有機溶劑浸提—水蒸氣組合法提取杜仲籽油工藝的研究

摘要：以杜仲籽為原料，采用有機溶劑浸提與水蒸氣蒸餾組合的方法提取杜仲籽油，在單因素試驗的基礎上，采用Box-Behnken中心組合設計原理設計4因素3水平試驗優(yōu)化杜仲籽油的提取工藝。結果表明，采用有機溶劑浸提與水蒸氣蒸餾組合法提取杜仲籽油的最佳條件為：樣品粒度>80～100目，超聲處理時間15 min，料液比1 g ∶7 mL，蒸餾時間4 h，在此條件下杜仲籽油的提取率為2026%。

關鍵詞：杜仲籽油；有機溶劑；水蒸氣；提取工藝

中圖分類號： TS2244文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）21-0216-03

收稿日期：2016-05-24

基金項目：陜西省教育廳項目（編號：14JK2017）；陜西國際商貿學院校級科研課題（編號：SMXY201634）。

作者簡介：趙欣（1985—），女，重慶梁平人，碩士，講師，主要從事中藥材鑒定以及質量標準方面的教學與科研工作。E-mail：zx420355@163com。

杜仲（Eucommia ulmoides Oliver）是我國特有的經濟樹種和名貴中藥材，又名思仲、思仙等，為杜仲科杜仲屬多年生落葉喬木，屬被子植物門杜仲科杜仲屬，為一科一屬落葉喬木，廣泛分布于四川、陜西、湖北、河南、貴州、云南、江西、甘肅、湖南及廣西等地區(qū)1]。杜仲籽是杜仲種植業(yè)的副產品。杜仲籽油中90%以上脂肪酸為不飽和脂肪酸，其中亞油酸占 11%～13%，α-亞麻酸占61%～63%，杜仲籽油是目前發(fā)現(xiàn)的高α-亞麻酸天然植物油之一2-4]。亞油酸和α-亞麻酸5]均是人體必需脂肪酸6-7]，因此杜仲籽油在食品、藥品及化妝品行業(yè)具有廣闊的開發(fā)前景8]。

目前，尚未見組合法提取杜仲籽油的報道。一般利用有機溶劑，采用索氏回流法提取杜仲籽油，此方法得到的杜仲籽油常含有大量的植物蠟、糖類、蛋白質和色素等雜質。采用有機溶劑浸提-水蒸氣法提取杜仲籽油，可以得到雜質含量少、顏色和氣味純正的杜仲籽油。本研究以杜仲籽粒為原材料，采用有機溶劑浸提-水蒸氣法提取杜仲籽油，旨在探索出組合法提取杜仲籽油的最佳工藝條件，為其在食品、藥品和化妝品領域的應用8-9]奠定基礎。

1材料與方法

11材料與儀器

杜仲籽采自陜西省略陽縣；石油醚（沸程30～60 ℃）購自成都科龍化工試劑廠；蒸餾水，實驗室制。

FW-400A傾斜式萬能粉碎機購自北京中興偉業(yè)儀器有限公司；RE-52AA旋轉蒸發(fā)器購自上海亞榮生化儀器廠；KH-50B型超聲波清洗器購自昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司；索氏提取器、揮發(fā)油提取器。

12試驗方法

121杜仲籽油提取工藝流程及其提取率的計算

杜仲籽FY（]40～50 ℃烘干FY）]杜仲干籽FY（]粉碎、過標準篩FY）]一定樣品粒度的杜仲籽粉末FY（]浸入石油醚FY）]超聲處理FY（]索氏回流提取FY）]杜仲籽粗脂肪FY（]水蒸氣蒸餾FY）]杜仲籽油

