黄秋葵籽油脂提取工艺优化及组分分析

田科巍， 董 增， 魏兆军

（合肥工业大学 生物与食品工程学院，安徽 合肥 230009）

黄秋葵为锦葵科秋葵属一年生草本植物［1］。20世纪90年代初黄秋葵才被引入我国内陆，近年来，在我国沿海地区均有黄秋葵的种植栽培，黄秋葵是一种非常有营养价值的新型保健蔬菜［2］，黄秋葵豆荚分泌的一种特殊黏液具有显著的抗疲劳作用［3－4］，经纯化后鉴定为一种寡糖类生物活性物质（Lepidimoide，简称 LM）［5］。

响应曲面法（Response Surface Methodology，简称RSM）是一种优化反应条件和加工工艺参数的有效方法。采用多元二次回归方程，将多因素实验中影响因素和响应值之间的相互关系用多项式近似拟合来评价不同参数，从而减少了实验次数［6－7］。本文中RSM被用来优化黄秋葵籽油脂提取的工艺参数，包括液料比、提取温度和提取时间。另外，通过GC／FID方法分析了黄秋葵籽油脂的脂肪酸组分。

1 材料与方法

1.1 材料

黄秋葵由六安汉华生态农业生物科技有限公司提供。将黄秋葵清洗后冷冻干燥，磨粉过60目筛，避光密封，－20℃保存备用。石油醚和其他化学试剂等均为国产分析纯试剂，正己烷为HPLC级，GC－MS专用。

1.2 仪器设备

JYL－380料理机（济南九阳股份有限公司）；索氏提取器（上海洪纪仪器设备有限公司）；旋转蒸发仪（上海亚荣仪器有限公司）；分析天平（上海精密仪器有限公司）；HPLC（日本岛津公司）；恒温水浴锅（江苏金坛市正基有限公司）。

1.3 黄秋葵籽油脂的提取方法及流程

提取方法：将样品用滤纸包裹，用脱脂棉线包扎保证没有样品漏出，将滤纸包用长镊子放入抽提筒中，注入相应剂量的石油醚，使滤纸包完全浸没在石油醚中。连接好抽提器各部分，接通冷凝水水流，在恒温水浴中进行抽提，调节相应水温，使冷凝下滴的石油醚成连珠状，抽提相应时间，然后取出滤纸包，将含有油脂的石油醚旋转蒸发，然后称重［8］。

提取流程：黄秋葵籽→蒸馏水清洗→热风干燥→粉碎过筛→索氏提取→旋转蒸发→分析天平称重。

1.4 油脂提取率的测定

其中，干粉水分含量保持在5%以下。

1.5 提取工艺的优化

本文选取提取时间、水料比和温度为主要影响因素，以黄秋葵籽油脂的提取率为评价指标，进行单因素试验。在单因素试验的基础上，采用Box－Behnken中心组合试验设计方案，研究各个因素对多糖提取率的影响，做出响应面图，对索氏提取法提取黄秋葵籽油脂工艺进行条件优化。

1.6 黄秋葵籽油组分检测方法

脂肪酸甲酯的制备：准确称取黄秋葵油样0.3g，加入1mol／L的氢氧化钾－甲醇溶液3mL，60℃水浴约30min（至油珠完全消失），冷却后加入40mL 12.5%H2SO4－CH3OH 溶液，放入恒温振荡摇床中38℃，130r／min，酯化12h，用正己烷萃取2次，合并萃取液，用饱和NaCl溶液洗涤多次，无水Na2SO4干燥，离心分层，取上清液脂肪酸甲酯（Fatty Acid Methyl Ester，简称FAME）备用。

FAME的GC、GC／MS分析：色谱条件为色谱柱DB－WAX（30m×0.25mm×0.25μm）；采用程序升温，初温200℃，保持1min；以3℃／min升温至230℃，保持10min；进样口温度和检测器温度分别为250℃和260℃，载气为高纯氦（He），流速1.5mL／min；进样量1.0μL，分流比为50∶1。

质谱条件：电离方式为电子轰击（EI），电子能量70eV，接口温度260℃，电子倍增器电压1.89kV，扫描范围35～500u。

2 结果与分析

2.1 黄秋葵籽油脂提取工艺的优化

根据单因素试验结果，采用Box－Behnken中心组合试验设计原则［9］，选取对种子油脂提取率有显著影响的因素——时间、液料比及提取温度，在3个不同的水平下对提取工艺参数进行优化。试验因素与水平设计见表1所列。

