同时蒸馏萃取法提取辣木籽油工艺的优化及其化学成分分析

张 静, 王淑培, 王昕岑, 李 栋

(1.武夷学院茶与食品学院，福建 武夷山 354300；2.中国乌龙茶产业协同创新中心，福建 武夷山 354300)

辣木(Moringaoleifera)为辣木科(Moringaceae)辣木属(Moringa)多年生木本植物，又称鼓槌树，在商业中被称为奇树(miracle tree).它最早来源于印度西北部的喜马拉雅山南麓[1-2]，最近几年在我国海南、云南、广东等省份陆续被引进并开始了大面积的种植.辣木籽中含有高价值的辣木籽油[3-4]，称为“本油”或“贝昂油”[5-6].目前，从辣木籽中提取辣木籽油的常用方法有压榨法[7]、溶剂浸提法[8]、超声波辅助提取法[9]、水酶法[10-11]、亚临界及超临界萃取法[12-16].其中，亚临界和超临界萃取法的萃取率最高[17]，但是所需设备昂贵，操作要求高，适合大批量提取.目前利用同时蒸馏萃取法萃取辣木籽油的研究还未见报道.同时蒸馏萃取法可以用少量试剂对辣木籽进行有效提取，既提高萃取效率，也可以缩短溶剂提取法中挥发溶剂所需的高温加热时间[18-19]，可以较大程度保留有效成分，操作简单.本研究拟通过响应面法优化辣木籽油的萃取工艺，并利用GC-MS对提取的辣木籽油进行成分分析，为辣木籽油的开发利用提供依据.

1 材料与方法

1.1 供试原料

辣木籽市售；中性蛋白酶的酶活性为1×105U·g-1；石油醚(60～90 ℃)为分析纯.

1.2 仪器

PW80超微粉碎机由天津市泰斯特仪器有限公司提供；GC-14C岛津气相色谱质谱联用仪由日本岛津公司提供；改进型同时蒸馏萃取装置由北京朝龙玻璃仪器厂提供.

1.3 方法

1.3.1 原料预处理 将辣木籽去壳后放入超微粉碎机粉碎，备用.

1.3.2 辣木籽油的提取 准确称量5.00 g辣木籽粉，加入同时蒸馏萃取仪器的物料瓶中，再加入适量的蒸馏水、玻璃珠数粒及适量的中性蛋白酶，轻轻摇晃物料瓶后将其放置在加热套上；同时在蒸馏瓶中加入适量的石油醚，连接仪器，置于80 ℃的恒温水浴锅中加热，物料瓶保持微沸，萃取一段时间；最后将萃取溶液移入磨口三角瓶中，用旋转蒸发仪蒸发萃取溶液中的石油醚，计算萃取率.

1.3.3 提取工艺的优化 选定萃取时间、萃取温度、石油醚添加量及蒸馏水添加量4个因素进行单因素试验，考察各因素对萃取率的影响；再通过响应面法确定最佳提取工艺.

1.3.4 GC-MS分析 采用GC-MS法对同时蒸馏萃取法所提取的辣木籽油的化学成分进行测定，结果采用归一化法进行分析.色谱柱为HP-5 ms；载气为高纯氦气，流速为1.0 mL·min-1.MS条件：电子轰击离子源，电子能量70 eV，质量扫描范围 40～450 u.进样口温度240 ℃.升温程序：起始温度40 ℃，以4 ℃·min-1升温到80 ℃，再以2 ℃·min-1升温到220 ℃，保持2 min，然后以5 ℃·min-1升温到240 ℃[20-26].

1.3.5 数据分析 采用Excel软件对数据进行分析、作图，采用Design Expert软件设计响应面试验，并进行数据分析.

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 萃取时间对辣木籽油萃取率的影响 在蒸馏水用量100 mL、石油醚用量15 mL、萃取温度80 ℃的萃取条件下，考察不同萃取时间(2、3、4、5、6 h)对辣木籽油萃取率的影响，结果如图1所示.从图1可以看出：随着萃取时间的增加，辣木籽油的萃取率也随之提高；当萃取时间为3 h时，辣木籽油萃取率达到最大值，为24.38%；继续增加萃取时间，辣木籽油的萃取率变化不大.因此，最佳萃取时间为3 h.

2.1.2 萃取温度对辣木籽油萃取率的影响 在蒸馏水用量100 mL、石油醚用量15 mL、萃取时间3 h的萃取条件下，考察不同萃取温度(80、85、90、95、100 ℃)对辣木籽油萃取率的影响，结果见图2.

图1 萃取时间对辣木籽油萃取率的影响Fig.1 Effect of extraction time on the extraction rate of M.oleifera oil

从图2可以看出：辣木籽油的萃取率随着萃取温度的增加而提高；较低温度下，温度升高加快了溶剂对辣木籽油的萃取效率；萃取温度达90 ℃时，辣木籽油的萃取率达到24.65%；超过90 ℃时，石油醚的挥发损失较大，引起辣木籽油的部分挥发，萃取率有降低趋势.因此，最佳萃取温度为90 ℃.

2.1.3 石油醚添加量对辣木籽油萃取率的影响 在蒸馏水用量100 mL、萃取温度90 ℃、萃取时间3 h的萃取条件下，考察不同石油醚添加量(5、10、15、20、25 mL)对辣木籽油萃取率的影响，结果见图3.从图3可知：随着石油醚添加量的增加，辣木籽油的萃取率也随之提高；当石油醚添加量大于15 mL，萃取率趋于稳定.这是由于石油醚添加量增大时，石油醚对蒸馏水中辣木籽油的萃取含量趋于饱和，且添加过多的石油醚会增大成本.因此，最佳的石油醚添加量为15 mL.

