糜子壳油超声辅助提取工艺优化及脂肪酸组成分析

苗欣月 朱 丹 颜飞翔牛广财 魏文毅 朱立斌

(1. 黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2. 黑龙江省农产品加工工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319；3. 黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院，黑龙江 大庆 163319)

糜子(PanicummiliaceumL.)属禾本科黍属，又称黍稷，其籽粒脱皮后称黄米，是北方传统粮食作物之一[1]。糜子壳是糜子籽粒脱皮加工过程中的主要副产物，通常作为饲料或者被丢弃。随着近年来对谷物副产物研究的逐渐增加，糜子壳中有效成分也越来越受到关注。例如，王振等[2]采用超声波辅助法优化了糜子壳中多酚的提取工艺；关正萍等[3]采用超声波振荡法确定了糜子中的β-胡萝卜素提取工艺；田翔等[4]利用索氏提取法确定了黄米中油的最佳提取工艺条件，即在液料比为20∶1 (mL/g)，提取温度80 ℃，淋洗时间30 min时，糜子油得率为4.51%，采用气相色谱—质谱法分析糜子油脂肪酸为亚油酸(12.371%)、油酸(44.157%)、亚麻酸(1.173%)、棕榈酸(23.948%)和硬脂酸(5.676%)等主要脂肪酸。表明脱去糜子外壳的黄米油中以不饱和脂肪酸为主，属于优质脂肪酸。研究[5-6]表明，不饱和脂肪酸对人体有重要的生理功能，能调节人体脂质代谢和交感神经、治疗和预防心血管疾病、抗癌、抗炎、营养脑细胞、降血脂等。

目前尚未见有关糜子壳中的油脂提取及其脂肪酸组成的研究报道。试验拟采用超声波辅助法提取糜子壳中的油脂，采用响应面法优化糜子壳中油脂的提取工艺，并通过气相色谱(GC)法分析糜子壳油的脂肪酸组成，以期为糜子壳油的开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

糜子壳粉：黑龙江省肇源县产龙黍23品种，砻米后的副产物；

正己烷：分析纯，天津市大茂化学试剂厂；

37种脂肪酸甲酯混合标准品：美国Sigma Aldrich公司；

其他试剂均为国产分析纯。

1.1.2 主要仪器设备

超声波清洗器：KH-500DE型，昆山禾创超声仪器有限公司；

真空泵：SHZ-DⅢ型，攻义市予华仪器有限责任公司；

旋转蒸发仪：RE-2000B型，上海亚荣生化仪器厂；

电热鼓风干燥箱：101-2AB型，天津市泰斯特仪器有限公司；

电子天平：EX324型，奥豪斯仪器(上海)有限公司；

多功能粉碎机：GY-FS-02型，江西赣云食品机械有限公司；

气相色谱仪：7890A型，美国Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 原料预处理 将糜子壳粉经高速粉碎机粉碎成60目粉末，密封罐保存，备用。

1.2.2 糜子壳油超声波辅助提取的操作要点 准确称取一定量糜子壳粉末于锥形瓶中，按一定比例加入正己烷溶剂，置于超声波清洗器中，在设定的料液比、超声波功率、提取时间、提取温度下进行糜子壳中油的提取。超声波萃取结束后，将所得提取液用布氏漏斗进行超滤，收取滤液，然后利用旋转蒸发仪浓缩并回收溶剂。将浓缩后的油样置于干燥箱中，60 ℃下干燥挥干残留溶剂，得到糜子壳油，称量并计算糜子壳油的得率。其得率按式(1)计算：

(1)

式中：

Y——得率，%；

m1——恒重后旋蒸瓶和糜子壳油的质量，g；

m0——旋蒸瓶的质量，g；

m——糜子壳粉末的质量，g。

1.2.3 单因素试验设计

(1) 超声波功率对糜子壳油得率的影响：固定液料比8∶1 (mL/g)，提取温度50 ℃，提取时间20 min，考察超声波功率(200，250，300，350，400，450 W)对糜子壳油得率的影响。

(2) 液料比对糜子壳油得率的影响：固定超声波功率200 W，提取温度50 ℃，提取时间20 min，考察液料比[8∶1，10∶1，12∶1，14∶1，16∶1 (mL/g)]对糜子壳油得率的影响。

