李 超，王衛(wèi)東，孫月娥

（徐州工程學(xué)院食品工程學(xué)院，江蘇徐州221008）

響應(yīng)曲面法優(yōu)化韭菜籽油的微波提取工藝研究

李 超，王衛(wèi)東*，孫月娥

（徐州工程學(xué)院食品工程學(xué)院，江蘇徐州221008）

首先優(yōu)化出了微波提取韭菜籽油的最佳工藝參數(shù)，然后將微波提取和其它提取方法進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：微波提取韭菜籽油最佳工藝參數(shù)為：提取時(shí)間99s、液料比9.8mL/g以及提取功率193W，在該提取條件下，韭菜籽油的得率為22.24%；與其它提取方法相比，微波提取時(shí)間短，得率高。

韭菜籽油，微波提取，Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

韭菜籽 徐州市益農(nóng)種業(yè)有限公司；正己烷、石油醚、乙醚乙酸乙酯、無水Na2SO4分析純，上海世義精密儀器有限公司；水 去離子水。

標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩 浙江上虞華美儀器紗篩廠；微型高速萬能試樣粉碎機(jī) 上海楚柏實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司；FA2104N電子分析天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司；CW-2000型超聲-微波協(xié)同萃取儀 上海新拓分析儀器科技有限公司；SENCO R201L旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海申生科技有限公司；SHZ-D（Ш）循環(huán)水式真空泵 鞏義市英峪予華儀器廠；XMT-152電熱恒溫干燥箱、數(shù)顯式電熱恒溫水浴鍋 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；SHJM-1數(shù)顯恒溫?cái)嚢桦姛崽?山東省鄄城現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)儀器廠；索氏提取器 自行組裝。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 提取方法

1.2.1.1 微波提取 韭菜籽粉碎后過60目篩，稱取約5g置于100mL三角瓶中，加入一定體積的萃取劑，提取一定時(shí)間后加入無水Na2SO4，過濾，蒸發(fā)濃縮后稱量。超聲波處于關(guān)閉狀態(tài)。

1.2.1.2 索氏提取 韭菜籽粉碎后過60目篩，稱取約5g，用濾紙包好，放入索氏提取器中，加入石油醚50mL，在65℃水浴中恒溫5h后加入無水Na2SO4，過濾，蒸發(fā)濃縮后稱量。

1.2.1.3 有機(jī)溶劑回流提取 韭菜籽粉碎后過60目篩，稱取約5g，放置于100mL圓底燒瓶中，加入石油醚50mL，在65℃水浴中提取2h后加入無水Na2SO4，過濾，蒸發(fā)濃縮后稱量。

1.2.2 工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn) 分別以不同的提取劑種類、提取時(shí)間、液料比和微波功率為影響因素，考察其對(duì)得率的影響。

1.2.2.2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn) 根據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取提取時(shí)間、液料比和微波功率3個(gè)影響因素，采用3因素3水平的響應(yīng)曲面分析方法，實(shí)驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。共15個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，其中12個(gè)為析因點(diǎn)，3個(gè)為中心點(diǎn)。

表1 因素水平表

式中，EY為預(yù)測(cè)響應(yīng)值，xi和xj為自變量代碼值，β0為常數(shù)項(xiàng)，βi為線性系數(shù)，βij為交互項(xiàng)系數(shù)，βii為二次項(xiàng)系數(shù)，ε為隨機(jī)誤差。按照Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)學(xué)要求，對(duì)上述方程的各項(xiàng)回歸系數(shù)進(jìn)行回歸擬合。

1.2.3 得率（EY）的計(jì)算

設(shè)該模型通過最小二乘法擬合的二次多項(xiàng)方程為：

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 提取劑種類的影響 作為提取揮發(fā)油的理想溶劑應(yīng)具有以下特性：對(duì)揮發(fā)油的溶解性好，選擇性好，性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)格低廉，來源廣泛。韭菜籽油的提取屬于固-液萃取過程，提取效果主要由原料顆粒度和溶劑的性質(zhì)決定。從圖1可知，4種溶劑中出油率最高的為22.434%，最低的為14.688%，相差7.746%，石油醚比乙醚的出油率高52.74%（p＜0.05），因此本實(shí)驗(yàn)選用石油醚為韭菜籽油的提取劑。

