超声波辅助提取新疆打瓜籽油脂的工艺研究

王芳梅 谷盼盼 张 鑫 许若男 张红玉 张修珂 希力阿扎提·阿不力米提 王英美

(新疆大学生命科学与技术学院，乌鲁木齐 830046)

打瓜[Citrulluslanatus(Thunb.)Matsum.etNakai]，又名籽瓜，葫芦科，一年生草本植物，是西瓜的一个栽培变种，形状与西瓜相似， 但比西瓜小[1]。打瓜瓜肉清甜，含有18种氨基酸和多种微量元素，能清肺润肺、养脾健脾[2]，因含籽多而得名，主要是取其籽食之。目前，中国是世界上打瓜的主要种植区，其次是泰国。无论是打瓜的种植还是打瓜籽的产量，中国均居世界之首[3]。打瓜盛产于我国西北地区，产地主要在新疆、甘肃，在吉林和内蒙古等地也有种植，年产量达数百万吨。其中新疆生产的打瓜籽以因其籽片大、板平、饱满、肉厚、色泽黑亮、品质优良而深受客户青睐。

打瓜籽含有多种人体所需的营养成分，打瓜籽中含有大量的蛋白质、维生素、氨基酸和钾、钙、镁、铁等矿物质以及人体所必需的不饱和脂肪酸，其中亚油酸含量极为丰富[4]。打瓜籽中的不饱和脂肪酸含量非常高，因此高血压及心脑血管病人也可以食用，打瓜籽中的固醇类物质还可以降低血液里的低密度胆固醇的作用[5]。

目前的研究报道涉及西瓜籽油[6-8]，打瓜籽蛋白的提取及其功能特性[3,9-11]，打瓜籽油的脂肪酸分析[4,1-15]等。本研究利用新疆阜康打瓜籽为原材料，采用超声波辅助石油醚法提取打瓜籽油脂，并利用气相色谱对打瓜籽油的脂肪酸成分进行分析。这不仅可以提高新疆打瓜籽的经济价值，而且对西部地区优势特色植物资源开发有着积极的促进作用，为以后打瓜的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新疆打瓜籽：新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州阜康市。

1.2 试验仪器

RHP-1000A型高速多功能粉碎机；分析天平FA1004；超声波清洗机；旋转蒸发仪RE-52A；高速冷冻离心机；SHB-III循环水式多用真空泵。

1.3 试验方法

将干燥的打瓜籽用万能粉碎机粉碎，过40目筛。准确称取一定量经粉碎过筛的打瓜籽于锥形瓶中，按一定比例加入石油醚，将超声清洗机仪加热至所需温度后，在设定功率、时间、温度条件下进行超声提取。超声结束后静置一段时间，在转速为4 800 r/min离心分离10 min，取上清液并用旋转蒸发器回收溶剂。回收完毕后称重。按下式计算打瓜籽油提取率:

打瓜籽油提取率=打瓜籽油质量/打瓜籽粉质量×100%

1.4 单因素试验

1.4.1 液料比(mL∶g ) 对打瓜籽提油率的影响

固定超声波功率180 W，超声温度 40 ℃，超声时间30 min，浸提时间4 h的条件下，改变石油醚与打瓜籽的比例(mL∶g)为 5∶1、6∶1、7∶1、8∶1 、9∶1分别进行试验，计算打瓜籽出油率，以研究不同料液比对超声波提取打瓜籽油的影响。

1.4.2 超声波功率对打瓜籽提油率的影响

固定液料比为 7∶1，超声处理时间为 30 min，处理温度为 40 ℃，浸提时间4 h的条件下，设置不同的超声功率为0、90、120、150、180、210、240 W分别进行试验，计算打瓜籽出油率，以研究不同超声功率对超声波提取打瓜籽油过程的影响。

1.4.3 超声波处理时间对打瓜籽提油率的影响

固定液料比为 7∶1，超声功率为 180 W，超声温度为 40 ℃，浸提时间4 h的条件下，设置超声波处理时间为 10、20、30、40、50 min 分别进行试验，计算打瓜籽出油率，以研究不同超声处理时间对超声波提取打瓜籽油的影响。

