黃芪籽油超聲波輔助提取及脂肪酸組成分分析

蔣新龍 蔣益花

(浙江樹人大學生物與環境工程學院，杭州 310015)

黃芪是著名的滋補中藥材，是國家規定的可藥食兩用的中藥材品種之一，具有補氣升陽，固表止汗，利水消腫，生津養血，行滯通痹，托毒排膿，斂瘡生肌等功效[1]。中藥材黃芪為豆科草本植物蒙古黃芪、膜莢黃芪的根部位置，是我國著名的大宗傳統藥材。黃芪除根部以外的其他部位，如黃芪籽，現階段尚未被有效利用。黃芪籽含有豐富的脂肪酸，這種脂肪酸對人體有重要的保健作用，具有較高的營養價值和開發利用價值[2]。超聲波輔助技術已廣泛應用于油脂的提取，具有操作簡便快捷、提取溫度低、提取物的結構不被破壞等優點[3-5]。本試驗采用超聲波輔助萃取的方法對黃芪籽油的提取工藝進行探討，通過GC分析其籽油脂肪酸組成，為黃芪籽的進一步綜合開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

黃芪籽：為蒙古黃芪種子，顆粒飽滿，無霉爛變質；所用試劑均為分析純。

KQ5200DE型超聲波清洗器、Agilent 7890A氣相色譜儀、AB204型分析天平、UV-1600型紫外/可見分光光度計、RE-52A型旋轉蒸發器。

1.2 試驗方法

1.2.1 黃芪籽油的超聲提取

黃芪籽→除雜篩選→烘干→粉碎過篩→稱重→根據料液比加入石油醚→超聲波輔助萃取→抽濾濃縮→干燥→黃芪籽油。

準確稱取5.000 0g粉碎成40目的的黃芪籽粉，裝入燒瓶中用一定用量的石油醚于設置的條件下超聲回流提取，超聲結束后減壓抽濾，濾液用旋轉蒸發器濃縮，將濃縮物放恒溫鼓風干燥箱干燥，直到恒重，每組試驗重復3次，取平均值。按下式計算黃芪籽油的出油率。

式中：M為黃芪籽粉的質量/g，M2為空瓶和黃芪籽油的質量/g，M1為空瓶質量/g。

1.2.2 提取優化試驗

以正己烷、石油醚(60～90 ℃)、丙酮、無水乙醇作為提取溶劑，在超聲溫度50 ℃，超聲時間25 min，超聲功率160 W，料液比8 mL/g的條件下進行萃取，以出油率、油脂品質、溶劑毒性、溶劑價格為綜合考察指標，確定理想的提取溶劑。

確定最佳提取溶劑后，考察因素超聲處理溫度、超聲處理時間、超聲功率以及料液比對黃芪籽出油率的影響，試驗方案為：在其他條件相同的情況下，分別研究不同超聲溫度(30、40、50、60、70 ℃)、超聲時間(15、20、25、30、35、40 min)、超聲功率(80、100、120、140、160、200 W)、料液比(4、6、8、10、12 mL/g)對黃芪籽油出油率的影響。以黃芪籽出油率為指標，確定各個因素的大致范圍。

在單因素試驗的基礎上，選取四因素三水平L9(34)正交試驗對提取工藝進行優化，以出油率為指標。

1.2.3 籽油理化性質測定

折光率測定采用GB/T 5527—2008法；密度測定采用GB/T 5526—1985法；苯并(α)芘測定采用GB/T 22509—2008；酸價測定采用GB/T 5530—2005法；碘值測定采用GB/T 5532—2008法；過氧化值測定采用GB/T 5538—2005法。

1.2.4 黃芪籽油的GC 成分分析

脂肪酸組成測定參照 GB/T 5009.168—2016的內標法氣相色譜分析。

GC分析條件：色譜柱：CNW CD-2560(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；檢測器類型：FID；檢測器溫度：260 ℃；進樣口溫度：250 ℃；進樣量：1 μL；分流比：10:1；載氣流速：0.5 mL/ min；升溫程序：130 ℃保持5 min，再以4 ℃/ min的速率升溫至240 ℃并保持30 min。

1.3 統計方法及分析軟件

以上指標均重復測定3次并取平均值，利用Origin8軟件作圖；應用SPSS20.0軟件進行數據統計，并用Duncan多重比較(SSR法)檢驗各處理平均數之間的差異顯著性(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 提取優化試驗

