朱慶書(shū)，趙文英，文佑英，張 娣，楊 敏

（1.青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042；2.青島市市北區(qū)疾病預(yù)防控制中心，山東 青島 266012）

響應(yīng)面法優(yōu)化加壓提取石榴籽油工藝

朱慶書(shū)1，趙文英1，文佑英1，張 娣1，楊 敏2

（1.青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042；2.青島市市北區(qū)疾病預(yù)防控制中心，山東 青島 266012）

以乙醇為溶劑，采用加壓溶劑法提取石榴籽油，對(duì)其主要影響參數(shù)（提取溫度、壓力、液固比和提取時(shí)間）進(jìn)行優(yōu)化研究。通過(guò)響應(yīng)面法得到的最優(yōu)提取工藝條件為液固比33∶1（mL/g），提取溫度98℃，在壓力0.25 MPa下提取30min。與加熱回流法相比，加壓溶劑提取法提取時(shí)間縮短5倍，提取率提高了2倍。

石榴籽油；加壓溶劑提?。豁憫?yīng)面法；優(yōu)化

石榴籽是石榴汁產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物，含有豐富的油脂類成分；而石榴籽油的主要成分為石榴酸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)70%以上［1］。石榴酸是一種ω-3型高度不飽和脂肪酸，與亞麻酸一樣，是補(bǔ)充人體缺乏ω-3系列不飽和脂肪酸最理想的成分。目前研究表明：石榴籽油對(duì)于癌癥、肥胖癥、糖尿病和心臟病等疾病有預(yù)防保健作用［2-3］，因此在醫(yī)藥與保健領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

從目前石榴籽油提取研究現(xiàn)狀來(lái)看，除采用超臨界CO2提取外，其他提取方法如超聲輔助、微波輔助、加熱回流提取等，大多采用正己烷、石油醚等易揮發(fā)的有機(jī)溶劑進(jìn)行提取［4-5］，而這些有機(jī)溶劑常會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。近年來(lái)，加壓溶劑提?。≒LE）方法用于植物有效成分的提取引起了人們的關(guān)注［6-7］。加壓溶劑提取是通過(guò)外部施加壓力，使提取溶劑在超過(guò)沸點(diǎn)情況下仍然保持液體狀態(tài)，使提取溶劑的黏度下降，滲透性增強(qiáng)，有助于提高提取速率。同時(shí)，高溫能改變?nèi)軇┑臉O性和介電常數(shù)，改善溶劑的溶解性能，使乙醇或水用于替代低極性有機(jī)溶劑提取油脂類成分成為可能。

筆者以乙醇為溶劑，采用加壓溶劑方法提取石榴籽油，并與加熱回流法相比較，以期為加壓溶劑提取方法在低極性有效成分提取中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

石榴籽購(gòu)于山東棗莊；無(wú)水乙醇，煙臺(tái)三和化學(xué)試劑有限公司。

Q6J3-W1000A型高速粉碎機(jī)，天津泰斯特儀器有限公司；加壓提取儀，自制；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠。

1.2 加壓溶劑提取方法

稱取經(jīng)適當(dāng)粉碎的石榴籽10 g至加壓提取罐中，加入一定量的無(wú)水乙醇，密閉提取罐。連接空氣壓縮機(jī)，使罐內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)定值后，再打開(kāi)加熱器，加熱到設(shè)定溫度，保溫保壓靜態(tài)提取一段時(shí)間，達(dá)到預(yù)定提取時(shí)間后，降溫、減壓，提取液過(guò)濾，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收溶劑后，將油用溶劑洗至已稱質(zhì)量的小瓶中，揮干溶劑，在室溫下稱取石榴籽油質(zhì)量，計(jì)算提取率。

1.3 加熱回流提取方法

稱取經(jīng)適當(dāng)粉碎的石榴籽10 g于圓底燒瓶中，加入無(wú)水乙醇330mL，加熱至80℃，在微沸狀態(tài)下回流3 h，過(guò)濾，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收溶劑后，將油分別用溶劑洗至已稱質(zhì)量的小瓶中，進(jìn)一步濃縮至無(wú)溶劑，計(jì)算所得石榴籽油的量及提取率；所得產(chǎn)品備用。

