响应面法优化金银木油脂索氏提取工艺

张言，高定烽，莫镜池，熊华斌, *，高云涛，李晓芬

1. 云南民族大学化学与环境学院（昆明 650500）；2. 云南省跨境民族地区生物质资源清洁利用国际联合研究中心（昆明 650500）；3. 民族地区矿产资源综合利用重点实验室（昆明 650500）

金银木（Lonicera maackii（Rupr.）Maxim.）[1]属于忍冬科忍冬属植物，又被称为金银忍冬。金银木分布广泛，云南个旧种有大量的金银木。目前国内对金银花的开发利用很是广泛，因为金银木的茎可制人造棉[2]，其花可作为金银花代用品并可供制茶[3]，果实可供提取天然红色素[4]，种子油可供肥皂制造[5]，目前，国内对金银花种子提取油脂鲜有报道，并未给出优化的工艺。

试验采用索氏提取工艺，索氏提取是一种提取油脂的方法[6]，何志勇等[7]使用索氏提取法提取2种不同橄榄核仁油进行成分分析。滕红梅等[8]使用索氏提取法对翅果油树种子进行提油，并计算出出油率为32.50%。为了科学开发云南地区金银木资源，开展金银木种子索氏提取法提取油脂的响应面法优化研究。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

金银木种子选用云南个旧县金银木种子种植基地自然成熟的种子。处理方法为：将手工去壳的金银木种子仁粉碎，过60目的尼龙筛。

无水乙醇（分析纯，沸点78 ℃）。

1.2 仪器与设备

电加热套（力辰科技有限公司）；GZX-9240数显鼓风干燥箱（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；BS 210 S分析天平（北京赛多利斯天平有限公司）；索氏提取装置等。

1.3 提取温度对油脂提取的影响

取3.0 g装入已烘干且恒质量的滤纸桶内，放入60℃烘箱内烘干，冷却，放入索氏提取器中，用无水乙醇提取油脂，按提取温度分别为45，50，55，60，65和70 ℃展开油脂提取试验，每组液固比均为20:1（mL/g），索氏提取4 h后取出滤纸桶，回收无水乙醇，取下圆底烧瓶，电热鼓风干燥箱温度调至70 ℃，挥发残余无水乙醇，即得到金银木种子油脂，按式（1）计算得出油脂提取率。

式中：m1为提取油脂的质量，g；m2为金银木的质量，g。

1.4 提取时间对油脂提取的影响

取3.0 g装入已烘干且恒质量的滤纸桶内，放入60℃烘箱内烘干，冷却，放入索氏提取器中，用无水乙醇提取油脂，按提取时间分别为1，2，3，4，5和6 h展开油脂提取试验，每组液固比均为20:1，在60 ℃水浴进行索氏提取后取出滤纸桶，回收无水乙醇，取下圆底烧瓶，电热鼓风干燥箱温度调至70 ℃，挥发残余无水乙醇，即得到金银木种子油脂，按式（1）计算得出油脂提取率。

1.5 液固比对油脂提取的影响

取3.0 g装入已烘干且恒质量的滤纸桶内，放入60℃的烘箱内烘干，冷却，放入索氏提取器中，用无水乙醇提取油脂，按液固比10:1，15:1，20:1，25:1，30:1和35:1（mL/g）开展油脂提取试验，每个平行组均置于60 ℃水浴中浸提4 h，取出滤纸桶，回收无水乙醇，取下圆底烧瓶，电热鼓风干燥箱温度调至70 ℃，挥发残余无水乙醇，即得到金银木种子油脂，按式（1）计算得出油脂提取率。

1.6 响应面法优化

选取色素提取试验中的液固比、提取温度和提取时间3个因素为自变量，以油脂提取率为响应值，采用Design Expert软件进行试验设计，根据所得设计结果进行试验，采用所得试验结果进行响应面分析，获取所需试验数据。

2 结果与分析

2.1 提取温度对油脂提取的影响

由图1可知，在提取温度45～70 ℃时，提取率随着提取温度增大而增加，提取温度65 ℃时，金银木油脂提取率达到最大；提取温度70 ℃时，油脂提取率随着料液比的增加而减少，这是由于提取温度70 ℃时，已接近无水乙醇的沸点，在提取过中无水乙醇蒸发[9]，提取不充分，故油脂提取率反而降低，因此出现提取率随着料液比增加而下降的现象。

图1 不同提取温度对金银木提油率的影响

2.2 提取时间对油脂提取的影响

由图2可知，提取率随着提取时间增加而增加，提取时间1～3 h时，提取率随着提取时间而快速增加，但提取时间4～6 h时，提取率随着提取温度缓慢增加。在索氏提取时要延长时间保证材料中的油脂被提取完，避免对原料的浪费，但由于提取的有机溶剂具有挥发性，若提取时间过长会导致溶剂的挥发而影响油脂的提取，因此选择提取时间为6 h。

