微波辅助提取罗勒籽油的响应面法优化

扶庆权，候 佩，邵 阳

(1.南京晓庄学院生物化工与环境工程学院，江苏南京211171; 2.四川大学生命科学学院，四川成都610064)

罗勒(Ocimum basilicum Linn.)，又名九层塔、金不换、圣约瑟夫草和甜罗勒［1］，为唇形科罗勒属一年生草本植物［2］。罗勒原产于印度，盛产于台湾，我国主要分布在四川、云南、广东、山西、湖南和福建等地。罗勒籽，又名兰香子或光明子，为罗勒的成熟果实［3］。罗勒籽富含多种矿物元素、维生素、胡萝卜素、氨基酸、膳食纤维等，具有清火、排毒、健脾、护肾、养胃、明目、利尿、消除便秘、美容、减肥、保健等功效［4］。此外，罗勒籽还含有丰富的油脂，其中α-亚麻酸占50%以上，其经由人体代谢后转变产生 DHA和EPA，在国际上有“植物黄金”的美称。因此，罗勒籽不仅具有很高的食用价值，而且还具有很高的药用价值。目前，采用微波辅助提取各种油脂的报道很多，但采用微波技术提取罗勒籽油的研究还未见报道。本文采用微波辅助提取罗勒籽油，并运用响应面设计对工艺参数进行优化，从而为工业化微波辅助提取罗勒籽油提供重要参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

罗勒籽 广州艾可生物科技有限公司，罗勒籽烘干至恒重后经粉碎过60目筛得到罗勒籽粉，备用;无水乙醇、正己烷、乙酸乙酯、石油醚(沸点60～90℃) 分析纯，南京化学试剂有限公司。

微波仪 上海新仪微波化学科技有限公司; AUY120型电子天平日本岛津公司;GZX-9070 MBE数显鼓风干燥箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂;SHB-III型循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司;旋转蒸发仪 上海雅荣生化设备仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 提取方法

1.2.1.1 微波辅助提取 准确称取2g罗勒籽粉于50m L已干燥恒重的三颈烧瓶中，加入一定体积的有机溶剂，将其放入微波仪固定后于一定温度和一定功率提取一定时间，取出烧瓶，溶液真空抽滤，滤渣用25m L有机溶剂分三次洗涤，合并滤液及洗涤液，旋转蒸发仪减压蒸馏，回收溶剂，烧瓶经干燥恒重后得淡黄色罗勒籽油，称其质量，计算得率。

1.2.1.2 索氏提取 准确称取2g罗勒籽粉，用滤纸包好，放入索氏抽提器中，加入适量石油醚于已恒重的索氏烧瓶中，在60℃恒温水浴中提取8h，回收溶剂，烧瓶经干燥恒重后得淡黄色罗勒籽油，称其质量，计算得率。

1.2.1.3 有机溶剂回流提取 准确称取2g罗勒籽粉于100m L圆底烧瓶中，加入一定量的石油醚，在60℃恒温水浴中提取8h，回收溶剂，烧瓶经干燥恒重后得淡黄色罗勒籽油，称其质量，计算得率。

1.2.2 有机溶剂的选择 准确称取4份罗勒籽粉，每份各2g，分别加入20m L无水乙醇、正己烷、乙酸乙酯和石油醚溶剂，在60℃和500W功率下微波处理3m in，平行三次实验，按1.2.1.1实验处理方法计算得率，以确定最佳提取溶剂。

1.2.3 工艺优化设计

1.2.3.1 单因素实验设计 以石油醚为提取溶剂，分别选用不同微波时间、料液比、微波功率和微波温度进行单因素实验，计算得率，研究不同因素对罗勒籽油得率的影响。

1.2.3.2 响应曲面优化实验设计 响应面实验设计因素水平表如表1所示。

表1 响应面设计实验因素与水平Table1 Experimental variables and levels in response surface design

1.2.6 得率计算

式中:m为罗勒籽油质量(g);M为罗勒籽粉重量(g)。

1.2.7 数据统计与分析 采用 ORIGIN8.0和EXCEL2003对实验数据进行处理和分析，并利用Design-Expert 8.0软件对所得数据进行线性回归和方差分析，通过F值考察(p＜0.05)模型及不同因素的显著性。

2 结果与讨论

2.1 提取溶剂的选择

不同溶剂的提取效果如图1。由图1可知，在这四种提取剂中，石油醚提取效果最佳，其得率高达17.90%，且提取出的油澄清透明。无水乙醇和乙酸乙酯作为有机溶剂提取出的油棕黄且浑浊，正己烷提取出的油虽澄清透明，但提取率低且提取剂价格昂贵。因此，本实验选用石油醚作为罗勒籽油微波提取溶剂。

图1 提取溶剂的选择Fig.1 The choice of extraction solvent

2.1.1 微波时间对罗勒籽油得率的影响 由图3可以看出，罗勒籽油得率随着微波时间的延长而增加。当微波时间至4m in时，罗勒籽油得率达最大值，此后随着微波时间的延长而开始下降。因此，选择最佳提取时间为3～5min。

图2 微波时间对罗勒籽油得率的影响Fig.2 Effect ofmicrowave time on extraction rate of basil seed oil

图3 料液比对罗勒籽油得率的影响Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on extraction rate of basil seed oil

2.1.2 料液比对罗勒籽油得率的影响 由图3可以看出，罗勒籽油得率随料液比的增加而升高。当料液比为1∶12(g/m L)时达最大值，此后随着液体比例的增加而开始降低。这可能是由于开始时溶剂量的增大有利于油脂浸出，但当溶剂量超过一定范围时出油率则会下降。考虑到实际操作过程的成本及便利性，在保证提取效果的同时，尽量减少溶剂的用量，因此确定最佳料液比为1∶10～1∶14(g/m L)。

