響應面法優化三七紅籽油吸附脫色工藝

滕 娟，韋永貴，董卓婭，余興華，張曉磊，李玉祥，孟凡來，申世安

（文山壯族苗族自治州農業科學院，云南 文山 663099）

0 引言

三七 （Panax notoginseng (Burk.)F.H. Chen） 為五加科人參屬植物，已有600 年以上的藥用歷史，主產區為云南，是我國名貴中藥材[1]。三七始載于《本草綱目》[2]，含三七多糖、三七皂苷、三七素、黃酮等多種有效成分，具有活血化瘀、補血養血、抗氧化、抗炎、提高免疫力、抗腫瘤等多種藥理活性[3]。三七紅籽為三七的種子，劉潤民等人[4]對三七種仁油的脂肪酸組成進行研究，發現三七種仁油油酸含量最高達到87.48%，但對于三七紅籽油脫色工藝方面的研究卻比較少見。因此，選用活性白土為吸附劑對三七紅籽油進行脫色，結合單因素試驗利用Box-behnken 響應面法對三七紅籽油脫色工藝條件進行優化。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 材料

挑選市售新鮮三七紅籽，清洗去皮，置于通風處晾干。晾干后放入熱風干燥箱中105 ℃下干燥至恒質量。利用WOP-KP0202 型榨油機選擇熱榨模式得到三七紅籽油。

1.1.2 試劑與設備

活性白土，食品級。

WOP-KP0202 型榨油機，江門市西屋廚房小家電有限公司產品；SHZ-D(111)型不銹鋼型循環水真空泵，上海力辰邦西儀器科技有限公司產品；DHG-9055A 型電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司產品；UV-1100 型紫外/可見分光光度計，上海美普達儀器有限公司產品；BSAl24S-CW 型電子天平，賽多利斯科學儀器有限公司產品；XMTD-7000 型數顯恒溫水浴鍋，北京市光明醫療儀器有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 三七紅籽油脫色率測定方法

稱量30 g 三七紅籽油樣品，加入活性白土進行加熱脫色，脫色完畢待油樣品溫度降至室溫，對其進行抽濾。在波長380 nm 處，對其測定吸光度，并計算脫色率，空白為蒸餾水。計算公式如下：

1.2.2 單因素試驗測定方法

（1） 加熱溫度確定方法。稱量30 g 三七紅籽油樣品15 份，分別在50，60，70，80，90 ℃的溫度下加熱，并加入油樣品質量4%的活性白土，持續攪拌30 min，停止加熱。待油樣品溫度降至室溫進行抽濾。于波長380 nm 處測定不同加熱溫度下油樣品的吸光度。

（2） 持續時間確定方法。稱量30 g 三七紅籽油樣品15 份，在80 ℃條件下加熱，并加入油樣品質量4%的活性白土，持續攪拌時間分別為10，20，30，40，50 min 后停止加熱。待油樣品溫度降至室溫進行抽濾。于波長380 nm 處測定不同持續時間下油樣品的吸光度。

（3） 白土添加量確定方法。稱量30 g 三七紅籽油樣品15 份，在溫度為80 ℃下加熱，并分別向油樣品中加入油質量2%，3%，4%，5%，6%的活性白土，持續攪拌30 min 后停止加熱。待油樣品溫度降至室溫進行抽濾。于波長380 nm 處測定不同添加量下油樣品的吸光度。

1.2.3 脫色工藝響應面優化測定方法

為獲得最佳三七紅籽油脫色工藝，在單因素試驗的基礎上，以白土添加量（A），加熱溫度（B），持續時間（C） 為自變量，設計Box-behnken 三因素三水平進行響應面優化試驗，測定17 組試驗的脫色率，并進行方差分析。

響應面試驗因素與水平設計見表1。

表1 響應面試驗因素與水平設計

1.3 數據處理與分析

利用 Design Expert 12 和 Microsoft Excel 2010 軟件對試驗數據進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 不同白土添加量對三七紅籽油脫色效果的影響

白土添加量對脫色率的影響見圖1。

圖1 白土添加量對脫色率的影響

由圖1 可知，當加入白土量小于5%時，三七紅籽油脫色率隨著加入白土量的增加而增加；當白土添加量為5%時，三七紅籽油脫色率達到最高為69.07%；當白土添加量大于5%時，三七紅籽油脫色率表現為緩慢下降。韓玉澤等人[5]認為油脂脫色是一個吸附平衡的過程，隨著脫色劑的增加，其吸附程度會達到飽和。薛菁等人[6]認為可能原因是過量的活性白土加入后，會發生飽和，白土之間凝結，與油脂的脫色反應不完全，脫色率不升高反而降低。因此，選擇白土添加量為4%～6%。

2.1.2 不同加熱溫度對三七紅籽油脫色效果的影響

加熱溫度對脫色率的影響見圖2。

圖2 加熱溫度對脫色率的影響

由圖2 可知，當加熱溫度小于80 ℃時，三七紅籽油脫色率隨著加熱溫度的增加而增加；當加熱溫度為80 ℃時，三七紅籽油脫色率達到最高為67.40%；當加熱溫度大于80 ℃時，三七紅籽油脫色率表現為下降。符勝男等人[7]認為可能是由于脫色溫度過低，脫色進行得不完全，導致脫色率較低，而脫色溫度過高，油脂中的色素不能被活性白土有效地吸附，從而造成了色素的固定，使得油脂顏色加深，對油脂品質產生不良的影響。因此，選擇加熱溫度為70～90 ℃。

