響應面法優化振搖提取百香果子中油脂及其脂肪酸成分分析

覃文霞 李昌寶 辛明 王海波 鄭娟梅 王警 王建剛 黃慧玲

摘要：以百香果（Passiflora coeruleaL）子油的得率作為評價指標，選擇料液比、時間、溫度進行單因素試驗，在其基礎上利用響應面法優化百香果子油的提取條件，并用氣相色譜一質譜法（GC-MS）測定所提取油脂的脂肪酸組成。結果表明，最佳工藝條件為料液比1：30（m：V），提取時間20 min，搖床溫度23℃，此條件下百香果子油提取得率為22.37%。百香果子油中含有19種脂肪酸，其中不飽和脂肪酸相對含量為84. 12%，飽和脂肪酸相對含量為15.88%，主要成分是亞油酸甲酯（60.51%）和反-9-十八碳烯酸甲酯（22.05%）。采用響應面法優化的奈件進行提取，可得到較高的百香果子油得率，通過GC-MS分析所得百香果子油的脂肪酸成分不被破壞，這是一種簡單、高效且對有效成分無損的方法。

關鍵詞：百香果（Passiflora coerulea L）子油;提取;響應面法;脂肪酸;氣相色譜一質譜法（GC-MS）

中圖分類號：TS224.4

文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（ 2020）12-0134-05

D01：10.1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.12.030

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

百香果（Passiflora coerulea L.），又名西番蓮，主要種植于中國南方等地區，其果肉含有豐富的果汁，且能散發出多種香味，因此被譽為百香果[1]。百香果的果肉營養豐富，味道鮮美，因此飲料市場對百香果的需求越來越大，但大部分百香果子在加工過程中被作為廢棄物丟棄，不僅污染環境還造成了百香果資源的浪費。近年來，關于提取百香果子油脂的研究有所進展[2-4]，其提取方法逐漸增多，百香果子在油脂市場上應用的優勢逐漸顯現，對百香果加工副產物的再利用具有重要意義。常用油脂的提取方法有浸提法、生磨法、生榨法、熟榨法、索氏提取法、水蒸氣蒸餾法、超臨界CO2萃取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、固相微萃取分離法等[5-7]，其中利用振搖法提取百香果子中的油脂鮮有報道，為了探究不同提取方法對百香果子油脂提取效率和化學成分的影響，本研究采用振搖法對其進行提取，通過響應面法優化工藝，并用GC-MS對所得百香果子油進行脂肪酸成分分析，開發百香果加工副產物百香果子油脂的食用功效[8，9]，為研制食用油、化妝品、保健食品提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

百香果子，石油醚（沸點30-60℃）、正己烷、乙酸乙酯、乙醚均為分析純。

電子天平（Sartorius公司，型號QUINTIX313-ICEU）;刀式研磨儀（Retsch公司，型號GM200）;搖床（Grant公司，型號OLS200）;超聲清洗儀（Elma公司，型號S300H）;旋轉蒸發儀（BUCHI公司，型號R-300）;氣相色譜三重四極桿質譜聯用儀（日本島津公司，型號GC-TQ8040）。

1.2方法

1.2.1 百香果子油脂的提取工藝 將百香果子粉碎后，精密稱取5.000 0 g，加入提取溶劑，搖勻后放人搖床提取，上清液全部轉移至濾紙過濾，將所得濾液旋蒸至恒重，得到百香果子油脂。

1.2.2百香果子油脂提取得率的計算計算公式為Y=（m，-m1）/m0x1 00%，式中，Y，為提取得率;m1為空瓶質量;m2為旋蒸后空瓶的質量+油樣的質量;m0為百香果子粉末質量。

1.2.3 單因素試驗考察提取溶劑（乙酸乙酯、乙醚、石油醚、正己烷）、提取方式（超聲波輔助提取法和振搖法）、料液比（1：5、1：10、1：15、l：20、1：25、1：30、1：35，m：V，下同）、時間（5、10、15、20、25、30、35 min）、溫度（5、10、15、20、25、30℃）、振搖速率（80、100、120、140、160、180、200 r/min）對提取百香果子油脂提取得率的影響。在進行某一單因素考察時，保持其他因素水平一致。

