响应面优化栀子皮油和栀子肉油的提取工艺及品质分析

唐伟卓，满海燕，杨 涛，缪芝硕，祝廷辉，邝 鼎，陈建荣

(1.长沙学院 生物与环境工程学院，长沙 410022; 2.湖南洋利农林科技有限责任公司， 湖南 岳阳 414400)

栀子(GardeniajasminoidesEllis)是茜草科栀子属植物的干燥成熟果实，主产于江西、湖南等地。作为一味传统的中药材，栀子具有抗炎镇痛[1]、保肝利胆[2-3]、降低血糖[4]等作用。文献报道，栀子成熟果实富含油脂，含油量在15%～20%[5]。药理研究证实，栀子油具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、镇静等多种作用[6-9]。值得一提的是，干燥成熟栀子果实的果皮、果肉容易分离，且在质地和外观上差异较大[10]。民间和传统医书均有针对栀子果皮和果肉分开入药或炮制的用法。近年来，运用现代分析分离技术，阐释栀子果实不同部位的化学组成研究引起了较多关注[11-13]，主要涉及其中非油脂类成分，包括环烯醚萜类、有机酸类和色素类，而对于栀子果实不同部位中油脂的研究鲜有报道。

目前，文献报道了运用多种方法提取栀子油，如亚临界萃取法[14]、超声提取法[15]、超临界萃取法[16]、索氏提取法[17]等。然而，这些研究都是以栀子果实整体作为研究对象。从栀子皮和栀子肉不同部位角度，研究其油脂的回流提取工艺和脂肪酸组成尚未见报道。

本文以湖南岳阳的“林海1号”栀子品种为研究对象，应用响应面法对栀子皮和栀子肉中油脂的回流提取工艺进行优化。同时，对栀子皮油和栀子肉油的理化性质及脂肪酸组成和含量进行分析，以期为栀子油的综合利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

“林海1号”栀子果实，由湖南洋利农林科技有限责任公司提供，药材存放于长沙学院天然产物研究实验室(ZZ001)。正己烷，色谱纯，德国Merck公司；石油醚(60～90℃)、甲醇，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；脂肪酸标准品(纯度>98%)，青岛科创质量检测有限公司。

1.1.2 仪器与设备

HWS-28型电热恒温水浴锅，上海恒科学仪器有限公司；101A-2B型电热鼓风干燥箱，上海实验仪器厂股份有限公司；103B型高速中药粉碎机，瑞安市永利制药机械有限公司；TMT-3型电子天平，湖南湘仪天平仪器设备有限公司； RE-52AA型旋转蒸发器，上海荣生化仪器有限公司；SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵，巩义市英峪予华仪器厂；Thermo Fisher Trace 1310 ISQ气质联用仪，美国 Thermo Fisher Scientific。

1.2 实验方法

1.2.1 栀子油的提取

成熟栀子果实于50℃烘箱烘干，按皮、肉分离后粉碎过60目筛。分别称取10.0 g干燥栀子皮/肉粉末，加入石油醚100 mL至圆底烧瓶回流提取60 min，过滤，滤液回收溶剂，烘干至恒重后，得栀子油。按下式计算枙子油得率。

式中：y为栀子油得率；m1为栀子油质量，g；m2为原料质量，g。

1.2.2 栀子皮油、栀子肉油的理化性质测定

相对密度、折光指数、酸价、碘值、皂化值、过氧化值的测定分别参照GB/T 5518—2008、GB/T 5527—2010、GB 5009. 229—2016、GB/T 5532—2008、GB/T 5534—2008、GB 5009.227—2016进行测定。

1.2.3 栀子皮油、栀子肉油的脂肪酸组成分析

样品甲酯化：称取1.0 g油脂样品于圆底烧瓶中，先加入2 mL乙醚-正己烷(2∶1)溶液，再加入2 mL 5%氢氧化钾-甲醇溶液，摇匀，放置于40℃ 水浴中反应30 min。待反应完成后，冷却至室温，加入2 mL正己烷溶解，并转移到10 mL容量瓶中定容。静置24 h吸取上层有机相，经0.45 μm滤膜过滤，进气质联用仪测定。

气相色谱条件：TG-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气为高纯氦气(99.999%)，载气流速2.0 mL/min；升温程序为初始温度80℃，保持1 min，然后以10℃/min的速率升温到200℃，继续以5℃/min升温到250℃，最后以2℃/min的速率升温到270℃，保持3 min；进样口温度290℃；进样量1 μL；不分流进样，开阀时间1 min。

