超聲波輔助提取山蒼子油的工藝

杜超，成剛，王壹，馬超，黃于富

貴陽學(xué)院（貴陽 550005）

山蒼子，又名木姜子、木香子、山胡椒、山雞椒等，是一種特殊的天然調(diào)味植物，山蒼子果實(shí)呈類圓形，直徑4～5 mm，晾干后外表呈黑褐色或棕黑色，有網(wǎng)狀波浪紋，粉碎后粉末富含大量油脂。山蒼子油是一種淺黃色到深黃色的油狀液體，其中的一些組分有較強(qiáng)的抗氧化作用，有平喘功效。山蒼子油對(duì)于大多數(shù)細(xì)菌、真菌有一定抑菌性。因此，山蒼子油既可以被當(dāng)作一種還原劑調(diào)味品加入到食物中，提高食物的口感，同時(shí)也可以抑制細(xì)菌生長，防止食物被氧化，延長食品的保質(zhì)期，其對(duì)人體無毒無害，是一種綠色防腐劑，同時(shí)還可以緩解喘息，對(duì)于患有平喘的患者有一定益處。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

RE52CS-1旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）；BILON-CW-1000型超聲-微波協(xié)同萃取儀（上海比朗儀器制造有限公司）；FA1104型電子天平（上海舜宇科學(xué)儀器有限公司）；101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；800Y多功能粉碎機(jī)（永康市鉑歐五金制品有限公司）。

材料（山蒼子干果采自貴州省丹寨縣南皋鄉(xiāng)）。

石油醚（沸點(diǎn)60～90 ℃）、無水乙醇、正己烷等（均為市售國產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

1.2 方法

1.2.1 提取原料準(zhǔn)備方法

將山蒼子干果，放入60 ℃恒溫干燥箱中，干燥24 h。將干燥后的干果用800Y多功能粉碎機(jī)粉碎后過0.425 mm粒徑篩，過篩后的粉末即為提取原料，將此粉末收集備用。

1.2.2 超聲波輔助提取山蒼子油的方法

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量提取原料，按所需的料液比加入適量溶劑浸泡，并將其放在設(shè)置好相應(yīng)條件的超聲-微波協(xié)同萃取儀中提取，提取結(jié)束后，抽濾，將濾液轉(zhuǎn)入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀內(nèi)濃縮，待溶劑全部除去后，取出籽油稱其質(zhì)量，按式（1）計(jì)算提取率。

式中：W為山蒼子油提取率，%；M2為接收瓶和山蒼子油質(zhì)量，g；M1為接收瓶質(zhì)量，g；m為稱取的干燥山蒼子粉末質(zhì)量，g。

1.2.3 超聲波輔助溶劑提取的單因素試驗(yàn)

影響山蒼子油提取率的因素主要有提取溶劑、超聲波提取時(shí)間、超聲波功率、提取溫度和料液比，采用單因素試驗(yàn)分別考察這些因素的影響。

1.2.3.1 不同提取溶劑對(duì)山蒼子油提取率的影響

精確稱取1.0000 g山蒼子粉末，倒入100 mL三角燒瓶中。加入10 mL無水乙醇，搖勻，并將該混合物置于超聲-微波協(xié)同萃取儀中，在超聲波提取時(shí)間25 min、超聲波功率180 W、溫度25 ℃條件下進(jìn)行提取。提取結(jié)束后抽濾，將濾液轉(zhuǎn)入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀內(nèi)濃縮，待溶劑全部除盡后，取出籽油稱其質(zhì)量，計(jì)算山蒼子油提取率。在相同條件下每種溶劑做3組平行試驗(yàn)，取平均值，即為該種溶劑不同體積下的山蒼子油提取率。

正己烷、石油醚分別按上述方法重復(fù)試驗(yàn)，計(jì)算山蒼子油提取率。

1.2.3.2 料液比對(duì)山蒼子油提取率的影響

準(zhǔn)確稱取9份1.0000 g原料，按照料液比1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35，1∶40，1∶45和1∶50（g/mL）依次加入適量無水乙醇。將物料放置在超聲-微波協(xié)同萃取儀中，在超聲波提取時(shí)間25 min、超聲波功率180 W、溫度25 ℃條件下進(jìn)行提取，在同一條件下每種料液比做3組平行試驗(yàn)，取平均值，即為不同料液比下的山蒼子油提取率。

