响应面法优化油茶叶精油提取工艺

危 婷，邓爱华，王 云，谢 鹏，王科瑞，刘大宏

（1.湖南文理学院生命与环境科学学院，湖南 常德 415000；2.湖南泥头山油茶开发有限公司，湖南 常德 415700）

0 引言

据《中华本草》记载，山茶科植物油茶（Camellia oleiferaAbel） 的叶片具有治疗皮肤瘙痒等多种功效。现代药理学研究表明，油茶叶提取物具有抑制癌细胞生长[1]、降血糖[2]、抗血栓[3]及治疗雄性激素依赖性疾病[4]等功效。

植物精油的提取工艺主要有超声辅助提取法[5]、微波辅助提取法[6]、超临界流体萃取法[7]及索氏提取法[8]等。关于油茶叶精油提取及分析还未见报道，基于索氏提取法具有提取效率高、工艺简单等特点，通过响应面试验设计优化索氏提取油茶叶精油的工艺参数，以期为油茶叶精油的高值化利用提供参考。

1 材料与仪器

1.1 材料与试剂

新鲜油茶叶，湖南泥头山油茶开发有限公司提供；纤维素酶（酶活力20 000 U/g），苏州福莱德生物科技有限公司提供。

1.2 仪器与设备

LGJ-10 型冷冻干燥机，北京四环科学仪器厂产品；JC-SSTQ2 型索氏提取器，青岛精诚仪器仪表有限公司产品；EX225D 型分析天平，美国奥豪斯仪器有限公司产品；YB-700A 型高速多功能粉碎机，永康市速锋工贸有限公司产品。

2 试验方法

2.1 单因素试验设计

取5 份冻干后粉碎的油茶叶粉各50 g 放入索氏提取器中，按一定比例加入纤维素酶水溶液，于40 ℃下浸泡30 min，然后加热至95 ℃开始提取，考查纤维素酶添加量（0，1%，2%，3%，4%）、提取时间（1，3，5，7，9 h）、料液比（1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50） 等因素对精油得率的影响。考查单个因素影响时，其他参数为纤维素酶添加量2%、提取时间3 h、料液比1∶30（g∶mL）。

2.2 响应面试验设计

根据单因素试验结果，以酶添加量（A） 和提取时间（B）、料液比（C） 作为自变量，油茶叶精油得率（Y） 为因变量，根据Box-behnken 中心组合设计原理，设计响应面法试验方案。

各试验因素与水平设计见表1。

表1 各试验因素与水平设计

2.3 油茶叶精油得率计算

根据式（1） 计算油茶叶精油得率（Y）。

式中：m1——提取的油茶叶精油质量，g；

m——干燥油茶叶粉质量，g。

3 结果与分析

3.1 单因素试验

3.1.1 酶添加量对油茶叶精油提取率的影响

酶添加量对油茶叶精油得率的影响见图1。

图1 酶添加量对油茶叶精油得率的影响

由图1 可知，随着纤维素酶添加量的增加，油茶叶精油得率逐渐增加；当达到3%时，继续增加纤维素酶添加量，精油得率增加趋势不明显。可能是添加的酶量刚好达到分解油茶叶中纤维素的饱和量，合适的纤维素酶添加量为3%左右。

3.1.2 提取时间对油茶叶精油提取率的影响

提取时间对油茶叶精油得率的影响见图2。

图2 提取时间对油茶叶精油得率的影响

由图2 可知，随着提取时间的延长，油茶叶精油得率逐渐增加；当达到5 h 时，继续片延长提取时间，精油得率增加趋势不明显。可能是油茶叶中精油大部分已经溶出，合适的提取时间为5 h 左右。

3.1.3 料液比对油茶叶精油得率的影响

料液比对油茶叶精油得率的影响见图3。

图3 料液比对油茶叶精油得率的影响

由图3 可知，随着溶剂使用量的增加，油茶叶精油得率逐渐增加；在料液比为1∶30 时，精油得率达到最大，继续增加溶剂比例，会导致精油得率下降。溶剂的增加会促进精油的溶出，提高了精油的得率；此外，由于精油在水中有一定的溶解度，溶剂比例增大，水中溶解的精油增加，合适的料液比为1∶30 左右。

3.2 响应面试验

3.2.1 响应面试验设计及结果

响应面试验设计及结果见表2。

表2 响应面试验设计及结果

3.2.2 回归模型的建立与分析

将表2 试验数据代入Design Expert 8.0 软件进行响应面分析，油茶叶精油得率与各变量的响应面回归数学模型：

响应面回归模型方差分析见表3。

表3 响应面回归模型方差分析

由表3 可知，该回归模型极显著（p＜0.001），失拟项不显著（p＞0.05），说明模型可靠；R2=0.977 6，R2Adj=0.948 8，说明模型与试验值拟合较好；由F值可知，各因素对油茶叶多酚得率影响大小依次为料液比（C） ＞酶添加量（A） ＞提取时间（B）；一次项C和二次项C2对精油得率的影响非常显著（p＜0.001）；一次项A和B对精油得率的影响极显著（p＜0.001）；交互项AC和二次项B2对精油得率的影响显著（p＜0.05）；说明酶添加量和料液比两两交互作用对精油得率影响显著。

3.2.3 交互作用分析

酶添加量与提取时间交互作用的响应面与等高线见图4，酶添加量与料液比交互作用的响应面和等高线见图5，提取时间与料液比交互作用的响应面和等高线见图6。

图4 酶添加量与提取时间交互作用的响应面与等高线

图5 酶添加量与料液比交互作用的响应面和等高线

图6 提取时间与料液比交互作用的响应面和等高线

对比曲面陡峭程度，发现酶添加量（A） 与料液比（C） 之间存在显著的交互作用（p＜0.05）；酶添加量（A） 与提取时间（B） 之间交互作用不显著（p＞0.05），提取时间（B） 与料液比（C） 之间交互作用不显著（p＞0.05），与方差分析结果一致。

3.2.4 最佳提取工艺条件确定

利用Design Expert 8.0 软件由所建立的数学模型进行参数最优分析，得出最佳萃取工艺条件为酶添加量2%，料液比1∶39.16（g∶mL） 下回流提取6.69 h，油茶叶精油得率为1.218%。考虑到实际操作的方便，选取调整后的最优参数为酶添加量2%，料液比1∶40（g∶mL） 下回流提取7 h，预测油茶叶精油得率为1.215%，在此条件下进行3 次验证试验，平均得率为（1.203±0.015） %，与预测值无显著性差异（p＞0.05），说明模型可靠。

4 结论

纤维素酶辅助索氏提取法分离油茶叶精油的最佳工艺参数为酶添加量2%，料液比1∶40（g∶mL）下回流提取7 h，油茶叶精油平均得率为（1.203±0.015） %。为了进一步拓展油茶叶精油食品及保健产品方面的应用，可以继续开展油茶叶精油成分分析及微囊化技术等方面的研究。