质谱条件：采用EI离子源；离子源温度280℃；溶剂延时5 min；电子能量70 eV；扫描范围30～400；分辨率1 000。

2 结果与讨论

2.1 栀子皮油、栀子肉油提取工艺的响应面优化实验

2.1.1 响应面优化实验

在前期单因素实验基础上，根据Box-Behnken实验设计原理，以栀子油得率(Y)为响应值，回流时间(A)、回流温度(B)、料液比(C)为自变量进行响应面优化实验。栀子皮油、栀子肉油提取响应面实验因素水平见表1，栀子皮油、栀子肉油提取响应面实验设计及结果见表2，回归模型方差分析见表3。

表1 栀子皮油、栀子肉油提取响应面实验因素水平

表2 栀子皮油、栀子肉油提取响应面实验设计及结果

表3 栀子皮油、栀子肉油提取的响应面实验方差分析

利用Design Expert 8.0.6软件对表2中的数据进行分析，计算各项回归系数，建立栀子皮油得率(Y1)、栀子肉油得率(Y2)分别与回流时间(A)、回流温度(B)及料液比(C)的二次多项回归方程为：

Y1=-42.38+0.18A+0.99B+0.40C+1.0×10-4AB-7.5×10-4AC+1.3×10-3BC-1.49×10-3A2-6.67×10-3B2-0.02C2(R2= 0.961 6)

Y2=-359.54+2.11A+7.82B+4.40C-1.9×10-3AB+2.13×10-3AC+1.52×10-3BC-0.02A2-0.05B2-0.23C2(R2= 0.970 7)

令回归方程等于0并对方程中的自变量分别求偏导，得到栀子皮油最优的回流提取工艺条件为回流时间60.52 min、回流温度75.39℃、料液比1∶12.3，栀子肉油最优的回流提取工艺条件为回流时间60.31 min、回流温度75.18℃、料液比1∶10.08，在最优提取工艺条件下，栀子皮油、栀子肉油得率分别可达2.340%和20.409%。

2.1.2 最佳工艺验证实验

为检验回流提取工艺条件的可靠性，在最佳工艺条件下进行3次验证实验，结果取平均值。考虑实际操作的方便和可行性，将栀子皮油的提取工艺条件调整为回流时间60 min、回流温度75℃、料液比1∶12，将栀子肉油的提取工艺条件调整为回流时间60 min、回流温度75℃、料液比1∶10。在上述工艺条件下进行验证实验，结果显示，栀子皮油和栀子肉油的得率分别可达2.35%和20.4%，与预测值接近，说明运用响应面法优化得到的栀子油回流提取工艺条件可靠性较高。

2.2 栀子皮油、栀子肉油的理化性质(见表4)

表4 栀子皮油、栀子肉油的理化性质测定结果

由表4可以看出，栀子皮油和栀子肉油理化性质接近，没有明显差异。栀子皮油和栀子肉油的酸价和过氧化值较低，均符合国家食用植物油卫生标准的要求。

2.3 栀子皮油和栀子肉油的脂肪酸组成(见表5)

由表5可以看出，栀子皮油和栀子肉油脂肪酸组成和相对含量存在一定的差异。其中，栀子皮油中共检出18种脂肪酸，以棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和二十碳烯酸为主，相对含量分别为21.86%、5.68%、9.07%、44.12%和10.46%；栀子肉油中共检出13种脂肪酸，主要含有棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和二十三烷酸，相对含量分别为17.57%、3.85%、21.88%、53.06%和1.33%。栀子皮油中不饱和脂肪酸含量比栀子肉油中的低，栀子皮油中二十碳烯酸类和高碳数饱和脂肪酸的种类比栀子肉油多，但是相对含量普遍较低。饱和脂肪酸中，栀子皮油中棕榈酸含量高于栀子肉油。而不饱和脂肪酸中，栀子皮油中油酸和亚油酸的含量均低于栀子肉油。

表5 栀子皮油和栀子肉油主要脂肪酸组成及相对含量

3 结 论

以“林海1号”栀子为研究对象，利用Box-Behnken响应面法优化回流提取栀子皮和果肉中油脂的工艺条件。结果表明：栀子皮油回流提取的最优工艺条件为回流时间60 min、回流温度75℃、料液比1∶12；栀子肉油回流提取的最优工艺条件为回流时间60 min、回流温度75℃、料液比1∶10。在最优工艺条件下，栀子皮油和栀子肉油得率分别可达2.35%和20.4%。栀子皮油和栀子肉油理化性质接近，酸价和过氧化值均符合国家食用植物油卫生标准要求。GC-MS分析结果显示，栀子皮油和栀子肉油的脂肪酸组成类型和含量存在一定的差异：栀子皮油主要以棕榈酸(21.86%)、硬脂酸(5.68%)、油酸(9.07%)、亚油酸(44.12%)、二十碳烯酸(10.46%) 为主，栀子肉油主要含有棕榈酸(17.57%)、硬脂酸(3.85%)、油酸(21.88%)、亚油酸(53.06%)和二十三烷酸(1.33%) 。