1.4.4 超声波处理温度对打瓜籽提油率的影响

固定液料比为7∶1，超声功率为 180 W，超声处理时间为 30 min，浸提时间4 h的条件下，设置处不同的超声温度为20、30、40、50、60 ℃ 分别进行试验，测计算打瓜籽出油率，以研究不同超声处理温度对超声波提取打瓜籽油的影响。

1.4.5 浸提时间对打瓜籽提油率的影响

固定液料比为 7∶1，超声功率为 180 W，超声处理温度为40 ℃，超声处理时间为 30 min的条件下，设置不同的浸提时间为2、3、4、5、6 h分别进行试验，计算打瓜籽出油率，以研究不同浸提时间对超声波提取打瓜籽油的影响。

1.5 响应面优化实验

表1 因素水平编码表

1.6 打瓜籽基本成分的测定

含仁率的测定GB/T 5499—2008；粗蛋白的测定GB/T 14489.2—2008；粗脂肪的测定GB 5009.6—2016；总灰分的测定GB 5009.4—2016；水分的测定GB 5009.3—2016。

1.7 打瓜籽油理化指标的测定

酸价的测定采用GB 5009.229—2016；碘值的测定采用GB/T 5532—2008；皂化值的测定采用GB/T 5534—2008；过氧化值的测定采用GB/T 5009.227—2016；透明度的鉴定GB/T 5525—2008；色泽的鉴定GB/T 5492—2008；水分及挥发物的测定GB 5009.236—2016。

1.8 数据处理方法

每个试验重复3次，结果用平均值±偏差来表示。运用 Graphpad Prism 5进行绘图。采用 Design Expert 8.0软件中的Box-Benhnken进行响应面优化设计，并对数据进行模型拟合以及方差分析。

2 结果与讨论

2.1 打瓜籽的基本成分

打瓜籽的主要成分分析结果如表2所示。

表2 打瓜籽的基本成分

2.2 超声波提取打瓜籽油的单因素试验

2.2.1 浸提时间

从图1a可知，随着浸提时间的增加，打瓜籽油脂的提取率先增大后减小；当浸提时间为 4 h 时，打瓜籽油脂的提取率达到最大。这是因为油脂开始萃取时，从打瓜籽到溶剂中扩散速度较快，油脂溶出增多，提取率增大；之后浸提时间继续延长，溶剂中油脂的浓度逐渐增大，最终油脂在打瓜籽和溶剂中的浓度达到动态平衡[17]，此外，时间延长会使溶剂挥发损失有所增加，造成提取率下降。因此，考虑提取效率，选取适宜的浸提时间为4 h。

2.2.2 超声温度

超声温度对打瓜籽油提油率的影响如图1b所示，由图1b中可知，随着超声温度的增加，出提油率在开始时呈现不断上升的趋势。这是因为一般情况下，加热温度升高，会降低油脂的粘度变小，使得油脂扩散萃取速率较快，有利于油脂的提取。但是，当超声温度达到50℃以后，出油率开始骤减，这可能是因为加热温度太高，而石油醚沸点低，且在超声波作用下挥发作用会增强，使液料比降低，不利于打瓜籽油脂的提取。因此，当其他条件一定时，超声温度为50 ℃时，提取效果最佳。

2.2.3 超声时间

由图1c可知，随提取时间的增加，打瓜籽油脂的出油率呈上升趋势，当超声时间达到30 min后，出油率增加较慢。这是因为超声时间增加，打瓜籽与溶剂的接触时间和相互作用时间增加，油脂溶出增加，提取率增大；但当超声时间过长，超声波产生的空化作用和机械效应使大分子的脂肪裂解，可能会使局部过热而造成某些挥发性成分的损失，从而导致油脂提取率减小。因此，当其他条件一定时，选取超声时间为30 min时，提取效果最佳。

