有机溶剂浸提—水蒸气组合法提取杜仲籽油工艺的研究

摘要：以杜仲籽为原料，采用有机溶剂浸提与水蒸气蒸馏组合的方法提取杜仲籽油，在单因素试验的基础上，采用Box-Behnken中心组合设计原理设计4因素3水平试验优化杜仲籽油的提取工艺。结果表明，采用有机溶剂浸提与水蒸气蒸馏组合法提取杜仲籽油的最佳条件为：样品粒度>80～100目，超声处理时间15 min，料液比1 g ∶7 mL，蒸馏时间4 h，在此条件下杜仲籽油的提取率为2026%。

关键词：杜仲籽油；有机溶剂；水蒸气；提取工艺

中图分类号： TS2244文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）21-0216-03

收稿日期：2016-05-24

基金項目：陕西省教育厅项目（编号：14JK2017）；陕西国际商贸学院校级科研课题（编号：SMXY201634）。

作者简介：赵欣（1985—），女，重庆梁平人，硕士，讲师，主要从事中药材鉴定以及质量标准方面的教学与科研工作。E-mail：zx420355@163com。

杜仲（Eucommia ulmoides Oliver）是我国特有的经济树种和名贵中药材，又名思仲、思仙等，为杜仲科杜仲属多年生落叶乔木，属被子植物门杜仲科杜仲属，为一科一属落叶乔木，广泛分布于四川、陕西、湖北、河南、贵州、云南、江西、甘肃、湖南及广西等地区1]。杜仲籽是杜仲种植业的副产品。杜仲籽油中90%以上脂肪酸为不饱和脂肪酸，其中亚油酸占 11%～13%，α-亚麻酸占61%～63%，杜仲籽油是目前发现的高α-亚麻酸天然植物油之一2-4]。亚油酸和α-亚麻酸5]均是人体必需脂肪酸6-7]，因此杜仲籽油在食品、药品及化妆品行业具有广阔的开发前景8]。

目前，尚未见组合法提取杜仲籽油的报道。一般利用有机溶剂，采用索氏回流法提取杜仲籽油，此方法得到的杜仲籽油常含有大量的植物蜡、糖类、蛋白质和色素等杂质。采用有机溶剂浸提-水蒸气法提取杜仲籽油，可以得到杂质含量少、颜色和气味纯正的杜仲籽油。本研究以杜仲籽粒为原材料，采用有机溶剂浸提-水蒸气法提取杜仲籽油，旨在探索出组合法提取杜仲籽油的最佳工艺条件，为其在食品、药品和化妆品领域的应用8-9]奠定基础。

1材料与方法

11材料与仪器

杜仲籽采自陕西省略阳县；石油醚（沸程30～60 ℃）购自成都科龙化工试剂厂；蒸馏水，实验室制。

FW-400A倾斜式万能粉碎机购自北京中兴伟业仪器有限公司；RE-52AA旋转蒸发器购自上海亚荣生化仪器厂；KH-50B型超声波清洗器购自昆山禾创超声仪器有限公司；索氏提取器、挥发油提取器。

12试验方法

121杜仲籽油提取工艺流程及其提取率的计算

杜仲籽FY（]40～50 ℃烘干FY）]杜仲干籽FY（]粉碎、过标准筛FY）]一定样品粒度的杜仲籽粉末FY（]浸入石油醚FY）]超声处理FY（]索氏回流提取FY）]杜仲籽粗脂肪FY（]水蒸气蒸馏FY）]杜仲籽油

杜仲籽油提取率=SX（]油质量（g）杜仲籽样品质量（g）SX）]×100%。

122单因素试验

1221样品粒度对杜仲籽油提取率的影响称取一定量的杜仲籽粉末样品，用滤纸筒包裹好，置于装有石油醚的烧杯中，于超声频率40 kHz、超声功率50 W的条件下，超声处理15 min，放入索氏提取器中，调节水浴锅温度至60 ℃，回流提取6 h，收集回流液旋转蒸发得到杜仲籽粗脂肪。根据粗脂肪的质量按料液比1 g ∶7 mL加入蒸馏水，蒸馏精制4 h，测量得到的杜仲籽油的质量，计算提取率。样品粒度分别为 20～40、>40～60、>60～80、>80～100、>100～120目，每个水平重复3次。

1222超声时间对杜仲籽油提取率的影响按“1221”节的方法，超声处理时间分别设置为5、10、15、20、25 min，其他条件不变，进行提取并计算提取率。每个水平重复3次。

1223料液比对杜仲籽油提取率的影响按“1221”节的方法，料液比分别设置为1 ∶3、1 ∶5、1 ∶7、1 ∶9、1 ∶11（g ∶mL），其他条件不变，进行提取并计算提取率。每个水平重复3次。

1224蒸馏时间对杜仲籽油提取率的影响按“1221”节的方法，蒸馏时间分别设置为1、2、3、4、5 h，其他条件不变，进行提取并计算提取率。每个水平重复3次。

123响应面法优化杜仲籽油的提取在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken中心组合设计的实验原理，分别以X1、X2、X3、X4为代表样品粒度、超声时间、料液比、蒸馏时间4个因素，每一个自变量的低、中、高试验水平分别以-1、0、1进行编码，以杜仲籽油提取率为响应值（Y），进行4因素3水平共29个试验点的响应面分析试验，对杜仲籽油的提取工艺进行优化，因素水平编码见表1，每组平行试验3次。

