朱涵彬，李 靚，蘇志平，魏 端

河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院 (鄭州 450046)

蘿卜籽中藥名萊菔子，多呈黃棕色或紅棕色橢圓或者卵圓形，種皮薄而脆，略有氣味，味微苦。蘿卜籽常作為藥材，食用入胃能夠消食除腫，緩解消化不良等癥狀[1]。除了可以治療疾病外，蘿卜籽還具有美容功效，可用于改善皮膚老化、防皺、淡斑和肌膚提亮。油用蘿卜籽的粗脂肪含量為35.0%，雖較油菜籽的37.5%略低，仍具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值[2]。其中含有90.07%的不飽和脂肪酸[3]和多種生理活性物質(zhì)[4-6]，蘿卜籽作為一種新的油料資源，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

對(duì)于蘿卜籽的制油方法還處于研究階段[7-10]，其中水劑法是利用蘿卜籽中非油組分溶解于水和油的能力不同，且水和油由于比重不同而分層，從而將油與蛋白質(zhì)等進(jìn)行分離的制油方法。雖然此法有得率低、后處理復(fù)雜、成本髙、三廢多等缺點(diǎn)，但此法操作簡(jiǎn)單且無(wú)需其他試劑和昂貴設(shè)備[11]，避免有機(jī)溶劑殘留的危害和設(shè)備不足的制約，且水劑法制取蘿卜籽油的相關(guān)研究甚少，因此有一定研究?jī)r(jià)值。

實(shí)驗(yàn)以干燥粉碎的油用蘿卜籽為原料，對(duì)粗脂肪進(jìn)行提取，探究蘿卜籽油提取率與料液比、提取時(shí)間以及提取溫度這3個(gè)實(shí)驗(yàn)因素的關(guān)系。為蘿卜籽制油工藝提供更多數(shù)據(jù)，推進(jìn)蘿卜籽油的研究開(kāi)發(fā)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

油用蘿卜籽，品名：超級(jí)白美濃，品質(zhì)：一級(jí)，湖北省武漢市蔬菜科學(xué)研究所；檸檬酸，分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；氫氧化鈉，分析純，鄭州派尼化學(xué)試劑廠。

FA2104A型電子天平，上海精天電子儀器有限公司；DGG-9030A型鼓風(fēng)干燥箱，鄭州南北儀器設(shè)備有限公司；HR-08型多功能粉碎機(jī)，上海哈瑞斯電器有限公司；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，方科儀器(常州)有限公司；H1650型醫(yī)用離心機(jī)，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司；H1850R型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1蘿卜籽樣品制備

將挑選后的飽滿油用蘿卜籽放置于烘箱中在100 ℃下烘4 h后，用粉碎機(jī)粉碎，得到蘿卜籽粉，過(guò) 40 mm目篩后，置于干燥器中備用。

1.2.2水劑法制油

準(zhǔn)確稱取2 g蘿卜籽粉，按一定的料液比吸取pH 4.5的檸檬酸緩沖溶液，于50 mL離心管中搖勻。在一定的提取時(shí)間和提取溫度下恒溫水浴提取，每隔一段時(shí)間用玻璃棒進(jìn)行適當(dāng)攪拌，促進(jìn)蘿卜籽油的溶出。提取完成后用8 000 r/min的高速離心機(jī)離心20 min，將上清油和乳化層用移液槍吸取至另一50 mL離心管中，用12 000 r/min的高速離心機(jī)，機(jī)械破乳20 min，后將上清油用移液槍吸取至2 mL離心管中稱重，并計(jì)算蘿卜籽油的提取率。

1.2.3單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以pH 4.5檸檬酸緩沖溶液為提取溶劑，對(duì)粉碎后的蘿卜籽粉進(jìn)行萃取。研究料液比、提取時(shí)間以及提取溫度這3個(gè)實(shí)驗(yàn)因素對(duì)蘿卜籽油提取率的影響。對(duì)單一實(shí)驗(yàn)因素的不同水平進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，每一組做3次平行實(shí)驗(yàn)，取平均值。

