超聲-微波協(xié)同萃取牡丹籽油的工藝

賀洋洋，呂小旭

甘肅醫(yī)學(xué)院（平?jīng)?744000）

牡丹籽油富含多種不飽和脂肪酸，具有抗炎、抗心肌缺血、保肝、降血糖等方面的功能，同時也是常見的保健油脂資源。常見的牡丹籽油提取工藝有機械壓榨法、索氏提取法，研究較多的有超聲輔助提取法、水酶法提取、微波輔助提取牡丹籽油法、CO2超臨界萃取法等。史闖等[1]采用壓榨法，影響因素選擇壓榨壓力、物料粒度、壓榨次數(shù)、壓榨時間等，每次壓榨30 min，壓力55 MPa，牡丹籽得油率為31.15%。

采用超聲-微波協(xié)同萃取技術(shù)，充分利用超聲波振動的空化作用及微波的高能作用[2]，可以在低溫常壓環(huán)境破壞牡丹籽的有機物結(jié)構(gòu)，減小損傷；超聲振動、微波加熱方式和程度可任意組合和設(shè)定，萃取效率高、能耗小、噪聲低，可以獲得準確穩(wěn)定的連續(xù)微波輸出功率，還具有無溶劑殘留、安全環(huán)保、操作簡單、成本低等優(yōu)點。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

牡丹籽（產(chǎn)于2020年甘肅平?jīng)觯惶崛∪軇┦兔眩ˋR，天津市富宇精細化工有限公司，沸程60～ 90 ℃）。

1.1.1 主要儀器與設(shè)備

多功能微波合成萃取儀（上海新儀微波化學(xué)科技有限公司）；定制28K800W聲化學(xué)設(shè)備（杭州成功超聲設(shè)備有限公司）；循環(huán)水式多用真空泵（西安莫吉娜儀器制造有限公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠）；電熱鼓風干燥箱（上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；WP12001電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 超聲-微波協(xié)同萃取牡丹籽油方法

1.2.1.1 工藝流程

1.2.1.2 操作要點

選用顆粒飽滿的牡丹籽，手工去殼后放在干燥箱中50 ℃干燥至質(zhì)量恒定。用粉碎機粉碎至粉末。準確稱取20 g牡丹籽粉末放入燒杯中，量取一定量浸提溶劑，倒入燒杯中，與牡丹籽粉混合攪拌，放入燒瓶中（CW2000型專用250 mL），在超聲-微波萃取儀中，用磁子攪拌器進行攪拌，同時用一定功率的超聲振蕩，在一定功率的微波下輻照，使牡丹籽與浸提液良好地接觸。用減壓抽濾法分離溶劑混合液和殘渣，洗滌2～3次殘渣。利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀減壓回收溶劑，將牡丹籽油放入干燥箱中蒸發(fā)水分，直至質(zhì)量恒定，得到牡丹籽油，計算得油率。

1.2.2 牡丹籽得油率計算方法

牡丹籽得油率按式（1）計算。

式中：M為干燥牡丹籽質(zhì)量，g；M1為牡丹籽油總質(zhì)量，g。

1.2.3 單因素試驗設(shè)計

考察微波輻照功率（400，500，600，700和800 W）的影響。固定超聲功率400 W、超聲提取時間20 min、微波輻照時間8 min、微波輻照溫度40 ℃、料液比1∶8（g/mL）。

考察微波輻照溫度（30，40，50和60 ℃）的影響。固定超聲功率400 W、超聲提取時間20 min、微波輻照功率600 W、微波輻照時間8 min。

考察微波輻照時間（4，6，8和10 min）的影響。固定微波輻照功率600 W、微波輻照溫度40 ℃、超聲功率560 W、超聲提取時間20 min。

考察超聲功率（400，480，560和640 W）的影響。固定微波輻照功率600 W、波輻照時間8 min、微波輻照溫度40 ℃、超聲提取時間20 min。

考察超聲提取時間（10，20和30 min）的影響。固定超聲功率560 W、微波輻照功率600 W、微波輻照時間8 min、微波輻照溫度40 ℃。

考察料液比（1∶6，1∶8，1∶9和1∶10 g/mL）的影響。固定超聲功率560 W、微波輻照功率600 W、超聲提取時間20 min、微波輻照時間6 min、微波輻照溫度40 ℃。以牡丹籽得油率為衡量指標。