2.1.1 提取溶劑的選擇

溶劑的極性對油脂的出油率有顯著影響。表1為不同有機溶劑對黃芪籽油提取質量的影響，結果表明極性最小的正己烷出油率最高。依據相似相容原理，因為油脂屬非極性或極性小的物質，所以提取溶劑應為非極性或極性較小的有機溶劑，所以試驗結果符合相似相容規律。從提取的油脂品質考慮，石油醚和正己烷提取的油脂色澤淺、澄清度高、雜質少，但正己烷的毒性相對較高[6]。綜合各方面考慮選用石油醚(60～90 ℃)作為提取溶劑。

表1 不同有機溶劑對提取的比較

2.1.2 單因素試驗

由圖1可知，隨超聲溫度的升高，黃芪籽油的出油率先升高后降低，在溫度為60 ℃時，出油率達到最大值。在較低溫度時，溫度的提高加劇了分子運動，同時降低了溶劑和油脂的粘度，使出油率增大；隨溫度的升高，容易致使黃芪籽油脂分子的結構發生改變，而且溫度超過或接近石油醚的沸點60 ℃時，會不斷加快溶劑的揮發，從而減少了溶劑與黃芪籽粉的有效接觸面積，致使出油率下降。因此60 ℃為較理想的提取溫度。

圖1 超聲波輔助提取黃芪籽油單因子試驗結果

在超聲時間小于20 min時，黃芪籽油出油率隨時間延長而增大，當超聲時間大于20 min時，出油率隨時間延長反而降低。這是因為有效濃度差是超聲波輔助溶劑法提取油脂的主要推動力。剛開始時，有效成分濃度差較大，隨著油脂的不斷溶出，溶劑中的油脂與黃芪籽粉末中的油脂濃度差不斷減小，達到平衡后，超聲波具有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[7]，另外提取溶劑的損耗揮發對于油脂夾帶作用也會造成油脂的損失。因此，合適的超聲時間為20 min。

隨超聲波功率的增加，黃芪籽油的出油率先升高后降低，在超聲波功率為160 W時，出油率達到最大值。超聲波功率增加，其產生的機械作用和空化作用越劇烈，界面擴散層上分子擴散就越快，油脂滲透出來速度就越快[8]。超聲波功率超過160 W時，超聲波較強的機械剪切作用還會使大分子的脂肪斷裂[7]。因此，合適的超聲波功率為160 W。

隨液料比的增加，開始黃芪籽油的出油率先升高，液料比8 mL/g后出油率基本穩定。增加液料比，就增加了溶劑與黃芪籽細胞中油脂的濃度差，相當于增加了傳質推動力，從而提高了油脂在提取溶劑中的擴散速度。當液料比增大到一定程度，黃芪籽中油脂基本提取完全后，再增加溶劑用量，出油率趨向穩定，而且溶劑用量過大，會造成生產成本增加和溶劑回收困難。因此，液料比8 mL/g較為適宜。

2.2.3 正交試驗

在單因素的基礎上，選擇液料比、超聲溫度、超聲功率、超聲時間為主要變量，以黃芪籽油出油率為指標，采用 L9(34)進行正交試驗。各因素水平見表2，正交試驗結果見表 3，方差分析表見表4。

表2 因素水平表

表3 正交試驗直觀分析表

表4 方差分析表

注:F0.05(2、2)=19.00，“*”表示因素影響顯著。

表3中K1、K2、K3表示每個因素所進行3次試驗所得的出油率的平均值。R為平均數的極差，R越大表明變化幅度大，說明該因素的水平變化對出油率的影響越大，該因素即是最大影響因素。由表3可以看出影響出油率的因素主次依次排列為：液料比(D)>超聲溫度(A)>超聲時間(B)>超聲功率(C)。由表4可知液料比對出油率的影響顯著，其他3個因素對出油率的影響都不顯著。

直觀分析，試驗的最優水平組合為A2B1C2D3；根據每個因素K1、K2、K3，試驗的最優水平組合為A2B3C2D3。由于液料比對出油率的影響顯著，其他3個因素對出油率的影響都不顯著。Duncan法分析結果，超聲功率三水平之間均無顯著差異；液料比三水平之間均有顯著差異；超聲溫度50 ℃與60 ℃、70 ℃之間有顯著差異，但60 ℃與70 ℃之間無顯著差異；超聲時間25 min與15 min、20 min之間有顯著差異，但15 min與20 min之間無顯著差異。綜合分析正交試驗結果，確定最佳工藝條件為A2B3C1D3，確定最佳工藝條件為超聲溫度60 ℃，超聲時間25 min，超聲功率120 W，液料比10 mL/g。根據最佳工藝條件進行驗證試驗，平行3次，得出油率為14.82%。驗證試驗結果與預測值無顯著差異。