1.2.3.1 料液比對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

設(shè)置提取時(shí)間為1 h，提取溫度為75 ℃，分別以4∶1 (mL/g)、6∶1 (mL/g)、8∶1 (mL/g)、10∶1 (mL/g)、12∶1 (mL/g)、14∶1 (mL/g)的料液比加入pH 4.5檸檬酸緩沖溶液提取蘿卜籽油。

1.2.3.2 提取時(shí)間對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

設(shè)置料液比為12∶1 (mL/g)，提取溫度為65 ℃，分別對(duì)蘿卜籽萃取1.5 h、2.0 h、2.5 h、3 h、3.5 h、4.0 h。

1.2.3.3 提取溫度對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

設(shè)置料液比為12∶1 (mL/g)，提取時(shí)間為3 h，分別在70 ℃、75 ℃、80 ℃、85 ℃、90 ℃、95 ℃的溫度條件下提取蘿卜籽油。

1.2.4響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用Design Expert 8.0.6軟件，將料液比、提取時(shí)間和提取溫度這3個(gè)實(shí)驗(yàn)因素分別設(shè)為A、B和C，以單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，用-1、0、1進(jìn)行水平編碼，以蘿卜籽油提取率為響應(yīng)值，設(shè)為Y。采用Box-Behnken原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，優(yōu)化水劑法提取蘿卜籽油的工藝條件。

1.2.5數(shù)據(jù)處理

(1)

式中：W表示蘿卜籽油的提取率，%；m1表示2 mL離心管的質(zhì)量，g；m2表示蘿卜籽油和2 mL離心管的總質(zhì)量，g；m表示蘿卜籽樣品質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 水劑法制取蘿卜籽油的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1料液比對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

如圖1所示，當(dāng)料液小于12∶1 (mL/g)時(shí)，蘿卜籽油的提取率呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，可能是因?yàn)榱弦罕冗^(guò)小，提取溶劑與粉碎的蘿卜籽粉形成粘稠物而不易將油脂充分提取出來(lái)，且提取出的油與殘?jiān)嗷旌喜灰追蛛x。當(dāng)料液比為12∶1 (mL/g)時(shí)，蘿卜籽油的提取率達(dá)到最大值。繼續(xù)增大料液比，蘿卜籽油的提取率不再增加反而開(kāi)始下降，這可能是料液比過(guò)大，油脂與水層乳化，使得蘿卜籽油不能被完全提取出來(lái)，從而降低了提取率。所以選擇料液比為12∶1 (mL/g)最合適。

圖1 料液比對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

2.1.2提取時(shí)間對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

如圖2所示，在提取時(shí)間小于3 h的范圍內(nèi)，蘿卜籽油的提取率呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，可能是隨著提取時(shí)間的增加，提取溶劑與蘿卜籽粉逐漸充分地混合，更便于油脂提取出來(lái)。當(dāng)提取時(shí)間為3 h時(shí)，蘿卜籽油的提取率達(dá)到最大值。繼續(xù)增加提取時(shí)間，蘿卜籽油的提取率反而降低，可能是提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)增加油脂的乳化程度，而使得油水難以分離，從而降低了蘿卜籽油的提取率。所以選擇3 h為最適提取時(shí)間。

圖2 提取時(shí)間對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

2.1.3提取溫度對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

如圖3所示，當(dāng)提取溫度小于90 ℃時(shí)，蘿卜籽油的提取率隨提取溫度的升高，逐漸增大，可能是油脂的黏度隨著溫度的升高而降低，更有利于上清油的分離。當(dāng)提取溫度為90 ℃時(shí)，提取率達(dá)到最大值。繼續(xù)增加提取溫度，提取率反而降低，可能是提取溫度過(guò)高，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性和淀粉糊化，將油脂包裹住而無(wú)法被提取出來(lái)，導(dǎo)致提取率下降。所以選擇90 ℃為最適提取溫度。

圖3 提取溫度對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

2.2.1響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，得出響應(yīng)面優(yōu)化蘿卜籽油提取工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表，如表1所示，響應(yīng)面優(yōu)化蘿卜籽油提取工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，如表2所示。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化蘿卜籽油提取工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表

