响应面法优化超临界CO2萃取金花葵籽油工艺

吴晓宗 ，郝莉花，赵光远 ，纵 伟

(1.郑州轻工业学院 食品与生物工程学院，郑州450000； 2.河南省产品质量监督检验院，郑州 450000)

响应面法优化超临界CO2萃取金花葵籽油工艺

吴晓宗1，郝莉花2，赵光远1，纵 伟1

(1.郑州轻工业学院 食品与生物工程学院，郑州450000； 2.河南省产品质量监督检验院，郑州 450000)

为有效提取金花葵籽油，采用响应面法优化超临界CO2萃取金花葵籽油工艺条件。在单因素试验基础上，选择萃取压力、萃取温度、萃取时间为影响因素，以金花葵籽油得率为响应值，采用中心组合 Box-Behnken 试验设计建立数学模型进行响应面分析，并对金花葵籽油脂肪酸组成进行分析。结果表明：超临界CO2萃取金花茶籽油最佳工艺条件为萃取压力32 MPa、萃取温度40℃、萃取时间120 min，金花葵籽油得率为(22.9±0.2)%；金花葵籽油中脂肪酸组成以不饱和脂肪酸为主，占76.12%，其中棕榈油酸0.58%、亚油酸35.65%和油酸39.89%。超临界CO2萃取可作为萃取金花葵籽油的有效方法，金花葵籽油可作为食用保健油开发。

金花葵籽油；超临界CO2；脂肪酸；响应面法

金花葵(HibiseusmanihotL.)为锦葵科植物，分布在我国河北省，是濒临绝种的植物之一[1-2]。近年来，人们发现金花葵中含有丰富的黄酮、多糖等成分，具有抗氧化、降血糖、降血脂等功效[3-5]，开始进行大量种植，目前国内已有许多金花葵种植基地，如太行山东部山麓地区、晋中晋南地区、河南南阳地区等。金花葵籽是金花葵果实中的种仁，其油中含有丰富的油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸[6-7]，具有降血脂、降血压作用[8-9]。

目前，对金花葵籽油成分的研究已有报道，但其提取工艺研究方面鲜有报道。超临界CO2萃取技术是萃取种子油的有效方法[10-12]，但在金花葵籽油的萃取中还未见文献报道。因此，本试验采用响应面法优化超临界CO2萃取金花葵籽油工艺条件，建立超临界CO2萃取金花葵籽油的数学模型，并采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对金花葵籽油进行脂肪酸组成分析，以期为金花葵籽油的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

SFE-2超临界萃取设备, 美国ASI公司；RE-52AA旋转蒸发器,上海亚荣生化仪器厂；Trace 气相色谱-质谱联用仪，美国Finnigan公司。

1.2 试验方法

1.2.1 金花葵籽油超临界 CO2萃取

称取一定质量的金花葵籽(W1)放入萃取器中，打开萃取釜进气阀进行萃取，萃取结束后，减压分离，得金花葵籽萃取物，然后加入无水硫酸钠进行脱水，脱水后称量金花葵籽油质量(W2)，按下式计算金花葵籽油得率(Y)。

1.2.2 金花葵籽油脂肪酸组成分析

甲酯化:取金花葵籽油50mg置于10mL具塞试管中，加入0.5mL苯、0.5mL乙醚和1mL2%氢氧化钠甲醇溶液，45℃条件下水浴20min进行甲酯化，然后冷却，加水定容至10mL，待分层后，弃去水相，取上清液进行GC-MS测定。

GC条件:PEG20M色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；载气为高纯N2，流速0.80mL/min；进样方式为260℃分流，分流流速为32mL/min；柱温升温程序为起始温度180℃，终止温度240℃，升温速率3.0℃/min，240℃维持10min。

他的事业不断扩展，大部分时间，他在北京、南京、西宁、鄂尔多斯。但每年都会拿出一段时间外出进修。他还记得她的眼睛是怎样黯淡下去，似乎这些年他进修、参加音乐会，都与这黯淡下去的目光有关。

MS条件：离子化方式EI+；发射电流200μA；电子能量70eV；接口温度250℃；离子源温度200℃；检测器电压350V。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 萃取压力对金花葵籽油得率的影响

在萃取温度40℃、萃取时间120min、CO2流量400g/min、分离压力6MPa时，不同萃取压力(20、25、30、35、40MPa)对金花葵籽油得率的影响见图1。

图1 萃取压力对金花葵籽油得率的影响

由图1可知，随着萃取压力的升高，金花葵籽油得率提高，但萃取压力达到30MPa后，继续增加萃取压力，金花葵籽油得率增加缓慢。这是因为萃取压力增大，CO2流体密度增加，对溶质溶解度增加[13]，但继续增加压力，溶质溶解能力会降低，并且设备的操作和维护费用会增加。因此，萃取压力采用30MPa。

2.1.2 萃取温度对金花葵籽油得率的影响

在萃取压力30MPa、萃取时间120min、CO2流量400g/min、分离压力6MPa时，不同萃取温度(30、35、40、45、50℃)对金花葵籽油得率的影响见图2。

图2 萃取温度对金花葵籽油得率的影响

由图2可知，萃取温度较低时，金花葵籽油得率随着萃取温度的升高而提高，在40℃时金花葵籽油得率达到最大，但继续升高萃取温度，金花葵籽油得率反而有所下降。这是因为萃取温度对溶质的溶解度有正负两方面的影响，一方面温度的升高可增大溶剂的扩散系数，有利于萃取；另一方面温度升高，CO2密度下降，使溶质溶解度降低，不利于萃取[14]。因此，萃取温度以40℃为宜。

