枸杞精油的提取及工艺优化

齐鑫裕，孙 涛，张 颖，徐丽娟

(银川能源学院，宁夏 银川 750105)

近年来，随着市场经济的迅速发展，枸杞产业已成为宁夏回族自治区支柱性产业之一[1]。目前，市场上的枸杞产品主要以枸杞干果和枸杞酒为主，对于枸杞下游产业链的延伸急待开发。枸杞味甘、性平、清心热，属于药食两用产品[2]，民间常用于养生保健。从枸杞干果中提取精油是枸杞精加工和综合利用的系列产品之一，具有进入市场的潜在能力。

本实验研究以宁夏中宁枸杞干果为试材，采用微波辅助萃取法提取其精油，利用单因素实验结合响应曲面法对枸杞精油的提取工艺进行优化，找出枸杞精油提取的最优条件，旨在为枸杞精油的高效获取提供技术参考和基础数据参考。

1 实验部分

1.1 材料、试剂及仪器

枸杞干果(宁夏中宁产枸杞),石油醚(30～60 ℃),苯、乙酸乙酯 ,无水乙醇，均为分析纯 。仪表恒温水浴锅；NK-MS600粉碎机；KJ2IB-B型微波炉；101FA-n型电热鼓风干燥箱；SHZ-D(III)循环水式多用真空泵；FA1104N电子天平；TDL80-2B台式离心机。

1.2 实验方法

1.2.1 枸杞精油的提取[3-4]

枸杞洗净晾干，于真空干燥箱中110℃干燥2h，冷却粉碎备用。准确称取枸杞样品6.8 g，置于100 mL平底烧瓶中，按液固比20∶1mL/g加入石油醚(3060℃)浸泡24h。放入微波炉中用中火加热8分钟，微波功率700W。加热后，取出，冷却，静置，抽滤，滤渣用石油醚洗涤3次，合并滤液，在水浴锅中加热除去石油醚。用离心机除去水分[2-3]。

1.2.2 枸杞精油收率计算

136mL溶剂抽滤得到提取液80mL，蒸馏回收得石油醚60mL，剩余液体20mL(精油和水的混合液)，洗渣，得到提取液56mL，再蒸馏，回收石油醚，最终得到枸杞精油和水的混合液共计16mL。

精油收率=离心后得到的精油量/总溶剂量×100%

1.3 单因素试验

以枸杞精油提取率为指标，考察微波提取功率(300、400、500、600、700、800W)，微波提取时间(2、4、6、8、10、12 min)，液固比(10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1)三个因素对枸杞精油出油率的影响。

1.4 响应曲面法设计实验

利用微博辅助浸提法提取枸杞精油并在单因素实验基础上，选择影响枸杞精油收率的三个最主要因素(微波功率、提取时间、液固比)作为变量，利用Design-Expert10软件对提取工艺进行优化，以精油的收率做为响应值，建立数学回归模型，找出提取枸杞精油的最优条件[5]。

表1 响应面分析试验的因素与水平

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 不同溶剂提取对枸杞精油收率的影响

萃取剂不同，其对枸杞精油的溶解性也各不相同。实验分别用石油醚(30～60℃)、无水乙醇、乙酸乙酯、蒸馏水等作为溶剂进行实验。结果表明，沸程为30～60℃的石油醚作为提取剂最为合适。因此本实验采用沸程为30～60℃的石油醚作为提取溶剂[6]。

2.1.2 液固比对枸杞精油收率的影响

在微波提取时间5min，微波功率700W，石油醚(30～60℃)，其他条件固定不变，考察液固比对枸杞精油收率的影响。

图1 液固比对枸杞精油收率的影响

由图1可以看出，随着液固比的上升，精油收率逐步上升，在液固比为20∶1mL/g处达到最大值。随着液固比的继续增大，精油收率开始下降，说明，溶剂用量增加提高了液固浓度差，同时增大了样品与溶剂的接触面积，有助于提高精油的扩散速度[7]。

2.1.3 微波功率对枸杞精油收率的影响

微波提取时间5min，液固比20∶1mL/g，石油醚(30～60℃)，其他条件固定不变，研究微波功率对枸杞精油收率的影响，结果见下图2。

图2 微波功率对枸杞精油收率的影响

从图2中可以看出，随着微波功率的上升，精油收率增大，当功率达到700W时，精油收率达到最大值。当功率继续增大，枸杞精油的收率出现下降趋势。主要是因为微波功率太低，对细胞的损害相对较弱，细胞不能全部破裂，精油与溶剂混合不够充分，使得收率变低。如果微波功率太大，一方面因石油醚沸点低易暴沸而不好控制，另一方面会造成精油成分变性[8]。

