超声波辅助提取桑葚籽油的研究

陈 雅，廉苇佳，韩 琛，阿依加马丽·加帕尔，雷 静

（新疆农业科学院吐鲁番农业科学研究所，新疆吐鲁番 838000）

桑葚籽是桑葚加工产品的副产物，占桑葚果实质量的3%~5%[1]。桑葚籽中富含黄酮、多糖、生物碱、二苯乙烯类等活性物质及多种微量元素，其中铁元素含量与猪肝相近，有预防儿童缺铁性贫血和改善缺铁症状的作用[2-5]。桑葚籽还具有增强免疫力、滋阴补血、润肠通便、补益肝肾、安神益智等作用[6]。桑葚籽中含油量为27.5%~33.0%，是一种以不饱和脂肪酸亚油酸为主的油脂，亚油酸含量高达82.85%，具有较高的营养与保健价值，具有降血脂、抗动脉粥样硬化的作用[7-8]。目前，提取桑葚籽油的方法有溶剂浸提法、超临界流体萃取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法、直接压榨法等[9-13]。其中，超声波辅助提取是利用空化作用和机械振动有效地促使桑葚籽中的油脂溶出，该方法适用性广、操作简单快捷、提取率高且不破坏提取物结构[14-16]。以吐鲁番桑葚籽为原料，探索出桑葚籽油的最佳提取工艺条件，为桑葚资源综合开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂及仪器

材料：桑葚籽，来源于吐鲁番黑桑葚加工产品副产物。

试剂：正己烷、石油醚（沸程60~90 ℃）、乙醇、乙酸乙酯、丙酮，成都市科龙化工试剂厂提供，均为分析纯。

仪器：FA/JA 型系列电子天平，上海上平仪器有限公司产品；KQ-400DE 型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司产品；旋转蒸发仪，上海兴创科学仪器设备有限公司产品；SIGMA3K15 型台式冷冻离心机，北京中科汇义环保科技有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 桑葚籽油提取工艺

桑葚籽→清洗→干燥、粉碎、过筛→取一定量桑葚籽粉→加入一定比例的浸提溶剂→超声→离心→旋转蒸发→称重→计算桑葚籽出油率。

1.2.2 单因素试验

（1） 以正己烷、石油醚（沸程60~90 ℃）、乙醇、乙酸乙酯、丙酮作为浸提溶剂，在超声功率240 W，超声温度40 ℃，超声时间30 min 条件下，研究不同浸提溶剂对桑葚籽出油率的影响。

（2） 在超声功率240 W，超声温度40 ℃，超声时间30 min 的条件下，研究不同料液比1∶5，1∶10，1∶15，1∶20，1∶25 对桑葚籽出油率的影响。

（3） 在料液比1∶15，超声温度40 ℃，超声时间30 min 的条件下，研究不同超声功率160，200，240，280，320 W 对桑葚籽出油率的影响。

（4） 在料液比1∶15，超声功率280 W，超声时间30 min 的条件下，研究不同超声温度20，30，40，50，60 ℃对桑葚籽出油率的影响。

（5） 在料液比1∶15，超声功率280 W，超声温度50 ℃的条件下，研究不同超声时间10，20，30，40，50 min 对桑葚籽出油率的影响。

1.2.3 响应面试验

在单因素试验的基础上，以料液比（A）、超声功率（B）、超声温度（C）、超声时间（D） 为4 个因素进行响应面优化试验，以桑葚籽出油率作为响应指标，确定桑葚籽油的最佳提取条件。

响应面分析因素与水平设计见表1。

表1 响应面分析因素与水平设计

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 浸提溶剂对桑葚籽出油率的影响

浸提溶剂对桑葚籽出油率的影响见图1。

图1 浸提溶剂对桑葚籽出油率的影响

由图1 可知，浸提溶剂对桑葚籽出油率的大小依次为石油醚> 正己烷> 乙酸乙酯> 丙酮> 乙醇。因此，选择石油醚作为浸提溶剂。

2.1.2 料液比对桑葚籽出油率的影响

料液比对桑葚籽出油率的影响见图2。

图2 料液比对桑葚籽出油率的影响

2.1.3 超声功率对桑葚籽出油率的影响

超声功率对桑葚籽出油率的影响见图3。

图3 超声功率对桑葚籽出油率的影响

由图3 可知，当超声功率为160~280 W 时，随着超声功率的增加，桑葚籽出油率从14.7%增加到26.7%；当超声功率为320 W 时，桑葚籽出油率开始下降。因此，选取超声功率为70 W。

2.1.4 超声温度对桑葚籽出油率的影响

超声温度对桑葚籽出油率的影响见图4。

图4 超声温度对桑葚籽出油率的影响

由图4 可知，桑葚籽出油率随着超声温度的升高而升高，当超声温度达50 ℃时，出油率最大为27.7%。温度继续升高，桑葚籽出油率有下降的趋势。因此，选择超声温度为50 ℃。