1.2.3.3 提取時(shí)間對(duì)山蒼子油提取率的影響

準(zhǔn)確稱取9份1.0000 g原料，分別加入25 mL無水乙醇，配制成料液比1∶25（g/mL）的提取物料，將提取物料置于超聲-微波協(xié)同萃取儀中，在超聲波功率180 W、溫度25 ℃條件下依次提取10，15，20，25，30，35，40，45和50 min，在同一條件下每個(gè)提取時(shí)間做3組平行試驗(yàn)，取平均值，即為不同提取時(shí)間的山蒼子油提取率。

1.2.3.4 溫度對(duì)山蒼子油提取率的影響

準(zhǔn)確稱取9份1.0000 g原料，分別加入25 mL無水乙醇，配制成料液比1∶25（g/mL）的提取物料，將提取物料置于超聲-微波協(xié)同萃取儀中，在超聲波提取時(shí)間25 min、超聲波功率180 W、提取溫度依次為25，30，35，40，45，50，55，60和65 ℃的條件下進(jìn)行提取，在同一條件下每個(gè)溫度因素做3組平行試驗(yàn)，取平均值，即為不同提取溫度的山蒼子油提取率。

1.2.3.5 超聲波功率對(duì)山蒼子油提取率的影響

準(zhǔn)確稱取6份1.0000 g原料，分別加入25 mL無水乙醇，配制成料液比1∶25（g/mL）的提取物料，將提取物料置于超聲-微波協(xié)同萃取儀中，在超聲波提取時(shí)間25 min、溫度25 ℃，超聲波功率依次為150，180，210，240，270和300 W條件下進(jìn)行提取，在同一條件下每個(gè)超聲波功率因素做3組平行試驗(yàn)，取平均值，即為不同超聲波功率的山蒼子油提取率。

1.2.4 正交試驗(yàn)

根據(jù)上述超聲波輔助提取單因素試驗(yàn)結(jié)果得到影響山蒼子油提取率的因素和水平數(shù)，將影響因素和水平數(shù)確定為四因素三水平，進(jìn)行正交試驗(yàn)，即L9(43)，分別是A料液比（1∶20，1∶25和1∶30 g/mL）、B溫度（45，50和55 ℃）、C時(shí)間（20，25和30 min）、D超聲波功率（240，270和300 W）。因素水平表見表1。

表1 正交因素及水平

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 不同提取溶劑對(duì)山蒼子油提取率的影響

由圖1可見，在相同提取條件下，無水乙醇的山蒼子油提取率最高，其次是石油醚，正己烷最低。相比于石油醚和正己烷，無水乙醇的價(jià)格更低，且無毒，因此后續(xù)試驗(yàn)均采用提取率最高的無水乙醇作為提取溶劑。

圖1 不同提取溶劑對(duì)山蒼子油提取率的影響

2.1.2 料液比對(duì)山蒼子油提取率的影響

由圖2可見，在提取溫度、超聲波功率、提取時(shí)間不變情況下，隨著料液比增大，山蒼子油提取率逐漸增大，料液比為1∶25（g/mL）時(shí)，提取率達(dá)到最大35.3%，隨后提取率隨著料液比升高而開始下降。因此，選取1∶20，1∶25和1∶30（g/mL）作為料液比因素的3個(gè)考察水平。

圖2 料液比對(duì)山蒼子油提取率的影響

原因分析：隨著提取溶劑無水乙醇增多，山蒼子油會(huì)充分溶解出來，提取率不斷上升，提取溶劑達(dá)到一定量以后，油溶解基本達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，提取率的變化不會(huì)太大。提取溶劑繼續(xù)增加，油的溶解可能受到其他物質(zhì)的阻礙，且由于混合物的量增大，達(dá)到適宜溫度需要更長時(shí)間，反而會(huì)導(dǎo)致提取率下降。

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)山蒼子油提取率的影響

由圖3可以看出，在提取溫度、超聲波功率、料液比不變情況下，隨著提取時(shí)間延長，山蒼子油提取率呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，提取時(shí)間為30 min時(shí)，山蒼子油提取率達(dá)到最大值37.5%，隨后提取率隨時(shí)間延長而緩慢下降。

