貴州刺梨種子油提取工藝研究及理化性質分析

涂小艷，余劍鋒，陳纖纖，王莎莎，陳 青*

（貴州大學 化學與化工學院，貴州 貴陽 550025）

刺梨（Rosa roxburghii）屬于薔薇科植物，主要分布在于溫暖帶及亞熱帶地區[1]。刺梨在食品和藥用領域有很多技術成果和上市產品，刺梨種子是刺梨榨汁后的廢棄物，有很好的利用價值[2-3]。研究發現刺梨種子油含有豐富的氨基酸[4]、不飽和脂肪酸如亞油酸、亞麻酸[5-6]等人體所需的營養物質，具有治療心腦血管疾病、促進脂肪的分解、增加人體新陳代謝的速率、抗癌防癌、促進生長發育[7-9]、抗氧化[10]等作用，因此具有很高的經濟價值。

傳統提取刺梨種子油的方法有索氏提取法，該法提取率低，提取時間長[11]。而超聲波產生強烈振動可加速植物材料中的有效成分進入溶劑，從而增加有效成分的提取率，縮短提取時間[12]。基于此，本研究通過超聲波輔助法對刺梨種子油進行提取，采用單因素和正交試驗對提取工藝進行優化分析，并對所得刺梨種子油的各項理化指標進行測定與分析，以期為綜合利用刺梨廢渣資源、開發營養食用油、醫藥保健等提供研究方向。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

成熟的刺梨果實：采摘于貴州省貴陽市花溪區，將刺梨果實挑去爛果，切開果肉取出刺梨籽，用清水洗凈刺梨籽，在55～60℃條件下烘干，用植物試樣粉碎機將刺梨籽粉碎，即得刺梨種子粉。

石油醚（分析純）：天津風船化學試劑三廠；乙醚、正己烷（均為分析純）：杭州雙林化工試劑廠；無水乙醇、丙酮（均為分析純）：南京化學試劑有限公司；甲醇（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；氫氧化鉀、硫代硫酸（均為分析純）：成都金山化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

JD200-4電子天平：沈陽龍騰電子有限公司；FZ10微型植物試樣粉碎機：北京永新光明醫療儀器廠；LDS-1H型電腦水分測量儀：浙江托普儀器有限公司；WAY-2W型阿貝折光儀：上海申光儀器有限公司；RE52C型旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器廠；KQ5200B型超聲波清洗儀：昆山市超聲儀器有限公司；WSL羅維朋比色計：杭州大吉光電儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 刺梨種子油的提取

取刺梨種子粉于60℃條件下烘至水分含量為5.0%左右，準確稱取一定量的刺梨種子粉（記作M1），放入干燥圓底燒瓶中，加入一定比例的提取溶劑，上接冷凝裝置，在設定好的功率、時間、溫度條件下進行超聲提取。超聲結束后真空抽濾，用旋轉蒸發儀回收溶劑（空旋轉蒸餾瓶稱質量，記作M2），將蒸餾瓶冷卻放入真空干燥箱，真空干燥至恒質量，得到刺梨種子油，稱質量，記作M3，分裝刺梨種子油，于-5℃保藏待研究。刺梨種子出油率計算公式如下：

式中：W為刺梨種子出油率，%；M1為稱取刺梨種子粉質量，g；M2為蒸餾瓶的質量，g；M3為刺梨種子油及蒸餾瓶的質量，g。

1.3.2 單因素試驗

分別考察不同的提取溶劑（丙酮、石油醚（沸程60～90℃）、無水乙醇、正己烷、乙醚）、提取時間（20min、40min、60 min、80 min、100 min、120 min）、料液比（1∶8、1∶12、1∶16、1∶20、1∶22、1∶26（g∶mL））、超聲功率（100 W、120 W、140 W、160W、180W、200 W）、提取溫度（20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃）對刺梨種子出油率的影響。

1.3.3 正交試驗設計

在單因素試驗結果的基礎上，采用石油醚為提取溶劑，以刺梨種子出油率為評價指標，以超聲功率（A）、料液比（B）、提取時間（C）、提取溫度（D）作為考察對象，進行4因素3水平L9（43）的正交試驗，優化刺梨種子油提取條件。正交試驗因素與水平見表1。

表1 刺梨種子油提取工藝優化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for extraction process optimization of R.roxburghii seed oil

1.3.4 刺梨種子油理化指標檢測方法

相對密度：按照國標GB/T 5526—1985《植物油脂檢驗比重測定法》進行測定；過氧化值：按照國標GB 5009.227—2016《食品安全國家標準食品中過氧化值的測定》進行測定；碘值：按照國標GB/T 5532—2008《動植物油脂碘值的測定》進行測定；酸值：按照國標GB 5009.229—2016《食品安全國家標準食品中酸價的測定》進行測定；皂化值：按照國標GB/T 5534—2008《動植物油脂皂化值的測定》進行測定；折光率：按照國標GB/T 5527—2010《動植物油脂折光指數的測定》進行測定。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 提取溶劑對刺梨種子出油率的影響

表2 不同溶劑對刺梨種子油出油率的影響Table 3 Effects of different solvents on R.roxburghii seed oil yield

由表2可知，5種提取劑的種子油提取率相差不大（6.48%～7.12%），其中正己烷的提取率最高，其次是石油醚；以丙酮、無水乙醇、乙醚作提取溶劑時，種子油渾濁，這可能是因為產生的雜質具有親脂和親水性；石油醚和正己烷作提取溶劑時，種子油透明清澈，且有刺梨的芳香味，由于正己烷價格昂貴，從經濟角度考慮，選擇石油醚（沸程60～90℃）作為最佳提取溶劑。

