殷春燕，李伶俐，張獻(xiàn)忠，李丹，陳江魁，穆談航

1. 邯鄲學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院（邯鄲 056005）；2. 中紡糧油（日照）有限公司（日照 276826）

黃刺玫又稱馬茹子，拉丁學(xué)名為Rosa xanthina，是薔薇科薔薇屬黃刺玫種的野生灌木，廣泛分布于中國(guó)北方山地地區(qū)[1]。文獻(xiàn)指出，黃刺玫果實(shí)含有大量維生素、萜類、皂苷、黃酮物質(zhì)，具有抗氧化、延長(zhǎng)凝血酶原時(shí)間等作用[1-3]。黃刺玫籽約為果實(shí)質(zhì)量的一半，含油率在11%左右。黃刺玫籽油中含有豐富的脂肪酸，維生素A、E和Fe、Zn、Mn等多種微量元素，其中不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94.89%，具有較高的食用價(jià)值[4]。因此黃刺玫籽油具有較高的開發(fā)價(jià)值。但由于相關(guān)研究較少，導(dǎo)致黃刺玫籽尚未得到有效開發(fā)利用。

常見的植物油提取方法有壓榨法、溶劑法、水酶法、超聲輔助法、超臨界CO2萃取法等。超聲輔助法因具有提取時(shí)間短、效率高、出油率高等優(yōu)點(diǎn)，在植物油的提取方面得到廣泛應(yīng)用[5-6]。關(guān)于黃刺玫籽油的提取方法還不成熟，僅宋高林等[7]、王曉燕等[4]分別采用溶劑法和CO2萃取法對(duì)黃刺玫籽油的提取進(jìn)行研究。關(guān)于超聲波輔助提取法在黃刺玫籽油提取中的應(yīng)用還鮮有報(bào)道。因此，以超聲波輔助作為提取方法，石油醚作為提取溶劑，采用單因素試驗(yàn)分析料液比、超聲功率、超聲時(shí)間和超聲溫度對(duì)黃刺玫籽油提取率的影響，并在單因素基礎(chǔ)上選出影響較大的因素，利用響應(yīng)面Box-Behnken設(shè)計(jì)建立模型，對(duì)黃刺玫籽油提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，確定超聲波輔助提取黃刺玫籽油的最佳工藝。與溶劑法、水酶法提取得到的黃刺玫籽油進(jìn)行理化性質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分比較，以期得到高效的黃刺玫籽油提取方法，從而為黃刺玫籽油的合理利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

黃刺玫籽（市售）；石油醚、冰乙酸、三氯甲烷、碘化鉀、硫代硫酸鈉、無(wú)水硫酸鈉、可溶性淀粉、重鉻酸鉀、乙醚、異丙醇、百里香酚酞、氫氧化鈉等（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 主要儀器與設(shè)備

FA2104N電子分析天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；GRX-200型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（西安禾普生物科技有限公司）；N-1100旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海愛朗儀器有限公司）；WAY阿貝折光儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；SHB-III循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 超聲輔助法提取黃刺玫籽油工藝

黃刺玫籽→挑選正常無(wú)霉?fàn)€的→于60 ℃烘干30 min→粉碎過0.250 mm孔徑篩→加入石油醚混合→超聲提取→抽濾取濾液→減壓濃縮→干燥→黃刺玫籽油

1.3.2 提取率的計(jì)算

黃刺玫籽油提取率的計(jì)算按式（1）計(jì)算[8]。

式中：m1為提取后黃刺玫籽油質(zhì)量，g；m0為黃刺玫籽粉質(zhì)量，g。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

1.3.3.1 料液比

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的黃刺玫籽粉，超聲溫度40 ℃，超聲功率300 W，超聲時(shí)間30 min。料液比選擇1∶4，1∶6，1∶8，1∶10和1∶12（g/mL）。

1.3.3.2 超聲溫度

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的黃刺玫籽粉，料液比1∶8（g/mL），超聲功率300 W，超聲時(shí)間30 min，超聲溫度選擇30，40，50和60 ℃。

1.3.3.3 超聲功率

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的黃刺玫籽粉，料液比1∶8（g/mL），超聲溫度40 ℃，超聲時(shí)間30 min，超聲功率選擇200，300，400和500 W。

