微波辅助提取薏苡仁油的工艺优化
2014-05-03陆雅丽王明力韦仕常
陆雅丽 王明力 闫 岩 汤 翠 韦仕常
LU Ya-li 1 WANG Ming-li 2 YAN Yan 1 TANG Cui 1 WEI Shi-chang 1
(1.贵州大学化学与化工学院,贵州 贵阳 550025;2.贵州大学发酵工程与生物制药省重点实验室,贵州 贵阳 550025)
(1.College of Chemistry and Chemical Engineering,Guiyang,Guizhou 550025,China;2.Province Key Laboratory of Fermentation Technology and Biological Pharmacy,Guiyang,Guizhou 550025,China)
薏苡仁是禾本科植物薏苡(Coix lacryma-jobi L.var.ma-yuen(roman)staf)的成熟种仁,是一种药食两用的谷物,薏苡仁营养丰富且较为全面,含蛋白质17.6%,脂肪7.6%,淀粉62.5%[1],有着“世界禾本科植物之王”的美誉。目前已有薏苡仁保健食品的相关报道,如刘松涛等[2]以薏苡仁为主要原料研究开发出具有保健功能的薏苡仁复合茶饮料。薏苡仁油是从薏苡仁中提取的中性酯类,其中含有多种具有抗癌活性的脂肪酸甘油酯,现代药理研究表明,薏苡仁油具有抗癌、抗肿瘤的生物活性[3],薏苡仁酯能抑制小鼠艾氏细胞的生长,也具有抗癌生物活性[4]。著名的抗肿瘤药物康莱特注射液的主要有效成分就是薏苡仁油,康莱特注射液具有抑制肿瘤细胞增殖,诱导肿瘤细胞凋亡等作用[5]。近年来,国内外研究发现薏苡仁油还有降血糖、降血压、抑制骨骼肌收缩等作用[6]。薏苡仁油提取方法大致可以分为浸提法(热回流法)、酶法、微波和超声辅助提取法,其中微波辅助提取法具有萃取速度快、周期短、对萃取物活性成分伤害小等优点。本研究拟采用微波辅助提取技术,对薏苡仁油提取工艺进行优化,并与热回流法、酶法进行对比,旨在确定微波辅助提取薏苡仁油的最佳工艺。
1 材料与方法
1.1 主要材料与试剂
薏苡仁:产自贵州兴义;
无水乙醇、石油醚、丙酮:分析纯,天津市富宇精细化工有限公司;
中性蛋白酶:生化试剂,6万U/g,北京中生泰瑞科技有限公司。
1.2 主要仪器与设备
高速万能粉碎机:30B型,常州邦尼干燥设备有限公司;
旋转蒸发仪:N-1000V-WB型,日本东京理化器械株式会社;
微波炉:MMT21NG1-PW型,美的集团;
循环水多用真空泵:SHZⅢ型,上海亚荣生化仪器公司。
1.3 试验方法
1.3.1 提取方法对薏苡仁油提取率的影响
(1)乙醇热回流法:称取一定量过60目筛的薏苡仁粉,置于圆底烧瓶中,加入料液比为1∶8(m∶m)的无水乙醇在65℃下用索氏提取设备热回流提取2 h,3次平行试验取平均值。
(2)酶法:称取一定量过60目筛的薏苡仁粉,置于250 m L锥形瓶中,加入适量水,调p H为4,再加入中性蛋白酶(250 U/m L),50℃下酶解3 h,80℃灭酶10 min,抽滤除去剩余的水,滤渣干燥后加入1∶8(m∶m)的无水乙醇,60℃恒温水浴提取2 h,3次平行试验取平均值。
(3)微波辅助提取法:称取一定量过60目筛的薏苡仁粉,置于250 m L锥形瓶中,加入料液比为1∶8(m∶m)的无水乙醇后,700 W微波功率下间歇加热(微波加热1 min后在冰水浴中冷却1 min,再微波加热1 min,反复进行,以防止提取液暴沸)提取8 min,3次平行试验取平均值。
1.3.2 有机溶剂对薏苡仁油提取率的影响 称取一定量过60目筛的薏苡仁粉,置于250 m L锥形瓶中,加入料液比为1∶8(m∶m)的有机溶剂后,700 W微波功率下间歇加热提取8 min。分别考察丙酮、石油醚、无水乙醇3种有机溶剂对薏苡仁油提取率的影响,3次平行试验取平均值。
1.3.3 乙醇浓度对薏苡仁油提取率的影响 准确称量过60目筛的薏苡仁粉,置于250 m L锥形瓶中,加入料液比为1∶8(m∶m)的无水乙醇后,700 W微波功率下间歇加热提取8 min。分别考察无水乙醇、95%乙醇、90%乙醇时薏苡仁油的提取率,3次平行试验取平均值。
1.3.4 微波提取时间对薏苡仁油提取率的影响 准确称量过60目筛的薏苡仁粉,置于250 m L锥形瓶中,分别加入料液比为1∶8(m∶m)的无水乙醇后,700 W微波功率下间歇加热提取。分别考察微波提取时间为6,8,10,12,14 min时薏苡仁油的提取率,3次平行试验取平均值。
1.3.5 薏苡仁粒径对薏苡仁油提取率的影响 准确称量过60目筛的薏苡仁粉,置于250 m L锥形瓶中,加入料液比为1∶8(m∶m)的无水乙醇,700 W微波功率下间歇加热提取10 min。分别考察薏苡仁粉粒径为60,80,100,120,140目时薏苡仁油的提取率,3次平行试验取平均值。
1.3.6 料液比对薏苡仁油提取率的影响 准确称量过100目筛的薏苡仁粉,置于250 m L锥形瓶中,700 W微波功率下间歇加热提取10 min。分别考察料液比为1∶6,1∶8,1∶10,1∶12,1∶14(m∶m)的无水乙醇时薏苡仁油的提取率,3次平行试验取平均值。
