超声波辅助提取辣木籽油的工艺优化及其脂肪酸分析

丁鹏霞，李 蓉，李美萍，张生万，张金才

（1.山西大学生命科学学院，山西太原 030006；2.山西大学资源与环境工程研究所，山西太原 030006）

辣木（Moringa oleifera Lam.）又称鼓槌树、奇树，属辣木属（Moringa Adans.） 辣木亚目辣木科（Moringaceae）植物，多年生热带落叶乔木，是富含油的植物[1]，其中主要为不饱和脂肪酸，辣木籽油的脂肪酸成分及含量与橄榄油、茶油十分相似，被誉为油中珍品[2]，目前，在我国云南省已经被大量引进种植[3]。辣木籽种仁中含有丰富的蛋白质、脂肪等营养成分以及Fe，K等多种微量元素[4]；除此之外，它还是一种药食同源的植物，具有增强体力、减肥健身、降血脂、控制糖尿病、克服失眠、治疗贫血、抑制病菌等功效，是优质的保健食品原料[5-6]。

近年来，超临界-CO2[7]、水酶法[8]、索氏提取[9-10]等技术在植物油提取方面取得了很大进展。早期辣木的研究主要集中在辣木的种植[11]、育种、栽培技术[12-13]和饮水净化[14-15]等方面，近几年，随着人们对健康和疾病预防等方面的重视，研究者开始关注辣木籽中功能性成分的提取、分离和纯化[16]。段琼芬等[17]采用超临界CO2提取辣木籽油，并对其化学成分进行分析；刘红等[18]采用无水乙醇和乙酸乙酯浸提，然后进行气相色谱-质谱分析；刘骋[19]采用亚临界方法对辣木中的生物活性成分进行了初探。超声波提取技术主要利用超声波的空化作用加速植物中有效成分的浸出，同时其次级效应也有利于提取，具有省时、节能、提取效率高等特点。余建兴等[20]采用超声波辅助溶剂法提取辣木籽油，考察了液料比、提取时间、提取次数、超声波频率4个因素对辣木籽出油率的影响。而关于提取温度对其出油率的影响以及在最佳工艺条件下提取辣木籽油的脂肪酸成分及含量分析均未见文献报道。

本试验采用超声波辅助溶剂提取法，以出油率为评价标准，结合感官性状及成本，筛选出理想的提取溶剂，在溶剂提取优化的基础上，进一步研究了液料比、提取时间、提取温度、超声波功率对辣木籽出油率的影响，旨在确定辣木籽油的最佳提取工艺，并通过气相色谱/质谱（GC/MS）联用技术对辣木籽油的脂肪酸成分及含量进行分析鉴定，为辣木籽油品质评价及综合利用提供科学的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试辣木籽购于云南省元江健强公司。

1.2 仪器及试剂

九阳粉碎机（九阳股份有限公司）；0.42 mm标准检验筛（上虞市道墟镇恒幸仪器设备厂）；BS124S分析天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）；KQ3200DA型数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；SHB-IIIA循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；旋转蒸发器RE-52AA（上海亚荣生化仪器厂）；7890A-5975C气相色谱/质谱联用仪（美国Agilent公司）。

石油醚（沸点60～90℃）、乙醚、乙酸乙酯、正己烷、丙酮、甲醇、无水硫酸钠（天津市光复精细化工研究所）；氢氧化钾（天津市大陆化学试剂厂），以上试剂均为分析纯。

1.3 试验方法

1.3.1 辣木籽油的提取 取干燥辣木籽，除杂、去壳、籽仁粉碎、过0.42 mm筛，精确称取样品5.00 g，置于已烘干至恒质量的锥形瓶中，按比例加入一定量的乙酸乙酯、石油醚、正己烷、丙酮、乙醚，置于超声波清洗器中，超声波频率为40 kHz，在一定的液料比、提取时间、提取温度和超声波功率下进行提取，减压抽滤，浓缩回收得到辣木籽油，干燥至恒质量，按照公式（1）计算辣木籽的出油率，相同条件下平行测定3次，结果取其平均值。

1.3.2 单因素试验 在其他条件一定时，以出油率为指标，按照表1所示进行单因素试验。

表1 单因素试验因素及水平

1.3.3 正交试验设计 在单因素试验的基础上，设计4因素3水平的正交试验（表2），最终确定超声波辅助溶剂提取辣木籽油的最佳工艺，并对最优组合进行验证试验，试验结果重复3次，取平均值。