1.2.4 響應面法優化試驗設計 經上述各種提取方法的單因素試驗結果分析后，以百香果子油脂提取得率作為考察指標，進行響應面Box-Benhnken優化試驗。

1.2.5脂肪酸的甲酯化試驗精密稱百香果子油脂100 mg于25 mL比色管中，加入5 mL正己烷溶解，振搖2 min;試樣溶解后加入0.5 mol/L的KOH-甲醇溶液0.5 mL，搖勻;40℃超聲波處理20 min;加5mL去離子水于比色管中，輕輕搖勻;轉移至離心管中，用4 600 r/min離心10 niin;吸取上層液于2.0 g無水硫酸鈉中干燥，振搖混勻靜置，取上清液過0.22 μm有機相濾膜后待GC-MS分析。

1.2.6 CC-MS儀器條件 色譜柱TR-FAME （100 mX0.25 mmx0.2 μm）;載氣為氦氣（gg.ggg%）;流速為1.0 mL/min;進樣量為1.0 μL，分流比為10：1;進樣口溫度250℃;程序升溫為80℃保持2 min，以30℃/min速率升溫至140℃，保持l min;以20C/min速率升溫至240℃，保持5 min;離子源溫度為220℃;接口溫度為250℃;溶劑延遲5.5 min;采集模式為SCAN模式;質量掃描范圍為40 - 450 m/z。

2 結果與分析

2.1 百香果子油脂提取單因素試驗

2.1.1 提取溶劑的確定稱取百香果子粉末4份，分別加入石油醚、正己烷、乙酸乙酯、乙醚進行提取，結果如圖1所示，可以看出乙酸乙酯的百香果子油脂提取得率最高，但是所得油脂含較多沉淀雜質;石油醚和乙醚的百香果子油脂提取得率次之，而乙醚揮發性強且對試驗操作者健康危害較大;正己烷提取百香果子油脂的提取得率較低。所以，選用石油醚作為本試驗的固定提取溶劑。

2.1.2 超聲波輔助提取法與振搖法的比較 由圖2可知，雖然超聲波助提取法提取百香果子油脂的提取得率相對高一些，但是與振搖法提取的提取得率差別不大，而且超聲波輔助提取法提取不利于控制溫度，使得低沸點石油醚沸騰溢出。所以，本研究采用振搖法提取百香果子油脂作為后期的試驗操作。

2. 1.3料液比對百香果子油脂提取得率的影響 由圖3可知，隨著提取溶劑的增加，百香果子油脂提取得率逐漸增大，在料液比達1：25后提取得率增加不明顯。為了節約成本和減少后期操作步驟，選擇1：25的料液比作為此單因素試驗的最佳條件。

2. 1.4提取時間對百香果子油脂提取得率的影響由圖4可知，在5-20 min，隨著提取時間的增加百香果子油脂的提取得率上升，但在20 min后提取得率隨時間增加而下降。這可能是由于到達一定時間后，油脂會被反吸附回百香果子上。所以，選擇20min作為此單因素的最佳條件。

2.1.5提取溫度對百香果子油脂提取得率的影響如圖5所示，隨著提取溫度的升高，百香果子油脂的提取得率先增大后減小。當溫度在15-25℃，提取得率較大且趨于穩定。當提取溫度超過25℃后，提取得率迅速下降，這是由于溫度過高導致溶劑的快速揮發而造成的。所以，選擇20℃為最佳提取溫度。

2.1.6 振蕩速率對百香果子油脂提取得率的影響由圖6可知，隨著振蕩速率的提升，百香果子油脂的提取得率都在22%左右，變化不大，此項因素對提取得率基本無影響。

2.2 百香果子油脂提取響應面法優化試驗

2.2.1 響應面設計及試驗結果根據溶劑選擇和提取方式的試驗結果，確定將石油醚作為提取溶劑，振搖提取百香果子油脂。由于振搖速率對提取得率基本無影響，所以選擇料液比（A）、提取時間（B）、提取溫度（C）3個對百香果子油脂提取得率影響較大的因素。根據響應面Box-Benhnken試驗原理，以百香果子油脂的提取得率（Y）為判斷指標，進行三因素三水平響應面優化。各因素和水平見表1，具體試驗設計和提取得率見表2。