1.3.3.4 超聲時(shí)間

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的黃刺玫籽粉，料液比1∶8（g/mL），超聲溫度40 ℃，超聲功率300 W，超聲時(shí)間選擇20，30，40，50，60和70 min。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取3個(gè)對(duì)提取率影響較大的因素，以黃刺玫籽油提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用Box-Behnken法進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)超聲波輔助黃刺玫籽油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1.3.5 溶劑萃取法提取黃刺玫籽油

黃刺玫籽→挑選正常無(wú)霉?fàn)€的→于60 ℃烘干30 min→粉碎過0.250 mm孔徑篩→以料液比1∶8（g/mL）加入石油醚→于80 ℃提取2 h→抽濾取濾液→減壓濃縮→干燥→黃刺玫籽油

1.3.6 水酶法提取黃刺玫籽油

黃刺玫籽→挑選正常無(wú)霉?fàn)€的→于60 ℃烘干30 min→粉碎過0.250 mm孔徑篩→以料液比1∶8（g/mL）加入水→調(diào)節(jié)pH 6.0，溫度50 ℃→以復(fù)合酶（W纖維素酶∶W中性蛋白酶=1∶1）為提取用酶，酶添加量3.20%→酶解5 h→于95 ℃保溫10 min滅酶→離心→取上層油脂→干燥→黃刺玫籽油

1.3.7 黃刺玫籽油品質(zhì)的測(cè)定

折光指數(shù)的測(cè)定參照GB/T 5527—2010；水分及揮發(fā)物的測(cè)定參照GB 5009.236—2016；過氧化值的測(cè)定參照GB 5009.227—2016；酸價(jià)的測(cè)定參照GB/T 5009.229—2016；碘值的測(cè)定參照GB/T 5534—2008。VA和VE的測(cè)定參考GB/T 5009.82—2016。

1.3.8 數(shù)據(jù)處理

所有單因素試驗(yàn)均做3次平行試驗(yàn)，結(jié)果以“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，采用SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，Origin 8.0進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

根據(jù)前期研究結(jié)果，在無(wú)水乙醇、丙酮、石油醚、正丁烷4種有機(jī)溶劑中，石油醚為最適合提取黃刺玫籽油的有機(jī)溶劑[9]，故在超聲波輔助黃刺玫籽油工藝中選用提取溶劑為石油醚。

2.1.1 料液比的選擇

圖1為黃刺玫籽油提取率隨料液比改變時(shí)的變化情況。結(jié)果表明，初始時(shí)隨著提取溶劑石油醚用量增大，黃刺玫籽油提取率也逐漸提高，提取率在料液比1∶10（g/mL）時(shí)到達(dá)最大值，為6.83%±0.08%。這是由于增加提取溶劑用量，使得黃刺玫籽油在溶劑與黃刺玫籽粉中的濃度差增大，有利于提高傳質(zhì)速率[10]。之后隨著石油醚用量繼續(xù)增加，黃刺玫籽油提取率不再發(fā)生顯著變化（p＞0.05）。但與料液比1∶8（g/mL）的提取率相比，提高料液比至1∶10（g/mL）時(shí)，提取率并未顯著增加（p＞0.05）。因此從經(jīng)濟(jì)角度和提取率兩方面考慮，最佳料液比為1∶8（g/mL），此時(shí)提取率為6.68%±0.10%。

圖1 料液比對(duì)黃刺玫籽油提取率的影響

2.1.2 超聲溫度的選擇

圖2為超聲溫度改變時(shí)，黃刺玫籽油提取率的變化情況。結(jié)果表明，黃刺玫籽油提取率隨超聲溫度升高而逐步增加，在50 ℃時(shí)達(dá)到最大值，40 ℃和50 ℃時(shí)的提取率沒有顯著差異（p＞0.05）。隨著溫度繼續(xù)升高至60 ℃，提取率開始下降。初始提取率增加是由于隨著溫度升高，分子間的運(yùn)動(dòng)加速，加快石油醚與黃刺玫籽粉末的接觸。同時(shí)提取體系黏度下降，利于黃刺玫籽油擴(kuò)散至石油醚中[10]。提取率在60 ℃時(shí)下降可能是由于提取溫度達(dá)到石油醚的沸點(diǎn)（60～90 ℃），導(dǎo)致石油醚蒸發(fā)速率加快。此外，溫度過高可能使得黃刺玫籽油中油脂結(jié)構(gòu)或熱敏性成分受到破壞，從而導(dǎo)致提取率降低[11]。綜合考慮，最適超聲溫度選擇40 ℃。

