响应面法优化振摇提取百香果子中油脂及其脂肪酸成分分析

覃文霞 李昌宝 辛明 王海波 郑娟梅 王警 王建刚 黄慧玲

摘要：以百香果（Passiflora coeruleaL）子油的得率作为评价指标，选择料液比、时间、温度进行单因素试验，在其基础上利用响应面法优化百香果子油的提取条件，并用气相色谱一质谱法（GC-MS）测定所提取油脂的脂肪酸组成。结果表明，最佳工艺条件为料液比1：30（m：V），提取时间20 min，摇床温度23℃，此条件下百香果子油提取得率为22.37%。百香果子油中含有19种脂肪酸，其中不饱和脂肪酸相对含量为84. 12%，饱和脂肪酸相对含量为15.88%，主要成分是亚油酸甲酯（60.51%）和反-9-十八碳烯酸甲酯（22.05%）。采用响应面法优化的奈件进行提取，可得到较高的百香果子油得率，通过GC-MS分析所得百香果子油的脂肪酸成分不被破坏，这是一种简单、高效且对有效成分无损的方法。

关键词：百香果（Passiflora coerulea L）子油;提取;响应面法;脂肪酸;气相色谱一质谱法（GC-MS）

中图分类号：TS224.4

文献标识码：A

文章编号：0439-8114（ 2020）12-0134-05

D01：10.1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.12.030

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

百香果（Passiflora coerulea L.），又名西番莲，主要种植于中国南方等地区，其果肉含有丰富的果汁，且能散发出多种香味，因此被誉为百香果[1]。百香果的果肉营养丰富，味道鲜美，因此饮料市场对百香果的需求越来越大，但大部分百香果子在加工过程中被作为废弃物丢弃，不仅污染环境还造成了百香果资源的浪费。近年来，关于提取百香果子油脂的研究有所进展[2-4]，其提取方法逐渐增多，百香果子在油脂市场上应用的优势逐渐显现，对百香果加工副产物的再利用具有重要意义。常用油脂的提取方法有浸提法、生磨法、生榨法、熟榨法、索氏提取法、水蒸气蒸馏法、超临界CO2萃取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法、固相微萃取分离法等[5-7]，其中利用振摇法提取百香果子中的油脂鲜有报道，为了探究不同提取方法对百香果子油脂提取效率和化学成分的影响，本研究采用振摇法对其进行提取，通过响应面法优化工艺，并用GC-MS对所得百香果子油进行脂肪酸成分分析，开发百香果加工副产物百香果子油脂的食用功效[8，9]，为研制食用油、化妆品、保健食品提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

百香果子，石油醚（沸点30-60℃）、正己烷、乙酸乙酯、乙醚均为分析纯。

电子天平（Sartorius公司，型号QUINTIX313-ICEU）;刀式研磨仪（Retsch公司，型号GM200）;摇床（Grant公司，型号OLS200）;超声清洗仪（Elma公司，型号S300H）;旋转蒸发仪（BUCHI公司，型号R-300）;气相色谱三重四极杆质谱联用仪（日本岛津公司，型号GC-TQ8040）。

1.2方法

1.2.1 百香果子油脂的提取工艺 将百香果子粉碎后，精密称取5.000 0 g，加入提取溶剂，摇匀后放人摇床提取，上清液全部转移至滤纸过滤，将所得滤液旋蒸至恒重，得到百香果子油脂。

1.2.2百香果子油脂提取得率的计算计算公式为Y=（m，-m1）/m0x1 00%，式中，Y，为提取得率;m1为空瓶质量;m2为旋蒸后空瓶的质量+油样的质量;m0为百香果子粉末质量。

1.2.3 单因素试验考察提取溶剂（乙酸乙酯、乙醚、石油醚、正己烷）、提取方式（超声波辅助提取法和振摇法）、料液比（1：5、1：10、1：15、l：20、1：25、1：30、1：35，m：V，下同）、时间（5、10、15、20、25、30、35 min）、温度（5、10、15、20、25、30℃）、振摇速率（80、100、120、140、160、180、200 r/min）对提取百香果子油脂提取得率的影响。在进行某一单因素考察时，保持其他因素水平一致。

