微波萃取三尖杉种仁油脂的工艺优化及脂肪酸组成分析

张 茹 徐 华 刘连亮 张进杰 杨文鸽 楼乔明

(宁波大学海洋学院，宁波 315211)

微波萃取三尖杉种仁油脂的工艺优化及脂肪酸组成分析

张 茹 徐 华 刘连亮 张进杰 杨文鸽 楼乔明

(宁波大学海洋学院，宁波 315211)

以三尖杉种仁为原料，采用微波萃取技术对其油脂提取工艺进行优化，并通过气相色谱-质谱法对其脂肪酸组成进行分析。结果表明，三尖杉种仁油脂提取的最佳工艺条件：萃取溶剂为乙酸乙酯，料液比1∶25 g/mL，萃取时间20 min，萃取温度55 ℃；在此优化条件及微波功率为800 W时，三尖杉种仁油脂的提取率为58.28%。三尖杉种仁油脂的脂肪酸以棕榈酸(C16∶0，6.89%)、油酸(C18∶1n-9，48.23%)、亚油酸(C18∶2n-6，31.53%)和二十碳烯酸(C20∶1n-9，11.34%)为主，不饱和脂肪酸质量分数高达90%以上，属于高油酸-亚油酸型油脂，这表明三尖杉种仁油脂具有较高的营养价值，可作为植物油料新品种进行开发利用。

三尖杉 种仁油脂 微波萃取 工艺优化 脂肪酸组成

三尖杉(Cephalotaxusfortunei)为三尖杉科裸子植物，广泛分布于我国陕西南部、甘肃南部、华东、华南、西南地区[1-2]，其根、枝、叶及种子等部位含有多种生物碱，被证明具有显著的抗癌作用，特别是在白血病、乳腺癌等治疗方面具有较高的应用价值[3-4]；同时研究表明三尖杉种子具有润肺、止咳、健胃消积、杀虫等功效[5]。

微波萃取，即微波辅助萃取(microwave-assisted extraction，MAE)，是利用微波能加热来提高萃取效率的一种新型的样品前处理技术，其通过偶极子旋转和离子传导2种方式里外同时加热，无温度梯度，因此热效率高、升温快速均匀，大大缩短萃取时间，提高萃取效率，因此广泛应用于环境、食品、药品、农业等领域[6]。

目前，国内对于三尖杉的研究主要集中在三尖杉的生物碱类化合物，如三尖杉酯碱、高三尖杉酯碱等[7-8]，而对于三尖杉种仁油脂的研究报道较少。因此，本研究以三尖杉种仁为研究对象，采用微波萃取技术对其油脂提取工艺进行优化，并对其脂肪酸组成进行分析，以期为三尖杉种仁油脂开发和三尖杉资源综合利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

三尖杉种子：江苏省宿迁市绿友花木公司，(粗脂肪质量分数约为64%)；丙酮、石油醚、乙醚、乙醇、乙酸乙酯，分析纯：天津市科密欧化学试剂公司；甲醇、正己烷，色谱纯：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

MARS 6型微波消解系统：美国CEM公司；RV-10型旋转蒸发仪：德国IKA公司； 7890A型气相色谱仪：美国Agilent公司；M7-80EI型质谱仪：北京普析通用仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 油脂萃取的工艺流程

将三尖杉种子于50 ℃干燥至恒重，去壳粉碎，并经60目过筛备用。称取一定量的种仁粉末置于萃取管中，加入10 mL的萃取溶剂，在一定的时间、温度条件下进行微波萃取(微波功率800 W)。萃取结束后，于5 000 r/min离心5 min，收集有机萃取液，经减压浓缩，于105 ℃干燥至恒重，并计算三尖杉种仁的油脂提取率。

1.3.2 油脂提油率的计算

油脂提油率=得油量/三尖杉种仁粉末质量×100%

1.3.3 单因素试验

1.3.3.1 萃取溶剂对提取率的影响

分别以10 mL丙酮、石油醚、乙醚、乙醇、乙酸乙酯为萃取溶剂，料液比1∶25 g/mL，萃取温度70 ℃，萃取时间20 min的条件下进行微波萃取，测定不同萃取溶剂对三尖杉种仁油脂提取率的影响。

