响应面法优化水酶法提取海洋微藻藻油的研究*

宋雨雨 竺佳杰 张雨倩 陈文伟*

（中国计量大学生命科学学院，浙江杭州 310018）

海洋微藻是一种生长周期短、安全性高的光合自养型生物，是重要的海洋资源，富含人体所需要营养物质，如脂质、色素、类胡萝卜素、藻多糖等营养活性成分。海洋微藻具有多种药理保健功能，具有较高的经济价值，如微藻中的叶黄素可以降低光线对眼睛的危害，预防白内障；藻多糖可以显著改善人体免疫力和抗病毒感染能力。海洋微藻能把光合作用产物转为脂质并储存起来，是获取脂类资源的良好生物来源。

传统的油脂提取技术包括溶剂提取法和物理压榨法。溶剂提取法使用的化学试剂具有一定的安全隐患，物理压榨法动力消耗量大，所得产品粕残油量高。水酶法是一种在酶法基础上发展形成的脂类提取方法，根据非油物质对水、油两相亲和程度的不同，选用适宜的酶破坏植物细胞壁，再经物理机械处理，释放出细胞内部的脂质，并回收反应副产物的技术。相比于传统的物理化学方法，水酶法具有显著的优越性：反应更加温和，能最大程度地保留营养成分；油脂精炼工艺流程少，能大大降低能耗等。

因此，以水酶法提取海洋微藻藻油，有利于充分开发海洋藻类资源，在食品、医药保健、化工能源及环境保护等领域有重要的经济开发价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

海洋微藻粉末（裂殖壶藻），自制；复合蛋白酶，上海华蓝化学科技有限公司；磷酸盐等试剂均为分析纯。

1.2 仪器

CT14RD 高速冷冻离心机，上海天美生化仪器设备有限公司；DHG-9146A 电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏仪器设备有限公司；KQ22000DE 超声仪，昆山超声仪器有限公司；PL403 电子分析天平，梅特勒-托利多仪器上海有限公司；HHS 电热恒温水浴锅，上海博讯实业有限公司医疗设备厂。

1.3 微藻藻油提取工艺

藻粉→超声溶解→酶解→提取→离心→浓缩→藻油

称取适量海洋微藻粉末，加入缓冲溶液，超声溶解后，加入适量复合蛋白酶并充分振荡，一定温度下酶解一定时间后，离心，上清液旋蒸浓缩产物为藻油。

1.4 微藻藻油提取率计算

海洋微藻藻油提取率计算公式如下：

式中：η——藻油提取率，%；

m1——海洋微藻藻粉质量，g；

m2——藻油质量，g。

1.5 数据分析与处理

根据Design-Expert8.0 软件设计影响因素组合试验，分别以酶解时间（h）、酶添加量（%）、酶解温度（℃）、料液比为自变量，对海洋微藻藻油的提取工艺进行优化。

2 结论与分析

在前期研究的基础上，以酶添加量2.0%、料液比1∶25、酶解时间2.0 h、酶解温度45 ℃为中心值，变化步长分别为0.5、5、0.5、5 的响应面组合设计试验，优化水酶法提取海洋微藻藻油工艺。设计组合与结果分别见表1、表2，回归方程方差分析结果见表3。

表1 试验因素和水平编码值表

表2 二次回归正交旋转组合设计结构矩阵及试验结果

表3 回归方程方差分析

根据对试验数据的多重回归分析，可以得到以海洋微藻藻油提取率（%） 为响应值的二阶多项式回归方程：

其中，Y 为海洋微藻藻油提取率（%），X1为酶添加量（%），X2为料液比，X3为酶解时间（h），X4为酶解温度（℃）。

自变量作用情况与等高线图形状相呼应。各项自变量对海洋微藻藻油提取率的影响可以通过曲面的陡斜度来呈现，曲面越斜，影响越明显，反之亦然。此外，等高线图对应椭圆的离心率表示自变量两两之间互作的效果，越形似椭圆，效果越好。图1 分别表示：料液比与酶添加量、酶解时间与酶添加量、酶解温度与酶添加量、酶解时间与料液比、酶解温度与料液比、酶解温度与酶解时间相互作用的等高线图。

图1 各因素间的互作图

通过回归方程，得到海洋微藻藻油的最佳提取工艺为：酶添加量2.0%，料液比1∶27，酶解时间2.0 h，酶解温度45 ℃，此条件下海洋微藻藻油的理论提取率为17.1%，通过试验验证得到此条件下藻油的实际提取率为17.4%。

3 结论

海洋微藻含有丰富的脂类物质，从微藻中提取藻油是当今海洋资源技术开发的热点。通过水酶法对海洋微藻藻油进行提取，运用响应面法优化海洋微藻藻油的提取工艺。结果表明，微藻藻油最佳提取工艺为：酶添加量2.0%，料液比1∶27，酶解时间2.0h，酶解温度45℃，此条件下海洋微藻藻油的提取率为17.4%。通过水酶法提取海洋微藻藻油，为工业化大规模提取制备海洋微藻油提供理论基础与技术支持，促进油脂加工业未来的发展。