2.2.2 模型的建立及顯著性分析 運用Design-Ex-pert8.05b軟件對17組試驗響應值進行多元回歸擬合，并對模型進行方差分析（表3），得到的二次多項回歸方程為Y= 22.01+0.67A+0.40B+O. 16C-0.47AB+0.8IAC-0.17BC-0.69A：-0.7 882-0.68C2。 由表3可知，模型擬合的二次回歸方程極顯著（P<0.000 1），并且R2=0.992 1，R2=0.981 9，說明模型與實際試驗擬合得很好，用該方程模擬真實的試驗數據進行可行性分析。由方差分析結果可知，A和B項的P<0.01說明影響極顯著，C項的P<0.05說明影響顯著;AB和AC的P<0.01，說明AB及AC的交互作用影響極顯著;BC的P<0.05，說明BC兩項的交互作用顯著。由AB、AC、BC項的F值可知，各因素的交互作用對百香果子油脂提取得率的影響程度順序為AC >AB> BC。失擬項的P=0.473 4（P> 0.05）說明影響不顯著。所以，該模型能很好地預測百香果子油脂提取工藝的各參數與油脂提取得率的關系。

料液比對百香果子油脂的提取得率影響最大，其次是提取時間，影響最小的是提取溫度。由F值可得到各因素對百香果子油脂提取得率影響程度的順序為料液比>提取時間>提取溫度。

2.2.3響應面分析3個因素交互作用的響應面如圖7、圖8、圖9所示。料液比、提取溫度和提取時間的交互作用對百香果子油脂的提取得率的影響顯著，與以上顯著性分析結果一致。

2.2.4百香果子油脂最優提取工藝的驗證響應面法預測的最優工藝條件為料液比1：29.5，提取時間為19.56 min，提取溫度為23.3℃，在此條件下可獲得的百香果子油脂提取得率為22.352 6%。為方便操作，選擇石油醚作為提取溶劑，料液比1：30，提取時間20 min，提取溫度23℃，振搖速率140 r/min，進行3次驗證性試驗，得出的油脂提取率平均值為22.37%，與響應面法的預測值基本一致，說明響應面法優化的工藝準確可靠。

2.3百香果子油脂中脂肪酸組成的定性和定量分析

用氣相色譜一質譜聯用儀對百香果子油脂的脂肪酸組成進行定性定量分析。通過NIST譜庫對質譜圖進行檢索，并對其進行人工解譜分析，確定百香果子油脂中的脂肪酸成分，按面積歸一化法進行定量分析，求得各脂肪酸成分的相對百分含量（表4）。百香果子油脂中含19種脂肪酸，其中不飽和脂肪酸10種，占總脂肪酸84.12%;飽和脂肪酸9種，占總脂肪酸組成的15.88%，其中主要成分是亞油酸甲酯（60.51%）和反-9-十八碳烯酸甲酯（22.05%）。

3 小結

采用振蕩法提取百香果子油脂，以石油醚為提取溶劑，通過響應面法得到最優工藝條件為料液比1：30，提取時間20 min，提取溫度23℃，提取得率為22.37%，與預測值基本一致。所得油脂具有百香果本身特有的芳香氣味，顏色清亮，呈淡黃色，質地黏稠呈油液狀。百香果子油脂中含有豐富的脂肪酸，通過GC-MS分析可知，不飽和脂肪酸有10種，飽和脂肪酸有9種。其中，不飽和脂肪酸占總脂肪酸84.12%，亞油酸是人體必需脂肪酸，其含量在60%以上，可以作為植物油應用于化妝品、保健食品、食用油等。本研究采用振搖法提取百香果子中的油脂，該法能使原料與提取溶劑充分接觸，油脂迅速溶解于溶劑中，且具有操作簡單、提取效率高等優點。

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基金項目：廣西一東盟食品藥品安全檢驗檢測中心科學研究項目（ KY201905）

作者簡介：覃文霞（1988-），女，廣西南寧人，T程師，碩士，主要從事食品藥品安全檢測T作，（電話）17776678663（電子信箱）79967727@qq.com;通信作者，王海波（1981-），男，廣西南寧人，副主任藥師，碩士，主要從事食品藥品安全檢測T作，（電話）17776678559（電子信箱）76494235@qq.com。