馮菲菲，劉思思，劉汝寬，易有金，祁 鯤，楊 艷

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院木本油料資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128； 3.河南省鯤華生物技術(shù)有限公司，河南 安陽(yáng) 456150)

梔子果是茜草科(Rubiaceae)梔子屬(Gardenia)常綠灌木梔子(Gardeniajasminoides)的果實(shí)，是原衛(wèi)生部頒布的第一批藥食兩用資源之一[1]。目前針對(duì)梔子果的研究主要集中在藥用價(jià)值和梔子黃色素的營(yíng)養(yǎng)和保健作用，對(duì)其含有的油脂研究較少[2]。梔子果油中富含多種化學(xué)成分，主要有不皂化物(維生素E、植物甾醇等)、脂肪酸(油酸、亞油酸和亞麻酸等)、類(lèi)胡蘿卜素(藏紅花素等)等，具有護(hù)肝利膽、抗腫瘤、保護(hù)心血管等藥用價(jià)值[3-6]。隨著人們對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)和生命健康的重視，梔子果油的價(jià)值逐漸引起重視。植物油提取方法主要有物理壓榨法和有機(jī)溶劑提取法[7-8]，物理壓榨法出油率較低，有機(jī)溶劑提取法容易殘留溶劑。而亞臨界萃取技術(shù)具有提取高效、生產(chǎn)成本低、保護(hù)物料中的熱敏性成分不被破壞、可以工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)[9-11]。本研究旨在通過(guò)對(duì)梔子果油亞臨界萃取最佳工藝條件進(jìn)行探索，為亞臨界流體萃取梔子果油的深入研究及其產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

梔子果購(gòu)買(mǎi)自湖南省婁底市，50℃烘箱干制，含水率3.8%，含油率27.3%。

1.2 儀器設(shè)備

SZF-06A粗脂肪測(cè)定儀(上海新嘉有限公司)，CBE-T-5L亞臨界流體提取設(shè)備(河南亞臨界生物有限公司)，AZC-02粉碎機(jī)(永康市安質(zhì)誠(chéng)工貿(mào)有限公司)。

1.3 梔子果油亞臨界萃取工藝優(yōu)化試驗(yàn)

梔子果手工去殼后用高速多功能粉碎機(jī)粉碎，過(guò)篩。稱(chēng)取一定質(zhì)量的過(guò)篩梔子果粉末放入網(wǎng)袋中，放入萃取罐中進(jìn)行密封，啟動(dòng)亞臨界設(shè)備，抽真空，注入一定比例的萃取劑將物料浸沒(méi)浸泡，利用相似相溶的原理，在一定的溫度下萃取一定時(shí)間和次數(shù)。固液分離后，萃取液進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)和真空泵的工作運(yùn)行，將萃取劑由液態(tài)轉(zhuǎn)為氣態(tài)進(jìn)行溶劑回收，收集分離罐內(nèi)剩余物質(zhì)并稱(chēng)量其質(zhì)量，即為提取的梔子果油質(zhì)量。

梔子果油提取率計(jì)算公式為：

1.3.1 單因素試驗(yàn)

以過(guò)篩的300g梔子果粉末為物料，分別考察萃取溶劑、物料過(guò)篩的篩網(wǎng)目數(shù)、料液比、萃取次數(shù)、萃取溫度、萃取時(shí)間等因素對(duì)梔子果油提取率的影響。

(1)溶劑試驗(yàn)。溶劑設(shè)置為二甲醚、丙烷、四氟乙烷、丁烷等4種。其他參數(shù)為：篩網(wǎng)目數(shù)40目，料液比1∶5(g∶mL。下同)，溫度40℃，萃取時(shí)間40min，萃取4次。

(2)篩網(wǎng)目數(shù)試驗(yàn)。篩網(wǎng)目數(shù)設(shè)置20、40、60、80、100目等5種。其他參數(shù)為：溶劑丁烷，料液比1∶5，溫度40℃，萃取時(shí)間40min，萃取4次。

