香樟籽油的响应面优化提取及其抗氧化研究

耿敬章 刘军海

(陕西理工学院生物科学与工程学院1， 汉中 723000)(陕西理工学院化学与环境科学学院2， 汉中 723000)

香樟 (Cinnamomumcamphora)，别名樟树、芳樟等，属樟科，樟属植物, 主要分布在长江以南地区[1]。樟树是一种用途广泛的经济树种，其根茎、枝叶可以提炼樟脑和樟脑油等[2]。此外香樟含有挥发油，尤其以籽中为多，其脂肪酸组成以癸酸、月桂酸等中碳链脂肪酸为主，占90%左右[3]。香樟籽有一定的生理作用，能散寒祛湿，行气止痛，治吐泻，胃寒腹痛，脚气，肿毒，具有降血脂及降胆固醇等作用[4-5]。《纲目拾遗》记载：“磨涂肿毒；治中酒、心胃疼皆效。”《广西中药志》记载：“治呕吐，水泻，腹痛。”《湖南药物志》记载：“利尿，解酒”[4]。研究以香樟籽为原料，对香樟籽油的响应面提取工艺进行优化，并对其体外抗氧化活性进行研究，以期为香樟籽的综合利用提供理论基础。

1 材料及方法

1.1 原料

香樟籽：采集于陕西理工学院香樟路，将采集到的香樟籽洗净后烘干并用粉碎机粉碎后备用；CO2，食用级。

1.2 试验仪器与设备

HA231-50-06-C型超临界C02流体萃取装置:华安超临界萃取有限公司；RE52-AA旋转蒸发仪:广东凯文设备公司；FY135中药草粉碎机:天津市泰斯特仪器有限公司；TU-1221紫外-可见分光光度计:日本岛津;TDL-40B型飞鸽牌离心机:上海安亭;Al204型电子天平:梅特勒-托利多仪;DHF-9055A型电热鼓风干燥箱:上海一恒。

1.3 试验方法

1.3.1 香樟籽油超临界CO2提取工艺流程

香樟籽→烘干→破碎→去壳→筛分→称量→装于萃取器→控制CO2流量→设定压力、温度和时间→超临界CO2提取萃取→分离→精制香樟籽油[4]

1.3.2 香樟籽油得率计算

1.3.3 还原力的测定

采用普鲁士蓝法[5]。

1.3.4 DPPH·清除率的测定

将香樟籽油溶液取0.1 mL与3 mL120 μmol/L的DPPH·溶液加入同一试管中，摇匀，在黑暗中放置30 min，以无水乙醇为空白在517 nm测定其吸光度[6]，并按下式计算其清除率：

清除率=[(Ac-Ai) /Ac]×100%

式中：Ac为无水乙醇加DPPH·溶液的吸光度；Ai为香樟籽油加DPPH·溶液的吸光度。

2 结果与分析

2.1香樟籽油的超临界CO2提取条件的优化试验

2.1.1 CO2流量对香樟籽油萃取得率的影响

设定萃取压力为30 MPa，温度为50 ℃，萃取时间为2.5 h，研究20、25、30、35、40、45 kg/h 6个梯度的CO2流量对香樟籽油萃取得率的影响[7]。按方法1.3.1提取香樟籽油。由图1可以看出，CO2流量应控制在35 kg/h左右较为适宜。

图1 CO2流量对香樟籽油得率的影响

2.1.2 萃取压力对香樟籽油萃取得率的影响

设定CO2流量为35 kg/h，温度为50 ℃，萃取时间为2.5 h，研究20、25、30、35、40、45 MPa 6个梯度的萃取压力对香樟籽油萃取得率的影响。按方法1.3.1提取香樟籽油。由图2可以看出，萃取压力应控制在30 MPa左右较为适宜。

图2 萃取压力对香樟籽油得率的影响

2.1.3 萃取时间对香樟籽油萃取得率的影响

设定CO2流量为35 kg/h，温度为50 ℃，萃取压力为30 MPa，研究1、1.5、2、2.5、3、3.5 h 6个梯度的萃取时间对香樟籽油萃取得率的影响[8]。按方法

图3 萃取时间对香樟籽油得率的影响

1.3.1提取香樟籽油。由图3可以看出，萃取时间应控制在2.5 h左右较为适宜。

2.1.4 温度对香樟籽油萃取得率的影响

设定CO2流量为35 kg/h，萃取时间为2.5 h，萃取压力为30 MPa，研究40、45、50、55、60、65 ℃ 6个梯度的温度对香樟籽油萃取得率的影响[9]。按1.3.1方法提取香樟籽油。由图4可以看出，温度应控制在50 ℃左右较为适宜。