2.2 黃芪籽油理化性質

由表5可知，過氧化值是衡量油脂被氧化的程度，數值越高，油品越差，黃芪籽油的過氧化值為8.26 mmol/ kg，黃芪籽油的過氧化值低于食用植物油國家標準。黃芪籽油的酸值(KOH)為 1.98 mg/g，低于3.00 mg/ g，符合食用植物油國家標準。碘值是判斷油脂脂肪酸不飽和程度的指標，黃芪籽油的碘值為128 g/100 g，屬于半干性油，說明黃芪籽油不飽和程度較高。此外，黃芪籽油相對密度為 0.887，所制黃芪籽油為澄清透明的棕褐色液體。因此，以測定的理化指標判斷，黃芪籽油達到食用植物油國家標準。

表5 黃芪籽油理化特性

注:GB/T 2716—2005標準要求：酸值/(mgKOH/g) ≤3；過氧化值/(g/100g) ≤0.25，1 mmol/kg=39.4 g/100 g。

2.3 黃芪籽油脂肪酸組成及含量分析

GC分析結果表明，黃芪籽油脂肪酸組成成分中有月桂酸、肉豆蔻酸、十五烷酸、順-10-十五烯酸、棕櫚油酸、十七烷酸、順-10-十七烯酸、花生酸、二十一碳酸、順-11,14-二十碳二烯酸、山崳酸、芥酸、二十三碳酸、順式-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸、油酸、亞油酸、亞麻酸等。黃芪籽油脂肪酸組成成分非常豐富。尤其是本研究首次發現黃芪籽含有其他油料不曾含有的順-10-十五烯酸(6.81%)、順-10-十七烯酸(3.16%)，有可能為黃芪籽油開發新用途有參考意義。黃芪籽油的脂肪酸主要由不飽和脂肪酸組成，其中多不飽和脂肪酸亞油酸和亞麻酸分別含量為44.30%和16.24%(比例為2.7∶1)。中國營養學會在《中國居民膳食營養素參考攝入量》中提出亞油酸和亞麻酸適宜比例為(4～6)∶1[15]。當今人類飲食中亞油酸和亞麻酸比例已經高達(10～30)∶1，過量的亞油酸或者亞油酸和亞麻酸比例過高將引發現代疾病，而較低亞油酸和亞麻酸比例則有助于抗炎和抗癌[16]，與普通單一食用油脂相比，黃芪籽油a-亞麻酸含量明顯要高。另外，黃芪籽油具有降血糖、降血脂、預防心腦血管疾病的功能保健作用[2]。所以黃芪籽油是一種具有營養保健價值的功能性油脂。

圖1 黃芪籽油脂組份分析色譜圖

序號測試名稱保留時間/min相對含量/%1C12:0(月桂酸) 22.8530.032 42C14:0(肉豆蔻酸) 25.7410.056 43C15:0(十五烷酸) 27.2860.064 04C15:1(順-10-十五烯酸) 28.4796.813 05C16:1(棕櫚油酸) 29.8270.115 56C17:0(十七烷酸) 30.4610.092 37C17:1(順-10-十七烯酸) 31.6443.161 48C18:1n9t(反油酸) 32.44219.764 19C18:2n6t(反亞油酸) 33.5960.034 910C18:2n6c(亞油酸) 33.80844.268 711C20:0(花生酸) 34.8501.963 312C18:3n6(γ-亞麻酸) 35.38616.238 213C21:0(二十一碳酸) 36.6610.070 814C20:2(順-11,14-二十碳二烯酸) 37.2310.115 715C22:0(山崳酸) 38.0420.521 316C22:1n9(芥酸) 38.7690.748 417C23:0(二十三碳酸) 39.7630.096 718C20:5n3(順式-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸) 41.3310.161 0

3 結論

在單因素試驗的基礎上，運用正交試驗，確定了最佳提取工藝：石油醚為提取劑，超聲功率120 W，超聲溫度60 ℃，超聲時間25 min，液料比為10 mL·g-1。在此條件下，黃芪籽油出油率為14.82%。方差分析得知，各因素對黃芪籽油出油率的影響作用大小順序為液料比>超聲溫度>超聲時間>超聲功率，且液料比對黃芪油的提取影響顯著。本試驗建立的優化工藝對黃芪籽油的開發利用具有指導意義。

黃芪籽油色澤較深，但以測定的理化指標判斷，黃芪籽油能達到食用植物油國家標準。GC 分析得到黃芪籽油主要成分有油酸、亞油酸、亞麻酸、順-10-十五烯酸、順-10-十七烯酸、花生酸，尤其以油酸、亞油酸、亞麻酸為主。其中不飽和脂肪酸含量為91.49%，多不飽和脂肪酸亞油酸和亞麻酸分別含量為44.30%和16.24%(比例為2.7:1)。黃芪籽油具有較高的利用價值，可作為優質食用油源和功能性食用油開發利用。