(3) 提取温度对糜子壳油得率的影响：固定超声波功率200 W，液料比8∶1 (mL/g)，提取时间20 min，考察提取温度(40，50，60，70，80 ℃)对糜子壳油得率的影响。

(4) 提取时间对糜子壳油得率的影响：固定超声波功率200 W，液料比8∶1 (mL/g)，提取温度50 ℃，考察提取时间(20，30，40，50，60 min)对糜子壳油得率的影响。

1.2.4 响应面优化试验 在单因素试验的基础上，选取超声波功率、液料比、提取温度、提取时间4个因素为考察对象，以糜子壳油得率为响应值，采用Box-Behnken设计，对糜子壳油的提取工艺进行优化试验。

1.2.5 糜子壳油的脂肪酸组成分析

(1) 甲酯化：参照GB 5009.168—2016方法，称取0.1 g糜子壳油置于100 mL平底烧瓶中，加入2%氢氧化钠甲醇溶液8 mL，80 ℃水浴回流至油滴消失。从回流冷凝器上端加入7 mL 15%三氟化硼甲醇溶液，并继续回流2 min，迅速冷却至室温。然后准确加入10 mL正庚烷，振摇2 min。加入饱和氯化钠水溶液后静置分层。吸取上层正庚烷提取溶液约5 mL于试管中，加入4 g左右无水硫酸钠，振摇1 min，静置5 min，取上层溶液到进样瓶中待测定。

(2) GC分析条件：色谱柱为CNW CD-2560 (100 m×0.25 mm，0.20 μm)；FID检测器；检测器温度260 ℃；进样口温度250 ℃；进样量1 μL；载气流速0.5 mL/min；分流比10∶1；升温程序为130 ℃保持5 min，再以4 ℃/min的速率升温至240 ℃并保持30 min[7]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 超声波功率对糜子壳油得率的影响 由图1可知，当超声波功率>250 W时，糜子壳油的得率随超声波功率的增大呈先上升后下降的趋势，当超声波功率为350 W时糜子壳油的得率较高，为5.68%。当超声波功率继续增大到一定值时，会产生大量无用气泡，不利于超声波在液体内的传播，导致糜子壳油的得率下降[8]。同时，超声波功率增大，会导致局部温度过高，使油脂挥发。因此，超声波提取糜子壳油的最适超声波功率为350 W。

Figure 1 Effect of ultrasonic power on the yield ofPanicummiliaceumL. shell oil

2.1.2 液料比对糜子壳油得率的影响 由图2可知，当液料比为8∶1～12∶1 (mL/g)时，糜子壳油的得率逐渐上升并达到5.82%，可能是因为随着提取溶剂的增加，糜子壳与正己烷溶剂的接触面积增大，扩散速度提高，从而使糜子壳油得率增加[9]；但溶剂量继续增大时，糜子壳油得率逐渐减小，说明继续增大液料比已不能提高糜子壳油的得率。因此，超声波提取糜子壳油的最适液料比为12∶1 (mL/g)。

2.1.3 提取温度对糜子壳油得率的影响 由图3可知，当温度由40 ℃上升到70 ℃时，得率呈上升趋势，最高点的提取率为5.94%。这可能是因为随着温度的升高，分子的热运动加快，使油脂的扩散作用增强，提高了糜子壳油的得率[10]。随着提取温度的继续上升，得率反而下降，可能是由于提取温度逐渐接近于萃取溶剂正己烷的沸点，使部分正己烷挥发，减少了与样品的接触，不利于糜子壳油的提取[11]。因此，超声波提取糜子壳油的最适温度为70 ℃。

字母不同表示差异显著(P<0.05)

Figure 2 Effect of Liquid to solid ratio on the yield ofPanicummiliaceumL. shell oil

字母不同表示差异显著(P<0.05)

Figure 3 Effect of extraction temperature on the yield ofPanicummiliaceumL. shell oil