2.1.4 蒸馏水添加量对辣木籽油萃取率的影响 在石油醚用量15 mL、萃取温度90 ℃、萃取时间3 h的萃取条件下，考察不同蒸馏水添加量(90、120、150、180、210 mL)对辣木籽油萃取率的影响，结果如图4.

图3 石油醚添加量对辣木籽油萃取率的影响Fig.3 Effect of petroleum ether on the extraction rate of M.oleifera oil

从图4可以看出：随着蒸馏水添加量的变化，辣木籽油的萃取率先增大后减小，在蒸馏水添加量为150 mL时，辣木籽油的萃取达到最大值,为24.93%.因此，选择蒸馏水添加量为150 mL进行后续试验.

表1 Box-Behnken设计因素水平及编码Table 1 Factor level and coding of Box-Behnken experiment design

2.2 响应面法优化提取工艺

选取萃取温度、萃取时间、石油醚添加量作为考察辣木籽油萃取率变化程度的3个因素，运用Box-Behnken试验设计因素水平响应面试验[27-30]，结果见表1、2.

2.2.1 模型建立及显著性检验 采用Design-Expert 软件，对试验数据进行多元回归拟合，结果见表3，其中萃取温度、萃取时间、石油醚量3个因素对萃取率影响的二次多项回归模型为:

Y=26.24+0.76A+0.91B+0.59C-0.59AB-0.62AC-0.50BC-1.08A2-1.09B2-0.99C2

表2 响应面试验及结果Table 2 Results of response surface experiment

模型的方差分析见表3.从表3可以看出，回归模型的F值为17.83，P值<0.000 1，说明所选的模型差异极显著，而误差项差异不显著，表明该回归模型有较好的拟合度.各因素对萃取率的影响极显著(P<0.000 1).相关系数R2值为0.958 2，表明响应值变化95.82%.

2.2.2 最优工艺条件的确定 采用Design-Expert软件做出萃取温度(A)、萃取时间(B)和石油醚添加量(C)两两之间的响应面图(图5).

表3 方差分析表1)Table 3 Variance analysis table

1)**表示差异达到极显著水平.

图5 各因素交互作用对辣木籽油萃取率的影响Fig.5 Interaction effects of various factors on the extraction rate of M.oleifera oil

从图5a中可以看出，当萃取时间一定时，水浴温度为88～92 ℃时，辣木油萃取率随温度的升高而提高；当温度超过92 ℃时，辣木油萃取率略微有所降低；当水浴温度一定时，随着萃取时间的增加，辣木油萃取率先升高后趋于平稳；两因素之间的相互作用对辣木油萃取率的影响比较显著.图5b表明，当溶剂的量一定时，水浴温度为88～92 ℃，辣木油萃取率随温度的升高而提高；当温度超过92 ℃时，辣木油萃取率略微有所降低；当水浴锅温度一定时，随石油醚的量的增加，辣木油萃取率先增大后趋于平稳；两因素之间的相互作用对辣木油萃取率的影响比较显著.图5c显示，当溶剂的量一定时，随着萃取时间的增加，辣木油萃取率先升高后趋于平稳；当萃取时间一定时，随溶剂的量的增加，辣木油的萃取率先缓慢升高后趋于平稳；两因素之间的相互作用对辣木油萃取率的影响比较显著.

图6 辣木籽油GC-MS总离子流图Fig.6 Total ion flow diagram of M.oleifera oil by GC-MS

2.2.3 验证试验 采用响应面法对试验进行优化，通过模型预测得到辣木籽油的最佳萃取的工艺条件为：水浴温度90.44 ℃，萃取时间3.16 h，溶剂的量15.29 mL.在这个工艺条件下辣木籽油的萃取率最高，为26.513 5%.因考虑到实际操作的方便，将萃取辣木籽油的最佳工艺条件修正为：水浴锅温度90 ℃，萃取时间3.2 h，溶剂的量15 mL.在该条件下进行重复验证试验，得到的辣木籽油萃取率为25.12%，与预测值吻合度较高.说明该模型能较好地预测同时蒸馏萃取辣木籽油的最佳工艺参数.

2.3 辣木籽油组成分析

对优化工艺下产出的辣木籽油的的成分进行GC-MS分析，得到辣木籽油的总离子流图及化学组成(图6、表4).

GC-MS分离出的化合物有30种(表4)，其中脂肪酸类含量最丰富，总含量约为73.16%，油酸占61.53%;其次,有16.41%的醛类物质;有少量烃类(9.48%)、酮类(0.31%)、醇类(0.34%)、酯类(0.18%);还有0.12%的成分未鉴定出.

表4 辣木籽油的GC-MS分析结果Table 4 Results of GC-MS analysis of M.oleifera oil

3 小结

利用响应面法优化同时蒸馏萃取辣木籽油的提取工艺，建立了相应的数学模型，得到最优萃取工艺条件：水浴温度90 ℃，萃取时间3.2 h，石油醚添加量15 mL.在该条件下，辣木籽油的提取率最高，为25.12%.对萃取的辣木籽油进行GC-MS分析，结果表明采用同时蒸馏萃取法得到的辣木籽油脂肪酸类含量最高，总含量约为73.16%，其中油酸占61.53%.

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