2.1.3 不同持續時間對三七紅籽油脫色效果的影響

持續時間對脫色率的影響見圖3。

由圖3 可知，三七紅籽油脫色率隨著持續時間的增加，呈現先上升后下降的趨勢。當持續時間為30 min 時，脫色率最高為66.17%，時間繼續增加，脫色率呈現下降。葉展等人[8]認為只要攪拌效果好，達到吸附平衡并不需要過長時間，盡管在一定范圍內脫色程度隨時間的延長而提高，但是過分延長時間，脫色速率減緩，油脂發生催化氧化，導致油脂返色。因此，選擇持續時間為20～40 min。

圖3 持續時間對脫色率的影響

2.2 響應面試驗

2.2.1 響應面試驗結果及方差分析

以單因素試驗為基礎，選擇白土添加量（A），加熱溫度（B），持續時間（C） 作為考查因素，以脫色率（R） 為響應參數，進行三因素三水平的Boxbehnken 響應面設計，進行17 次試驗，優化三七紅籽油最佳脫色條件。

響應面分析試驗設計及結果見表2，響應面試驗設計方差分析見表3。

表2 響應面分析試驗設計及結果

表3 響應面試驗設計方差分析

根據表2 得到二次回歸模型為：

由表3 可知，回歸模型的p=0.000 1＜0.01，呈現差異極顯著，失擬項p=0.708＞0.05，呈現差異不顯著，說明該模型可以擬合實際情況。試驗模型的R2=0.972，說明97.2%的變化來自所選自變量，只有2.8%的變化沒有被模型描述。校正決定系數R2Adj=0.936＞0.80 和變異系數CV=1.06%＜15.0%，說明93.6%的試驗數據可用該模型解釋。模型中的各因素A、B、C、AC、A2、B2呈現極顯著，BC 呈現顯著，AB、C2呈現不顯著；因為p 值還被用作表示每個考查因素的顯著性和相互作用強度的工具[9]，所以各因素對脫色率的影響程度從強到弱順序為加熱溫度＞持續時間＞白土添加量。

2.2.2 各因素交互作用的響應面分析

通過Design Expert 12 軟件進行數據分析得到響應面圖。當曲面越陡時，對響應值的影響越大，曲面越平緩，對響應值影響越小[5]。從等高線圖也可以直觀反映出兩因素交互作用的顯著程度，等高線形狀越接近橢圓形，交互作用越顯著，而圓形則與之相反[10-11]。同時，等高線的密集程度可判斷出兩交互因素中對響應值影響較大的那個因素[12]。

白土添加量與加熱溫度的交互作用對脫色率響應面分析見圖4。

圖4 白土添加量與加熱溫度的交互作用對脫色率響應面分析

由圖4 可知，隨著白土添加量和加熱溫度的不斷增加，脫色率呈現先上升后降低趨勢，這說明白土添加量和加熱溫度對脫色率有一定影響。由于加熱溫度上升幅度比白土添加量上升幅度更加陡峭，所以加熱溫度對脫色率影響更大。由于等高線圖近圓形，所以白土添加量與加熱溫度的交互作用不顯著，與方差分析結果一致。

白土添加量與持續時間的交互作用對脫色率響應面分析見圖5。

圖5 白土添加量與持續時間的交互作用對脫色率響應面分析

由圖5 可知，當持續時間一定時，隨著白土添加量不斷增加，脫色率呈現先升高后降低的趨勢；當白土添加量一定時，隨著加熱溫度不斷增加，脫色率呈現升高趨勢，說明白土添加量和持續時間對脫色率有一定影響。由于等高線圖呈現橢圓形，所以白土添加量與持續時間的交互作用顯著，這與方差分析結果一致。

加熱溫度與持續時間的交互作用對脫色率響應面分析見圖6。

由圖6 可知，當持續時間一定時，隨著加熱溫度不斷增加，脫色率呈現先升高后降低的趨勢；當加熱溫度一定時，隨著持續時間不斷增加，脫色率呈現升高趨勢，說明加熱溫度和持續時間對脫色率有一定影響。由于加熱溫度等高線分布相比持續時間更為密集，所以加熱溫度對脫色率影響作用更大。由于等高線圖呈現橢圓形，所以加熱溫度與持續時間的交互作用顯著，與方差分析結果一致。

圖6 加熱溫度與持續時間的交互作用對脫色率響應面分析

通過以上分析可知，影響三七紅籽油脫色率的試驗因素強弱順序為加熱溫度＞持續時間＞白土添加量。各試驗因素中白土添加量與持續時間、加熱溫度與持續時間的交互作用顯著，而白土添加量與加熱溫度的交互作用不顯著，這與方差分析結果一致。

2.3 驗證試驗

參考回歸模型通過軟件分析，得出三七紅籽油脫色的工藝參數，預測最優條件為白土添加量4.84%，加熱溫度81.99 ℃，持續時間36.68 min，理論最高脫色率為70.05%，根據實際情況對數據進行修正得到白土添加量5%，加熱溫度82 ℃，持續時間37 min。做3 次平行試驗對其進行驗證，得到實際脫色率為69.58%，相對誤差0.47%，與模型預測結果相接近，驗證了回歸模型的可靠性。

3 結論

利用活性白土作為脫色劑，對三七紅籽油進行吸附脫色。利用Box-behnken 響應面法對三七紅籽油脫色的工藝條件進行優化。結果表明，影響三七紅籽油脫色率的試驗因素強弱順序為加熱溫度＞持續時間＞白土添加量，三七紅籽油吸附脫色的最佳工藝條件為白土添加量5%，加熱溫度82 ℃，持續時間37 min。此時三七紅籽油的脫色率為69.58%，與理論脫色率70.05%接近，證明此工藝較為可靠。