蔣新龍 蔣益花

(浙江樹人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，杭州 310015)

八角金盤(Fatsiajaponica)為五加科八角金盤屬常綠灌木。原產(chǎn)我國臺(tái)灣和日本，現(xiàn)長江流域以南地區(qū)廣泛分布。其根、葉、花和種子均具有一定的藥用價(jià)值，許多學(xué)者對(duì)其中的成分及其提取工藝進(jìn)行了研究。八角金盤根、葉、花和種子中含多種三萜皂苷，苷元有齊墩果酸、常春藤苷元和刺囊酸等，還有角鯊烯、長鏈脂肪酸及甲酯[1-3]，梁志遠(yuǎn)等[4]用GC-MS分析了八角金盤莖、葉、花(果實(shí))中精油的化學(xué)成分，衛(wèi)強(qiáng)等[5]對(duì)八角金盤葉化學(xué)成分及其抗腫瘤活性做了研究，黃建丹等[6]初步研究了八角金盤花黃酮提取工藝優(yōu)化及其氧化活性。目前，關(guān)于八角金盤籽油的研究鮮見報(bào)道。為了科學(xué)、充分地利用八角金盤籽油資源，采用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法(RSD)對(duì)影響籽油出油率的關(guān)鍵因素進(jìn)行條件優(yōu)化，通過氣相色譜(GC)分析其脂肪酸組成，為其進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

八角金盤籽：市售，選取顆粒飽滿、無霉?fàn)€變質(zhì)的為試材，經(jīng)干燥、揀選、去殼、粉碎后制成40～60目籽粉，備用。37種脂肪酸混合標(biāo)準(zhǔn)品(Sigma Aldrich)；其他試劑均為分析純。

Agilent 7890A氣相色譜儀；KQ5200DE型超聲波清洗器；UV-1600型紫外/可見分光光度計(jì)；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器。

1.2 八角金盤籽油超聲提取條件的優(yōu)化

1.2.1 提取方法

八角金盤籽→除雜→烘干→粉碎(→過篩→稱重→加石油醚→超聲波輔助萃取→抽濾→濃縮→八角金盤籽油。

準(zhǔn)確稱取5.000 0 g粉碎成40目的的八角金盤籽粉，裝入燒瓶中用石油醚于設(shè)置的條件下超聲回流提取，超聲結(jié)束后進(jìn)行減壓抽濾，濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮，濃縮物放恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥，直到恒重，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。按公式計(jì)算八角金盤籽油的出油率。

式中：m為八角金盤籽的質(zhì)量/g；m2為空瓶質(zhì)量/g；m1為空瓶和八角金盤籽油的質(zhì)量/g。

1.2.2 提取優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

理想提取溶劑的確定：分別以石油醚(60～90 ℃)、正己烷、無水乙醇、丙酮作為提取溶劑，在超聲溫度50 ℃，超聲時(shí)間15 min，超聲功率160 W，液料比8 mL/g的條件下進(jìn)行萃取，以出油率、油脂品質(zhì)、溶劑毒性、溶劑價(jià)格為綜合考察指標(biāo)，確定理想的提取溶劑。

單因素實(shí)驗(yàn)：采用1.2.1超聲波輔助提取法，提取條件為：超聲溫度30 ℃、超聲功率200 W、液料比5 mL/g，考察超聲時(shí)間(10、15、20、25、30 min)對(duì)出油率的影響；超聲時(shí)間20 min、超聲功率200 W，液料比5 mL/g，考察超聲溫度(30、40、50、60、70 ℃) 對(duì)出油率的影響；超聲溫度50 ℃、超聲時(shí)間20 min，液料比5 mL/g，考察超聲功率(80、100、120、140、160、200 W)對(duì)出油率的影響；超聲溫度50 ℃、超聲時(shí)間20 min、超聲功率200 W，考察液料比(1、2、4、6、8、10 mL/g)對(duì)出油率的影響。

響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)：根據(jù)超聲處理溫度、超聲處理時(shí)間、超聲功率以及液料比4個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平，見表1。用Design-Expert軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，選用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，做四因素三水平共 29個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)(5個(gè)中心點(diǎn))的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平