2.1.5 超声时间对桑葚籽油出油率的影响

超声时间对桑葚籽出油率的影响见图5。

压覆范围是确定压覆资源/储量的关键参数和工作重点，压覆范围应根据压覆类型、地质条件等综合因素确定。压覆类型根据建设项目用地范围，划分为点压覆项目、线压覆项目和面压覆项目(图1)。一般而言，无论什么类型的压覆项目，压覆评估范围要根据建设项目范围和压覆矿产资源范围的实际情况及影响情况确定，需利用该压覆矿区的矿产资源类型和特点计算得出。

图5 超声时间对桑葚籽出油率的影响

由图5 可知，桑葚籽出油率随着超声时间的增加而不断增加；当超声时间达到40 min 后，不能显著提升桑葚籽出油率。因此，选择超声时间为40 min。

2.2 响应面试验

在单因素试验的基础上，以料液比（A）、超声功率（B）、超声温度（C）、超声时间（D） 4 个因素进行响应面优化试验。

响应面试验方案及结果见表2。

表2 响应面试验方案及结果

2.2.1 回归方程拟合及方差分析

采用Design Expert 8.0.6 统计软件对所得数据进行回归分析，对各因素回归拟合后，得到回归方程：

回归模型及方差分析见表3。

由表3 可知，此模型p 值<0.000 1，表示拟合的模型方程极显著，说明试验方法可靠，可用该回归方程替代试验真实点对结果进行分析。失拟项p 值为0.116 8>0.05，表现为不显著，说明回归方程拟合度和可信度均较好，试验误差小。模型中A，B，C 的p 值均小于0.01 表现为差异极显著，说明料液比、超声功率、超声温度对桑葚籽出油率的影响显著，而D 的p 值>0.05，表现为不显著。各因素影响桑葚籽出油率顺序为超声功率>超声温度>料液比>超声时间。交互项AB、AD 的p 值均小于0.01，说明AB、AD 对桑葚籽出油率的影响极其显著；交互项BC 的p 值<0.05，说明BC 对桑葚籽出油率的影响显著；交互项AC、BD、CD 的p 值均大于0.05，说明其对桑葚籽出油率的影响不显著。A2、B2、C2、D2的 p 值均小于 0.01，说明 A2、B2、C2、D2对桑葚籽出油率的影响极其显著。复相关系数R2=0.976 8，说明试验值与模型回归值一致性良好，试验误差小，可以用此模型分析、预测各因素对桑葚籽出油率的影响。

表3 回归模型及方差分析

2.2.2 响应面图分析

根据Design Expert 8.0.6 统计分析软件获得各因素间交互作用对桑葚籽出油率影响的响应曲面图和等高线图。

料液比与超声功率的交互作用对桑葚籽出油率影响的响应曲面图和等高线图见图6，料液比与超声时间的交互作用对桑葚籽出油率影响的响应曲面图和等高线图见图7，超声功率与超声温度的交互作用对桑葚籽出油率影响的响应曲面图和等高线图见图8。

图6 料液比与超声功率的交互作用对桑葚籽出油率影响的响应曲面图和等高线图

由图6 可知，料液比与超声功率对桑葚籽出油率交互作用显著，随着料液比和超声功率的增加，桑葚籽出油率含量逐渐增加，当2 个因素增加到一定程度，桑葚籽出油率又逐渐降低，说明过高或过低的料液比和超声功率都会影响桑葚籽出油率。由图7 可知，等高线图呈椭圆形说明料液比与超声时间对桑葚籽出油率交互作用显著，随着料液比与超声时间的增加，桑葚籽出油率逐渐增加，当2 个因素增加到一定程度时，桑葚籽出油率又逐渐降低，说明过高或过低的料液比与超声时间都会影响桑葚籽出油率。由图8 可知，超声功率与超声温度对桑葚籽出油率的交互作用显著。

图7 料液比与超声时间的交互作用对桑葚籽出油率影响的响应曲面图和等高线图

图8 超声功率与超声温度的交互作用对桑葚籽出油率影响的响应曲面图和等高线图

2.2.3 验证试验

通过所得回归模型对桑葚籽油提取工艺条件进行优化，得到最适提取条件为料液比1∶16.07，超声功率272.40 W，超声温度51.51 ℃，超声时间40.15 min，得到桑葚籽出油率为30.48%。为了验证模型预测的准确性，按照上述条件进行验证试验。鉴于试验的实际可操作性，将提取工艺条件调整为料液比1∶16，超声功率272 W，超声温度51 ℃，超声时间40 min，经过3 组重复试验，实际测得桑葚籽出油率平均值为30.14%，试验结果与模型结果基本一致，所得模型能较准确地预测实际情况。因此，采用响应面分析方法优化桑葚籽油提取工艺条件较准确，有实际的应用价值。

3 结论

通过以桑葚籽出油率作为响应值（Y），料液比（A）、超声功率（B）、超声温度（C）、超声时间（D） 为自变量建立回归方程：

得到最适桑葚籽油提取条件为料液比1∶16，超声功率272 W，超声温度51 ℃，超声时间40 min，在此条件下测得桑葚籽出油率为30.14%，与模型结果30.48%相差不大，表明该回归模型具有较好的预测性能，可用于指导生产实践。