1.3.7 微波辅助提取薏苡仁油正交试验设计 选取微波提取时间、薏苡仁粒径、料液比为主要试验参数,以薏苡仁油提取率为评价指标,采用L9(33)正交试验设计,优化薏苡仁油提取工艺,3次平行试验取平均值。
1.3.8 薏苡仁中薏苡仁油含量的测定 参照 GB/T 14772—2008测定。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果与分析
2.1.1 薏苡仁中薏苡仁油含量的测定 经测定试验样品薏苡仁中薏苡仁油含量为8.95%,薏苡仁含油率较高,具有很高的开发利用价值。
2.1.2 提取方法对薏苡仁油提取率的影响 由图1可知,乙醇热回流法、酶法、微波法3种提取方法中,微波法提取薏苡仁油提取率最高,提取率达2.7%。而且微波辅助提取法提取速度快,因此选择微波辅助法提取薏苡仁油。
图1 提取方法对提取率的影响Figure 1 Effect of different methods on the extraction rate
2.1.3 提取溶剂对薏苡仁油提取率的影响 由图2可知,3种有机溶剂中,无水乙醇提取薏苡仁油提取率最高。提取效果与微波辐射能的吸收有关,介电常数越大,溶剂对微波辐射能的吸收越好,3种有机溶剂中乙醇的介电常数最大[4],而且无水乙醇的极性较大,吸收微波能后可以产生热效应破坏细胞壁,使薏苡仁油溶出[7],因此,乙醇的微波提取效果最好。从安全性考虑,无水乙醇毒性较低,提取的薏苡仁油安全性高,所以选择无水乙醇作为有机溶剂。
图2 提取溶剂对提取率的影响Figure 2 Effect of different solvents on the extraction rate
2.1.4 乙醇浓度对薏苡仁油提取率的影响 由图3可知,无水乙醇提取薏苡仁油提取率最高;乙醇浓度越高薏苡仁油提取率也越高,水的存在影响了薏苡仁油的提取。水对油脂的溶解性差,水的比例越高,溶剂对油脂的溶解度越低,微波辅助提取薏苡仁油应采用无水乙醇。
2.1.5 微波时间对薏苡仁油提取率的影响 由图4可知,随着微波提取时间的延长,薏苡仁油提取率增大,当微波时间达到10 min时,薏苡仁油提取率趋于平缓,而且微波时间的延长有可能破坏薏苡仁油中的某些活性成分,因此选择微波时间为10 min较为恰当。
图3 乙醇浓度对提取率的影响Figure 3 Effect of ethanol concentration on the extraction rate
图4 微波时间对提取率的影响Figure 4 Effect of time on the extraction rate
2.1.6 薏苡仁粒径对薏苡仁油提取率的影响 由图5可知,随着薏苡仁粒径的增大,薏苡仁油提取率迅速增加,薏苡仁粉末颗粒越小,与有机溶剂的接触面积越充分,薏苡仁油提取率越高;但是当超过100目时,薏苡仁油提取率反而呈现下降趋势,原因可能是薏苡仁粉末颗粒过小时,薏苡仁粉末颗粒分散于有机溶剂中,在分离的过程中使薏苡仁油不能完全分离,从而导致薏苡仁油提取率下降。因此薏苡仁粒径为100目时,薏苡仁油提取率最佳。
图5 薏苡仁粒径对提取率的影响Figure 5 Effect of comminution effect on the extraction rat
2.1.7 料液比对薏苡仁油提取率的影响 由图6可知,料液比达1∶10(m∶m)时,薏苡仁油提取率最高。料液比太小,微波无法充分发挥作用,但料液比太大时,过多的有机溶剂会吸收部分微波能,导致辐射样品的微波能减小,因此过大的料液比对微波提取是不利的。
图6 料液比对提取率的影响Figure 6 Effect of material ratio on the extraction rat
2.2 正交试验结果与分析
根据上述试验结果,选取微波时间、薏苡仁粒径、料液比3个较重要的单因素作为主要参数,以薏苡仁油提取率为评价指标,在单因素试验基础上,按照正交试验L9(33)进行试验,因素水平表见表1,正交试验结果见表2。其它因素对试验结果意义较小,选取单因素试验中最佳结果。
表1 因素水平表Table 1 Factor level table
表2 正交试验结果与分析Table 2 The results of orthogonal test
由表2可知,正交试验的最优实验方案是A2B3C2,该最优试验不在试验方案中,按照最优试验方案进行3次重复验证实验,薏苡仁油平均提取率为(7.58±0.04)%,所以微波法辅助提取薏苡仁油最佳工艺为微波时间10 min,料液比1∶12(m∶m),薏苡仁粉粒径100目。
3 结论
本研究测定了贵州薏苡仁中薏苡仁油含量为8.95%,薏苡仁油含量较高,具有很高的开发利用价值。通过单因素和正交试验,最终确定微波辅助法提取薏苡仁油的最佳工艺条件是:有机溶剂采用无水乙醇,微波时间10 min,料液比1∶12(m∶m),薏苡仁粉粒径100目。最佳提取工艺条件下,薏苡仁油提取率为7.58%,薏苡仁油提取效率达84.7%。
本研究采用微波辅助法提取薏苡仁油,无水乙醇作为有机溶剂,无水乙醇毒性较低,保证了薏苡仁油的安全性,微波辅助法提取薏苡仁油,提取速度快、周期短,可为薏苡仁油提取工艺技术提供了参考。
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