1.3 超聲-微波協(xié)同萃取與其他方法比較

1.3.1 提取工藝

按提取流程，先使用微波輻照，后用超聲振蕩，減壓回流，干燥，測定牡丹籽得油率；先使用超聲振蕩，后用微波輻照，減壓回流，干燥，測定牡丹籽得油率，比較兩者提取得油率。

1.3.2 溶劑提取工藝

分別選取石油醚和正己烷為提取溶劑，減壓抽濾后，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在50 ℃減壓蒸發(fā)溶劑，將所提取牡丹籽油放在烘干箱中干燥至質(zhì)量恒定，比較兩者得油率。

1.3.3 超聲-微波協(xié)同萃取

在常溫常壓下，結(jié)合超聲提取和微波提取的優(yōu)點，同時克服單純使用超聲提取時功率高、噪聲大的缺點，更重要的是牡丹籽油得油率較高。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Word中數(shù)據(jù)分析繪制單因素試驗數(shù)據(jù)的趨勢曲線圖。為保證數(shù)據(jù)的準確性，所有試驗數(shù)據(jù)重復(fù)2次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波輻照功率對牡丹籽得油率的影響

在超聲功率400 W、超聲提取時間20 min、料液比1∶8（g/mL）、微波輻照時間8 min、微波輻照溫度40 ℃條件下，不同微波功率對出油率的影響如圖1所示。試驗發(fā)現(xiàn)，微波功率600 W時，粗油得油率最高，可達29.50%。隨著微波功率進一步增大，雖然溫度升高越快，內(nèi)部壓力變大，破裂細胞越多，油脂透過細胞壁溶解到溶劑中的傳遞速度越快，但是微波所產(chǎn)生的磁場可能導(dǎo)致油脂成分改變，出油率反而降低[3]。

圖1 微波功率對得油率的影響

2.2 微波輻照時間對牡丹籽得油率的影響

在超聲功率560 W、超聲提取時間20 min、微波輻照功率600 W、微波輻照溫度40 ℃、料液比1∶8（g/mL）條件下，微波輻照時間長短對出油率的影響如圖2所示。隨著微波輻照時間延長，得油率呈下降趨勢，微波輻照時間6 min時，得油率較高。分析其原因，可能是輻照時間較長，油脂附著在提取液和物料中，導(dǎo)致出油率下降。

圖2 輻照時間對得油率的影響

2.3 微波輻照溫度對牡丹籽得油率的影響

微波萃取時，通過控制密封閉體系內(nèi)的壓力來控制溶劑的沸點[4]。選擇正己烷為提取溶劑，在常壓條件下，通過調(diào)控微波輻照功率和輻照時間，可以找出最佳的萃取體系溫度。在料液比1∶8（g/mL）、微波輻照功率600 W、微波輻照時間8 min、超聲功率560 W、超聲提取時間20 min條件下，探究輻照溫度（30，40，50和60 ℃）對牡丹籽得油率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 微波溫度對牡丹籽得油率的影響

微波輻照溫度40 ℃時，牡丹籽的得油率較高。隨著溫度繼續(xù)升高，得油率下降，其原因可能是溫度過高，接近浸提溶劑的沸點時，導(dǎo)致溶劑蒸發(fā)，提取率降低。