2.1.3 萃取时间对金花葵籽油得率的影响

在萃取压力30MPa、萃取温度40℃、CO2流量400g/min、分离压力6MPa时，不同萃取时间(30、60、90、120、150min)对金花葵籽油得率的影响见图3。

图3 萃取时间对金花葵籽油得率的影响

由图3可知，萃取时间120min内，金花葵籽油得率随着萃取时间的延长而提高，但当萃取时间超过120min后，得率增加不显著(P>0.05)。这是由于120min时，萃取已经基本达到平衡，再继续延长萃取时间，会造成成本增加。因此，选择萃取时间为120min。

2.2 响应面优化试验

在单因素试验的基础上，以金花葵籽油得率(Y)为指标，萃取压力(A)、萃取温度(B)和萃取时间(C)为因素，进行三因素三水平17 个试验点的响应面试验，响应面试验因素与水平见表1，响应面试验设计及结果见表2。

表1 响应面试验因素与水平

表2 响应面试验设计及结果

运用Design Expert 8.0.5b软件对表2试验结果进行多元回归拟合，得金花葵籽油得率与各因素的二次多项式回归模型：Y=26.36-0.19A-0.05B+0.26C-0.38AB-0.15AC-0.62BC-3.51A2-1.78B2-1.65C2。

对回归模型进行方差分析和回归系数显著性检验，结果见表3。

表3 模型方差分析和回归系数的显著性检验

运用Design Expert 8.0.5b软件，采用Box-Behnken设计对试验结果进行优化分析，确定最佳萃取条件为：萃取压力32 MPa，萃取温度40℃，萃取时间120 min。在最佳萃取条件下预测金花葵籽油得率为22.7%。采用上述优化条件进行3次验证试验，金花葵籽油得率实测值为(22.9±0.2)%，表明实测值与预测值基本吻合，该模型能较好地预测金花葵籽油得率。

2.3 金花葵籽油的脂肪酸组成

对上述最佳工艺条件下萃取得到的金花葵籽油进行GC-MS 分析，并通过与标准色谱图对照，鉴定出金花葵籽油主要脂肪酸组成如表4所示。

表4 金花葵籽油主要脂肪酸组成及相对含量

由表4可知，金花葵籽油中不饱和脂肪酸有棕榈油酸(0.58%)、亚油酸(35.65%)和油酸(39.89%)，不饱和脂肪酸含量达到76.12%。近年来研究表明，不饱和脂肪酸对人体具有抗血栓、降血脂、预防心血管疾病等功能[15]。因此，金花葵籽油是一种具有保健作用的油脂资源。

3 结 论

超临界 CO2萃取金花葵籽油最佳工艺条件为：萃取压力32 MPa，萃取温度40℃，萃取时间120 min。在最佳萃取条件下金花葵籽油得率为(22.9±0.2)%。金花葵籽油中脂肪酸组成以不饱和脂肪酸为主，占76.12%，其中棕榈油酸0.58%、亚油酸35.65%和油酸39.89%。金花葵籽油可以作为一种食用保健油进行开发。

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OptimizationofsupercriticalcarbondioxideextractionofHibiseusmanihotL.seedoilbyresponsesurfacemethodology

WU Xiaozong1，HAO Lihua2，ZHAO Guangyuan1,ZONG Wei1

(1.College of Food and Bioengineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450000,China； 2.Henan Institute of Product Quality Supervision and Inspection,Zhengzhou 450000, China)

In order to extractHibiseusmanihotL. seed oil (HSO), response surface methodology was used to optimize the conditions of supercritical carbon dioxide extraction ofHibiseusmanihotL. seed oil. Based on single factor experiment, with extraction pressure, extraction temperature and extraction time as factors and yield ofHibiseusmanihotL. seed oil as index, the mathematical model was established by central composite experiment (Box-Behnken) for response surface analysis, and the fatty acid composition ofHibiseusmanihotL. seed oil was analyzed. The results showed that the optimal extraction condition were obtained as follows: extraction pressure 32 MPa, extraction temperature 40℃, and extraction time 120 min. Under the optimal conditions, the yield ofHibiseusmanihotL. seed oil was (22.9±0.2)%. The main fatty acids ofHibiseusmanihotL. seed oil were unsaturated fatty acids, which accounted for 76.12%, and the contents of palmitoleic acid, linoleic acid and oleic acid were 0.58%, 35.65% and 39.89% respectively. The research indicated that supercritical carbon dioxide extraction was a suitable method for extractingHibiseusmanihotL. seed oil andHibiseusmanihotL. seed oil could be developed as edible healthy oil.

HibiseusmanihotL. seed oil； supercritical carbon dioxide； fatty acid； response surface methodology

2017-03-01；

：2017-04-20

河南省高校科技创新团队(16IRTSTHN010)；河南省科技创新人才计划 (2017JR0002)

吴晓宗(1981)，男，讲师，博士，研究方向为食品加工工艺(E-mail)wuxzong@126.com。

纵 伟，教授(E-mail)zongwei1965@126.com。

TS225.6；S565.5

：A

：1003-7969(2017)07-0015-04