表2 超声波辅助提取正交因素和水平

1.3.4 辣木籽油脂肪酸组分分析

1.3.4.1 甲酯化 称取0.20 g油样于6 mL正己烷中，再加入1.4 mL 2 mol/L的KOH/CH3OH溶液，充分振荡2 min后，于室温下放置20 min。再加入2 mL蒸馏水，摇匀后待其分层，取澄清液，并加适量无水硫酸钠，从而完成样品的甲酯化过程[21]。

1.3.4.2 GC/MS分析条件 气相色谱条件：色谱柱为Rtx-Wax毛细管色谱柱（30m×0.25mm，0.25μm），载气为氦气，纯度99.999%，流速1.0 mL/min；进样量1 μL；分流比10∶1；进样口温度250℃。程序升温：初始温度50℃，保持2 min，以5℃/min升温至140℃，保持10 min，再以1℃/min升温至160℃，保持10 min，接着以1℃/min升温至180℃，保持10 min，再以1℃/min升温至200℃，保持10 min，接着以1℃/min升温至220℃，保持10 min，最后以2℃/min升温至230℃，保持17 min。

质谱条件：离子源为电子电离（EI）离子源，电子能量70 eV；离子源温度230℃；四级杆温度150℃，质量扫描范围m/z为30～500；扫描模式为全扫描。

1.3.4.3 定性和定量分析 在1.3.4.2条件下对样品进行测定，通过质谱解析以及NIST 11库检索，确定总离子流色谱图中各个色谱峰所对应的化合物结构，采用峰面积归一化法对化合物的相对含量进行定量分析。

2 结果与分析

2.1 辣木籽种仁含油率的测定

参照中华人民共和国国家标准GB/T14488.1—2008方法，测得辣木籽种仁干基中含油率平均值为37.40%。

2.2 溶剂的选择

准确称取辣木籽种仁粉末10 g于带塞磨口三角瓶中，分别用石油醚、乙醚、正己烷、乙酸乙酯和丙酮提取辣木籽油，设置液料比为8∶1，超声波功率60 W，提取温度30℃，提取时间30 min，结果如图1所示。

由图1可知，5种溶剂提取辣木籽油的出油率大小顺序为乙酸乙酯＞石油醚＞正己烷＞乙醚＞丙酮，乙酸乙酯提取辣木籽油的出油率最高，石油醚和正己烷次之，乙醚和丙酮最低。由于乙酸乙酯所提取的辣木籽油颜色较深，呈棕褐色且有沉淀析出，感官性状较差，因此，乙酸乙酯虽然出油率高但不适合用于辣木籽油的提取；石油醚的出油率相对较好，且价格便宜。综合考虑，选择石油醚为辣木籽油的最佳提取溶剂。

2.3 单因素试验

2.3.1 提取时间对辣木籽出油率的影响 为了解提取时间对辣木籽出油率的影响，试验条件设溶剂为石油醚，超声波功率为60 W，提取温度为30℃，液料比为8∶1，改变提取时间，不同时间提取辣木籽油的结果如图2所示。

由图2可知，在10～30 min范围内，随着提取时间的延长，辣木籽出油率明显增加，当提取时间为30 min时，出油率达到最大；之后继续延长提取时间，出油率无明显变化。故选择提取时间为30min。

2.3.2 液料比对辣木籽出油率的影响 为了解液料比对辣木籽出油率的影响，试验条件设为溶剂石油醚，超声波功率60 W、提取温度30℃、提取时间30 min，改变液料比，不同液料比提取辣木籽油的结果如图3所示。

由图3可知，随着液料比增加，辣木籽出油率呈上升趋势，当液料比为8∶1（mL/g）时，出油率达到最大；之后随液料比的增加，出油率无明显变化。可能是因为随着提取剂用量的加大，提取液中的渗透压增加，越容易将辣木籽油提取出来，当提取剂用量达到一定程度时，辣木籽中的油脂已经基本溶出。故选择液料比为8∶1（mL/g）。

2.3.3 提取温度对辣木籽出油率的影响 为了解提取温度对辣木籽出油率的影响，试验条件设为溶剂石油醚，超声波功率为60 W，液料比为8∶1，提取时间30 min，改变提取温度，不同温度下辣木籽油的结果如图4所示。

