超声-微波协同萃取牡丹籽油的工艺

贺洋洋，吕小旭

甘肃医学院（平凉 744000）

牡丹籽油富含多种不饱和脂肪酸，具有抗炎、抗心肌缺血、保肝、降血糖等方面的功能，同时也是常见的保健油脂资源。常见的牡丹籽油提取工艺有机械压榨法、索氏提取法，研究较多的有超声辅助提取法、水酶法提取、微波辅助提取牡丹籽油法、CO2超临界萃取法等。史闯等[1]采用压榨法，影响因素选择压榨压力、物料粒度、压榨次数、压榨时间等，每次压榨30 min，压力55 MPa，牡丹籽得油率为31.15%。

采用超声-微波协同萃取技术，充分利用超声波振动的空化作用及微波的高能作用[2]，可以在低温常压环境破坏牡丹籽的有机物结构，减小损伤；超声振动、微波加热方式和程度可任意组合和设定，萃取效率高、能耗小、噪声低，可以获得准确稳定的连续微波输出功率，还具有无溶剂残留、安全环保、操作简单、成本低等优点。

1 材料与方法

1.1 试验材料

牡丹籽（产于2020年甘肃平凉）；提取溶剂石油醚（AR，天津市富宇精细化工有限公司，沸程60～ 90 ℃）。

1.1.1 主要仪器与设备

多功能微波合成萃取仪（上海新仪微波化学科技有限公司）；定制28K800W声化学设备（杭州成功超声设备有限公司）；循环水式多用真空泵（西安莫吉娜仪器制造有限公司）；旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂）；电热鼓风干燥箱（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；WP12001电子天平（上海舜宇恒平科学仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 超声-微波协同萃取牡丹籽油方法

1.2.1.1 工艺流程

1.2.1.2 操作要点

选用颗粒饱满的牡丹籽，手工去壳后放在干燥箱中50 ℃干燥至质量恒定。用粉碎机粉碎至粉末。准确称取20 g牡丹籽粉末放入烧杯中，量取一定量浸提溶剂，倒入烧杯中，与牡丹籽粉混合搅拌，放入烧瓶中（CW2000型专用250 mL），在超声-微波萃取仪中，用磁子搅拌器进行搅拌，同时用一定功率的超声振荡，在一定功率的微波下辐照，使牡丹籽与浸提液良好地接触。用减压抽滤法分离溶剂混合液和残渣，洗涤2～3次残渣。利用旋转蒸发仪减压回收溶剂，将牡丹籽油放入干燥箱中蒸发水分，直至质量恒定，得到牡丹籽油，计算得油率。

1.2.2 牡丹籽得油率计算方法

牡丹籽得油率按式（1）计算。

式中：M为干燥牡丹籽质量，g；M1为牡丹籽油总质量，g。

1.2.3 单因素试验设计

考察微波辐照功率（400，500，600，700和800 W）的影响。固定超声功率400 W、超声提取时间20 min、微波辐照时间8 min、微波辐照温度40 ℃、料液比1∶8（g/mL）。

考察微波辐照温度（30，40，50和60 ℃）的影响。固定超声功率400 W、超声提取时间20 min、微波辐照功率600 W、微波辐照时间8 min。

考察微波辐照时间（4，6，8和10 min）的影响。固定微波辐照功率600 W、微波辐照温度40 ℃、超声功率560 W、超声提取时间20 min。

考察超声功率（400，480，560和640 W）的影响。固定微波辐照功率600 W、波辐照时间8 min、微波辐照温度40 ℃、超声提取时间20 min。

考察超声提取时间（10，20和30 min）的影响。固定超声功率560 W、微波辐照功率600 W、微波辐照时间8 min、微波辐照温度40 ℃。

考察料液比（1∶6，1∶8，1∶9和1∶10 g/mL）的影响。固定超声功率560 W、微波辐照功率600 W、超声提取时间20 min、微波辐照时间6 min、微波辐照温度40 ℃。以牡丹籽得油率为衡量指标。

1.3 超声-微波协同萃取与其他方法比较

1.3.1 提取工艺

按提取流程，先使用微波辐照，后用超声振荡，减压回流，干燥，测定牡丹籽得油率；先使用超声振荡，后用微波辐照，减压回流，干燥，测定牡丹籽得油率，比较两者提取得油率。

1.3.2 溶剂提取工艺

分别选取石油醚和正己烷为提取溶剂，减压抽滤后，用旋转蒸发仪在50 ℃减压蒸发溶剂，将所提取牡丹籽油放在烘干箱中干燥至质量恒定，比较两者得油率。

1.3.3 超声-微波协同萃取

在常温常压下，结合超声提取和微波提取的优点，同时克服单纯使用超声提取时功率高、噪声大的缺点，更重要的是牡丹籽油得油率较高。

1.4 数据处理

应用Word中数据分析绘制单因素试验数据的趋势曲线图。为保证数据的准确性，所有试验数据重复2次，取平均值。

2 结果与分析

2.1 微波辐照功率对牡丹籽得油率的影响

在超声功率400 W、超声提取时间20 min、料液比1∶8（g/mL）、微波辐照时间8 min、微波辐照温度40 ℃条件下，不同微波功率对出油率的影响如图1所示。试验发现，微波功率600 W时，粗油得油率最高，可达29.50%。随着微波功率进一步增大，虽然温度升高越快，内部压力变大，破裂细胞越多，油脂透过细胞壁溶解到溶剂中的传递速度越快，但是微波所产生的磁场可能导致油脂成分改变，出油率反而降低[3]。

