溶剂法提取亚麻籽木脂素(SDG)工艺优化研究

杨宏志

(黑龙江八一农垦大学食品学院,大庆 163319)

溶剂法提取亚麻籽木脂素(SDG)工艺优化研究

杨宏志

(黑龙江八一农垦大学食品学院,大庆 163319)

研究了溶剂法提取亚麻籽中木脂素的工艺,确定了单因素试验的最佳溶剂系统为 70%的乙醇,提取温度为室温,时间为 24 h。以木脂素得率为指标,采用二次正交旋转回归试验对溶剂法提取亚麻籽木脂素提取工艺进行优化,求得了二次正交旋转回归方程,确定了影响溶剂法木脂素得率的各因素的主次顺序依次为:提取时间、提取温度、乙醇浓度。用统计寻优方法进行方案寻优,可得乙醇浓度为 70%、提取时间为28 h、提取温度为 40℃时,木脂素得率最高为 9.25%。

亚麻籽 木脂素 (SDG) 提取工艺 优化

开环异落叶松树脂酚二葡萄糖苷 (Secoisolaricir2 esinol diglucoside,SDG)是木脂素的一种,它构成了亚麻籽中木脂素的主要成分,在脱脂亚麻籽粉中的含量为 11.7～24.1 mg/g,整粒亚麻籽中的含量为 6.1～13.3 mg/g。木脂素具有抗氧化活性、降低血浆中的胆固醇、抗炎症作用和预防癌症的功能[1-5],因此,近几年大量研究者开始研究亚麻籽木脂素的提取工艺。本研究通过单因素试验考察乙醇体积分数、提取温度和提取时间三因素对木脂素得率得影响;在单因素试验得基础上,以木脂素得率为指标,采用二次正交旋转回归试验[6],对溶剂法提取亚麻籽木脂素提取工艺进行优化,建立回归模型,以期为同类研究提供指导。

1 材料与方法

1.1 仪器和材料

1.1.1 仪器设备

PC2025高效液相色谱仪:天津兰博科技有限公司;DZ-3BC型真空恒温干燥箱:北京格拉威尔科技公司;THZ-82A型恒温振荡水浴:金坛市白塔金昌试验仪器厂;RE-52A型旋转蒸发器:天津市瑞森特仪器仪表商行;PHS-3B型酸度计:成都瑞驰分析控制仪器有限公司;GT10-1高速离心机:北京时代北利离心机有限公司;JJ-2型咖啡磨:金坛市白塔金昌实验仪器厂;ES-103HA型千分之一电子天平:宁波时代仪器有限公司。

SDG对照品 (纯度 95%):成都巨邦生物工程公司;乙醇、氢氧化钠、盐酸:分析纯,深圳市泰康达科技有限公司。

1.1.2 试验材料

亚麻籽产于黑龙江省兰西县,2007年 6月购入,将亚麻籽清理除杂粉碎后过 60目筛,与正己烷 1∶6混合脱脂 12 h后,于 35℃烘干备用。

1.2 试验方案

以乙醇体积分数、提取温度和提取时间为因素进行单因素试验,考察三因素对亚麻籽木脂素得率的影响。精确称 10 g脱脂亚麻籽粉,加入 8倍不同体积分数的乙醇溶液,在一定温度下提取一定的时间。通过抽虑将乙醇提取液与亚麻籽脱脂粉分离,用 1 mol/L NaOH溶液将醇提液中NaOH的浓度调至0.25～0.4 mol/L碱解 2 h,再用 HCl调 pH值至 4～6,定容于 100 mL容量瓶中,按文献 [7]的方法检测,并计算亚麻籽木脂素得率。