1.3.3.2 料液比对提取率的影响

在乙酸乙酯为萃取溶剂，料液比分别为1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40 g/mL，萃取温度70 ℃，萃取时间20 min的条件下进行微波萃取，测定不同料液比对三尖杉种仁油脂提取率的影响。

1.3.3.3 萃取时间对提取率的影响

在乙酸乙酯为萃取溶剂，料液比1∶25 g/mL，萃取温度为70 ℃，萃取时间分别为5、 10、15、20、25 min的条件下进行微波萃取，测定不同萃取时间对三尖杉种仁油脂提取率的影响。

1.3.3.4 萃取温度对提取率的影响

在乙酸乙酯为萃取溶剂，料液比为1∶25 g/mL，萃取时间20 min，萃取温度分别为50、55、60、65、70 ℃的条件下进行微波萃取，测定不同萃取温度对三尖杉种仁油脂提取率的影响。

1.3.4 正交优化试验

综合单因素试验结果，以萃取溶剂、料液比、萃取时间、萃取温度为试验因素，以油脂提取率为检测指标，采用极差法进行正交优化试验，正交因素水平表见表1。

表1 正交因素水平表

1.3.5 脂肪酸组成分析[9]

1.3.5.1 甲酯化衍生

取50 mg三尖杉种仁油脂于25 mL具塞试管中，加入5 mL 5%H2SO4-CH3OH溶液，振荡混匀后于70 ℃水浴反应1 h；反应结束后，冷却至室温，并加入3 mL正己烷和5 mL蒸馏水，振荡混匀后静置10 min，取上清液；并继续加入2 mL正己烷，振荡混匀后静置10 min，取上清液，合并2次上清液，并定容至5 mL，经0.22 μm有机膜过滤后用于GC-MS分析。

1.3.5.2 色谱条件

DB-WAX毛细管柱(30 m×250 μm，0.25 μm)，进样口温度250 ℃，检测器温度250 ℃；升温程序：柱子初始温度150 ℃，保持3.5 min，以20 ℃/min升至200 ℃，保持5 min，再以5 ℃/min升至280 ℃，保持20 min；分流比50∶1，进样量1.0 μL，以氦气为载气，载气流量1 mL/min，溶剂延迟时间4 min。

1.3.5.3 质谱条件

GC-MS接口温度250 ℃，EI离子源，离子源温度250 ℃，电离能量70 ev，扫描周期2.84次/s，质量扫描范围：m/z20～500 u。

1.4 数据处理

利用SAS 8.0软件对数据进行统计分析，采用单因素方差分析法进行显著性检验的基础上，通过Duncan法对数据进行多重比较分析，P<0.05为显著性差异。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 萃取溶剂对提取率的影响

在料液比1∶25 g/mL、萃取温度70 ℃和萃取时间20 min的条件下，不同萃取溶剂对三尖杉种仁油脂提取率的影响如图1所示。

图1 萃取溶剂对提取率的影响

由图1可知，不同萃取溶剂对三尖杉种仁油脂的提取率具有显著差异(P<0.05)，其中丙酮(55.24%)、乙醇(52.41%)和乙酸乙酯(53.52%)的油脂提取率显著高于石油醚(50.63%)和乙醚(46.93%)(P<0.05)。通常而言，微波萃取效果与萃取溶剂对微波辐射能的吸收有关，介电常数越大，萃取溶剂对微波辐射能的吸收越好，产生较高的热量，有利于提高萃取溶剂对油脂提取率[10]。根据萃取溶剂的物理性质，乙醇的介电常数最大，丙酮和乙酸乙酯次之，而乙醚和石油醚较小，这与5种萃取溶剂的油脂提取率的总体趋势一致；同时萃取溶剂的极性和溶解性亦对三尖杉种仁油脂的提取率产生影响。因此，选定丙酮、乙醇和乙酸乙酯作为正交试验萃取溶剂的3个水平，并以乙酸乙酯为萃取溶剂进行后续的单因素试验。