2.1.2 提取時間對刺梨種子出油率的影響

圖1 提取時間對刺梨種子出油率的影響Fig.1 Effect of extraction time on R.roxburghii seed oil yield

由圖1可知，隨著超聲時間的延長，刺梨種子的出油率呈先增長后略微下降的趨勢，當提取時間為60min時，種子油提取率達到最大，為7.41%。這是因為在提取的初期，有效成分濃度差較大，隨著油脂的不斷溶出，溶劑中的油脂與刺梨種子油中的油脂濃度差不斷減小，刺梨種子油被逐漸提取出來。但時間過長，由于提取溶劑的損耗揮發和超聲波較強的機械剪切作用，長時間的作用會使大分子的脂肪斷裂，導致出油率有略微下降的趨勢[13]。因此，確定60 min為最佳提取時間。

2.1.3 料液比對刺梨種子出油率的影響

圖2 料液比對刺梨種子出油率的影響Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on R.roxburghii seed oil yield

由圖2可知，隨著提取溶劑用量的增加，出油率也不斷提高，這是由于提取溶劑用量的增加間接降低了油的濃度，增加了溶劑與刺梨種子細胞中油脂的濃度差，增大了傳質推動力，提高了油脂在提取溶劑中的擴散速度，當料液比為1∶12（g∶mL）時，出油率達到最大，為7.28%；繼續增加溶劑用量，出油率趨向穩定，溶劑用量過大，會造成溶劑回收困難和生產成本增加。因此，選定最佳料液比為1∶12（g∶mL）。

2.1.4 超聲功率對刺梨種子出油率的影響

圖3 超聲功率對刺梨種子出油率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic power on R.roxburghii seed oil yield

由圖3可知，隨著超聲功率的增加，種子油提取率迅速增高，超聲功率為120 W時出油率達最大值，為7.35%。繼續提高超聲功率，提取率開始下降，隨后提取率趨于穩定。這是因為在其他條件不變的情況下，超聲波功率越大，超聲波對細胞壁的破碎作用增強，機械作用越強烈，油脂滲出越快，出油率越大；但當超聲波功率到達120 W時，超聲作用進一步加速了提取液的流動，從而減少了物料在超聲場中的停留時間，破壁作用也就隨之減弱，刺梨種子出油率逐漸下降，當內外滲透壓達到平衡時，刺梨種子出油率便趨于穩定[14]。因此，選擇最佳超聲功率為120 W。

2.1.5 提取溫度對刺梨種子出油率的影響

圖4 提取溫度對刺梨種子出油率的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on R.roxburghii seed oil yield

由圖4可知，隨著提取溫度的升高，刺梨種子的出油率逐步增加，這可能由于細胞膜結構受高溫變化，分子運動加劇，同時溶劑和油脂的黏度降低，傳質阻力小，從而使出油率升高，當提取溫度為50℃時，出油率達到最大值，為7.51%。繼續升高提取溫度接近溶劑沸點（沸程60～90℃），會使溶劑損耗加大，導致出油率下降[15]，也可能是溫度過高致使刺梨種子油油脂分子的結構發生改變，隨著時間的延長，可能造成油脂出油率下降。因此，選擇最佳提取溫度為50℃。

2.2 正交試驗結果

根據單因素試驗結果，超聲功率、料液比、提取時間、提取溫度為評價刺梨種子出油率的因素。為確定這4個因素的綜合影響，以種子出油率為評價指標，采用L9（43）正交試驗對超聲功率（A）、料液比（B）、提取時間（C）、提取溫度（D）進行優化，確定最佳提取工藝條件，正交試驗結果與分析見表3，方差分析見表4。

表3 刺梨種子油提取工藝優化正交試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for extraction process optimization of R.roxburghii seed oil

表4 正交試驗結果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表3的極差分析值可知，各因素對刺梨種子出油率影響的主次順序為D＞B＞A＞C，即提取溫度影響最大，超聲功率和提取時間影響最小。得出最佳工藝條件組合為A1B2C3D2，即超聲功率為100 W，料液比1∶12（g∶mL），提取時間80min，提取溫度50℃。在此條件下進行3次驗證試驗，測定刺梨種子出油率，平均值為8.27%，高于正交試驗中各組試驗的出油率。由表4的方差分析可知，超聲功率、料液比、提取時間和提取溫度對刺梨種子出油率的影響均不顯著（P＞0.05）。

2.3 理化指標測定結果

采用上述最佳工藝條件提取刺梨種子油，并對種子油理化特性進行檢測。結果表明，所提取的刺梨種子油酸值為1.25 mg KOH/g，皂化值為177.20 mg KOH/g，過氧化值為3.24 mmol/kg，碘值為161.2 g/100 g，相對密度0.924 3，折光系數為1.469 7（20℃），各檢測指標均符合行業標準NY/T 751—2017《綠色食品食用植物油》中的規定，說明刺梨種子油是一種良好的油料資源，適宜開發利用。

3 結論

本試驗旨在優化刺梨種子油的超聲提取工藝，以刺梨種子油提取率為考察指標，在單因素試驗基礎上，采用正交試驗進行提取工藝優化。并對其理化指標進行檢測。結果表明，選擇石油醚為提取溶劑，確定最佳工藝條件為超聲功率100 W，料液比1∶12（g∶mL），提取時間80 min，提取溫度50℃。在此最佳條件下，刺梨種子油的平均提取率為8.27%。所得刺梨種子油的各理化指標測定結果為：酸值1.25 mg KOH/g，過氧化值3.24 mmol/kg，碘值161.2 g/100 g，皂化值177.20 mg KOH/g，相對密度0.924 3，折光系數1.469 7（20 ℃），各理化指標均符合NY/T 751—2017《綠色食品食用植物油》中的規定，為刺梨種子油開發成營養食用油提供了依據。

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