2.1.4 提取时间对糜子壳油得率的影响 由图4可知，糜子壳油的得率随提取时间的延长呈先上升后下降的趋势。当提取时间为40 min时得率最大，达6.10%，然后又缓慢下降。这可能是由于超声波处理时间越长，糜子壳粉末中油脂溶入溶剂中的量越多，从而增加了油脂得率。随着超声波提取时间的继续延长，可能使提取溶剂挥发，导致糜子壳油的得率减小[12]。因此，超声波提取糜子壳油的最适提取时间为40 min。

字母不同表示差异显著(P<0.05)

Figure 4 Effect of extraction time on the yield ofPanicummiliaceumL. shell oil

2.2 响应面优化试验

根据单因素试验结果，确定超声波功率、液料比、提取温度和提取时间的取值水平见表1。对糜子壳油的提取工艺进行Box-Behnken试验，试验设计及结果见表2，回归模型方差分析见表3。

表1 响应面试验因素水平表

Table 1 Factors and levels of response surface experiment

水平A超声波功率/WB液料比(mL/g)C提取温度/℃D提取时间/min-130010∶15040035012∶16050140014∶17060

根据Design-Expert 8.0.6数据分析软件，对响应面试验结果进行回归拟合，得到回归拟合方程为：

Y=6.82-0.023A-4.167E-003B+0.086C+0.027D+0.022AB+0.11AC+0.035AD+0.020BC+0.01BD+0.12CD-0.26A2-0.28B2+0.092C2-0.31D2。

(2)

表2 Box-Behnken试验设计及结果

经Design-Expert 8.0.6软件分析后，得到超声波提取糜子壳油的最佳工艺条件为超声波395.01 W，液料比为12.14∶1 (mL/g)，提取温度70.00 ℃，提取时间为52.93 min，经软件分析，此条件下糜子壳油得率的理论值为6.90%。考虑到实际操作的便利性，将结果调整为：超声波功率400 W，液料比12∶1 (mL/g)，提取温度70 ℃，提取时间50 min，在此条件下进行3次重复实验得到糜子壳油的平均得率为6.95%。

2.3 糜子壳油脂肪酸组成分析

由表4可知，超声波辅助提取的糜子壳油中检测出5种脂肪酸，为亚油酸、油酸、棕榈酸、亚麻酸和花生一烯酸，其含量分别为70.10%，20.00%，8.79%，0.89%，0.21%。该方法制得的糜子壳油脂中的脂肪酸组成以不饱和脂肪酸为主，其含量占总脂肪酸的91.21%，其中油酸和亚油酸最多，二者占该油脂中不饱和脂肪酸含量的98.78%。因此，糜子壳油是一种富含不饱和脂肪酸的优质食用油。不饱和脂肪酸具有调节血脂、治疗干眼症、改善老年痴呆、降血压等作用[13-15]。田翔等[4]利用索氏提取法得到的脱去糜子外壳的黄米中油的脂肪酸组成为亚油酸(12.371%)、油酸(44.157%)、亚麻酸(1.173%)、棕榈酸(23.948%)和硬脂酸(5.676%)。试验中未检测到硬脂酸，但检出了花生一烯酸，可能与原料部位、品种或者产地等因素有关。试验结果表明，糜子壳油具有较高的营养价值和保健功效，具有良好的应用前景，可以进一步开发利用。

表4 糜子壳油脂肪酸组成及相对含量

Table 4 Fatty acid composition and relative content ofPanicummiliaceumL. shell oil

脂肪酸种类含量/%亚油酸70.10油酸20.00棕榈酸8.79亚麻酸0.89花生一烯酸0.21

表3 回归模型方差分析†

† *P<0.05，差异显著；**P<0.01，差异极显著。

3 结论

采用超声波辅助提取糜子壳中的油脂，通过单因素试验和响应面优化试验，得出糜子壳油的最佳提取工艺条件为超声波功率400 W，液料比12∶1 (mL/g)，提取温度70 ℃，提取时间50 min，此条件下的糜子壳油得率为6.95%。糜子壳油脂肪酸组成分析表明：糜子壳油中的脂肪酸以不饱和脂肪酸为主，其中，亚油酸、油酸、亚麻酸和花生一烯酸的含量分别为70.10%，20.00%，0.89%，0.21%，说明糜子壳油有望成为一种新型的营养健康食用油。后续将进一步研究该油脂的品质及其稳定性。