2.1.3 微波功率对罗勒籽油得率的影响 由图4可知，罗勒籽油得率随微波功率的增大先增加后降低。当微波功率达到700W时，罗勒籽油得率达到最大值。这可能是随着微波功率的增大，破坏了罗勒细胞壁的同时也破坏了油体的结构。因此，选择最佳微波功率为600～800W。

图4 微波功率对罗勒籽油得率的影响Fig.4 Effect ofmicrowave power on extraction rate of basil seed oil

2.1.4 微波温度对罗勒籽油得率的影响 由图5可知，罗勒籽油得率随着微波温度的增大而增加。当微波温度为60℃时，罗勒籽油得率达最大值，此后随着微波温度的增加而开始下降。这可能是由于在初始阶段，微波温度的增加促进罗勒籽油的溶出，然而，后期因温度较高则会引起罗勒籽出油率下降。因此，选择最佳提取温度为55～65℃。

图5 微波温度对罗勒籽油得率的影响Fig.5 Effect ofmicrowave temperature on extraction rate of basil seed oil

2.2 响应曲面优化实验结果

2.2.1 二次响应面回归模型的建立与分析 响应面设计与分析结果见表2。应用Design Expert 8.0进行多元回归拟合分析，可得到提取条件与得率之间的二次多项式模型为:Y(%)=18.38+0.29A+0.11B+0.13C+0.19D-0.005AB-0.052AC+0.065AD-0.072BC+0.070BD-0.22CD-0.68A2-0.13B2-0.18C2-0.70D2

式中:Y为罗勒籽油得率的预测值;A、B、C、D分别代表微波时间、料液比、微波功率、微波温度的编码值。

由表3方差分析可以看出，回归模型具有高度的显著性(p＜0.0001)，失拟项具有不显著性(p= 0.8341＞0.05)，决定系数 R2=0.9794，校正系数R=0.9588，表明此模型对于罗勒籽油得率实际值与预测值之间具有很好的拟合度，可用该模型对罗勒籽油得率进行很好地分析和预测。由表3还可以看出，因素A、B、C、D、CD、A2、B2、C2、D2对罗勒籽油得率有极显著的影响(p＜0.01)，AB、AC、AD、BC、BD对罗勒籽油得率的交互作用则不显著(p＞0.05)。由F值可知，各因素对罗勒籽油得率的影响依次为A (微波时间)＞D(微波温度)＞C(微波功率)＞B(料液比)。

表2 实验设计与响应面分析Table2 Experimental design and response surface Analysis

2.2.2 等高线和响应面分析 回归模型的响应面结果如图6所示，仅显示微波时间3min、料液比1∶12 (g/m L)时，微波功率、微波温度对罗勒籽油得率的交互作用。

由图6可知，微波功率和微波温度的交互作用极其显著。当微波功率一定时，随着微波温度的增大，罗勒籽油得率先增加后减少。当微波温度一定时，微波温度在55～58℃范围内，罗勒籽油得率随着温度的增加后增加;而在58～65℃范围内，罗勒籽油得率随温度的增加先增加后减小的趋势。

2.2.3 最佳工艺条件的预测和验证 通过二次多项回归的预测，得到微波辅助提取罗勒籽油的最佳工艺条件:微波时间为3.21min，料液比为1∶12.82(g/m L)，微波功率为616.47W，微波温度为60.70℃。在此条件下，罗勒籽油得率预测值为18.46%。考虑实际操作过程的方便性，将提取工艺参数修正为微波时间为3m in，料液比为1∶13(g/m L)，微波功率为600W，微波温度为 60℃，实际测定的罗勒籽油得率为18.53%，实际值与理论值误差仅为0.07%。因此，建立的模型与实际情况基本吻合，说明采用响应面法优化工艺条件准确可靠，具有较好的应用价值。

表3 二次响应曲面模型的方差分析Table3 ANOVA for quadratic response surfacemodel

图6 微波功率和微波温度交互作用对罗勒籽油得率影响的响应面图Fig.6 Response surface plot for interactive effect ofmicrowave power and microwave temperature on extraction efficiency of basil seed oil

2.2.4 三种不同提取方法得率的比较 不同提取方法得到罗勒籽油的结果如表4。由表4可以看出，微波辅助提取得到的罗勒籽油得率最高，而且所用提取时间大大少于其它两种方法，由此可见微波辅助提取方法时间短、效率高，方法可行。

表4 不同提取方法得率的比较Table4 Comparisons of the extraction rate of different extraction methods

3 结论

采用微波辅助提取罗勒籽油，通过单因素实验和响应曲面分析优化提取罗勒籽油的最佳工艺条件为微波时间为3m in，料液比为1∶13(g/m L)，微波功率为600W，微波温度为60℃，在此最佳条件下实际测定的罗勒籽油得率可达到18.53%。与索氏提取法和有机溶剂回流提取法相比，微波辅助法提取罗勒籽油得率最高，并具有时间最短、效率最高等优点。

［1］胡尔西丹·伊麻木，热娜·卡斯木，阿吉艾克拜尔·艾萨.罗勒籽挥发油成分及抗氧化活性分析［J］.安徽农业科学，2012，40(2):752-754.

［2］曹维金，陈娜.罗勒子油脂提取工艺的比较研究及其脂肪酸组成的气相色谱分析［J］.农业机械，2011(17):48-51.

［3］李纪亮，李火宇.孝感保健型米酒的生产与系列化［J］.酿酒科技，2003(5):60-63.

［4］张世敏，刘寅，张建威，等.罗勒籽糯米酒的研制［J］.中国酿造，2005(5):58-60.