(3)萃取次數(shù)試驗(yàn)。萃取次數(shù)設(shè)置1、2、3、4、5次等5種。其他參數(shù)為：溶劑丁烷，篩網(wǎng)目數(shù)60目，料液比1∶5，溫度40℃，萃取時(shí)間40min。

(4)萃取時(shí)間試驗(yàn)。萃取時(shí)間設(shè)置20、40、60、80、100min等5種。其他參數(shù)為：溶劑丁烷，篩網(wǎng)目數(shù)60目，料液比1∶5，溫度40℃，萃取4次。

(5)萃取溫度試驗(yàn)。萃取溫度設(shè)置20、30、40、50、60、70℃等6種。其他參數(shù)為：溶劑丁烷，篩網(wǎng)目數(shù)20目，料液比1∶5，萃取時(shí)間20min，萃取4次。

(6)料液比試驗(yàn)。料液比設(shè)置1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11等5種。其他參數(shù)為：溶劑丁烷，篩網(wǎng)目數(shù)60 目，溫度40℃，萃取時(shí)間20min，萃取4次。

1.3.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，在溶劑為丁烷、篩網(wǎng)目數(shù)60目的前提下，選擇萃取溫度(A)、料液比(B)、萃取時(shí)間(C)、萃取次數(shù)(D)等4個(gè)因素，每個(gè)因素選取3個(gè)合適水平，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平Tab. 1 Factors and levels of orthogonal test水平因素A/℃B/(g∶mL)C/minD/次1301∶55022401∶76033501∶9704

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 亞臨界萃取梔子果油單因素試驗(yàn)

2.1.1 溶劑類(lèi)型對(duì)梔子果油提取率的影響

由圖1可知，4種溶劑萃取梔子果油的提取率不同。丙烷作為萃取溶劑時(shí)梔子果油提取率最高，達(dá)到76.42%；但丙烷沸點(diǎn)低，溫度升高會(huì)增大罐內(nèi)壓強(qiáng)，存在安全隱患。二甲醚提取效果較好，提取率達(dá)到42.56%；但萃取物含其他物質(zhì)，且顏色偏黑、感官性狀較差，不適合梔子果油萃取。四氟乙烷提取率較低，只有3.92%。丁烷的提取率為76.04%，僅次于丙烷，且易獲得，適合梔子果油萃取的工業(yè)應(yīng)用。

圖1 溶劑類(lèi)型對(duì)梔子果油提取率的影響Fig.1 Effect of solvent type on extraction rate of gardenia fruit oil

2.1.2 篩網(wǎng)目數(shù)對(duì)梔子果油提取率的影響

由圖2可知，隨著篩網(wǎng)目數(shù)的增加梔子果油的提取率明顯增加，達(dá)到峰值后略有下降。篩網(wǎng)目數(shù)為20目時(shí)，提取率為46.31%；篩網(wǎng)目數(shù)為60目時(shí)，提取率為83.84%，且達(dá)到最大值；而當(dāng)篩網(wǎng)目數(shù)達(dá)到100目時(shí)，提取率為75.67%，較60目時(shí)的提取率下降9.74%。這是由于篩網(wǎng)目數(shù)過(guò)低，物料粒徑過(guò)大，物料與萃取溶劑有效接觸面積減小，從而引起萃取速度慢，提油率不高；若篩網(wǎng)目數(shù)過(guò)高，則原料粒徑太小，會(huì)因物料粘連而引起物料板結(jié)，此外還會(huì)引起物料表面熱效應(yīng)增大，堆積密度隨之升高，通透性下降，以至于萃取溶劑無(wú)法沿阻力小的路徑運(yùn)動(dòng)，造成提取不均勻、提油效率下降。因此，物料粒徑過(guò)小或過(guò)大均對(duì)梔子果油的提取率存在影響，過(guò)篩的篩網(wǎng)目數(shù)以60目為宜。