1.2.4 响应面法优化试验设计 经上述各种提取方法的单因素试验结果分析后，以百香果子油脂提取得率作为考察指标，进行响应面Box-Benhnken优化试验。

1.2.5脂肪酸的甲酯化試验精密称百香果子油脂100 mg于25 mL比色管中，加入5 mL正己烷溶解，振摇2 min;试样溶解后加入0.5 mol/L的KOH-甲醇溶液0.5 mL，摇匀;40℃超声波处理20 min;加5mL去离子水于比色管中，轻轻摇匀;转移至离心管中，用4 600 r/min离心10 niin;吸取上层液于2.0 g无水硫酸钠中干燥，振摇混匀静置，取上清液过0.22 μm有机相滤膜后待GC-MS分析。

1.2.6 CC-MS仪器条件 色谱柱TR-FAME （100 mX0.25 mmx0.2 μm）;载气为氦气（gg.ggg%）;流速为1.0 mL/min;进样量为1.0 μL，分流比为10：1;进样口温度250℃;程序升温为80℃保持2 min，以30℃/min速率升温至140℃，保持l min;以20C/min速率升温至240℃，保持5 min;离子源温度为220℃;接口温度为250℃;溶剂延迟5.5 min;采集模式为SCAN模式;质量扫描范围为40 - 450 m/z。

2 结果与分析

2.1 百香果子油脂提取单因素试验

2.1.1 提取溶剂的确定称取百香果子粉末4份，分别加入石油醚、正己烷、乙酸乙酯、乙醚进行提取，结果如图1所示，可以看出乙酸乙酯的百香果子油脂提取得率最高，但是所得油脂含较多沉淀杂质;石油醚和乙醚的百香果子油脂提取得率次之，而乙醚挥发性强且对试验操作者健康危害较大;正己烷提取百香果子油脂的提取得率较低。所以，选用石油醚作为本试验的固定提取溶剂。

2.1.2 超声波辅助提取法与振摇法的比较 由图2可知，虽然超声波助提取法提取百香果子油脂的提取得率相对高一些，但是与振摇法提取的提取得率差别不大，而且超声波辅助提取法提取不利于控制温度，使得低沸点石油醚沸腾溢出。所以，本研究采用振摇法提取百香果子油脂作为后期的试验操作。

2. 1.3料液比对百香果子油脂提取得率的影响 由图3可知，随着提取溶剂的增加，百香果子油脂提取得率逐渐增大，在料液比达1：25后提取得率增加不明显。为了节约成本和减少后期操作步骤，选择1：25的料液比作为此单因素试验的最佳条件。

2. 1.4提取时间对百香果子油脂提取得率的影响由图4可知，在5-20 min，随着提取时间的增加百香果子油脂的提取得率上升，但在20 min后提取得率随时间增加而下降。这可能是由于到达一定时间后，油脂会被反吸附回百香果子上。所以，选择20min作为此单因素的最佳条件。

2.1.5提取温度对百香果子油脂提取得率的影响如图5所示，随着提取温度的升高，百香果子油脂的提取得率先增大后减小。当温度在15-25℃，提取得率较大且趋于稳定。当提取温度超过25℃后，提取得率迅速下降，这是由于温度过高导致溶剂的快速挥发而造成的。所以，选择20℃为最佳提取温度。

2.1.6 振荡速率对百香果子油脂提取得率的影响由图6可知，随着振荡速率的提升，百香果子油脂的提取得率都在22%左右，变化不大，此项因素对提取得率基本无影响。

2.2 百香果子油脂提取响应面法优化试验

2.2.1 响应面设计及试验结果根据溶剂选择和提取方式的试验结果，确定将石油醚作为提取溶剂，振摇提取百香果子油脂。由于振摇速率对提取得率基本无影响，所以选择料液比（A）、提取时间（B）、提取温度（C）3个对百香果子油脂提取得率影响较大的因素。根据响应面Box-Benhnken试验原理，以百香果子油脂的提取得率（Y）为判断指标，进行三因素三水平响应面优化。各因素和水平见表1，具体试验设计和提取得率见表2。