1.4 抗氧化活性測(cè)試

精密稱取1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基（DPPH·）標(biāo)準(zhǔn)品1.5 mg，加入適量甲醇，溶解，并轉(zhuǎn)移至100mL棕色容量瓶中，甲醇定容，得到質(zhì)量濃度0.015 mg/mL的混合溶液。精密量取該溶液3mL，加入質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL的樣品甲醇溶液1mL，暗處放置30min，在紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)517nm處測(cè)定吸光度Ai，以甲醇代替樣品測(cè)定吸光度A0，按式（1）計(jì)算DPPH·清除率（η）。

同法測(cè)定加壓提取和加熱回流提取石榴籽油的DPPH·清除活性。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

采用單因素方法考察提取溫度、壓力、液固比和時(shí)間等因素對(duì)提取率的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1（a）可知：提取率隨溫度的升高而升高，但超過(guò)100℃后，提取率有所下降。提取率升高是由于升高溫度可以使溶劑的溶解能力增強(qiáng)，同時(shí)高溫也能使溶劑的密度和黏度降低，使溶劑易于擴(kuò)散進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)，溶解有效成分。但過(guò)高的溫度會(huì)破壞有效成分，使提取率下降。

由圖1（b）可知：提取壓力從0.15 MPa升高到0.25 MPa，石榴籽油提取率有一定的提高，但壓力從0.25 MPa升高到 0.35 MPa時(shí)，提取率明顯下降。通常施加的壓力需要足夠大以保證在高溫下提取溶劑仍處于液體狀態(tài)，同時(shí)適當(dāng)加壓也有助于提取溶劑擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)提高提取效率，但壓力過(guò)高會(huì)使樣品顆粒緊密壓縮在一起，阻止溶劑擴(kuò)散滲透，反而使提取率降低。

由圖1（c）可知：提取溶劑用量增加，增大了細(xì)胞內(nèi)外有效成分的濃度差，使有效成分提取率提高。但當(dāng)液固比超過(guò)30∶1mL/g時(shí)，這種作用的影響變得不是很明顯，而且加入過(guò)量的溶劑會(huì)使生產(chǎn)成本增加。

由圖1（d）可知：在30min時(shí)提取率達(dá)到最高，但總體上來(lái)看，提取率在提取10～50min內(nèi)變化不大。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，使用Box-Behnken Design法優(yōu)化加壓提取石榴籽油的主要影響因素，其中由于提取時(shí)間對(duì)提取率影響較小，將時(shí)間固定在30min，而主要考察提取溫度、壓力和料液比3種因素對(duì)提取率的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

采用Design Expert軟件對(duì)表1中實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析（表2），得到石榴籽油的提取率（Y）與提取溫度（X1）、提取壓力（X2）、液固比（X3）之間的二次多元回歸方程：

圖1 提取溫度、壓力、液固比和時(shí)間對(duì)加壓提取石榴籽油提取率的影響Fig.1 Effects of extraction temperature，pressure，liquid to solid ratio and time in PLE process on yield of pomegranate seed oil

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 1 Experimental and predicted oil yield obtained from the central composite experimental design

X1、X2和X3系數(shù)為正，說(shuō)明隨提取參數(shù)的增加，提取率也相應(yīng)增大。從各參數(shù)系數(shù)大小可推測(cè)出對(duì)提取率的影響從大到小依次為提取壓力、溫度、料液比，而交互作用對(duì)提取率沒(méi)有影響。模型中的F值為5.4，P值為0.007 2（＜0.05），表明該回歸方程線性顯著；失擬值為0.010 8（＞0.01），失擬相不是非常顯著，表明該回歸方程擬合程度較好，所建立的模型可用于該提取過(guò)程的模擬。

表2 回歸方程方差分析Table 2 Analysis of variance（ANOVA）of response variables for oil yield

根據(jù)方程對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)回歸擬合，各因素間交互作用的二次響應(yīng)面分析見(jiàn)圖2。