1.2.1 乙醇体积分数对木脂素 (SDG)得率的影响

在提取温度为 20℃、提取时间为 24 h的条件下,分别考察乙醇体积分数为 50%、60%、70%、80%、90%、100%时木脂素 (SDG)得率。

1.2.2 提取温度对木脂素得率的影响

在提取时间为 24 h、乙醇体积分数为 70%的条件下 ,分别考察提取温度为 20、30、40、50、60 ℃时木脂素 (SDG)得率。

1.2.3 提取时间对 SDG得率的影响

在乙醇体积分数都为 70%、提取温度为 20℃的条件下 ,分别考察提取时间为 4、8、12、16、20、24、28 h时木脂素 (SDG)得率。

1.2.4 二次正交回归旋转组合试验

在单因素试验的基础上,乙醇的体积分数 x1、提取时间 x2、提取温度 x3的变化范围编码,进行二次正交回归旋转组合试验。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 乙醇体积分数对木脂素 (SDG)得率的影响在乙醇的体积分数达到 70%之前,随着体积分数的增加,木脂素的得率逐渐增加;体积分数超过

70%以后,木脂素的得率逐渐减少 (表 1)。因此确定乙醇的体积分数为 70%。

表 1 不同体积分数的乙醇提取 24 h后木脂素(SDG)的得率 (g/100g脱脂粉)

2.1.2 提取温度对木脂素得率的影响

从表 2可以看出,温度对 SDG得率的影响很小,在试验条件范围内,不同温度下 SDG的得率相差无几,最高得率与最低得率仅差 0.56%,也就是说 SDG的得率不随提取温度的改变而改变。本试验确定提取温度为 20℃。

表 2 不同温度下乙醇提取木脂素的得率(g/100g脱脂粉)

2.1.3 提取时间对 SDG得率的影响

由表 3可知,随着提取时间的增加,木脂素的得率逐渐增加。提取时间为 24 h的木脂素得率达到最高值,超过 24 h以后木脂素的提取率基本不再增加。故选择提取时间为 24 h是合适的。

表 3 不同提取时间乙醇提取木脂素的效率比较(g/100g脱脂粉)

2.2 二次正交回归旋转组合试验

2.2.1 二次正交回归旋转组合试验方案[3]

为建立提取工艺优化的数学模型,以乙醇的体积分数 x1、提取时间 x2、提取温度 x3为试验因素,进行二次正交回归旋转组合试验。

根据单因素试验,确定各因素的变化范围为:乙醇的体积分数:50%～90%,时间:20～28 h,温度:20～40℃。

设 3个自然变量分别为 x1,x2,和 x3(分别对应体积分数 C、时间 t和温度 T),变量的变化范围为[x-ri,xri]。以单因素试验为基础,根据各试验因素的水平范围,按下式进行编码 (见表 4)。

表 4 溶剂法提取木脂素二次正交回归旋转设计试验因素水平编码表

表 5 溶剂法提取木脂素二次正交回归旋转设计试验方案与结果

二次正交回归旋转试验可以得到如下回归方程:

式中:p为试验因素的个数,本试验中 p=3;y为试验指标。

通过数据处理,得到式 (1)中的各项系数,并对回归方程和各系数进行显著性检验,结果如表 5。

对式 (1)中的平方项进行中心化处理并对回归系数 bj、偏回归平方和 Uj、总平方和 SSt、回归平方和U及剩余平方和 Qe2等进行计算,然后对拟合度、回归方程和各偏回归系数进行检验,得回归方程

经替换得到用自然变量表示的回归方程

约束条件:50%≤x1≤90%,20 h≤x2≤28 h,20℃≤x3≤40℃。

2.2.2 回归模型的分析讨论2.2.2.1 主效应分析

由于设计中各因素均经无量纲线性编码处理,且一次项回归系数 bj之间,各 bj与交互项、平方项的回归系数都是不相关的。因此可由回归系数绝对值的大小来直接比较各因素一次项对木脂素得率的影响,由式 (2)可知,z1、z2、z3的系数绝对值分别为0.022 44、0.384和 0.017,且皆为正值,因而可知 z2>z3>z1,亦即影响溶剂法木脂素得率的各因素的主次顺序依次为:提取时间、提取温度、乙醇体积分数。

2.2.2.2 最优工艺确定

用统计寻优方法,每个因素取 5个水平:±2,±1和 0。用计算机对 53=125个方案寻优,可得最佳工艺组合为 z1=0,z2=1.682,z3=1.682时,相当于乙醇体积分数为 70%、提取时间为 28 h、提取温度为40℃时,木脂素得率最高为 9.25%。