13数据处理

响应面试验数据用Design ExPert 8061软件处理，其他数据用SPSS进行显著性分析，001

2结果与分析

21单因素试验

211样品粒度对杜仲籽油提取率的影响

称取杜仲籽粉末10 g，按“1221”节的方法提取杜仲籽油，并计算提取率。样品粒度对杜仲籽油提取率的影响结果见图1。由图1可知，随着杜仲籽粉末的粒度逐渐减小，杜仲籽油的提取率逐渐上升，根据扩散定律10]：药材粉碎度越细，浸出效果越好，成分得率越高。当杜仲籽粉末粒度超过100目时，杜仲籽油的提取率呈现下降趋势，可能是样品粒度过小，超声处理时溢出的油被破坏分解，也可能是样品粒度越小，其他组分浸出的可能性增大，蒸馏精制时阻碍了杜仲籽油的蒸出。

212超声处理时间对杜仲籽油提取率的影响

称取杜仲籽粉末10 g，按“1222”节的方法提取杜仲籽油，并计算提取率。超声处理时间对杜仲籽油提取率的影响结果见图2。由图2可知，随着超声处理时间的延长，杜仲籽油提取率呈现先上升后下降的趋势。在5～15 min内，随着超声处理时间

的增加，杜仲籽油的提取率逐渐上升，这是由于超声处理可以增加细胞的破碎程度，有利于杜仲籽油的溢出。当超声处理超过15 min时，杜仲籽油的提取率缓慢下降，这可能是超声处理产生热效应，使得少部分杜仲籽油挥发，导致提取率下降。

213料液比对杜仲籽油提取率的影响

称取杜仲籽粉末10 g，按“1223”节的方法提取杜仲籽油，并计算提取率。料液比对杜仲籽油提取率的影响结果见图3。由图3可知，随着料液比的增加，杜仲籽油的提取率逐渐上升，当料液比达到 1 g ∶7 mL 时，再增加溶液的量，杜仲籽油的提取率变化不大。这主要是由于溶液的量增加杜仲籽粉末的浓度，增加杜仲籽粉末和溶液接触面的浓度差11]，使传质推动力增加，有利于杜仲籽油的溢出。当继续增加溶液时，其提取率变化不大，从节约资源方面考虑，选择最佳料液比为1 g ∶7 mL。

214蒸馏时间对杜仲籽油提取率的影响

称取杜仲籽粉末10 g，按“1224”节的方法提取杜仲籽油，并计算提取率。蒸馏时间对杜仲籽油提取率的影响结果见图4。由图4可知，杜仲籽油的提取率随着时间增加呈现先上升后平稳的趋势，这主要是随着时间推移杜仲籽油蒸馏精制量累积的结果，4 h后继续蒸馏精制提取率变化不大，说明该条件下杜仲籽油已完全蒸出。

22响应面法优化杜仲籽油的提取条件

221响应面试验设计及结果分析

在单因素试验结果的基础上，选择样品粒度（X1）、超声处理时间（X2）、料液比（X3）和蒸馏时间（X4）4个因素，以杜仲籽油的提取率为响应值，采用Box-Behnken的中心组合试验设计原理，设计4因素3水平试验优化杜仲籽油的提取条件。响应面试验方案及结果见表2，方差分析见表3。

利用Design ExPert 8061软件处理所得数据，得到杜仲籽油提取率预测的二次多元回归模型为：

Y=2039-119X1-051X2+087X3+098X4+043X1X2-076X1X3-022X1X4-119X2X3-098X2X4-152X3X4-647X12-359X22-262X32-181X42。

由表3可知，模型P<0000 1，F=6248>F001（14，4）=1424，表明该模型极显著；模型的R2=9842%，说明该模型可以预测9842%响应值的变化；失拟项P=0264 1>005，F=200X4>X3>X2，即样

品粒度>蒸馏时间>料液比>超声处理时间。

222因素间交互作用结果与分析

响应曲面的坡度越陡峭，则表明因素间交互作用对响应值的影响越显著12]。由图5至图8可知，样品粒度与超声处理时间之间的交互作用、超声处理时间与料液比之间的交互作用、超声处理时间与蒸馏时间之间的交互作用和料液比与蒸馏時间的交互作用均对杜仲籽油的提取率呈显著性影响。其中超声处理时间与料液比之间的交互作用和料液比与蒸馏时间的交互作用对杜仲籽油提取率的影响最为显著。

根据模型优化得到最佳工艺条件为：样品粒度7781目，超声处理时间1432 min，料液比1 g ∶728 mL、蒸馏时间426 h，在该条件下模型预测杜仲籽油的提取率为2067%。为方便实际操作，将最佳工艺条件修正为：样品粒度>80～100目，料液比1 g ∶7 mL，超声处理时间15 min，蒸馏时间 4 h，在此条件下测得杜仲籽油提取率为2026%，与理论值2067%相比，相对误差为198%，因此采用响应面法优化杜仲籽油的提取工艺，所得最佳工艺参数准确可靠。

3结论

本研究以杜仲籽为原材料，以杜仲籽油的提取率为指标，在单因素试验的基础上，采用Box-Behnken中心组合设计原理设计4因素3水平试验优化杜仲籽油的提取条件，结果表明，采用有机溶剂浸提-水蒸气组合法提取杜仲籽油的最佳条件为：样品粒度>80～100目，超声处理时间15 min，料液比1 g ∶7 mL，蒸馏时间4 h，在此条件下杜仲籽油的提取率为2026%。

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