磨的種仁反應(yīng)面積較小，其中大部分水分未能蒸發(fā)，水分削弱了對脂肪的萃取;先烘干后研磨再烘干的操作所對應(yīng)的含油率最低，其原因可能是時(shí)間過久，脂肪發(fā)生氧化。對抽提時(shí)間進(jìn)行探究時(shí)，得到當(dāng)抽提時(shí)間大于5 h后，所測得的含油率趨于平穩(wěn)，其原因可能是隨著提取時(shí)間的延長，蓖麻種仁中的油脂逐漸被溶劑溶解析出，在5 h后蓖麻脂肪幾乎被完全提取[10]。對抽提溫度進(jìn)行探究時(shí)，在40～45 ℃時(shí)所測得的含油率較低，其原因可能是溫度較低，反應(yīng)慢，回流速度緩慢，使得萃取出的脂肪量較少;50 ℃前含油率處于上升狀態(tài)，原因是溫度的升高加快了分子間的熱運(yùn)動，進(jìn)而加快溶質(zhì)的擴(kuò)散和溶劑的滲透[11];55～60 ℃時(shí)含油率逐漸降低的原因是溫度太高，石油醚揮發(fā)太快，冷凝不充分，導(dǎo)致測得的含油率下降。探究不同提取溶劑對蓖麻含油率測定的影響時(shí)， 得出以石油醚作為溶劑所測得的含油率遠(yuǎn)大于其他3種溶劑，其原因可能是蓖麻種仁脂肪在不同的溶劑中的溶解度不同，在50 ℃下沒有到達(dá)另外3種溶劑的沸點(diǎn)，所以測得的含油率比石油醚為溶劑時(shí)低。對不同料液比進(jìn)行探究時(shí)，得出料液比達(dá)到1 g ∶35 mL 后，得到的含油率趨于平緩，而1 g ∶（20～35） mL 時(shí)則處于上升的趨勢。其原因可能是料液比在1 g ∶（20～35） mL 時(shí)，溶劑較少，能溶解的脂肪較少，且在反應(yīng)過程中，反應(yīng)體系中的石油醚揮發(fā)較快，因此只能萃取出少量脂肪，得到的含油率較低;而隨著溶劑的增多，蓖麻種仁中的脂肪能趨于被完全抽提出來，所以含油率趨于平緩。

蓖麻含油率的影響因素較多。李靖霞認(rèn)為，蓖麻生育期越短，含油率則越低;同株上不同部位果穗種子的含油率也有所不同;百粒質(zhì)量大的含油率高，反之含油率就低;收獲期對蓖麻含油率也有很大影響，收獲過早或過晚，酸價(jià)含量高，從而降低種子的含油率;種植密度大小也會影響蓖麻含油率[12]。李金琴等認(rèn)為，容重對籽粒含油量的直接通徑系數(shù)最大[1]。代夢媛等認(rèn)為，種子籽粒大、種皮顏色淺的蓖麻種子含油率較高[13]。黃鳳蘭等認(rèn)為，蓖麻籽越長，粗脂肪含量越低，蓖麻油酸含量越高;體積越大，粗脂肪和蓖麻油酸含量越低;容重和百粒質(zhì)量越高，粗脂肪和蓖麻油酸含量越高[14]。

回流速度對索氏抽提測定粗脂肪含量有一定的影響，由于地區(qū)和季節(jié)的差異，冷凝水的溫度和流速影響回流速度，所以試驗(yàn)過程中也要考慮這個(gè)誤差因素，在之后的研究當(dāng)中可考慮這一因素的探究。試驗(yàn)過程中，關(guān)于溶劑種類的探究，還可以提高溫度再對含油率進(jìn)行探究，同時(shí)還可以對丙酮、乙醚進(jìn)行探究。王靜等在索氏法提取和測定油茶籽油的條件優(yōu)化探究中得到，用丙酮和石油醚作為溶劑測定含油率時(shí)含油率較高[10]，但丙酮和無水乙醚毒性較大，極易揮發(fā)且低濃度可致人昏迷，不適合作為試驗(yàn)試劑長期使用[15]。此外，還可以采用超聲波提取法、微波提取法、水酶法、壓榨法、超臨界CO2萃取法等對蓖麻含油率進(jìn)行測定和比較，其中羅明亮利用水酶法提取蓖麻油，研究發(fā)現(xiàn)，蓖麻研碎后，阻礙脂肪從細(xì)胞中釋放的主要原因是脂肪與蛋白質(zhì)之間存在親和力，適當(dāng)對細(xì)胞中的蛋白質(zhì)進(jìn)行破壞有利于脂肪的提取，用酶將纖維素和蛋白質(zhì)適當(dāng)水解，總油提取率最高可達(dá)86.93%[16]。黃鳳蘭等同樣采用索氏抽提法測定蓖麻粗脂肪含量，以通蓖5號蓖麻種子作為材料，通過單因素試驗(yàn)對索氏提取法中的油脂稱重、濾紙包浸泡、濾紙包包法3個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，采用優(yōu)化后的方案提取的蓖麻粗脂肪雜質(zhì)少、油脂澄清、獲得率高[17]。而本研究增加了烘干順序、抽提試劑、料液比、抽提溫度和抽提時(shí)間的探究，且對料液比、抽提時(shí)間、抽提溫度進(jìn)行了正交試驗(yàn)探究。黃鳳蘭等認(rèn)為浸泡過夜能夠使反應(yīng)更加充分且含油率提取更好，可進(jìn)一步探究浸泡時(shí)間對蓖麻含油率測定的影響[17]。

