黃秋葵籽油脂提取工藝優化及組分分析

田科巍， 董 增， 魏兆軍

（合肥工業大學 生物與食品工程學院，安徽 合肥 230009）

黃秋葵為錦葵科秋葵屬一年生草本植物［1］。20世紀90年代初黃秋葵才被引入我國內陸，近年來，在我國沿海地區均有黃秋葵的種植栽培，黃秋葵是一種非常有營養價值的新型保健蔬菜［2］，黃秋葵豆莢分泌的一種特殊黏液具有顯著的抗疲勞作用［3－4］，經純化后鑒定為一種寡糖類生物活性物質（Lepidimoide，簡稱 LM）［5］。

響應曲面法（Response Surface Methodology，簡稱RSM）是一種優化反應條件和加工工藝參數的有效方法。采用多元二次回歸方程，將多因素實驗中影響因素和響應值之間的相互關系用多項式近似擬合來評價不同參數，從而減少了實驗次數［6－7］。本文中RSM被用來優化黃秋葵籽油脂提取的工藝參數，包括液料比、提取溫度和提取時間。另外，通過GC／FID方法分析了黃秋葵籽油脂的脂肪酸組分。

1 材料與方法

1.1 材料

黃秋葵由六安漢華生態農業生物科技有限公司提供。將黃秋葵清洗后冷凍干燥，磨粉過60目篩，避光密封，－20℃保存備用。石油醚和其他化學試劑等均為國產分析純試劑，正己烷為HPLC級，GC－MS專用。

1.2 儀器設備

JYL－380料理機（濟南九陽股份有限公司）；索氏提取器（上海洪紀儀器設備有限公司）；旋轉蒸發儀（上海亞榮儀器有限公司）；分析天平（上海精密儀器有限公司）；HPLC（日本島津公司）；恒溫水浴鍋（江蘇金壇市正基有限公司）。

1.3 黃秋葵籽油脂的提取方法及流程

提取方法：將樣品用濾紙包裹，用脫脂棉線包扎保證沒有樣品漏出，將濾紙包用長鑷子放入抽提筒中，注入相應劑量的石油醚，使濾紙包完全浸沒在石油醚中。連接好抽提器各部分，接通冷凝水水流，在恒溫水浴中進行抽提，調節相應水溫，使冷凝下滴的石油醚成連珠狀，抽提相應時間，然后取出濾紙包，將含有油脂的石油醚旋轉蒸發，然后稱重［8］。

提取流程：黃秋葵籽→蒸餾水清洗→熱風干燥→粉碎過篩→索氏提取→旋轉蒸發→分析天平稱重。

1.4 油脂提取率的測定

其中，干粉水分含量保持在5%以下。

1.5 提取工藝的優化

本文選取提取時間、水料比和溫度為主要影響因素，以黃秋葵籽油脂的提取率為評價指標，進行單因素試驗。在單因素試驗的基礎上，采用Box－Behnken中心組合試驗設計方案，研究各個因素對多糖提取率的影響，做出響應面圖，對索氏提取法提取黃秋葵籽油脂工藝進行條件優化。

1.6 黃秋葵籽油組分檢測方法

脂肪酸甲酯的制備：準確稱取黃秋葵油樣0.3g，加入1mol／L的氫氧化鉀－甲醇溶液3mL，60℃水浴約30min（至油珠完全消失），冷卻后加入40mL 12.5%H2SO4－CH3OH 溶液，放入恒溫振蕩搖床中38℃，130r／min，酯化12h，用正己烷萃取2次，合并萃取液，用飽和NaCl溶液洗滌多次，無水Na2SO4干燥，離心分層，取上清液脂肪酸甲酯（Fatty Acid Methyl Ester，簡稱FAME）備用。

FAME的GC、GC／MS分析：色譜條件為色譜柱DB－WAX（30m×0.25mm×0.25μm）；采用程序升溫，初溫200℃，保持1min；以3℃／min升溫至230℃，保持10min；進樣口溫度和檢測器溫度分別為250℃和260℃，載氣為高純氦（He），流速1.5mL／min；進樣量1.0μL，分流比為50∶1。

質譜條件：電離方式為電子轟擊（EI），電子能量70eV，接口溫度260℃，電子倍增器電壓1.89kV，掃描范圍35～500u。

2 結果與分析

2.1 黃秋葵籽油脂提取工藝的優化

根據單因素試驗結果，采用Box－Behnken中心組合試驗設計原則［9］，選取對種子油脂提取率有顯著影響的因素——時間、液料比及提取溫度，在3個不同的水平下對提取工藝參數進行優化。試驗因素與水平設計見表1所列。