2.1.4 微波提取时间对枸杞精油收率的影响

微波功率700 W，液固比20∶1mL/g，石油醚(30～60℃)，其他条件固定不变，考察微波提取时间对精油收率的影响，得到结果见下图2～图3。

图3 微波提取时间对枸杞精油收率的影响

从图3可以看出，随着微波提取时间的增大，精油收率也逐渐增大，当时间为8min时精油收率达到最大值，之后随着提取时间的继续增加，精油收率开始下降。说明提取时间超过8min，枸杞会开始糊化导致溶液粘度增大，枸杞精油收率减少[9]。

2.2 响应面试验结果

利用微波辅助浸提法提取枸杞精油并在单因素实验基础上，选择影响枸杞精油收率的三个最主要因素(微波功率、提取时间、液固比)作为变量，利用Design-Expert10软件对提取工艺进行优化，以精油的收率做为响应值，得到二次多项回归方程：

Y=13.79-0.047A+0.00625B+0.014C+0.0075AB+0.0025AC+0.00BC-0.067A2-0.090B2-0.065C2。

方差分析结果如表2所示，一次项A、二次项A2、B2和C2的回归系数显著，回归模型的F=8.65，表明该模型显著，R2=0.9921，说明模型响应值的变化99.21%来自所选因变量，预测值与实测值之间具有高度的相关性，实验设计可靠。失拟项F=0.051，P>F>0.05，失拟项不显著，说明该方程能充分反映实际情况[10]。

表2 响应曲面试验设计及结果

表3 方差分析结果

各因素对枸杞精油提取率的影响因素为提取时间>微波功率>固液比，其中，B2对枸杞精油提取率的影响极显著，A，A2，B2，C2对其影响显著。回归模型的曲面图如图4～6所示。

从图4可以看出，枸杞精油收率随着液固比A和微波提取时间B的增加而增加。液固比A增加能增大液固两相中精油的浓度梯度，微波提取时间B的延长使精油充分扩散溶出，继而使得精油的收率提高[11]。故适当的增加液固比A和微波提取时间B可提高枸杞精油的收率。

图5 固液比A和微波功率C对枸杞精油收率D交互影响的响应曲面图

图5可以看出，枸杞精油收率随着液固比A和微波功率C的增加而逐渐增加。液固比A增加，能使得液固两相中精油的浓度梯度增大，继而使得精油溶出时的速率和收率提高。但溶剂的量增加的同时，回收溶剂时造成的资源浪费也会增加。微波功率C增加，使得枸杞细胞破碎充分，从而使枸杞细胞中的精油充分快速的流出溶于溶剂中，使得精油收率提高[12]。所以适当的增加液固比A和微波功率C可提高枸杞精油的收率。

图6 微波提取时间B和微波功率C对精油收率D交互影响的响应曲面图

如图6所示，枸杞精油收率随着微波提取时间B和微波功率C的增加而逐渐增加。微波提取时间B的延长使精油充分扩散析出，继而使得精油的收率提高。微波功率C增加，使得枸杞细胞破碎充分，从而使枸杞细胞中的精油充分快速的流出溶于溶剂中[13]，使得精油收率提高。所以适当的增加液固比A和微波功率C可提高枸杞精油的收率。

应用Design-Expert10软件中应用优化的数值函数，选择最低点作为模型集中范围内的起点，使用最大值优化[14]，优化得微波提取枸杞精油的理论工艺条件为：微波功574.808W，提取时间7.10143min，液态固体比为26.3007∶1 mL/g，在此条件下，枸杞的精油得率为13.799%。

2.3 提取工艺响应面分析结果验证

为了检验响应面法的可行性，对回归得到的最佳提取条件进行验证试验[15]。考虑到试验操作的可行性，将最优提取条件改为：微波功率575W，微波提取时间7min，液固比26∶1 mL/g，试验重复3次，在此条件下枸杞精油提取率为13.809 mg/g，与预测值基本一致。因此，响应面法优化所得的提取条件参数准确可靠，具有一定的实用价值。

3 结论

以石油醚为溶剂，采用微波辅助浸提法提取枸杞精油，通过单因素实验，Box-Behnken试验设计对微波辅助浸出工艺进行优化。最佳的萃取条件是：(30～60℃)石油醚作溶剂，575 W微波功率，提取时间为7min，液固比为26∶1 mL/g，枸杞精油的收率为13.809%。为进一步开发利用枸杞及其副产品提供了基础理论试验依据。