1.3 八角金盤籽油理化性質(zhì)分析

密度測(cè)定參考GB/T 5526—1985；折光率測(cè)定參考GB/T 5527—2008；苯并(α)芘測(cè)定參考GB/T 22509—2008；酸價(jià)測(cè)定參考GB/T 5530—2005；過氧化值測(cè)定參考GB/T 5538—2005；碘值測(cè)定參考GB/T 5532—2008。平行測(cè)定3次，取平均值。

1.4 八角金盤籽油的GC成分分析

用Agilent 7890A氣相色譜儀，脂肪酸組成測(cè)定參照 GB/T 5009.168—2016的內(nèi)標(biāo)法氣相色譜分析。

GC分析條件：色譜柱：CNW CD-2560(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；檢測(cè)器類型：FID；檢測(cè)器溫度：260 ℃；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；進(jìn)樣量：1 μL；升溫程序：130 ℃保持5 min，再以4 ℃/min的速率升溫至240 ℃并保持30 min；分流比：10∶1；載氣流速：0.5 mL/min。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法及分析軟件

指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3次并取平均值，利用Origin 8軟件作圖；應(yīng)用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并用Duncan多重比較(SSR法)檢驗(yàn)各處理平均數(shù)之間的差異顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

2.1.1 提取溶劑的選擇

溶劑的極性對(duì)油脂的提取率有顯著影響。表2為不同有機(jī)溶劑對(duì)八角金盤籽油提取質(zhì)量的影響，依據(jù)相似相溶原理，因?yàn)橛椭瑢俜菢O性或極性小的物質(zhì)，所以提取溶劑應(yīng)為非極性或極性較小的有機(jī)溶劑。結(jié)果表明極性最小的正己烷提取率最高，符合相似相溶規(guī)律。從提取的油脂品質(zhì)考慮，正己烷和石油醚提取的油脂雜質(zhì)少、色澤淺、澄清度高，但正己烷的毒性相對(duì)較高[7]。綜合各方面考慮選用石油醚(60～90 ℃)作為提取溶劑。

表2 不同有機(jī)溶劑對(duì)提取的比較

2.1.2 單因素實(shí)驗(yàn)

提取溫度的影響：溫度不僅影響溶劑和油脂的分子運(yùn)動(dòng)，而且還會(huì)引起油脂分子結(jié)構(gòu)的改變。由圖1可知，隨超聲溫度的升高八角金盤籽油出油率先升高后降低，在50 ℃時(shí)出油率達(dá)到最大值。在較低的溫度時(shí)，溫度的提高使分子運(yùn)動(dòng)加劇，同時(shí)溶劑和油脂的黏度降低，使出油率增大；當(dāng)溫度接近石油醚的沸點(diǎn)時(shí)，溶劑揮發(fā)加快，減少了溶劑與八角金盤籽粉的有效接觸面積，而且隨溫度的升高，還會(huì)使八角金盤籽油脂分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使出油率下降。因此50 ℃為較理想的提取溫度。

提取時(shí)間的影響：有效濃度差是超聲波輔助溶劑法提取油脂的主要推動(dòng)力。剛開始時(shí)，有效成分濃度差較大，隨著油脂的不斷溶出，溶劑中的油脂與八角金盤籽粉末中的油脂濃度差不斷減小，達(dá)到平衡后，提取溶劑的損耗揮發(fā)和油脂夾帶作用也會(huì)造成油脂的損失；另外超聲波具有較強(qiáng)的機(jī)械剪切作用，長時(shí)間的作用會(huì)使大分子的脂肪斷裂[8]，圖1可知，超聲時(shí)間20 min較為適宜。

超聲波功率的影響：隨超聲波功率的增加，其產(chǎn)生的機(jī)械作用和空化作用越劇烈，界面擴(kuò)散層上的分子擴(kuò)散就越快，油脂滲透出來的速度就越快[9]。但超聲波功率過高，超聲波較強(qiáng)的機(jī)械剪切作用也會(huì)使大分子的脂肪斷裂[9]。由圖1可知，超聲波功率160 W較為適宜。

液料比的影響：提取溶劑用量的增加相當(dāng)于降低了油的濃度，增加了溶劑與八角金盤籽細(xì)胞中油脂的濃度差，增加了傳質(zhì)推動(dòng)力，從而提高了油脂在提取劑中的擴(kuò)散速度。當(dāng)溶劑用量增大到一定程度后，八角金盤籽中油脂含量逐漸減少，再增加溶劑用量，出油率也基本保持不變，繼續(xù)增加溶劑用量，出油率趨向穩(wěn)定，而且溶劑用量過大，會(huì)造成溶劑回收困難和生產(chǎn)成本增加。由圖1可知，液料比8 mL/g較為適宜。

