張言，高定烽，莫鏡池，熊華斌, *，高云濤，李曉芬

1. 云南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院（昆明 650500）；2. 云南省跨境民族地區(qū)生物質(zhì)資源清潔利用國際聯(lián)合研究中心（昆明 650500）；3. 民族地區(qū)礦產(chǎn)資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（昆明 650500）

金銀木（Lonicera maackii（Rupr.）Maxim.）[1]屬于忍冬科忍冬屬植物，又被稱為金銀忍冬。金銀木分布廣泛，云南個(gè)舊種有大量的金銀木。目前國內(nèi)對(duì)金銀花的開發(fā)利用很是廣泛，因?yàn)榻疸y木的莖可制人造棉[2]，其花可作為金銀花代用品并可供制茶[3]，果實(shí)可供提取天然紅色素[4]，種子油可供肥皂制造[5]，目前，國內(nèi)對(duì)金銀花種子提取油脂鮮有報(bào)道，并未給出優(yōu)化的工藝。

試驗(yàn)采用索氏提取工藝，索氏提取是一種提取油脂的方法[6]，何志勇等[7]使用索氏提取法提取2種不同橄欖核仁油進(jìn)行成分分析。滕紅梅等[8]使用索氏提取法對(duì)翅果油樹種子進(jìn)行提油，并計(jì)算出出油率為32.50%。為了科學(xué)開發(fā)云南地區(qū)金銀木資源，開展金銀木種子索氏提取法提取油脂的響應(yīng)面法優(yōu)化研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金銀木種子選用云南個(gè)舊縣金銀木種子種植基地自然成熟的種子。處理方法為：將手工去殼的金銀木種子仁粉碎，過60目的尼龍篩。

無水乙醇（分析純，沸點(diǎn)78 ℃）。

1.2 儀器與設(shè)備

電加熱套（力辰科技有限公司）；GZX-9240數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；BS 210 S分析天平（北京賽多利斯天平有限公司）；索氏提取裝置等。

1.3 提取溫度對(duì)油脂提取的影響

取3.0 g裝入已烘干且恒質(zhì)量的濾紙桶內(nèi)，放入60℃烘箱內(nèi)烘干，冷卻，放入索氏提取器中，用無水乙醇提取油脂，按提取溫度分別為45，50，55，60，65和70 ℃展開油脂提取試驗(yàn)，每組液固比均為20:1（mL/g），索氏提取4 h后取出濾紙桶，回收無水乙醇，取下圓底燒瓶，電熱鼓風(fēng)干燥箱溫度調(diào)至70 ℃，揮發(fā)殘余無水乙醇，即得到金銀木種子油脂，按式（1）計(jì)算得出油脂提取率。

式中：m1為提取油脂的質(zhì)量，g；m2為金銀木的質(zhì)量，g。

1.4 提取時(shí)間對(duì)油脂提取的影響

取3.0 g裝入已烘干且恒質(zhì)量的濾紙桶內(nèi)，放入60℃烘箱內(nèi)烘干，冷卻，放入索氏提取器中，用無水乙醇提取油脂，按提取時(shí)間分別為1，2，3，4，5和6 h展開油脂提取試驗(yàn)，每組液固比均為20:1，在60 ℃水浴進(jìn)行索氏提取后取出濾紙桶，回收無水乙醇，取下圓底燒瓶，電熱鼓風(fēng)干燥箱溫度調(diào)至70 ℃，揮發(fā)殘余無水乙醇，即得到金銀木種子油脂，按式（1）計(jì)算得出油脂提取率。

1.5 液固比對(duì)油脂提取的影響

取3.0 g裝入已烘干且恒質(zhì)量的濾紙桶內(nèi)，放入60℃的烘箱內(nèi)烘干，冷卻，放入索氏提取器中，用無水乙醇提取油脂，按液固比10:1，15:1，20:1，25:1，30:1和35:1（mL/g）開展油脂提取試驗(yàn)，每個(gè)平行組均置于60 ℃水浴中浸提4 h，取出濾紙桶，回收無水乙醇，取下圓底燒瓶，電熱鼓風(fēng)干燥箱溫度調(diào)至70 ℃，揮發(fā)殘余無水乙醇，即得到金銀木種子油脂，按式（1）計(jì)算得出油脂提取率。