杜仲籽油提取率=SX（]油質量（g）杜仲籽樣品質量（g）SX）]×100%。

122單因素試驗

1221樣品粒度對杜仲籽油提取率的影響稱取一定量的杜仲籽粉末樣品，用濾紙筒包裹好，置于裝有石油醚的燒杯中，于超聲頻率40 kHz、超聲功率50 W的條件下，超聲處理15 min，放入索氏提取器中，調節(jié)水浴鍋溫度至60 ℃，回流提取6 h，收集回流液旋轉蒸發(fā)得到杜仲籽粗脂肪。根據(jù)粗脂肪的質量按料液比1 g ∶7 mL加入蒸餾水，蒸餾精制4 h，測量得到的杜仲籽油的質量，計算提取率。樣品粒度分別為 20～40、>40～60、>60～80、>80～100、>100～120目，每個水平重復3次。

1222超聲時間對杜仲籽油提取率的影響按“1221”節(jié)的方法，超聲處理時間分別設置為5、10、15、20、25 min，其他條件不變，進行提取并計算提取率。每個水平重復3次。

1223料液比對杜仲籽油提取率的影響按“1221”節(jié)的方法，料液比分別設置為1 ∶3、1 ∶5、1 ∶7、1 ∶9、1 ∶11（g ∶mL），其他條件不變，進行提取并計算提取率。每個水平重復3次。

1224蒸餾時間對杜仲籽油提取率的影響按“1221”節(jié)的方法，蒸餾時間分別設置為1、2、3、4、5 h，其他條件不變，進行提取并計算提取率。每個水平重復3次。

123響應面法優(yōu)化杜仲籽油的提取在單因素試驗的基礎上，根據(jù)Box-Behnken中心組合設計的實驗原理，分別以X1、X2、X3、X4為代表樣品粒度、超聲時間、料液比、蒸餾時間4個因素，每一個自變量的低、中、高試驗水平分別以-1、0、1進行編碼，以杜仲籽油提取率為響應值（Y），進行4因素3水平共29個試驗點的響應面分析試驗，對杜仲籽油的提取工藝進行優(yōu)化，因素水平編碼見表1，每組平行試驗3次。

13數(shù)據(jù)處理

響應面試驗數(shù)據(jù)用Design ExPert 8061軟件處理，其他數(shù)據(jù)用SPSS進行顯著性分析，001

2結果與分析

21單因素試驗

211樣品粒度對杜仲籽油提取率的影響

稱取杜仲籽粉末10 g，按“1221”節(jié)的方法提取杜仲籽油，并計算提取率。樣品粒度對杜仲籽油提取率的影響結果見圖1。由圖1可知，隨著杜仲籽粉末的粒度逐漸減小，杜仲籽油的提取率逐漸上升，根據(jù)擴散定律10]：藥材粉碎度越細，浸出效果越好，成分得率越高。當杜仲籽粉末粒度超過100目時，杜仲籽油的提取率呈現(xiàn)下降趨勢，可能是樣品粒度過小，超聲處理時溢出的油被破壞分解，也可能是樣品粒度越小，其他組分浸出的可能性增大，蒸餾精制時阻礙了杜仲籽油的蒸出。

212超聲處理時間對杜仲籽油提取率的影響

稱取杜仲籽粉末10 g，按“1222”節(jié)的方法提取杜仲籽油，并計算提取率。超聲處理時間對杜仲籽油提取率的影響結果見圖2。由圖2可知，隨著超聲處理時間的延長，杜仲籽油提取率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在5～15 min內，隨著超聲處理時間

的增加，杜仲籽油的提取率逐漸上升，這是由于超聲處理可以增加細胞的破碎程度，有利于杜仲籽油的溢出。當超聲處理超過15 min時，杜仲籽油的提取率緩慢下降，這可能是超聲處理產生熱效應，使得少部分杜仲籽油揮發(fā)，導致提取率下降。