圖3 提取時(shí)間對(duì)山蒼子油提取率的影響

原因分析：隨著提取時(shí)間延長，油在溶劑中不斷被溶解出來，提取率不斷上升，提取時(shí)間超過30 min后，由于提取時(shí)間太長，油開始降解，因此提取率緩慢下降。

因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取20，25和30 min作為時(shí)間因素的3個(gè)考察水平。

2.1.4 提取溫度對(duì)山蒼子油提取率的影響

由圖4可以看出，溫度為25～55 ℃時(shí)，提取率呈不斷上升趨勢(shì)，但超過55 ℃之后提取率開始緩慢下降。

圖4 溫度對(duì)山蒼子油提取率的影響

原因分析：隨著溫度升高，油的溶解速度增加，提取率不斷升高。但溫度達(dá)到一定值之后，變化變緩，這是由于溫度過高，油降解速度增加，提取率反而下降。

因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取45，50和55 ℃作為溫度因素的3個(gè)考察水平。

2.1.5 超聲波功率對(duì)山蒼子油提取率的影響

由圖5分析得出，在提取溫度、提取時(shí)間、料液比不變情況下，在反應(yīng)初期，山蒼子油的提取率隨超聲波功率增大而顯著增大，超聲波功率為270 W時(shí)，提取率達(dá)到最大，超聲波功率超過270 W后，提取率開始緩慢下降。

圖5 超聲波功率對(duì)山蒼子油提取率的影響

原因分析：隨著超聲波功率逐漸增加，山蒼子的細(xì)胞結(jié)構(gòu)不斷被破壞，有利于籽油的提取，所以提取率不斷上升，但超聲波功率達(dá)到270 W之后，細(xì)胞中其他成分的迅速溶出不利于籽油溶出的因素越來越多，所以提取率增速變緩，最后開始下降。

因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選取240，270和300 W作為超聲波功率因素的3個(gè)考察水平。

2.2 正交試驗(yàn)及其結(jié)果

2.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及其結(jié)果

根據(jù)表1選用的因素水平條件設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)方案，每個(gè)方案做3個(gè)平行試驗(yàn)，取平均值，其試驗(yàn)方案和結(jié)果如表2所示。

表2 正交試驗(yàn)及結(jié)果及極差分析表

根據(jù)表2正交試驗(yàn)及其結(jié)果分析得出影響超聲波輔助提取山蒼子油的最大因素是料液比，其次是提取時(shí)間、提取溫度，而超聲波功率對(duì)提取率的影響最小，即因素A（料液比）＞C（時(shí)間）＞B（溫度）＞D（超聲波功率）。綜合各因素的極點(diǎn)值進(jìn)行分析得出超聲波輔助提取山蒼子油的最佳條件A1B3C2D1，即料液比1∶20（g/mL）、提取溫度55 ℃、提取時(shí)間25 min、超聲波功率240 W。

為驗(yàn)證提取效果，在此條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，提取率平均值為38.70%，即超聲波輔助提取山蒼子油的最佳提取率為38.70%。

3 結(jié)論

從山蒼子干果開始，經(jīng)粉碎、過篩，制得提取原料，以無水乙醇為提取溶劑，采用超聲波輔助進(jìn)行山蒼子油提取。以山蒼子油提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)影響山蒼子油提取效果的單因素進(jìn)行篩選，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交組合試驗(yàn)，得到超聲波輔助提取山蒼子油的最佳工藝條件。結(jié)果表明，影響超聲波輔助提取山蒼子油的最大因素是料液比，其次是提取時(shí)間、提取溫度，而超聲波功率對(duì)提取率的影響最小，即因素A（料液比）＞C（時(shí)間）＞B（溫度）＞D（超聲波功率）。綜合各因素的極點(diǎn)值進(jìn)行分析得出超聲波輔助提取山蒼子油的最佳條件A1B3C2D1，即料液比1∶20（g/mL）、提取溫度55 ℃、提取時(shí)間25 min、超聲波功率240 W。在此條件下山蒼子油提取率為38.70%。