2.1.2 料液比对提取率的影响

在乙酸乙酯为萃取溶剂、萃取温度70 ℃和萃取时间20 min的条件下，不同料液比对三尖杉种仁油脂提取率的影响如图2所示。

图2 料液比对提取率的影响

由图2可知，随着料液比的增加，三尖杉种仁油脂提取率呈现先增加后降低的趋势。当料液比在1∶20～1∶30 g/mL时，油脂提取率随着料液比的增加而显著增加(P<0.05)，这是由于提取率与原料中的油脂向萃取溶剂扩散有关，料液比小，原料与萃取溶剂间的油脂浓度差小，不利于原料中的油脂向萃取溶剂扩散，造成油脂提取率低；当萃取溶剂增加，原料与溶剂充分接触，使得溶剂与原料之间的浓度差和渗透压增大，油脂分子的传质速率提高，从而提高了油脂的提取率[11-12]。当料液比为1∶30 g/mL时，油脂提取率达到最大值(54.53%)；继续增加料液比，油脂提取率有所下降。当萃取溶剂达到一定用量后，萃取溶剂对微波辐射能的吸收增加，使得原料对微波辐射能的吸收减少，萃取溶剂中油脂浓度降低，致使油脂提取率下降[13]。因此三尖杉种仁油脂提取的较优料液比为1∶30 g/mL，并选定料液比1∶25、1∶30、1∶35 g/mL用于后续的正交优化试验。

2.1.3 萃取时间对提取率的影响

在乙酸乙酯为萃取溶剂、料液比1∶25 g/mL和萃取温度70 ℃的条件下，不同萃取时间对三尖杉种仁油脂提取率的影响如图3所示。

图3 萃取时间对提取率的影响

由图3可知，在萃取时间为0～20 min之内，三尖杉种仁油脂提取率随着萃取时间的增加而显著增加(P<0.05)，这是由于随着萃取时间的增加，微波辐射在短时间内对原料的破碎作用增大，增加被萃取油脂向原料表面的扩散速度，致使油脂提取率增加[14]。当萃取时间为20 min时，油脂提取率达到最大值(55.68%)；继续增加萃取时间，油脂提取率不再增加，并有一定程度的下降。当达到一定的萃取时间后，原料与萃取溶剂中的油脂趋于平衡，且继续增加萃取时间，易造成油脂的氧化与分解，致使油脂提取率降低[15]。因此三尖杉种仁油脂提取的较优萃取时间为20 min。

2.1.4 萃取温度对提取率的影响

在乙酸乙酯为萃取溶剂、料液比1∶25 g/mL和萃取时间20 min的条件下，不同萃取温度对三尖杉种仁油脂提取率的影响如图4所示。

图4 萃取温度对提取率的影响

由图4可知，在萃取温度为50～60 ℃之内，随着萃取温度的增加，三尖杉种仁油脂提取率显著增加(P<0.05)，这是由于萃取温度的升高，加快原料中油脂的浸出速度，提高油脂提取率。当萃取温度60 ℃，油脂提取率达到最大值(55.64%)。之后，随着萃取温度的继续增加，油脂提取率有一定幅度下降；同时萃取温度过高，易造成油脂氧化分解和萃取溶剂的损失，致使油脂提取率降低[16]。因此三尖杉种仁油脂提取的较适萃取温度为60 ℃。

2.2 正交优化试验

结合单因素试验，以萃取溶剂、料液比、萃取时间、萃取温度为试验因素，油脂的提取率为试验指标，按表1中正交试验方法考察各因素对三尖杉种仁油提取率的影响，正交试验设计及结果如表2所示。

表2 正交试验设计及结果

由表2可知，在微波萃取过程中，不同的试验因素对油脂的提取率的影响大小依次为：料液比>萃取溶剂>萃取时间>萃取温度，即料液比对油脂提取率的影响最大，萃取溶剂和萃取时间次之，萃取温度影响最小；优化后的三尖杉种仁油脂提取工艺为A3B1C2D1，即萃取溶剂为乙酸乙酯，料液比为1∶25 (g/mL)，萃取时间20 min，萃取温度为55 ℃；在此优化条件下进行验证试验，三尖杉种仁油脂提取率达到58.28%。