圖2 篩網(wǎng)目數(shù)對(duì)梔子果油提取率的影響Fig.2 Effect of screen mesh number on extraction rate of gardenia fruit oil

2.1.3 萃取次數(shù)對(duì)梔子果油提取率的影響

從圖3可以看出，隨著萃取次數(shù)的增加，梔子果油的提取率也升高。當(dāng)提取次數(shù)為1～3次時(shí)，隨著萃取次數(shù)的增加，梔子果油的提取率上升較快；當(dāng)提取次數(shù)超過(guò)3次后，提取率略有上升，但上升非常緩慢，且3、4、5次之間差異不顯著。隨著萃取次數(shù)的增加，總萃取時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)?？紤]到提取效果和時(shí)間、成本等因素之間的關(guān)系，提取次數(shù)宜選擇3～4次。

圖3 萃取次數(shù)對(duì)梔子果油提取率的影響Fig.3 Effect of frequency on extraction rate of gardenia fruit oil

2.1.4 萃取時(shí)間對(duì)梔子果油提取率的影響

由圖4可知，當(dāng)萃取時(shí)間在20～60min范圍內(nèi)時(shí)，隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，梔子果油提取率逐步升高。提取初期，溶劑與梔子原料接觸不充分，因而提取率不高；隨著萃取時(shí)間的增加，傳質(zhì)的萃取狀態(tài)逐漸良好，因此提取率隨之上升。萃取時(shí)間超過(guò)60min后，提取率并未見(jiàn)明顯升高。這是由于萃取體系的滲透壓逐漸達(dá)到平衡，萃取油脂量逐漸減少，繼續(xù)延長(zhǎng)萃取時(shí)間難以提高提取率。因此，萃取時(shí)間以60min左右為宜。

圖4 萃取時(shí)間對(duì)梔子果油提取率的影響Fig.4 Effect of time on extraction rate of gardenia fruit oil

2.1.5 萃取溫度對(duì)梔子果油提取率的影響

由圖5可知，梔子果油提取率先隨著萃取溫度的提高而上升，達(dá)到峰值后，提取率趨于平穩(wěn)并略有降低。溫度為20℃時(shí)，提取率為48.32%；40℃時(shí)的提取率為64.82%，達(dá)到峰值。溫度升高，可以增加溶質(zhì)的擴(kuò)散速率，促進(jìn)物料中的油脂分子與溶劑接觸，提取率上升；當(dāng)溫度進(jìn)一步上升時(shí)，溶劑揮發(fā)速率提高，密度降低，油脂的溶解度隨之降低，改變了亞臨界狀態(tài)，提取率反而會(huì)略有下降。因此，萃取溫度為30～50℃時(shí)，梔子果油提取效果較好。

圖5 萃取溫度對(duì)梔子果油提取率的影響Fig.5 Effect of temperature on extraction rate of gardenia fruit oil

2.1.6 料液比對(duì)梔子果油提取率的影響

由圖6可知，隨著溶劑比例的增加，梔子果油提取率增加；當(dāng)料液比大于1∶7時(shí)，隨著溶劑比例的增加，梔子果油提取率上升幅度較大；當(dāng)溶劑比例進(jìn)一步提高時(shí)，提取率上升效果不明顯。隨著萃取溶劑比例的增大，萃取溶劑與梔子果物料的接觸面積增加，會(huì)提高萃取過(guò)程中分子運(yùn)動(dòng)的濃度差，溶質(zhì)擴(kuò)散速度隨之增加，提取率上升。當(dāng)溶劑量達(dá)到一定值后，繼續(xù)增加溶劑滲透壓對(duì)提高提油率的作用較小。因此，料液比為1∶7比較適宜。

圖6 料液比對(duì)梔子果油提取率的影響Fig.6 Effect of solid-liquid ratio on extraction rate of gardenia fruit oil