2.1.2 提取時(shí)間的影響 由圖2可知，在提取時(shí)間為100s之前，韭菜籽油不能充分地轉(zhuǎn)移到溶液中，隨著提取時(shí)間的增加，揮發(fā)油的含量增加，在100s時(shí)達(dá)到峰值；之后繼續(xù)增加時(shí)間，韭菜籽油得率明顯下降。這可能是因?yàn)殡S著提取時(shí)間的增加，溫度急劇升高，導(dǎo)致?lián)]發(fā)油分解或揮發(fā)所致［8］，故以提取時(shí)間100s作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的提取時(shí)間。

圖1 提取劑種類對(duì)得率的影響

圖2 提取時(shí)間對(duì)得率的影響

2.1.3 液料比的影響 由圖3可知，提取劑的增加，更有利于揮發(fā)油的溶出，這是因?yàn)槿軇┖驮祥g的濃度差越大，其提取效率就越高，目標(biāo)物質(zhì)就越容易溶出，然而在液料比增加到10mL/g之后，揮發(fā)油的得率變化不大，表明提取基本完全，為節(jié)省后續(xù)處理時(shí)間，選擇液料比為10mL/g。

圖3 液料比對(duì)得率的影響

2.1.4 微波功率的影響 由圖4可知，隨著微波功率的增加，物質(zhì)的加熱程度也隨之增加，使揮發(fā)油能夠容易地被提取出來，即得率增加；在微波功率達(dá)到200W之后，揮發(fā)油得率有減少趨勢(shì)，這可能是由于高微波功率導(dǎo)致的熱效應(yīng)使揮發(fā)油分解或揮發(fā)所致［9-10］。因此，200W為最佳微波功率。

圖4 微波功率對(duì)得率的影響

2.2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1 模型的建立及其顯著性檢驗(yàn) 利用 Design expert V7.0.0統(tǒng)計(jì)軟件，通過逐步回歸對(duì)表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到揮發(fā)油得率對(duì)以上三個(gè)因素的二次多項(xiàng)回歸模型為：

表3 響應(yīng)曲面二次回歸方程模型方差分析結(jié)果

表2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)該模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3；模型的響應(yīng)面圖見圖5～圖7。

由表3可見，模型具有高度的顯著性（p＜0.01），失擬項(xiàng)（p＞0.10）不顯著，=0.9146，S/N（信噪比）為12.679，遠(yuǎn)大于4，可知回歸方程擬合度和可信度均很高，實(shí)驗(yàn)誤差較小，故可用此模型對(duì)微波提取韭菜籽油的工藝結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

2.2.2 響應(yīng)曲面分析與優(yōu)化 根據(jù)回歸方程，作響應(yīng)曲面圖，考察所擬合的響應(yīng)曲面的形狀，分析提取時(shí)間、液料比和微波功率對(duì)得率的影響。其響應(yīng)曲面圖如圖5～圖7所示，3組圖直觀地反映了各因素對(duì)響應(yīng)值的影響。

比較圖5～圖7并結(jié)合表3中p值可知：模型的一次項(xiàng)x3（p＜0.05）極顯著，其他一次項(xiàng)不顯著；交互項(xiàng)都不顯著；二次項(xiàng)都極顯著，表明各影響因素對(duì)韭菜籽油得率的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

為進(jìn)一步確定最佳提取工藝參數(shù)，對(duì)所得方程進(jìn)行逐步回歸，刪除不顯著項(xiàng)，然后求一階偏導(dǎo)，并令其為0，可得最佳工藝參數(shù)為提取時(shí)間99s，液料比為9.8mL/g，微波功率為193W，此時(shí)韭菜籽油得率為22.13%。為檢驗(yàn)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所得結(jié)果的可靠性，采用上述優(yōu)化提取條件下進(jìn)行韭菜籽油的微波提取3次，實(shí)際測(cè)得的平均得率為22.24%，與理論預(yù)測(cè)值相比，其相對(duì)誤差約為0.11%。因此，基于Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所得的最佳工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