图4 温度对香樟籽油得率的影响

2.1.5 响应面法优化香樟籽油超临界CO2萃取工艺条件

在单因素试验的基础上，选取CO2流量、萃取压力、萃取时间、温度各因素的最优试验范围，研究按照表1的因素水平表，以香樟籽油得率为响应值，采用响应面分析法对其进行优化，以确定香樟籽油得率超临界CO2萃取最佳工艺条件。试验结果、回归方程图及响应面方差分析结果见表2、表3。

表1 试验因素水平及编码

根据香樟籽油提取的试验结果，由响应面分析法得出关于香樟籽油提取率的二次回归拟合方程：

提取率=30.09+0.80A+0.42B+0.92C-1.46D-3.02AB+0.71AC+2.35AD-0.91BC+0.57BD-1.36CD-2.25A2-3.22B2-2.52C2-1.62D2(式中：A为CO2流量，B为萃取压力，C为萃取时间，D为温度)

对香樟籽油提取的试验结果进行多元回归分析，由回归方程各项的方差分析结果(表3)可以看出，Model的F值为7 067.70，P值为<0.000 1，表明Model极显著，同时CO2流量、萃取压力、萃取时间和温度都是显著因素， CO2流量与萃取压力、萃取时间、温度的交互作用都显著，萃取压力与萃取时间、温度的交互作用也都显著，萃取时间与温度的交互作用也显著。而失拟项的F值为4.26，P值为0.102 0，说明了该模型与香樟籽油提取实际情况拟合程度比较好，可以预测香樟籽油提取最佳条件。根据回归分析结果(表3)，做出相应曲面图，见图5～图10。

表2 香樟籽油超临界CO2萃取工艺设计试验及结果

表3 回归方程各项的方差分析

注：“P>F”<0.05，代表研究因素为显著因素。

图5 CO2流量与萃取压力交互作用对得率影响的响应面图

图6 CO2流量与萃取时间交互作用对得率影响的响应面图

图7 CO2流量与温度交互作用对油得率影响的响应面图

图8 萃取压力与萃取提取时间交互作用对油得率影响的响应面图

根据香樟籽油提取试验结果和回归方程各项的方差分析，由响应面分析法优化出香樟籽油提取最佳工艺条件，即CO2流量为36.13 kg/h，萃取压力为29.88 MPa，萃取时间为2.61 h，温度为49.25 ℃。

图9 萃取压力与温度交互作用对油得率影响的响应面图

图10 萃取时间与温度交互作用对油得率影响的响应面图

2.1.6 验证试验

根据响应面设计法优化的结果，选择香樟籽油提取率较高的3个较优条件，将这3个试验条件(试验1～3)和响应面设计法优化得出的较优条件(试验4)一起进行验证试验。试验结果见表4。

表4 验证试验设计表

由表4可知，响应面设计法优化得出的较优条件(试验4)香樟籽油提取率最高，因此香樟籽油提取最佳工艺条件为CO2流量为36.1 kg/h，萃取压力为29.9 MPa，萃取时间为2.6 h，温度为49.3 ℃。

2.2 香樟籽油体外抗氧化活性研究

2.2.1 香樟籽油还原力测定

由图11可知，随着香樟籽油浓度的增加，吸光度也不断增大，相应的还原力也增强。当香樟籽油质量浓度大于0.3 mg/mL时，香樟籽油的吸光度明显高于对照物VC，表明香樟籽油具有较强的还原能力。

图11 香樟籽油还原力

2.2.2 香樟籽油对DPPH·的清除能力

由图12可知，香樟籽油清除DPPH·的能力较强，明显高于对照组VC；在试验浓度范围内，随着浓度的增加，其清除能力也逐渐增强，呈现较好的量效关系。因此，香樟籽油具有较好的清除DPPH·能力。

图12 香樟籽油对DPPH·的清除能力

3 结论

香樟籽油超临界CO2萃取最佳工艺条件为CO2流量为36.1 kg/h，萃取压力为29.9 MPa，萃取时间为2.6 h，温度为49.3 ℃。香樟籽油具有较好的还原能力，明显高于对照组VC，而且对DPPH·有较强清除能力，随着香樟籽油浓度的增加，其清除能力逐渐增强，明显高于对照组VC。

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