由图4可知，随着提取温度的升高，出油率逐渐增大，当提取温度为40℃时，出油率达到最大；之后随提取温度的升高，出油率变化不明显。可能是因为随着提取温度的升高，使得溶剂分子在物质中的运动速度加快，从而提高了出油率，当达到一定温度时，辣木籽中的油脂已经基本溶出，出油率不再升高。故选择提取温度为40℃。

2.3.4 超声波功率对辣木籽出油率的影响 为了解超声波功率对辣木籽出油率的影响，试验条件设为溶剂石油醚，液料比8∶1，提取时间30 min，提取温度40℃，改变超声波功率，不同超声波功率下提取辣木籽油的结果如图5所示。

由图5可知，随着超声波功率的增加，辣木籽出油率呈上升趋势，当超声波功率为150 W时，辣木籽出油率达到最大，但超声波功率从120 W增加至150 W时，出油率增加幅度甚微。为了节约能耗，故选择超声波功率为120 W。

2.4 正交试验

根据单因素试验结果，每个因素选取3个水平，采用L9（34）正交设计，按1.3.1方法进行因素水平优化试验，以出油率为评价指标，选出超声波辅助溶剂提取辣木籽油的最优条件。

由表3可知，4个因素对辣木籽出油率的影响大小依次为D＞A＞B＞C，即超声波功率＞提取时间＞液料比＞提取温度，说明超声波功率在辣木籽油的提取过程中起着重要作用；正交优化后最优提取组合为A1B2C2D1，即以8∶1作为液料比，超声波功率为90 W，在35℃下提取20 min。在此条件下，验证试验得到辣木籽油提取率达到了96.50%。相对于一般的溶剂提取法，超声波辅助溶剂提取辣木籽油，缩短了提取时间，提高了提取效率。

表3 超声波辅助提取辣木籽油正交试验结果

2.5 辣木籽油脂肪酸成分分析结果

表4 辣木籽油的GC/MS脂肪酸分析结果

对超声波辅助溶剂提取的辣木籽油的脂肪酸成分进行测定，通过质谱解析以及NIST 11库检索，确定总离子流色谱图中各个色谱峰所对应的化合物结构，采用峰面积归一化法对化合物的相对含量进行定量分析。总离子流色谱图如图6所示，解析结果列于表4。

由表4可知，辣木籽油中共检测出20种脂肪酸，有9种不饱和脂肪酸，其含量占到总脂肪酸成分的79.87%，其中，以单不饱和脂肪酸（MUFA）为主，油酸的含量最高，为65.99%；多不饱和脂肪酸（PUFA）主要包括ω-6系列的亚油酸和ω-3系列的亚麻酸，二者含量为1.04%；另外还有23.78%的饱和脂肪酸。

由表5可知，本试验采用超声波辅助溶剂提取辣木籽油较文献[17，19]方法操作简单、成本低，且脂肪酸种类较多，尤其是不饱和脂肪酸；与文献[18]研究结果相比，出油率和油酸含量均较高；与文献[20]相比，虽然出油率相差不大，但是本试验分析了脂肪酸种类及含量。这些区别与原料来源和提取方法的不同有关。

辣木籽油中含有油酸、亚油酸、亚麻酸等功能性成分，其中油酸所占比例较大。医学表明，油酸具有选择性地降低人体血液中总胆固醇、低密度脂蛋白的含量，并保持有益胆固醇（高密度脂蛋白）的作用，从而抑制血管中血栓的形成，可有效预防冠心病等心脑血管疾病的发生；亚油酸、亚麻酸是胎儿神经发育的重要物质[22]。由此可见，辣木籽油具有较高的食用及医用价值。

表5 本研究与文献的比较

3 结论

本研究采用超声波辅助溶剂提取辣木籽油，并对其提取工艺进行优化，结果得出，提取辣木籽油的最佳工艺为：溶剂石油醚，液料比 8∶1（mL/g），超声波功率90 W，提取温度35℃，提取时间20 min。在此条件下，验证试验得到的出油率为36.10%，提取率为96.50%。通过气相色谱/质谱（GC/MS）联用技术对辣木籽油中的脂肪酸成分进行分析，确定脂肪酸结构的有20种，有9种不饱和脂肪酸，其含量占总脂肪酸的79.87%，以单不饱和脂肪酸为主，其中，Z-9-十八碳烯酸即油酸含量最高，为65.99%。

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