图1 微波功率对得油率的影响

2.2 微波辐照时间对牡丹籽得油率的影响

在超声功率560 W、超声提取时间20 min、微波辐照功率600 W、微波辐照温度40 ℃、料液比1∶8（g/mL）条件下，微波辐照时间长短对出油率的影响如图2所示。随着微波辐照时间延长，得油率呈下降趋势，微波辐照时间6 min时，得油率较高。分析其原因，可能是辐照时间较长，油脂附着在提取液和物料中，导致出油率下降。

图2 辐照时间对得油率的影响

2.3 微波辐照温度对牡丹籽得油率的影响

微波萃取时，通过控制密封闭体系内的压力来控制溶剂的沸点[4]。选择正己烷为提取溶剂，在常压条件下，通过调控微波辐照功率和辐照时间，可以找出最佳的萃取体系温度。在料液比1∶8（g/mL）、微波辐照功率600 W、微波辐照时间8 min、超声功率560 W、超声提取时间20 min条件下，探究辐照温度（30，40，50和60 ℃）对牡丹籽得油率的影响，结果如图3所示。

图3 微波温度对牡丹籽得油率的影响

微波辐照温度40 ℃时，牡丹籽的得油率较高。随着温度继续升高，得油率下降，其原因可能是温度过高，接近浸提溶剂的沸点时，导致溶剂蒸发，提取率降低。

2.4 超声功率对牡丹籽得油率的影响

超声功率200～250 W时，超声功率对牡丹籽油得油率影响不大[5]。因此，考察超声功率（400，480，560和640 W）对得油率的影响，固定超声提取时间20 min、微波辐照功率600 W、微波辐照时间8 min、微波辐照温度40 ℃、料液比1∶8（g/mL），试验结果如图4所示。超声功率越大，破坏细胞壁的数量越多，牡丹籽释放油的效率越高[6]。超声功率560 W时，牡丹籽得油率较高。超声功率继续增加，得油率下降，其原因可能是自由基导致油的降解[7]。

图4 超声功率对牡丹籽得油率的影响

2.5 超声提取时间对牡丹籽得油率的影响

固定超声功率560 W、微波辐照功率600 W、微波辐照时间8 min、微波辐照温度40 ℃、料液比1∶8（g/mL），考察超声提取时间（10，20和30 min）对牡丹籽得油率的影响，结果如图5所示。超声振荡时间20 min时，得油率较高。之后，得油率降低。其原因可能是超声波从牡丹籽外部向内部扩散，扩散区域减少，距离增加，相应的扩散减少[8]。

图5 超声提取时间对牡丹籽得油率的影响

2.6 料液比对牡丹籽得油率的影响

采用石油醚为提取溶剂，固定超声功率560 W、超声提取时间20 min、微波辐照功率600 W、微波辐照时间6 min、微波辐照温度40 ℃，考察料液比（1∶6，1∶8，1∶9和1∶10 g/mL）对牡丹籽得油率的影响，结果如图6所示。料液比1∶8（g/mL）时，得油率较高。但料液比达到一定程度时，牡丹籽粉中的磷脂、脂肪酸、小分子糖等成分比较充分地溶解在石油醚中，继续增大料液比，对游离油提取率没有改善，同时增加了提取成本[9]，因此超声-微波协同萃取的最佳料液比为1∶8（g/mL）。

图6 料液比对牡丹籽得油率的影响

2.7 提取溶剂对牡丹籽得油率的影响

为考察浸提溶剂类型对牡丹籽得油率的影响，分别选用石油醚（沸点60～90 ℃）和正己烷2种分析纯溶剂，料液比1∶8（g/mL），固定超声功率560 W、超声提取时间20 min，微波辐照功率600 W、微波辐照时间8 min、微波辐照温度40 ℃，试验结果如图7所示。选用正己烷浸提，得油率较高。这一结果和华梅等[10]的研究结果一致。

图7 浸提溶剂类型对牡丹籽得油率的影响

3 结论

采用超声-微波协同萃取牡丹籽油，分别选择石油醚和正己烷为萃取溶剂，通过单因素试验，得到较优工艺条件：先采用微波辐照，微波辐照功率600 W、微波辐照时间6 min、微波辐照温度40 ℃，后选用超声功率560 W、超声提取时间20 min，料液比1∶8（g/mL），浸提溶剂为正己烷。在最优的提取条件下，牡丹籽粗油提取率可达31.5%。与常用超声提取、微波提取、微酶法等方法相比，其优点是可以在常温、常压条件下萃取，提取时间短，牡丹籽得油率较高，无溶剂残留。由于牡丹籽油不仅可以食用，还具有较高的医疗保健价值[11]，因此，下一步利用Box-Behnken试验设计方法，找出影响牡丹籽得油率的主要因素。利用Design Expert软件得到回归方程的预测模型并进行响应面分析。运用高效液相色谱分析所得牡丹籽油中不饱和脂肪酸含量，为优化牡丹籽油提取工艺提供可靠的理论依据。