213料液比對杜仲籽油提取率的影響

稱取杜仲籽粉末10 g，按“1223”節(jié)的方法提取杜仲籽油，并計算提取率。料液比對杜仲籽油提取率的影響結果見圖3。由圖3可知，隨著料液比的增加，杜仲籽油的提取率逐漸上升，當料液比達到 1 g ∶7 mL 時，再增加溶液的量，杜仲籽油的提取率變化不大。這主要是由于溶液的量增加杜仲籽粉末的濃度，增加杜仲籽粉末和溶液接觸面的濃度差11]，使傳質推動力增加，有利于杜仲籽油的溢出。當繼續(xù)增加溶液時，其提取率變化不大，從節(jié)約資源方面考慮，選擇最佳料液比為1 g ∶7 mL。

214蒸餾時間對杜仲籽油提取率的影響

稱取杜仲籽粉末10 g，按“1224”節(jié)的方法提取杜仲籽油，并計算提取率。蒸餾時間對杜仲籽油提取率的影響結果見圖4。由圖4可知，杜仲籽油的提取率隨著時間增加呈現(xiàn)先上升后平穩(wěn)的趨勢，這主要是隨著時間推移杜仲籽油蒸餾精制量累積的結果，4 h后繼續(xù)蒸餾精制提取率變化不大，說明該條件下杜仲籽油已完全蒸出。

22響應面法優(yōu)化杜仲籽油的提取條件

221響應面試驗設計及結果分析

在單因素試驗結果的基礎上，選擇樣品粒度（X1）、超聲處理時間（X2）、料液比（X3）和蒸餾時間（X4）4個因素，以杜仲籽油的提取率為響應值，采用Box-Behnken的中心組合試驗設計原理，設計4因素3水平試驗優(yōu)化杜仲籽油的提取條件。響應面試驗方案及結果見表2，方差分析見表3。

利用Design ExPert 8061軟件處理所得數(shù)據(jù)，得到杜仲籽油提取率預測的二次多元回歸模型為：

Y=2039-119X1-051X2+087X3+098X4+043X1X2-076X1X3-022X1X4-119X2X3-098X2X4-152X3X4-647X12-359X22-262X32-181X42。

由表3可知，模型P<0000 1，F(xiàn)=6248>F001（14，4）=1424，表明該模型極顯著；模型的R2=9842%，說明該模型可以預測9842%響應值的變化；失擬項P=0264 1>005，F(xiàn)=200X4>X3>X2，即樣

品粒度>蒸餾時間>料液比>超聲處理時間。

222因素間交互作用結果與分析

響應曲面的坡度越陡峭，則表明因素間交互作用對響應值的影響越顯著12]。由圖5至圖8可知，樣品粒度與超聲處理時間之間的交互作用、超聲處理時間與料液比之間的交互作用、超聲處理時間與蒸餾時間之間的交互作用和料液比與蒸餾時間的交互作用均對杜仲籽油的提取率呈顯著性影響。其中超聲處理時間與料液比之間的交互作用和料液比與蒸餾時間的交互作用對杜仲籽油提取率的影響最為顯著。

根據(jù)模型優(yōu)化得到最佳工藝條件為：樣品粒度7781目，超聲處理時間1432 min，料液比1 g ∶728 mL、蒸餾時間426 h，在該條件下模型預測杜仲籽油的提取率為2067%。為方便實際操作，將最佳工藝條件修正為：樣品粒度>80～100目，料液比1 g ∶7 mL，超聲處理時間15 min，蒸餾時間 4 h，在此條件下測得杜仲籽油提取率為2026%，與理論值2067%相比，相對誤差為198%，因此采用響應面法優(yōu)化杜仲籽油的提取工藝，所得最佳工藝參數(shù)準確可靠。

3結論

本研究以杜仲籽為原材料，以杜仲籽油的提取率為指標，在單因素試驗的基礎上，采用Box-Behnken中心組合設計原理設計4因素3水平試驗優(yōu)化杜仲籽油的提取條件，結果表明，采用有機溶劑浸提-水蒸氣組合法提取杜仲籽油的最佳條件為：樣品粒度>80～100目，超聲處理時間15 min，料液比1 g ∶7 mL，蒸餾時間4 h，在此條件下杜仲籽油的提取率為2026%。

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