由圖2可知：回歸模型存在穩(wěn)定點(diǎn)，即最大值。根據(jù)模型預(yù)測(cè)其最佳工藝為提取壓力0.25 MPa，提取溫度98℃，液固比33∶1mL/g，預(yù)測(cè)最大提取率為25.5%。在此條件下，3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)所得提取率平均值為25.8%，與預(yù)測(cè)值很接近，更進(jìn)一步說(shuō)明預(yù)測(cè)模型的可信性。

2.3 提取方法的比較

以無(wú)水乙醇為溶劑，將加壓提取石榴籽油的提取率與加熱回流提取相比較（表3）。由表3可知：加壓提取效率明顯高于加熱回流提取，提取時(shí)間縮短5倍，提取率高2倍。在常壓條件下，加熱回流只能使無(wú)水乙醇保持沸騰狀態(tài)，不能明顯改善乙醇的溶解能力，因而對(duì)油脂成分來(lái)說(shuō)不是最佳的提取溶劑。石油醚是石榴籽油提取常采用的溶劑，但它是一種可揮發(fā)易燃的液體，對(duì)人體也具有一定的危害。雖然以石油醚為溶劑，采用超微粉碎法提取石榴籽油的得率為34.9%［8］，采用超聲提取的提取率為29.0%［5］，提取率要高于以乙醇為溶劑的加壓溶劑提取，但避免使用對(duì)人體和環(huán)境有危害的低極性有機(jī)溶劑，是加壓溶劑提取的優(yōu)勢(shì)所在。

圖2 各因素對(duì)石榴籽油提取率的影響Fig.2 Response surfaces and contour plots of pomegranate seed oil yield affected by extraction pressure，extraction temperature and liquid to solid ratio

表3 加壓溶劑提取與加熱回流提取石榴籽油的比較Table 3 Comparison of oil yield extracted by PLE and reflux methods

2.4 活性測(cè)試比較

加壓提取和常壓回流提取所得石榴籽油對(duì)DPPH·的清除率分別為63.7%和50.3%，加壓提取的石榴籽油抗氧化活性略高。說(shuō)明在較高溫度下快速提取石榴籽油不影響其活性。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素和響應(yīng)面法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，確定加壓溶劑提取石榴籽油的最佳工藝條件為提取壓力0.25 MPa，提取溫度98℃，液固比33∶1mL/g，在此條件下的提取率為25.8%；活性測(cè)試表明加壓提取不影響石榴籽油的抗氧化活性。與加熱回流傳統(tǒng)提取方法比較，加壓提取具有提取時(shí)間短、提取效率高的特點(diǎn)。

用加壓溶劑法提取石榴籽油等油脂類成分，可以用無(wú)水乙醇為溶劑代替石油醚等低極性有機(jī)溶劑，是一種環(huán)境友好型提取方法，符合中藥現(xiàn)代化發(fā)展的需要。

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（責(zé)任編輯 周曉薇）

Optimization of pressurized liquid extraction for pomegranate seed oil by response surface methodology

ZHU Qingshu1，ZHAO Wenying1，WEN Youying1，ZHANG Di1，YANG Min2
（1.College of Chemical Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266042，China；2.Center for Disease Control&Prevention of Shibei District，Qingdao 266012，China）

Pressurized liquid extraction（PLE）technology was used to extract pomegranate seed oil from pomegranate seeds with ethanol.To obtain the highest extraction efficiency，several influential parameters of PLE procedure（extraction temperature，pressure，solid-liquid ratio and time）were studied by response surface methodology.The optimized process was obtained：ethanol as extraction solvent with a liquid to solid ratio of 33∶1，temperature of 98℃，pressure of 0.25 MPa for 30 minutes.Compared with solvent reflux extraction，PLE got great extraction efficiency with 5-fold reduction in extraction time and 2-fold high in extraction yield.The results indicate that PLE with ethanol may be a useful method for extracting less polar compound from medicinal plants and herbs.

pomegranate seed oil；pressurized liquid extraction；response surface methodology；optimization

R284.2

A

1672-3678（2015）05-0037-05

10.3969/j.issn.1672-3678.2015.05.007

2014-05-22

山東省博士基金（BS2009SW033）

朱慶書(shū)（1970—），男，山東煙臺(tái)人，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：化工傳質(zhì)過(guò)程；趙文英（聯(lián)系人），副教授；E-mail：wyzhao0059@aliyun.com