2.3 脂肪酸组成分析

三尖杉种仁油脂经甲酯化衍生，采用GC-MS法对其脂肪酸组成进行分析，其总离子流色谱图见图5。通过标准品对照和数据库检索等方法对其脂肪酸进行定性，并采用峰面积归一化法进行定量，分析鉴定结果列于表3。

图5 三尖杉种仁油脂肪酸组成的总离子流色谱图

表3 三尖杉种仁油脂肪酸组成及相对含量

从表3可知，从三尖杉种仁油脂中共鉴定出5种脂肪酸，分别为C16∶0(6.89%)、C18∶1n-9(48.23%)、C18∶2n-6(31.53%)、C20∶0(2.01%)和C20∶1n-9(11.34%)。C18∶1n-9作为单不饱和脂肪酸的重要代表，其能有效降低低密度脂蛋白胆固醇，升高高密度脂蛋白胆固醇，能起到调节血脂，预防高血压、高血脂、心脏病、动脉粥样硬化和血栓等心血管疾病的作用；C18∶2n-6为n-6型多不饱和脂肪酸，是人体必需脂肪酸，其能在体内逐步转化为γ-亚麻酸、DH-γ-亚麻酸和花生四烯酸，并进而合成前列腺素，是维持生命的重要物质[17-19]。三尖杉种仁油脂中不饱和脂肪酸质量分数高达90%以上，且以C18∶1n-9和C18∶2n-6为主，属于典型的高油酸-亚油酸型油脂，这表明三尖杉种仁油脂具有较高的营养价值和良好的保健功能，可作为植物油料新品种进行开发利用，具有很高的经济价值和社会价值。

3 结论

3.1 采用微波萃取技术对三尖杉种仁油脂提取工艺进行优化，通过单因素和正交优化试验得到最佳工艺条件：以乙酸乙酯为萃取溶剂，料液比1∶25 g/mL，萃取时间20 min，萃取温度55 ℃；在此优化条件下，三尖杉种仁油脂提取率达到58.28%。经测定，三尖杉种仁中粗脂肪含量约为64.30%，故得油率可达90.64%。

3.2 三尖杉种仁油脂脂肪酸以C16∶0、C18∶1n-9、C18∶2n-6和C20∶1n-9为主，其中不饱和脂肪酸含量高达90%以上，且富含C18∶1n-9和C18∶2n-6，属于典型的高油酸-亚油酸型油脂，这表明三尖杉种仁油脂具有很高的营养价值和脂质开发利用前景。

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Optimization of Microwave-Assisted Extraction Technology ofCephalotaxusFortuneiKernel Oil and Analysis of Its Fatty Acid Composition

Zhang Ru Xu Hua Liu Lianliang Zhang Jinjie Yang Wenge Lou Qiaoming
(School of Marine Sciences, Ningbo University, Ningbo 315211)

The paper tookCephalotaxusfortuneias raw material. The technology of microwave-assisted extraction ofCephalotaxusfortuneikernel oil was optimized, and fatty acid composition was also analyzed by GC-MS in this paper. The experimental results indicated that the optimal extraction process ofCephalotaxusfortuneikernel oil was as follows: took ethyl acetate as extracting solvent, material-solvent ratio was 1∶25 g/mL, extracting time was 20 min, extracting temperature was 55 ℃, and the extracting rate was up to 58.28% under the optimized condition and microwave power was 800 W. The main fatty acids ofCephalotaxusfortuneikernel oil were: palmitic acid (C16∶0, 6.89%), oleic acid (C18∶1n-9, 48.23%), linoleic acid (C18∶2n-6, 31.53%) and eicosenoic acid (C20∶1n-9, 11.34%), and the total amount of unsaturated fatty acids was more than 90%. The kernel oil was classified as a high oleic acid-linoleic acid oil species, which suggested that the kernel oil had high nutritional value and could be developed and utilized as a new oil species.

CephalotaxusFortunei, kernel oil, microwave-assisted extraction, process optimization, fatty acid composition

TS251.9

A

1003-0174(2017)12-0094-06

国家星火计划(2013GA701010、2014GA701010)，“水产”浙江省重中之重学科开放基金(xkzsc1531)

2016-12-07

张茹，女，1992年出生，硕士，食品工程

楼乔明，男，1981年出生，讲师，食品科学