1.6 響應(yīng)面法優(yōu)化

選取色素提取試驗(yàn)中的液固比、提取溫度和提取時(shí)間3個(gè)因素為自變量，以油脂提取率為響應(yīng)值，采用Design Expert軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)所得設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)，采用所得試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面分析，獲取所需試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取溫度對(duì)油脂提取的影響

由圖1可知，在提取溫度45～70 ℃時(shí)，提取率隨著提取溫度增大而增加，提取溫度65 ℃時(shí)，金銀木油脂提取率達(dá)到最大；提取溫度70 ℃時(shí)，油脂提取率隨著料液比的增加而減少，這是由于提取溫度70 ℃時(shí)，已接近無水乙醇的沸點(diǎn)，在提取過中無水乙醇蒸發(fā)[9]，提取不充分，故油脂提取率反而降低，因此出現(xiàn)提取率隨著料液比增加而下降的現(xiàn)象。

圖1 不同提取溫度對(duì)金銀木提油率的影響

2.2 提取時(shí)間對(duì)油脂提取的影響

由圖2可知，提取率隨著提取時(shí)間增加而增加，提取時(shí)間1～3 h時(shí)，提取率隨著提取時(shí)間而快速增加，但提取時(shí)間4～6 h時(shí)，提取率隨著提取溫度緩慢增加。在索氏提取時(shí)要延長時(shí)間保證材料中的油脂被提取完，避免對(duì)原料的浪費(fèi)，但由于提取的有機(jī)溶劑具有揮發(fā)性，若提取時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致溶劑的揮發(fā)而影響油脂的提取，因此選擇提取時(shí)間為6 h。

圖2 不同提取時(shí)間對(duì)金銀木提油率的影響

2.3 液固比對(duì)油脂提取的影響

由圖3可知，液固比35:1～10:1（mL/g）時(shí)，提取率隨料液比增加呈上升趨勢(shì)，液固比增加30:1（mL/g）時(shí)，油脂提取率達(dá)到最大；液固比大于30:1（mL/g）時(shí)，油脂提取率隨著液固比增加而減少，這是由于隨著金銀木質(zhì)量增加，提取出來的油脂的量也增加，但是無水乙醇的體積有限，一部分提出的油脂溶于無水乙醇中，提取不充分，故蝦青素提取率反而降低，因此出現(xiàn)提取率隨著液固比增加，提取率下降的現(xiàn)象。

圖3 不同提取液固比對(duì)金銀木提油率的影響

2.4 油脂提取的響應(yīng)面法優(yōu)化

2.4.1 CCD設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)結(jié)果

據(jù)CCD試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以液固比、提取時(shí)間和提取溫度3個(gè)因素作為自變量A、B、C，因素與水平值安排見表1。金銀木油脂提取率為響應(yīng)值R，通過Expert 8.1.6分析軟件獲得的試驗(yàn)方案及其采用此方案獲得的試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

2.4.2 回歸和方差分析

以金銀木油脂的提取率為響應(yīng)值，在響應(yīng)面分析軟件中對(duì)固液比、提取時(shí)間和提取溫度進(jìn)行回歸擬合，響應(yīng)值R吸光度與各影響因子間的回歸方程為：油脂提取率=14.90+2.45A+0.27B-1.14C-0.095AB+1.34AC+0.045BC-4.19A2-2.26B2-0.46C2。

此外，對(duì)回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化超聲輔助提取試驗(yàn)的因素與水平值

表2 CCD試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

表3 油脂提取回歸方差分析結(jié)果

建立模型的p＜0.001，具有極顯著性，失擬項(xiàng)的p＞0.1，無顯著性，由此可見，所建模型可用于色素提取的響應(yīng)面分析。此外，A、C、A2、B2項(xiàng)的p值均小于0.05，表現(xiàn)出顯著性，這表明固液比、提取時(shí)間和提取溫度均為提取過程中影響出油率的主要因素，其中，A項(xiàng)的p＜0.001，即液固比對(duì)油脂提取的影響極顯著，而C項(xiàng)的p＜0.05，表明提取溫度對(duì)油脂提取率的影響效果要明顯高于提取時(shí)間。AB、AC、BC項(xiàng)中，無一項(xiàng)顯著，這表明固液比、提取時(shí)間和提取溫度對(duì)油脂提取率的影響在不能表現(xiàn)出交互作用。