圖2 超聲溫度對(duì)黃刺玫籽油提取率的影響

2.1.3 超聲功率的選擇

圖3為超聲功率改變時(shí)，黃刺玫籽油提取率的變化情況。結(jié)果表明，超聲功率在200～300 W之間，黃刺玫籽油提取率增長(zhǎng)迅速，超聲功率300 W時(shí)，提取率達(dá)到最高值。這是由于超聲功率提高，在液體中產(chǎn)生更強(qiáng)烈的空化及壓力作用，加強(qiáng)對(duì)細(xì)胞壁的破壞作用，提高了提取率[12]。超聲功率大于300 W后，提取率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。可能是由于超聲功率過大，產(chǎn)生的氣泡過多，使得傳質(zhì)效果降低，這與王文靜等[13]的研究結(jié)果一致。因此，最適的超聲功率選擇300 W。

圖3 超聲功率對(duì)黃刺玫籽油提取率的影響

2.1.4 超聲時(shí)間的選擇

由圖4可知，黃刺玫籽油提取率隨超聲時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后不變的趨勢(shì)。提取率在超聲時(shí)間50 min時(shí)達(dá)到最大，為7.06%±0.06%。這是由于隨著超聲時(shí)間增加，在超聲波的空化作用下石油醚和黃刺玫籽粉的接觸越充分，浸出的黃刺玫籽油越多，直至油脂在石油醚和黃刺玫籽中的濃度達(dá)到平衡。在50 min之后，黃刺玫籽油的提取率不再顯著增加。在超聲輔助提取烏桕籽油[13]、香根草油[14]時(shí)也得到同樣的結(jié)果。但由于超聲時(shí)間為40 min和50 min時(shí)的提取率沒有顯著差異（p＞0.05），綜合考慮，超聲時(shí)間選擇40 min為宜。

圖4 超聲時(shí)間對(duì)刺玫籽油提取率的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面模型的建立

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，固定條件料液比1∶8（g/mL），以超聲溫度、超聲功率、超聲時(shí)間3個(gè)因素進(jìn)行Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平如表1所示。

表2為響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果。對(duì)表2中試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合，模型為提取率y=-13.0045+0.4082A+ 0.0513B+0.1044C-0.00007AB-0.000035AC+0.000055BC- 0.0047A2-0.000085B2-0.00108C2。由方差分析結(jié)果（表3）可知，模型p=0.0005及失擬項(xiàng)p=0.1042＞0.05，說(shuō)明模型極顯著，可反映實(shí)際情況[15]。3個(gè)因素及二次項(xiàng)A2、B2均顯著影響黃刺玫籽油提取率（p＜ 0.05）。由F值可知，3個(gè)因素對(duì)黃刺玫籽油提取率的影響依次為超聲功率＞超聲溫度＞超聲時(shí)間。模型中交互項(xiàng)AB、AC、BC及二次項(xiàng)C2對(duì)黃刺玫籽油的提取率均沒有顯著影響。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表3 方差分析

2.2.2 各因素交互作用的響應(yīng)面圖

不同因素交互作用對(duì)黃刺玫籽油提取率的三維響應(yīng)曲面圖如圖5所示。圖5（a、b、c）的響應(yīng)曲面均存在最高峰，說(shuō)明所選擇的因素水平范圍合理，在水平范圍內(nèi)存在極值[16]。從圖5可以直觀看出各因素對(duì)提取率的影響。響應(yīng)曲面越陡峭說(shuō)明該因素對(duì)提取率的影響越顯著[17]。

圖5（a）為超聲時(shí)間40 min時(shí)，超聲功率和溫度對(duì)黃刺玫籽油提取率的影響。超聲時(shí)間不變時(shí)，隨著超聲功率和溫度增加，提取率均呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)。超聲功率對(duì)提取率的響應(yīng)曲面更陡峭。同樣，由圖5（b和c）可知，超聲功率和溫度不變時(shí)，隨超聲時(shí)間延長(zhǎng)，提取率變化較小，超聲時(shí)間對(duì)提取率的響應(yīng)曲面比較平緩。綜合來(lái)看，3個(gè)因素中超聲功率的響應(yīng)曲面最陡峭，其次為超聲溫度和超聲時(shí)間。說(shuō)明超聲功率對(duì)黃刺玫籽油提取率的影響最顯著，這與方差分析中的結(jié)論一致。