本試驗(yàn)探究索氏抽提法提取蓖麻油的最佳工藝條件旨在節(jié)省時(shí)間、節(jié)省能源消耗、減少檢測工作量、節(jié)約試劑、減少試劑損失和環(huán)境污染等[18]，提高抽提的效率，更高效地得出更好的含油率數(shù)據(jù)，為蓖麻的育種工作提供參考，為蓖麻的開發(fā)和利用提供理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，有利于進(jìn)一步探索蓖麻的含油率提取和測定。

參考文獻(xiàn)：

[1]李金琴，朱國立，吳國林，等. 蓖麻種子含油量與主要數(shù)量性狀的相關(guān)及通徑分析[J]. 中國油料作物學(xué)報(bào)，2004，26（2）：44-47.

[2]Severino L S，Auld D L，Baldanzi M，et al. A review on the challenges for increased production of castor[J]. Agronomy Journal，2012，104（4）：853-880.

[3]Sujatha M，Reddy T P，Mahasi M J. ?Role of biotechnological interventions in the improvement of castor （Ricinus communis L.） and Jatropha curcas L.[J]. Biotechnology Advances，2008，26（5）：424-435.

[4]Anjani K. Castor genetic resources：a primary gene pool for exploitation[J]. Industrial Crops and Products，2012，35（1）：1-14.

[5]張 品，朱文秀，張寧潔，等. 脂肪自動測定儀法與國標(biāo)法測定油菜籽含油量的比較研究[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，17（1）：38-39.

[6]吳禮娥. 兩種大豆中粗脂肪測定方法的對比[J]. 農(nóng)業(yè)科技與信息，2018（2）：46-47.

[7]魏利斌，苗紅梅，李 春，等. 芝麻籽粒脂肪含量核磁共振無損快速測定方法的建立[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（8）：386-388.

[8]劉雪芳，郝利平，常月梅. 索氏抽提法提取核桃油工藝的優(yōu)化[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（1）：34-36.

[9]張 麗. 核桃油脂提取及其穩(wěn)定性的研究[D]. 石河子：石河子大學(xué)，2010.

[10]王 靜，張盟雨，張應(yīng)中，等. 索氏法提取和測定油茶籽油的條件優(yōu)化[J]. 食品工業(yè)科技，2017，38（21）：42-51.

[11]Mokrani A，Madani K.Effect of solvent，time and temperature on the extraction of phenolic compounds and antioxidant capacity of peach（Prunus persica L.） fruit[J]. Separation and Purification Technology，2016，162：68-76.

[12]李靖霞. 蓖麻含油率影響因素分析[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，1995（3）：21-22.

[13]代夢媛，崔長勝，高 梅，等. 蓖麻種子含油量及脂肪酸成分與種子表型相關(guān)性分析[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，32（1）：55-62.

[14]黃鳳蘭，包春光，趙 永，等. 不同大小蓖麻籽中脂肪酸組分的測定與分析[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2017，32（1）：53-58.

[15]楊 柳，陳 曦，宋 威. 不同抽提試劑對油茶籽含油率測定的影響[J]. 湖北林業(yè)科技，2014，43（1）：21-23.

[16]羅明亮. 水酶法提取蓖麻油工藝研究[D]. 長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2014.

[17]黃鳳蘭，徐福玲，邱 靖，等. 索氏提取法測定蓖麻種子粗脂肪含量的技術(shù)優(yōu)化[J]. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，28（2）：183-185.

[18]趙會芳，張習(xí)金，張永康，等. 索氏抽提法測量花生脂肪含量的改進(jìn)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（10）：154-163.