圖5 提取時(shí)間、液料比及其相互作用對(duì)得率影響的響應(yīng)面

圖6 提取時(shí)間、微波功率及其相互作用對(duì)得率影響的響應(yīng)面

圖7 液料比、微波功率及其相互作用對(duì)得率影響的響應(yīng)面

2.3 不同提取方法的比較

由表4可以看出，微波提取韭菜籽油的得率是索氏提?。ǔＷ鳛闇y(cè)定植物中揮發(fā)油總量的方法）得率的95%，比有機(jī)溶劑回流提取的得率高31.81%；但是微波提取的提取時(shí)間少于100s，而其它提取方法則需要2h以上，提取時(shí)間大大縮短。由此可知，微波提取是一種非常有效的提取韭菜籽油的方法。

表4 不同提取方法得率的比較

3 結(jié)論

3.1 由單因素實(shí)驗(yàn)和Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到微波提取韭菜籽油的最佳工藝參數(shù)為：提取時(shí)間99s，液料比為9.8mL/g，微波功率為193W，此時(shí)韭菜籽油得率為22.24%。

3.2 實(shí)驗(yàn)還討論比較了微波提取與其它提取方法的效果差異，結(jié)果表明，微波提取時(shí)間短，得率高。

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Optimization of microwave extraction of oil from Semen Allii tuberosi by response surface methodology

LI Chao，WANG Wei-dong*，SUN Yue-e
（College of Food Engineering，Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou 221008，China）

Firstly the microwave extraction parameters of oil from Semen AIIii tuberosi were optimizated.And then，the effects of microwave extraction and other extraction techniques were compared.The results showed that the microwave assisted extraction parameters were extraction time 99s，solvent to material ratio 9.8mL/g，microwave power 193W and the extraction yield（EY）was 22.24%under this extraction condition.Compared with other extraction techniques，microwave extraction had higher yield and shorter extraction time.

Semen AIIii tuberosi oil；microwave extraction；Box-Behnken experimental design

TS255.1

B

1002-0306（2010）07-0283-04

韭菜籽為百合科植物韭菜（Allium tuberosum Rottl.）的干燥成熟種子，為常用中藥［1］。其原產(chǎn)亞洲東南部，我國(guó)各地均有栽培或野生［2］，以河北、山西、吉林、江蘇、山東、安徽、河南等地產(chǎn)量較大。其性溫，味微甘，具有補(bǔ)腎陽、暖腰膝、壯陽固精之功效，臨床上主治陽痿遺精、腰膝酸軟、冷痛、遺尿、尿頻、白濁帶下等癥［3］。另有報(bào)道，韭菜籽還有抗衰老、抗突變、殺蟲、抗菌等作用，用于治療持續(xù)性呃逆［4-5］。由于其療效顯著，在臨床上被廣泛應(yīng)用。因此，市場(chǎng)上對(duì)韭菜籽的需求量也在日益增加，且韭菜籽的資源廣泛，如能對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，必將會(huì)產(chǎn)生廣闊的經(jīng)濟(jì)前景。韭菜籽主要有效成分之一為韭菜籽油，韭菜籽油的傳統(tǒng)提取方法通常有索氏提取法和有機(jī)溶劑提取法等［6-7］，這些傳統(tǒng)方法的最大缺點(diǎn)就是耗時(shí)長(zhǎng)，為此本文采用耗時(shí)很短的微波提取技術(shù)對(duì)韭菜籽油進(jìn)行了一定的研究，為其在產(chǎn)品方面的開發(fā)提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

2009-08-28 *通訊聯(lián)系人

李超（1978-），男，講師，博士，研究方向：天然產(chǎn)物化學(xué)。

徐州工程學(xué)院培育項(xiàng)目（XKY2008322）。