表1 響應面分析因素與水平

響應面分析方案和實驗結果見表2所列。

表2 黃秋葵籽油脂提取工藝優化的設計和結果

表2中，試驗號1～12為析因試驗，而13～15為中心試驗，用來估計試驗誤差。

由SAS（7.0版本）軟件處理數據，采用二次型進行變異分析，其方差分析結果見表3所列。對響應值與各個因素進行回歸擬合，該模型對應的回歸方程為：

表3 響應面法方差分析

由表3可看出，對二次回歸方程（1）進行方差分析，P＜0.01，此時回歸方差模型極顯著，說明該試驗方法可靠。方程失擬項為0.2005，說明該回歸模型與實測值能較好地擬合，回歸系數R2＝0.9311，表明該模型相關度好。回歸方程各項的方差分析表明，X1、X2、X3、X12、X22、X32均達到極顯著水平。

選定的因素對種子油脂提取率的影響大小依次為溫度、時間和液料比。響應面Y對于因素X1、X2、X3值構成的三維空間在二維平面上的等高圖，可直觀地反映各因素之間的相互作用。SAS（7.0版本）軟件處理得到響應面分析結果如圖1～圖3所示。

根據響應曲面法的模型，預測最優工藝參數分別為：提取時間144.421min、液料比7.398∶1、提取溫度65.3℃，該條件下種子油脂提取率的預測值為15.72%。

當時間為120min時，液料比和溫度對油脂提取率的影響如圖1所示。

由圖1可看出，在液料比處于較低水平時，油脂提取率隨著溫度的升高急劇上升，當溫度達到較高時，油脂提取率隨著溫度的升高稍有降低。在液料比處于中心附近時，油脂提取率隨著溫度的升高，有顯著上升，當溫度達到較高時，油脂提取率隨著溫度的升高略有降低。

圖1 液料比和溫度對黃秋葵籽油脂提取率的影響

當溫度為60℃時，液料比和時間對油脂提取率的影響如圖2所示，結果表明，在液料比處于較低水平時，油脂提取率隨著時間的延長而上升，當時間達到120min左右時，油脂提取率隨著時間的延長有降低的趨勢。在液料比處于中心附近時，油脂提取率隨著時間的延長，有明顯上升趨勢，當時間達到120min左右時，油脂提取率隨著溫度的升高而逐漸降低。

圖2 液料比和時間對黃秋葵籽油脂提取率的影響

液料比恒值時，時間和溫度對油脂提取率的影響如圖3所示，結果表明，在溫度處于較低水平時，油脂提取率隨著時間的延長逐漸上升，當時間達到120min左右時，油脂提取率隨著溫度的升高有明顯降低的趨勢。在溫度處于70℃時，油脂提取率隨著溫度的升高，有顯著上升，當時間達到120min左右時，油脂提取率隨著溫度的升高而略有下降。

圖3 時間和溫度對黃秋葵籽油脂提取率的影響

2.2 黃秋葵籽油脂的組分分析

黃秋葵籽油脂的組分是通過GC－MS分析的，鑒定出其中的5種組分，包括棕櫚酸（a）、硬脂酸（b）、油酸（c）、亞油酸（d）、亞麻酸（e），如圖4所示，其百分比分別為29.86%、3.73%、24.07%、38.22% 和1.34%。黃秋葵籽油脂富含不飽和脂肪酸，達到63.63%，單不飽和脂肪酸達到24.07%，多不飽和脂肪酸達到39.56%。

圖4 黃秋葵籽油脂GC－MS圖譜

3 結 論

用石油醚為提取劑，本文采用響應曲面法分析的實驗結果表明，黃秋葵油脂提取率依賴于液料比、溫度和提取時間以及這3個因素之間的交互作用。本文建立多項式回歸模型來分析實驗結果，得出最佳條件為：提取時間144.421min、液料比7.398∶1（mL／g）、提取溫度65.3℃。該條件下種子油脂提取率的預測值為15.72%，然后通過GC－MS組分分析得出黃秋葵籽油脂富含不飽和脂肪酸達到63.63%，單不飽和脂肪酸達到24.07%，多不飽和脂肪酸達到39.56%。

［1］吳燕春，謝金鮮.黃秋葵的研究進展［J］.中醫藥學刊，2005，10（4）：1898.

［2］董彩文.黃秋葵食用膠的制備及應用研究進展［J］.安徽農業科學，2008，36（13）：5687－5688.

［3］王君耀，周 峻，湯谷平.黃秋葵抗疲勞作用的研究［J］.中國現代應用藥學雜志，2003，20（4）：316－317.

［4］李建華，陳 珊.黃秋葵水提取液抗疲勞的藥效學觀察［J］.中國運動醫學雜志，2004，23（2）：196－197.

［5］Hirose K，Endo K，Hasegawa K.A convenient synthesis of lipidimoide from okra mucilage and its growth－promoting activity in hypocotyls ［J］.Carbohydrate Research，2004，339（1）：9－19.

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［7］Wei Z J，Zhou L C，Chen H，et al.Optimization of the fermentation conditions for 1－deoxynojirimycin production by streptomyces lawendulae applying the response surface methodology［J］.International Journal of Food Engineering，2011，7（3）.DOI：10.2202／1556－3758.2354.

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［9］邊俠玲，于 瑩，姚日生，等.克雷伯氏菌ZY－B降解雙酚A的降解條件優化研究 ［J］.合肥工業大學學報：自然科學版，2010，33（9）：1382－1386.