图1 单因素对打瓜籽提油率的影响

2.2.4 液料比

液料比对打瓜籽油出油率的影响如图1d所示，从图1d中可以看出，随着液料比的增加，出油率在开始时呈现出逐渐增大的变趋势。这是由于打瓜籽质量一定，溶剂增加，打瓜籽油在溶剂中的浓度会降低，从而使打瓜籽与溶剂接触面的浓度差增加，从而提高了传质速率，在一定时间内出油率增大[16]。当溶剂用量增大到7∶1时，由于大部分的打瓜籽油已被提取出来，继续增加溶剂的量，出油率基本保持不变。从经济角度出发，溶剂用量不宜太大。因此，当其他条件一定时，液料比为7∶1时，提取效果最佳。

2.2.5 超声功率

由图1e可知，在没有超声辅助提取，直接采取溶剂浸提时，打瓜籽油的出油率很低。当进行超声波处理时，随着超声功率的增大，出油率逐渐成上升趋势。当超声功率小于180 W时，出油率较大，这是因为超声波对细胞壁的破碎作用会随着超声功率的上升而变强，超声波功率增大时，空化强度增大，大大加快了粒子的运动速度，油脂分子和溶剂间相互碰撞的概率增加，进而加快化学反应速率、提高出油率。当超声波功率超过180 W 时，随着超声功率的继续上升，打瓜油提取率突降，因为超声功率太大，加剧了溶剂的运动，减少了溶剂和物料的接触率。因此，当其他条件一定时，超声功率选取180 W时，提取效率最佳。

2.3 响应面优化试验

2.3.1 响应面实验结果

打瓜籽油脂提取的实验方案及实验结果见表3，回归模型方差分析见表4。

表3 响应面试验方案及结果

表4 回归模型的方差分析

表4(续)

注：*P<0.05，差异显著；**P<0.001，差异极显著。

2.3.2 结果分析及模型方程的建立

对表3中数据进行回归拟合，得到自变量与提油率(Y)的二次多项回归方程为：

Y=27.68+0.21A-0.27B+0.98C-0.73D-0.39AB-0.76AC-1.38AD+0.51BC-0.54BD+0.21CD-2.05A2-1.60B2-1.01C2-2.59D2

响应面优化设计最终确定了最佳工艺条件，结果见表5，提取率为27.95%在此条件下进行实验，得打瓜籽油脂的提取率为 27.88%，与预测值接近。

表5 响应面软件预测最佳反应条件

2.4 理化指标测定结果

打瓜籽油脂的理化指标见表6。

表6 打瓜籽油脂的理化指标

2.5 脂肪酸成分分析结果

图2为超声波提取法提取的打瓜籽油脂肪酸成分 GC 图谱，由图2和表7可知，打瓜籽中主要有豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸，且出峰顺序为豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸。打瓜籽油中脂肪酸以不饱和脂肪酸为主，其中亚油酸(C18∶2) 含量最高，达71.51%，其次是棕榈酸(C16∶0)10.81%、油酸(C18∶1)8.39%，饱和脂肪酸主要为硬脂酸为5.60%。据报道，刘程惠等[11]研究发现吉林打瓜籽油的亚油酸含为18.44%。罗鹏等[18]研究发现的新疆石河子的残次打瓜籽的亚油酸含量为49.87%。而本研究利用新疆阜康县的打瓜籽为原材料，发现该地区打瓜籽油的亚油酸质量分数高达71.51%，可能是地区与品种差异所致。

图2 打瓜籽油脂肪酸气相色谱分析

峰号名称类型保留时间峰面积质量分数/%3棕榈酸C16∶013.9851 046.099 3710.8066硬脂酸C18∶017.320542.580 635.6057油酸C18∶118.439812.036 878.3888亚油酸C18∶220.3397 116.328 6173.511

3 结论

本研究采用超声波辅助石油醚提取新疆打瓜籽中的油脂，在单因素试验基础上，通过响应面 Box-Benhnken 试验设计，优化实验设计。结果表明提取打瓜籽油脂的最佳工艺条件为：浸提时间 4 h、超声功率180 W、超声温度 40 ℃、液料比7∶1。在此条件下实际出油率可达到27.88%，所得值与模型预测值27.95% 高度相符。