图2 不同提取时间对金银木提油率的影响

2.3 液固比对油脂提取的影响

由图3可知，液固比35:1～10:1（mL/g）时，提取率随料液比增加呈上升趋势，液固比增加30:1（mL/g）时，油脂提取率达到最大；液固比大于30:1（mL/g）时，油脂提取率随着液固比增加而减少，这是由于随着金银木质量增加，提取出来的油脂的量也增加，但是无水乙醇的体积有限，一部分提出的油脂溶于无水乙醇中，提取不充分，故虾青素提取率反而降低，因此出现提取率随着液固比增加，提取率下降的现象。

图3 不同提取液固比对金银木提油率的影响

2.4 油脂提取的响应面法优化

2.4.1 CCD设计及其试验结果

据CCD试验设计，以液固比、提取时间和提取温度3个因素作为自变量A、B、C，因素与水平值安排见表1。金银木油脂提取率为响应值R，通过Expert 8.1.6分析软件获得的试验方案及其采用此方案获得的试验结果如表2所示。

2.4.2 回归和方差分析

以金银木油脂的提取率为响应值，在响应面分析软件中对固液比、提取时间和提取温度进行回归拟合，响应值R吸光度与各影响因子间的回归方程为：油脂提取率=14.90+2.45A+0.27B-1.14C-0.095AB+1.34AC+0.045BC-4.19A2-2.26B2-0.46C2。

此外，对回归模型进行方差分析，结果如表3所示。

表1 响应面优化超声辅助提取试验的因素与水平值

表2 CCD试验设计及试验结果

表3 油脂提取回归方差分析结果

建立模型的p＜0.001，具有极显著性，失拟项的p＞0.1，无显著性，由此可见，所建模型可用于色素提取的响应面分析。此外，A、C、A2、B2项的p值均小于0.05，表现出显著性，这表明固液比、提取时间和提取温度均为提取过程中影响出油率的主要因素，其中，A项的p＜0.001，即液固比对油脂提取的影响极显著，而C项的p＜0.05，表明提取温度对油脂提取率的影响效果要明显高于提取时间。AB、AC、BC项中，无一项显著，这表明固液比、提取时间和提取温度对油脂提取率的影响在不能表现出交互作用。

2.4.3 响应面分析

图4显示液固比（A）、提取时间（B）和提取温度（C）这3因素对金银木油脂提取率的等高线图（a、c、e）和3D响应面图（b、d、f），3D响应曲面在二维平面上的投影就是等高线图。由图4（a）可以看出，沿着B因素向峰值方向移动，其等高线的密度明显低于沿A因素方向，由此可见，相对于提取时间，液固比对金银木油脂提取率的影响更为显著。由对应的3D响应面图4（b）也能获取相同的结果，在B因素方向，响应面曲线较为平缓，说明提取时间对油脂提取率的影响较小，随提取时间增加，油脂提取率有增加趋势，但增加的程度并不大，影响并不十分显著，而沿A因素方向则出现较为明显的变化，响应面曲线较陡，液固比引起金银木油脂提取率的变化较大，说明液固比油脂提取率的影响大于提取时间。

图4（c）和4（d）则显示A因素和C因素对金银木油脂提取率的影响。由等高线图可以看出，沿着C因素向峰值方向移动的等高线密度也要相对低于沿A因素方向。由3D响应面图则可以看出，在A因素方向响应面曲线有一定的坡度，但是，在C因素方向，响应面曲线较为平缓，说明提取温度对油脂提取率的影响较小，随提取温度增加，油脂提取率有降低趋势，但程度并不大，影响并不十分显著。由此可见，A因素变化对结果的影响要高于C因素，即相对于提取温度，液固比的影响更大。

图4 各因素及其交互作用对超声辅助提取影响的响应面

由图4（e）和4（f）可以比较B因素和C因素对油脂提取率的影响。由两因素沿峰值方向的等高线密度及其3D响应面图中响应面曲线的陡峭程度可以看出，B、C两因素的影响存在较小差异，相对于提取时间，提取温度的影响较弱一些。响应面分析直观反映了各因素的影响情况，其效果优于单因素试验，综合分析可以发现，3个因素对色素提取的影响有所不同，其程度大小为：液固比＞提取时间＞提取温度。

此外，通过响应面分析模型对淋洗条件进行优化分析，预测的最优条件为液固比30.66:1（mL/g）、提取时间5.05 min、提取温度60 ℃，预测的最优提取率为15.659%。通过试验检验最优预测条件下的提取效果，色素提取吸光度与预测值相接近，达到14.9%，相差0.754%。

3 结论

通过对提取过程中温度的控制，选择了毒性小，低沸点的乙醇作为萃取溶剂，将索氏提取法提取金银木种子中的油脂工艺参数进行优化，通过响应面分析模型对淋洗条件进行优化分析，预测的最优条件为：液固比30.66:1（mL/g）、提取时间5.05 min、提取温度60 ℃，预测的最优提取率为15.659%。通过试验检验最优预测条件下的提取效果，色素提取吸光度与预测值相接近，达到14.9%，相差0.754%。