2.2.2建立數(shù)學(xué)模型與方差分析

根據(jù)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)Design-Expert 8.0.6軟件擬合的回歸圖形，得到方差分析結(jié)果，蘿卜籽油提取率Y關(guān)于料液比A、提取時(shí)間B和提取溫度C的多元回歸方程如式(2)，方差分析，如表3所示。

提取率Y=8.59-0.42A+0.019B+0.29C+0.24AB+0.18AC-0.38BC+1.01A2-0.50B2+0.98C2

(2)

由表3可得，模型F=4.35，P=0.032 7，差異顯著，表明回歸方程模型顯著。失擬項(xiàng)F=1.97，P=0.261 0，不顯著，說(shuō)明方程的擬合度較高，用作計(jì)算蘿卜籽油提取率的結(jié)果是有意義的。

由表3還可得出，二次項(xiàng)A2與C2，P值<0.01，高度顯著，說(shuō)明其對(duì)水劑法提取蘿卜籽油提取率呈高度顯著影響。比較一次項(xiàng)A、B、C的P值大小可以得出對(duì)水劑法提取蘿卜籽油提取率影響的大小順序?yàn)椋毫弦罕?提取溫度>提取時(shí)間。

2.2.3二次交叉互相分析

通過(guò)Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出，料液比、提取時(shí)間和提取溫度三個(gè)實(shí)驗(yàn)因素之間兩兩相互作用對(duì)水劑法提取蘿卜籽油提取率的影響情況，如圖4～圖6所示。

圖4 料液比與提取時(shí)間對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

圖5 料液比與提取溫度對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

圖6 提取時(shí)間與提取溫度對(duì)蘿卜籽油提取率的影響

根據(jù)圖4～圖6可知，AB、AC和BC交互作用的等高線圖沒(méi)有呈現(xiàn)明顯的橢圓形, 對(duì)水劑法提取蘿卜籽油提取率影響效果不顯著，這與表3方差分析中的二次項(xiàng)因素AB、AC和BC的P值結(jié)果一致，說(shuō)明A、B和C的交互作用，對(duì)水劑法提取蘿卜籽油提取率影響較小。

2.2.4最佳工藝檢驗(yàn)

通過(guò)Design-Expert8.0.6軟件分析，得到水劑法提取蘿卜籽油的最佳工藝條件：料液比為10∶1 (mL/g)、提取時(shí)間為2.7 h、提取溫度為95 ℃，此時(shí)提取率最高，蘿卜籽油提取率可達(dá)11.28%。

經(jīng)過(guò)3次平行實(shí)驗(yàn)，證明應(yīng)用上述最佳制油工藝條件，測(cè)得水劑法提取蘿卜籽油的提取率平均值為11.25%，與模型預(yù)測(cè)值相近，說(shuō)明此最佳工藝條件具有可操作性。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)探究了水劑法提取蘿卜籽油的最佳工藝條件，利用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝條件，得出當(dāng)料液比為10∶1 (mL/g)、提取時(shí)間為2.7 h、提取溫度為95 ℃時(shí)，蘿卜籽油的提取率最高，可達(dá)到11.28%。經(jīng)分析得出，料液比、提取時(shí)間以及提取溫度這3個(gè)實(shí)驗(yàn)因素對(duì)水劑法提取蘿卜籽油提取率的影響順序?yàn)椋毫弦罕?提取溫度>提取時(shí)間。

水劑法制油與破乳工藝密不可分，可以對(duì)破乳離心時(shí)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速、破乳時(shí)間以及破乳溫度進(jìn)一步研究，來(lái)優(yōu)化破乳工藝條件，使水劑法提取蘿卜籽油的提取率得到進(jìn)一步的提高，降低水劑法制油成本。水劑法提取蘿卜籽油可以同時(shí)制取蘿卜籽中蛋白質(zhì)、淀粉等物質(zhì)，如蘿卜籽蛋白、蘿卜籽淀粉等產(chǎn)品，可應(yīng)用于食品或飼料生產(chǎn)等，實(shí)現(xiàn)蘿卜籽的綜合開(kāi)發(fā)利用。