2.4 超聲功率對牡丹籽得油率的影響

超聲功率200～250 W時，超聲功率對牡丹籽油得油率影響不大[5]。因此，考察超聲功率（400，480，560和640 W）對得油率的影響，固定超聲提取時間20 min、微波輻照功率600 W、微波輻照時間8 min、微波輻照溫度40 ℃、料液比1∶8（g/mL），試驗結(jié)果如圖4所示。超聲功率越大，破壞細胞壁的數(shù)量越多，牡丹籽釋放油的效率越高[6]。超聲功率560 W時，牡丹籽得油率較高。超聲功率繼續(xù)增加，得油率下降，其原因可能是自由基導(dǎo)致油的降解[7]。

圖4 超聲功率對牡丹籽得油率的影響

2.5 超聲提取時間對牡丹籽得油率的影響

固定超聲功率560 W、微波輻照功率600 W、微波輻照時間8 min、微波輻照溫度40 ℃、料液比1∶8（g/mL），考察超聲提取時間（10，20和30 min）對牡丹籽得油率的影響，結(jié)果如圖5所示。超聲振蕩時間20 min時，得油率較高。之后，得油率降低。其原因可能是超聲波從牡丹籽外部向內(nèi)部擴散，擴散區(qū)域減少，距離增加，相應(yīng)的擴散減少[8]。

圖5 超聲提取時間對牡丹籽得油率的影響

2.6 料液比對牡丹籽得油率的影響

采用石油醚為提取溶劑，固定超聲功率560 W、超聲提取時間20 min、微波輻照功率600 W、微波輻照時間6 min、微波輻照溫度40 ℃，考察料液比（1∶6，1∶8，1∶9和1∶10 g/mL）對牡丹籽得油率的影響，結(jié)果如圖6所示。料液比1∶8（g/mL）時，得油率較高。但料液比達到一定程度時，牡丹籽粉中的磷脂、脂肪酸、小分子糖等成分比較充分地溶解在石油醚中，繼續(xù)增大料液比，對游離油提取率沒有改善，同時增加了提取成本[9]，因此超聲-微波協(xié)同萃取的最佳料液比為1∶8（g/mL）。

圖6 料液比對牡丹籽得油率的影響

2.7 提取溶劑對牡丹籽得油率的影響

為考察浸提溶劑類型對牡丹籽得油率的影響，分別選用石油醚（沸點60～90 ℃）和正己烷2種分析純?nèi)軇弦罕?∶8（g/mL），固定超聲功率560 W、超聲提取時間20 min，微波輻照功率600 W、微波輻照時間8 min、微波輻照溫度40 ℃，試驗結(jié)果如圖7所示。選用正己烷浸提，得油率較高。這一結(jié)果和華梅等[10]的研究結(jié)果一致。

圖7 浸提溶劑類型對牡丹籽得油率的影響

3 結(jié)論

采用超聲-微波協(xié)同萃取牡丹籽油，分別選擇石油醚和正己烷為萃取溶劑，通過單因素試驗，得到較優(yōu)工藝條件：先采用微波輻照，微波輻照功率600 W、微波輻照時間6 min、微波輻照溫度40 ℃，后選用超聲功率560 W、超聲提取時間20 min，料液比1∶8（g/mL），浸提溶劑為正己烷。在最優(yōu)的提取條件下，牡丹籽粗油提取率可達31.5%。與常用超聲提取、微波提取、微酶法等方法相比，其優(yōu)點是可以在常溫、常壓條件下萃取，提取時間短，牡丹籽得油率較高，無溶劑殘留。由于牡丹籽油不僅可以食用，還具有較高的醫(yī)療保健價值[11]，因此，下一步利用Box-Behnken試驗設(shè)計方法，找出影響牡丹籽得油率的主要因素。利用Design Expert軟件得到回歸方程的預(yù)測模型并進行響應(yīng)面分析。運用高效液相色譜分析所得牡丹籽油中不飽和脂肪酸含量，為優(yōu)化牡丹籽油提取工藝提供可靠的理論依據(jù)。