表1 响应面分析因素与水平

响应面分析方案和实验结果见表2所列。

表2 黄秋葵籽油脂提取工艺优化的设计和结果

表2中，试验号1～12为析因试验，而13～15为中心试验，用来估计试验误差。

由SAS（7.0版本）软件处理数据，采用二次型进行变异分析，其方差分析结果见表3所列。对响应值与各个因素进行回归拟合，该模型对应的回归方程为：

表3 响应面法方差分析

由表3可看出，对二次回归方程（1）进行方差分析，P＜0.01，此时回归方差模型极显著，说明该试验方法可靠。方程失拟项为0.2005，说明该回归模型与实测值能较好地拟合，回归系数R2＝0.9311，表明该模型相关度好。回归方程各项的方差分析表明，X1、X2、X3、X12、X22、X32均达到极显著水平。

选定的因素对种子油脂提取率的影响大小依次为温度、时间和液料比。响应面Y对于因素X1、X2、X3值构成的三维空间在二维平面上的等高图，可直观地反映各因素之间的相互作用。SAS（7.0版本）软件处理得到响应面分析结果如图1～图3所示。

根据响应曲面法的模型，预测最优工艺参数分别为：提取时间144.421min、液料比7.398∶1、提取温度65.3℃，该条件下种子油脂提取率的预测值为15.72%。

当时间为120min时，液料比和温度对油脂提取率的影响如图1所示。

由图1可看出，在液料比处于较低水平时，油脂提取率随着温度的升高急剧上升，当温度达到较高时，油脂提取率随着温度的升高稍有降低。在液料比处于中心附近时，油脂提取率随着温度的升高，有显著上升，当温度达到较高时，油脂提取率随着温度的升高略有降低。

图1 液料比和温度对黄秋葵籽油脂提取率的影响

当温度为60℃时，液料比和时间对油脂提取率的影响如图2所示，结果表明，在液料比处于较低水平时，油脂提取率随着时间的延长而上升，当时间达到120min左右时，油脂提取率随着时间的延长有降低的趋势。在液料比处于中心附近时，油脂提取率随着时间的延长，有明显上升趋势，当时间达到120min左右时，油脂提取率随着温度的升高而逐渐降低。

图2 液料比和时间对黄秋葵籽油脂提取率的影响

液料比恒值时，时间和温度对油脂提取率的影响如图3所示，结果表明，在温度处于较低水平时，油脂提取率随着时间的延长逐渐上升，当时间达到120min左右时，油脂提取率随着温度的升高有明显降低的趋势。在温度处于70℃时，油脂提取率随着温度的升高，有显著上升，当时间达到120min左右时，油脂提取率随着温度的升高而略有下降。

图3 时间和温度对黄秋葵籽油脂提取率的影响

2.2 黄秋葵籽油脂的组分分析

黄秋葵籽油脂的组分是通过GC－MS分析的，鉴定出其中的5种组分，包括棕榈酸（a）、硬脂酸（b）、油酸（c）、亚油酸（d）、亚麻酸（e），如图4所示，其百分比分别为29.86%、3.73%、24.07%、38.22% 和1.34%。黄秋葵籽油脂富含不饱和脂肪酸，达到63.63%，单不饱和脂肪酸达到24.07%，多不饱和脂肪酸达到39.56%。

图4 黄秋葵籽油脂GC－MS图谱

3 结 论

用石油醚为提取剂，本文采用响应曲面法分析的实验结果表明，黄秋葵油脂提取率依赖于液料比、温度和提取时间以及这3个因素之间的交互作用。本文建立多项式回归模型来分析实验结果，得出最佳条件为：提取时间144.421min、液料比7.398∶1（mL／g）、提取温度65.3℃。该条件下种子油脂提取率的预测值为15.72%，然后通过GC－MS组分分析得出黄秋葵籽油脂富含不饱和脂肪酸达到63.63%，单不饱和脂肪酸达到24.07%，多不饱和脂肪酸达到39.56%。

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［6］Wei Z J，Liao A M，Zhang H X，et al.Optimization of supercritical carbon dioxide extraction of silkworm pupal oil applying the response surface methodology［J］.Bioresource Technol，2009，100：4214－4219.

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