圖5 因素交互作用對(duì)提取率影響的響應(yīng)面圖

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果分析

由回歸方程求得超聲輔助提取黃刺玫籽油的最優(yōu)工藝：超聲溫度44.82 ℃、超聲功率340.01 W、超聲時(shí)間40.75 min，提取率預(yù)測(cè)為7.02%。做3組平行試驗(yàn)作為驗(yàn)證試驗(yàn)。從實(shí)際操作條件考慮，將工藝條件調(diào)整為超聲溫度45 ℃、超聲功率350 W、超聲時(shí)間40 min，此時(shí)提取率為7.12%±0.14%，與預(yù)測(cè)值相差1.42%，表明該回歸模型可以較好地反映黃刺玫籽油提取率與超聲功率、超聲時(shí)間、超聲溫度的關(guān)系。

2.3 不同提取方法對(duì)黃刺玫籽油品質(zhì)的影響

為考察不同提取方法對(duì)黃刺玫籽油品質(zhì)的影響，分別采用溶劑法、超聲輔助溶劑法、水酶法對(duì)黃刺玫籽油進(jìn)行提取，比較黃刺玫籽油的理化性質(zhì)和維生素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

由表4可知，所選用的3種提取方法對(duì)黃刺玫籽油的折光指數(shù)、碘值沒有顯著影響，對(duì)水分及揮發(fā)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、酸價(jià)、過氧化值和維生素質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響顯著。碘值表示油脂中脂肪酸的不飽和程度[18]，結(jié)果表明3種提取方法對(duì)黃刺玫籽油中不飽和脂肪酸的保留沒有顯著差異。超聲輔助法得到的黃刺玫籽油水分及揮發(fā)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，而水酶法提取的黃刺玫籽油水分及揮發(fā)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。提取過程中加熱溫度及提取時(shí)間長(zhǎng)短均會(huì)影響油脂的酸價(jià)和過氧化值[19-20]。所得黃刺玫籽油的酸價(jià)大小依次為溶劑萃取法＞超聲輔助法＞水酶法。溶劑萃取法得到的黃刺玫籽油過氧化值最高，超聲輔助法和水酶法沒有顯著差異?？赡苁怯捎谌軇┹腿》ㄔ谙鄬?duì)較高溫度和長(zhǎng)時(shí)間下提取，長(zhǎng)時(shí)間加熱導(dǎo)致油脂水解，高溫加速油脂的氧化，最終導(dǎo)致溶劑萃取法得到的黃刺玫籽油酸價(jià)和過氧化值最高。

表4 不同提取方法制備黃刺玫籽油的理化指標(biāo)及營(yíng)養(yǎng)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

從營(yíng)養(yǎng)成分來(lái)看，超聲輔助法提取得到的黃刺玫籽油中VA和VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，其次為溶劑萃取法，水酶法最低，可能是由于超聲輔助法和溶劑萃取法所用的有機(jī)溶劑能夠更有效提取出脂溶性VA和VE。綜合來(lái)看，超聲輔助法得到的黃刺玫籽油品質(zhì)較好。

3 結(jié)論

以超聲輔助法提取黃刺玫籽油，以石油醚作為提取溶劑，采用單因素試驗(yàn)分別探討料液比、超聲溫度、超聲時(shí)間、超聲功率4個(gè)因素對(duì)黃刺玫籽油提取率的影響。利用Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，建立提取率與超聲溫度、時(shí)間、功率的二次回歸模型。結(jié)果表明，最佳工藝條件為料液比1∶8（g/mL）、超聲溫度45 ℃、超聲功率350 W、超聲時(shí)間40 min，在此條件下提取率為7.12%±0.14%。3個(gè)因素對(duì)黃刺玫籽油提取率的影響依次為超聲功率＞超聲溫度＞超聲時(shí)間。與溶劑萃取法和水酶法相比，超聲輔助提取得到的黃刺玫籽油具有較低的水分及揮發(fā)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、酸價(jià)和過氧化值，VA和VE質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。超聲輔助法更適用于黃刺玫籽油的提取，從而為有效利用黃刺玫籽，將黃刺玫籽油開發(fā)成新型油脂資源提供理論依據(jù)。