2.2 梔子果油萃取優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果

從表2可知，萃取溫度(A)、料液比(B)、萃取時(shí)間(C)、萃取次數(shù)(D)等4個(gè)因素的提取率的極差R分別為4.11%、2.28%、1.71%、8.98%，對(duì)梔子果油提取率的影響大小為：萃取次數(shù)>萃取溫度>液料比>萃取時(shí)間。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用正交試驗(yàn)分析了萃取時(shí)間、萃取溫度、液料比、萃取次數(shù)四個(gè)因素對(duì)梔子果油提取的影響，進(jìn)一步優(yōu)化并驗(yàn)證了提取工藝。

表2 亞臨界萃取梔子果油正交試驗(yàn)極差分析Tab.2Range analysis of the orthogonal test of subcriti-cal extraction of gardenia fruit oil %處理因素水平ABCD提取率1111178.232122288.103133390.124212393.025223183.836231291.947313288.638321390.529332184.68K185.4886.6386.9082.24K289.6087.4988.6089.56K387.9488.9187.5391.22R4.112.281.718.98 注:K1、K2、K3分別為各因素1、2、3水平的提取率平均值。

采用正交試驗(yàn)對(duì)梔子果油提取工藝中影響較大的四個(gè)操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得出亞臨界方法萃取梔子果油的最優(yōu)工藝為：萃取溫度40 ℃、料液比1∶5、萃取時(shí)間 60 min、萃取次數(shù)4次，在此條件下的梔子果油提取率為93.02%。取同一批次梔子果原料2份，每份300 g，采用最佳工藝進(jìn)行萃取，梔子果油的提取率平均為92.62%，試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)方差分析與正交試驗(yàn)基本一致，無(wú)顯著差異(P>0.05)，說(shuō)明工藝穩(wěn)定可行。

3 結(jié)論與討論

梔子果油作為我國(guó)特色的木本油，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高；梔子果油中多不飽和脂肪酸、飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸的比例，較其它食用油更接近世界衛(wèi)生組織和中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)提出的1∶1∶1的黃金比例[12-13]。有研究發(fā)現(xiàn)，梔子果油對(duì)四氯化碳所導(dǎo)致的小鼠急性肝損傷具有保護(hù)作用[14]；另外發(fā)現(xiàn)，梔子果油中亞油酸含量較高[15]，具有降血糖、血脂的作用[16]。隨著人們對(duì)健康的重視，梔子果油研究逐漸增多。

加工條件是影響得油率的重要因素。有研究表明，溶劑提取法提取梔子果油，對(duì)得油率的影響大小為：提取溫度>提取時(shí)間>料液比[17]；亞臨界萃取靈芝孢子油，萃取次數(shù)、萃取溫度對(duì)萃取率影響極顯著[18]。本研究表明，梔子果油萃取時(shí)，萃取次數(shù)、萃取溫度、液料比、萃取時(shí)間4個(gè)因素對(duì)提取率的影響大小為萃取次數(shù)>萃取溫度>料液比>萃取時(shí)間，這與前人研究相似。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用正交試驗(yàn)分析了萃取時(shí)間、萃取溫度、液料比、萃取次數(shù)4個(gè)因素對(duì)提取梔子果油的影響，進(jìn)一步優(yōu)化并驗(yàn)證了提取工藝，得出亞臨界方法萃取梔子果油的最優(yōu)工藝為：萃取溫度40℃、料液比1∶5、萃取時(shí)間 60min、萃取次數(shù)4次，在此條件下的梔子果油提取率為93.02%。本研究亞臨界萃取梔子果油提取率比前人的研究結(jié)果略高，這可能與梔子品種、當(dāng)年氣候及加工條件不同有關(guān)。

經(jīng)本試驗(yàn)優(yōu)化的梔子果油亞臨界萃取工藝提取率較高且工藝條件易達(dá)到，研究可為亞臨界萃取在梔子果制油領(lǐng)域中的推廣提供一定的理論依據(jù)。