響應面法優化油茶葉精油提取工藝

危 婷，鄧愛華，王 云，謝 鵬，王科瑞，劉大宏

（1.湖南文理學院生命與環境科學學院，湖南 常德 415000；2.湖南泥頭山油茶開發有限公司，湖南 常德 415700）

0 引言

據《中華本草》記載，山茶科植物油茶（Camellia oleiferaAbel） 的葉片具有治療皮膚瘙癢等多種功效。現代藥理學研究表明，油茶葉提取物具有抑制癌細胞生長[1]、降血糖[2]、抗血栓[3]及治療雄性激素依賴性疾病[4]等功效。

植物精油的提取工藝主要有超聲輔助提取法[5]、微波輔助提取法[6]、超臨界流體萃取法[7]及索氏提取法[8]等。關于油茶葉精油提取及分析還未見報道，基于索氏提取法具有提取效率高、工藝簡單等特點，通過響應面試驗設計優化索氏提取油茶葉精油的工藝參數，以期為油茶葉精油的高值化利用提供參考。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

新鮮油茶葉，湖南泥頭山油茶開發有限公司提供；纖維素酶（酶活力20 000 U/g），蘇州福萊德生物科技有限公司提供。

1.2 儀器與設備

LGJ-10 型冷凍干燥機，北京四環科學儀器廠產品；JC-SSTQ2 型索氏提取器，青島精誠儀器儀表有限公司產品；EX225D 型分析天平，美國奧豪斯儀器有限公司產品；YB-700A 型高速多功能粉碎機，永康市速鋒工貿有限公司產品。

2 試驗方法

2.1 單因素試驗設計

取5 份凍干后粉碎的油茶葉粉各50 g 放入索氏提取器中，按一定比例加入纖維素酶水溶液，于40 ℃下浸泡30 min，然后加熱至95 ℃開始提取，考查纖維素酶添加量（0，1%，2%，3%，4%）、提取時間（1，3，5，7，9 h）、料液比（1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50） 等因素對精油得率的影響。考查單個因素影響時，其他參數為纖維素酶添加量2%、提取時間3 h、料液比1∶30（g∶mL）。

2.2 響應面試驗設計

根據單因素試驗結果，以酶添加量（A） 和提取時間（B）、料液比（C） 作為自變量，油茶葉精油得率（Y） 為因變量，根據Box-behnken 中心組合設計原理，設計響應面法試驗方案。

各試驗因素與水平設計見表1。

表1 各試驗因素與水平設計

2.3 油茶葉精油得率計算

根據式（1） 計算油茶葉精油得率（Y）。

式中：m1——提取的油茶葉精油質量，g；

m——干燥油茶葉粉質量，g。

3 結果與分析

3.1 單因素試驗

3.1.1 酶添加量對油茶葉精油提取率的影響

酶添加量對油茶葉精油得率的影響見圖1。

圖1 酶添加量對油茶葉精油得率的影響

由圖1 可知，隨著纖維素酶添加量的增加，油茶葉精油得率逐漸增加；當達到3%時，繼續增加纖維素酶添加量，精油得率增加趨勢不明顯。可能是添加的酶量剛好達到分解油茶葉中纖維素的飽和量，合適的纖維素酶添加量為3%左右。

3.1.2 提取時間對油茶葉精油提取率的影響

提取時間對油茶葉精油得率的影響見圖2。

圖2 提取時間對油茶葉精油得率的影響

由圖2 可知，隨著提取時間的延長，油茶葉精油得率逐漸增加；當達到5 h 時，繼續片延長提取時間，精油得率增加趨勢不明顯。可能是油茶葉中精油大部分已經溶出，合適的提取時間為5 h 左右。

3.1.3 料液比對油茶葉精油得率的影響

料液比對油茶葉精油得率的影響見圖3。

圖3 料液比對油茶葉精油得率的影響

由圖3 可知，隨著溶劑使用量的增加，油茶葉精油得率逐漸增加；在料液比為1∶30 時，精油得率達到最大，繼續增加溶劑比例，會導致精油得率下降。溶劑的增加會促進精油的溶出，提高了精油的得率；此外，由于精油在水中有一定的溶解度，溶劑比例增大，水中溶解的精油增加，合適的料液比為1∶30 左右。

3.2 響應面試驗

3.2.1 響應面試驗設計及結果

響應面試驗設計及結果見表2。

表2 響應面試驗設計及結果

3.2.2 回歸模型的建立與分析

將表2 試驗數據代入Design Expert 8.0 軟件進行響應面分析，油茶葉精油得率與各變量的響應面回歸數學模型：

響應面回歸模型方差分析見表3。

表3 響應面回歸模型方差分析

由表3 可知，該回歸模型極顯著（p＜0.001），失擬項不顯著（p＞0.05），說明模型可靠；R2=0.977 6，R2Adj=0.948 8，說明模型與試驗值擬合較好；由F值可知，各因素對油茶葉多酚得率影響大小依次為料液比（C） ＞酶添加量（A） ＞提取時間（B）；一次項C和二次項C2對精油得率的影響非常顯著（p＜0.001）；一次項A和B對精油得率的影響極顯著（p＜0.001）；交互項AC和二次項B2對精油得率的影響顯著（p＜0.05）；說明酶添加量和料液比兩兩交互作用對精油得率影響顯著。

3.2.3 交互作用分析

酶添加量與提取時間交互作用的響應面與等高線見圖4，酶添加量與料液比交互作用的響應面和等高線見圖5，提取時間與料液比交互作用的響應面和等高線見圖6。

圖4 酶添加量與提取時間交互作用的響應面與等高線

圖5 酶添加量與料液比交互作用的響應面和等高線

圖6 提取時間與料液比交互作用的響應面和等高線

對比曲面陡峭程度，發現酶添加量（A） 與料液比（C） 之間存在顯著的交互作用（p＜0.05）；酶添加量（A） 與提取時間（B） 之間交互作用不顯著（p＞0.05），提取時間（B） 與料液比（C） 之間交互作用不顯著（p＞0.05），與方差分析結果一致。

3.2.4 最佳提取工藝條件確定

利用Design Expert 8.0 軟件由所建立的數學模型進行參數最優分析，得出最佳萃取工藝條件為酶添加量2%，料液比1∶39.16（g∶mL） 下回流提取6.69 h，油茶葉精油得率為1.218%。考慮到實際操作的方便，選取調整后的最優參數為酶添加量2%，料液比1∶40（g∶mL） 下回流提取7 h，預測油茶葉精油得率為1.215%，在此條件下進行3 次驗證試驗，平均得率為（1.203±0.015） %，與預測值無顯著性差異（p＞0.05），說明模型可靠。

4 結論

纖維素酶輔助索氏提取法分離油茶葉精油的最佳工藝參數為酶添加量2%，料液比1∶40（g∶mL）下回流提取7 h，油茶葉精油平均得率為（1.203±0.015） %。為了進一步拓展油茶葉精油食品及保健產品方面的應用，可以繼續開展油茶葉精油成分分析及微囊化技術等方面的研究。