圖1 超聲波輔助提取八角金盤籽油單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

2.1.3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.1.3.2 方差分析

采用Designexpert程序?qū)λ脭?shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，回歸分析結(jié)果見表4。從表4中可以看出，液料比(D)的P值小于0.01，說明液料比對(duì)八角金盤油的提取影響極顯著；超聲溫度(A)、超聲時(shí)間(B)和超聲功率(C)的P值都大于0.05，說明這3個(gè)因素對(duì)八角金盤油的提取影響都不顯著，方差分析說明各個(gè)實(shí)驗(yàn)因素對(duì)八角金盤油的提取影響由大到小的順序依次為：液料比(D)、超聲時(shí)間(B)、超聲功率(C)、超聲溫度(A)。方差分析也說明各個(gè)具體實(shí)驗(yàn)因素與響應(yīng)值都不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

表4 方差分析

注：* 表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)。

2.1.3.3 擬合模型的建立

對(duì)響應(yīng)面測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，確立回歸方程：Y=34.82+0.093A+0.23B+0.19C+0.77D-0.29AB+1.000E-002AC+0.00AD+0.13BC+0.32BD+0.12CD-0.41A2-0.21B2-0.073C2-0.75D2

由于該方程的二次項(xiàng)系數(shù)都為負(fù)值，所以方程代表的拋物面的開口向下，有極大值。由表4 可以看出，模型的P<0.05(顯著)，失擬項(xiàng)檢驗(yàn)的P=0.084 9(不顯著)，表明模型充分?jǐn)M合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該方程是八角金盤油的提取率與提取工藝參數(shù)的合適數(shù)學(xué)模型。方差分析說明各個(gè)具體實(shí)驗(yàn)因素與響應(yīng)值都不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

2.1.3.4 交互作用分析

在超聲溫度、液料比、超聲功率、超聲時(shí)間4個(gè)因素中任取兩個(gè)作為X和Y，以提取率作為Z，作出相應(yīng)的三維曲面圖。相比而言，超聲時(shí)間(B)與液料比(D)的交互作用較大，如圖2所示，表現(xiàn)為曲線比較陡，這與回歸分析的結(jié)果吻合。

2.1.3.5 最優(yōu)工藝驗(yàn)證

利用軟件繪出回歸模型的等值線(見圖2)，并確定模型的極大值點(diǎn)，預(yù)測(cè)所得最大出油率為35.60%。利用軟件得出油提取的最優(yōu)條件為超聲溫度(47.73 ℃)、超聲時(shí)間(30.00 min)、超聲功率(200 W)和液料比(9.62 mL/g)。結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件，得到最優(yōu)條件為超聲溫度48 ℃、超聲時(shí)間30.00 min、超聲功率200 W和液料比9.6 mL/g 。根據(jù)實(shí)際最優(yōu)工藝進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，在此條件下測(cè)定出油率，平行測(cè)定3次，得最大出油率為35.55%。根據(jù)預(yù)測(cè)最優(yōu)條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)值無顯著差異。

圖2 三維曲面和回歸模型等值線

2.2 八角金盤籽油理化性質(zhì)

由表5可知，八角金盤籽油的酸值(KOH)為 2.88 mg/g，低于3.00 mg/g，符合食用植物油國家標(biāo)準(zhǔn)。過氧化值是衡量油脂被氧化的程度，數(shù)值越高，油品越差，八角金盤籽油的過氧化值為6.63 mmol/kg，八角金盤籽油的過氧化值低于食用植物油國家標(biāo)準(zhǔn)。碘值是判斷油脂脂肪酸不飽和程度的指標(biāo)，八角金盤籽油的碘值為97.23 g/100 g，屬于非干性油，說明八角金盤籽油不飽和程度較低。此外，八角金盤籽油相對(duì)密度為 0.892 8，所制八角金盤籽油為澄清透明的淺黃色液體。因此，以測(cè)定的理化指標(biāo)判斷，八角金盤籽油達(dá)到食用植物油國家標(biāo)準(zhǔn)。

表5 八角金盤籽油理化特性

注：GB / T 2716—2005標(biāo)準(zhǔn)要求酸值/ (mgKOH/g) ≤ 3；過氧化值/ (gI/100 g)≤ 0.25，1 mmol/kg=39.4 gI/100 g。