2.4.3 響應(yīng)面分析

圖4顯示液固比（A）、提取時(shí)間（B）和提取溫度（C）這3因素對(duì)金銀木油脂提取率的等高線圖（a、c、e）和3D響應(yīng)面圖（b、d、f），3D響應(yīng)曲面在二維平面上的投影就是等高線圖。由圖4（a）可以看出，沿著B因素向峰值方向移動(dòng)，其等高線的密度明顯低于沿A因素方向，由此可見，相對(duì)于提取時(shí)間，液固比對(duì)金銀木油脂提取率的影響更為顯著。由對(duì)應(yīng)的3D響應(yīng)面圖4（b）也能獲取相同的結(jié)果，在B因素方向，響應(yīng)面曲線較為平緩，說明提取時(shí)間對(duì)油脂提取率的影響較小，隨提取時(shí)間增加，油脂提取率有增加趨勢(shì)，但增加的程度并不大，影響并不十分顯著，而沿A因素方向則出現(xiàn)較為明顯的變化，響應(yīng)面曲線較陡，液固比引起金銀木油脂提取率的變化較大，說明液固比油脂提取率的影響大于提取時(shí)間。

圖4（c）和4（d）則顯示A因素和C因素對(duì)金銀木油脂提取率的影響。由等高線圖可以看出，沿著C因素向峰值方向移動(dòng)的等高線密度也要相對(duì)低于沿A因素方向。由3D響應(yīng)面圖則可以看出，在A因素方向響應(yīng)面曲線有一定的坡度，但是，在C因素方向，響應(yīng)面曲線較為平緩，說明提取溫度對(duì)油脂提取率的影響較小，隨提取溫度增加，油脂提取率有降低趨勢(shì)，但程度并不大，影響并不十分顯著。由此可見，A因素變化對(duì)結(jié)果的影響要高于C因素，即相對(duì)于提取溫度，液固比的影響更大。

圖4 各因素及其交互作用對(duì)超聲輔助提取影響的響應(yīng)面

由圖4（e）和4（f）可以比較B因素和C因素對(duì)油脂提取率的影響。由兩因素沿峰值方向的等高線密度及其3D響應(yīng)面圖中響應(yīng)面曲線的陡峭程度可以看出，B、C兩因素的影響存在較小差異，相對(duì)于提取時(shí)間，提取溫度的影響較弱一些。響應(yīng)面分析直觀反映了各因素的影響情況，其效果優(yōu)于單因素試驗(yàn)，綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，3個(gè)因素對(duì)色素提取的影響有所不同，其程度大小為：液固比＞提取時(shí)間＞提取溫度。

此外，通過響應(yīng)面分析模型對(duì)淋洗條件進(jìn)行優(yōu)化分析，預(yù)測(cè)的最優(yōu)條件為液固比30.66:1（mL/g）、提取時(shí)間5.05 min、提取溫度60 ℃，預(yù)測(cè)的最優(yōu)提取率為15.659%。通過試驗(yàn)檢驗(yàn)最優(yōu)預(yù)測(cè)條件下的提取效果，色素提取吸光度與預(yù)測(cè)值相接近，達(dá)到14.9%，相差0.754%。

3 結(jié)論

通過對(duì)提取過程中溫度的控制，選擇了毒性小，低沸點(diǎn)的乙醇作為萃取溶劑，將索氏提取法提取金銀木種子中的油脂工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過響應(yīng)面分析模型對(duì)淋洗條件進(jìn)行優(yōu)化分析，預(yù)測(cè)的最優(yōu)條件為：液固比30.66:1（mL/g）、提取時(shí)間5.05 min、提取溫度60 ℃，預(yù)測(cè)的最優(yōu)提取率為15.659%。通過試驗(yàn)檢驗(yàn)最優(yōu)預(yù)測(cè)條件下的提取效果，色素提取吸光度與預(yù)測(cè)值相接近，達(dá)到14.9%，相差0.754%。