对统计寻优后的结果频数分析:取提取率大于8%的方案共 8个 (按照寻优后的工艺条件得到的结果,文中未列出),占全部试验方案 (53=125)的6.4%。平均值的计算见式 (4),频数分析见表 6。

表 6 木脂素得率 >8%的变量数值与频率

通过频数分析看出,乙醇体积分数为 68.9%～82.1%,提取时间为 27～28 h,提取温度为 38～40℃,木脂素得率有 95%的可能高于 8%。

2.2.3 寻优方案结果验证

根据确定的最优方案,在乙醇体积分数为 70%、提取时间为 28 h、提取温度为 40℃的试验条件下进行验证试验,结果见表 7。

表 7 最优试验条件下乙醇提取木脂素的得率(g/100g脱脂粉)

由表 7可以看出,5次验证试验的平均值为9.254%,标准偏差为 0.038 47。说明寻优结果可靠,回归模型可用于预测。

3 结论

溶剂法提取亚麻籽木脂素单因素试验最佳工艺参数为:乙醇体积分数 70%、提取温度 20℃、提取时间24 h。

二次正交回归旋转组合试验结果表明:影响溶剂法木脂素得率的各因素的主次顺序依次为:提取时间、提取温度、乙醇体积分数。

按照优化后的工艺参数进行木脂素提取,即乙醇体积分数为 68.9%～82.1%,提取时间为 27～28 h,提取温度为 38～40℃,则木脂素得率有 95%的可能高于 8%。

用统计寻优方法进行方案寻优,可得乙醇体积分数为 70%、提取时间为 28 h、提取温度为 40℃时,木脂素得率最高为 9.25%。

[1]Sim J,Nwokolo E,and Jiang Z.Modulation of plas ma and tis2 sue cholesterol and fatty acid composition by feeding flax and canola seeds and oils to rats[J].Canadian Journal of Animal Sciences,1991,71(4):1207-1214

[2]HallA V,ParbtaniA,Clark W F,et al.Abrogation ofMRL/lpr lupus nephritis by dietary flaxseed[J].American Journal of KidneyDisease,1993,22(2):326-32

[3]Andreana.Phytoestrogens:a review of recent state of research[J].Phytother.Res.,2003,17:845-869

[4]SerrainoM,Thompson L U.The effect of flaxseed supplemen2 tation on early risk markers formammary carcinogenesis[J].CancerLetter,1991,60(2):135-42

[5]Andreas Degenhardt,Saskia Habben,PeterW interhalter.Iso2 lation of the lignan secoisolariciresinol diglucoside from flax2 seed(Linum usitatissimum L.)by high-speed countercurrent chromatography[J].Journal of Chromatography A,2002,943:299-302

[6]袁志发,周静芋.试验设计与分析 [M]北京:高等教育出版社,2001:35-48

[7]孙伟洁,杨宏志,钟运翠,等.超声波辅助提取亚麻木酚素的工艺研究[J].中国粮油学报,2009,24(7):124-127.

Extraction Technology ofLignans(SDG)from Flaxseed

Yang Hongzhi
(College of Food Science,HeilongjiangBayiAgricultrualUniversity,Daqing 163319)

The extraction technology of lignans(SDG)from flaxseed by the solvent method was investigated.The solvent for single factor testswas ethanol of 70%,extracting for 24 h at room temperature.W ith the recovery of lignans as experimental indexes,quadratic orthogonal regression experiments were designed,and the regressive equa2 tions concerning the experimental indexes and experimental parameters were obtained.According to the influence of experimental parameter on recovery of lignans,the order of parameters is extracting time>extracting temperature>ethanol concentration.Results:The optimal conditions obtained by the statistic excellence-huntmethod are ethanol concentration 70%,extraction time 28 h and extraction temperature 40℃.The recovery reaches 9.25%with the op2 timal conditions.

flaxseed,lignan(SDG),extracting technology,optimization

Q57

A

1003-0174(2011)01-0109-04

黑龙江省教育厅青年骨干教师资助项目(1151G032)

2010-02-03

杨宏志,男,1963年出生,教授,硕士生导师,农产品加工及贮藏工程