2.3 八角金盤籽油脂肪酸組成及含量分析

根據(jù)1.4方法，對(duì)八角金盤籽油進(jìn)行GC分析，八角金盤籽油的脂肪酸組成分析結(jié)果見圖3和表6。油酸加熱溫度為150 ℃時(shí)開始發(fā)生順反異構(gòu)化轉(zhuǎn)化反應(yīng)[10]。由表6可見，反油酸可能是由GC分析預(yù)處理過程中油酸轉(zhuǎn)變而成的，該組分實(shí)際為油酸，這與鄭聯(lián)合等[11]的研究結(jié)果一致。由表6可知，從八角金盤籽油中共鑒定出15種脂肪酸，主要脂肪酸為油酸(87.02%)、亞油酸(7.00%)、順-10-十五烯酸(3.08%)、硬脂酸(0.86%)，4種主要脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)占97.96%。其中不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97.10%，尤其以油酸為主。盡管以油酸為主的八角金盤籽油不飽和脂肪酸含量很高，因?yàn)橛退崾菃尾伙柡椭舅幔圆伙柡统潭炔⒉桓?，這與2.2碘值分析結(jié)果一致，八角金盤籽油屬于非干性油。油酸抗氧化穩(wěn)定性好，有助于降低人體血液中低密度脂蛋白膽固醇含量，同時(shí)維持高密度脂蛋白膽固醇水平，具有營養(yǎng)保健和藥療功效[12]，營養(yǎng)界把油酸稱為“安全脂肪酸” ，油酸的含量多少，是評(píng)定食用油品質(zhì)的重要標(biāo)志[13]。所以八角金盤籽油可作為高血脂、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化、心血管病人的長期食療保健油品，具有很好的開發(fā)應(yīng)用前景。

圖3 八角金盤籽油脂組份分析色譜圖

序號(hào)脂肪酸保留時(shí)間/min相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%1C15.1(順-10-十五烯酸) 28.5463.080 72C16.0(棕櫚酸) 29.3210.127 13C16.1(棕櫚油酸 ) 29.6180.116 44C17.0(十七烷酸 ) 30.5130.031 45C17.1(順-10-十七烯酸 ) 31.2820.013 26C18.0(硬脂酸 ) 31.7370.863 17C18.1n9t(反油酸) 32.49787.024 48C18.2n6t(反亞油酸) 33.5650.020 89C18.2n6c(亞油酸 ) 33.8366.980 310C18.3n6(γ-亞麻酸 ) 35.2410.061 011C18.3n3(α-亞麻酸 ) 35.8480.274 212C20.3n6(順-8,11,14-二十碳三烯酸 ) 38.3210.017 213C22.1n9(芥酸) 38.5000.040 114C23.0(二十三碳酸 ) 39.7850.252 615C22.6n3(順式-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸 ) 44.8140.235 8

3 結(jié)論

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用響應(yīng)面設(shè)計(jì)的理論與方法，確定了最佳提取工藝：石油醚為提取劑，超聲時(shí)間30 min，超聲功率200 W，超聲溫度48 ℃，液料比為9.6 mL/g。在此條件下，八角金盤籽油出油率為35.55%。經(jīng)方差分析和響應(yīng)面結(jié)果得知，在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，各因素對(duì)八角金盤籽油提取率的影響作用大小順序?yàn)橐毫媳?超聲時(shí)間>超聲功率>超聲溫度，且液料比對(duì)八角金盤油的提取影響極顯著，而它們之間的交互影響卻不顯著。響應(yīng)面分析法可以有效地優(yōu)化超聲波輔助提取法提取八角金盤籽油的工藝條件。本實(shí)驗(yàn)建立的優(yōu)化模型對(duì)八角金盤籽油的開發(fā)利用具有指導(dǎo)意義。

八角金盤籽油色澤淺，以測(cè)定的理化指標(biāo)判斷，八角金盤籽油達(dá)到食用植物油國家標(biāo)準(zhǔn)。GC 分析得到八角金盤籽油主要成分有油酸、亞油酸、順-10-十五烯酸、硬脂酸，以單不飽和脂肪酸油酸為主，不飽和脂肪酸占97.10%。八角金盤籽油具有較高的利用價(jià)值，可作為優(yōu)質(zhì)食用油源和功能性食用油開發(fā)利用。