2.2.2 模型的建立及显著性分析 运用Design-Ex-pert8.05b软件对17组试验响应值进行多元回归拟合，并对模型进行方差分析（表3），得到的二次多項回归方程为Y= 22.01+0.67A+0.40B+O. 16C-0.47AB+0.8IAC-0.17BC-0.69A：-0.7 882-0.68C2。 由表3可知，模型拟合的二次回归方程极显著（P<0.000 1），并且R2=0.992 1，R2=0.981 9，说明模型与实际试验拟合得很好，用该方程模拟真实的试验数据进行可行性分析。由方差分析结果可知，A和B项的P<0.01说明影响极显著，C项的P<0.05说明影响显著;AB和AC的P<0.01，说明AB及AC的交互作用影响极显著;BC的P<0.05，说明BC两项的交互作用显著。由AB、AC、BC项的F值可知，各因素的交互作用对百香果子油脂提取得率的影响程度顺序为AC >AB> BC。失拟项的P=0.473 4（P> 0.05）说明影响不显著。所以，该模型能很好地预测百香果子油脂提取工艺的各参数与油脂提取得率的关系。

料液比对百香果子油脂的提取得率影响最大，其次是提取时间，影响最小的是提取温度。由F值可得到各因素对百香果子油脂提取得率影响程度的顺序为料液比>提取时间>提取温度。

2.2.3响应面分析3个因素交互作用的响应面如图7、图8、图9所示。料液比、提取温度和提取时间的交互作用对百香果子油脂的提取得率的影响显著，与以上显著性分析结果一致。

2.2.4百香果子油脂最优提取工艺的验证响应面法预测的最优工艺条件为料液比1：29.5，提取时间为19.56 min，提取温度为23.3℃，在此条件下可获得的百香果子油脂提取得率为22.352 6%。为方便操作，选择石油醚作为提取溶剂，料液比1：30，提取时间20 min，提取温度23℃，振摇速率140 r/min，进行3次验证性试验，得出的油脂提取率平均值为22.37%，与响应面法的预测值基本一致，说明响应面法优化的工艺准确可靠。

2.3百香果子油脂中脂肪酸组成的定性和定量分析

用气相色谱一质谱联用仪对百香果子油脂的脂肪酸组成进行定性定量分析。通过NIST谱库对质谱图进行检索，并对其进行人工解谱分析，确定百香果子油脂中的脂肪酸成分，按面积归一化法进行定量分析，求得各脂肪酸成分的相对百分含量（表4）。百香果子油脂中含19种脂肪酸，其中不饱和脂肪酸10种，占总脂肪酸84.12%;饱和脂肪酸9种，占总脂肪酸组成的15.88%，其中主要成分是亚油酸甲酯（60.51%）和反-9-十八碳烯酸甲酯（22.05%）。

3 小结

采用振荡法提取百香果子油脂，以石油醚为提取溶剂，通过响应面法得到最优工艺条件为料液比1：30，提取时间20 min，提取温度23℃，提取得率为22.37%，与预测值基本一致。所得油脂具有百香果本身特有的芳香气味，颜色清亮，呈淡黄色，质地黏稠呈油液状。百香果子油脂中含有丰富的脂肪酸，通过GC-MS分析可知，不饱和脂肪酸有10种，饱和脂肪酸有9种。其中，不饱和脂肪酸占总脂肪酸84.12%，亚油酸是人体必需脂肪酸，其含量在60%以上，可以作为植物油应用于化妆品、保健食品、食用油等。本研究采用振摇法提取百香果子中的油脂，该法能使原料与提取溶剂充分接触，油脂迅速溶解于溶剂中，且具有操作简单、提取效率高等优点。

参考文献：

[1]付雅丽，康欣娜，刘铁铮.百香果的营养保健价值及无公害栽培技术[J].河北果树，2005（3）：35.

[2]伍玉春，何世强，陈显玲，等，百香果籽油提取条件优化及其抗氧化活性的研究[J].广州化工，2018，46（ 11）：48. [3]许晓静.百香果籽油的理化性质及抗氧化活性研究[D].广州：广东工业大学，2016.

[4] WILHELM A E，ANTONIASSI R，FARIA-MACHADO A F，et al.Different screw press feed rates on extraction efficiency and qualityof passion fruit seed oil[J]. Ciencia Rural. 2014， 44： 1312-1318.

[5]郝金玉，黃若华，邓修，等.微波萃取西番莲籽的研究[J].华工大学学报（自然科学版），2001，27（2）：117-120.

[6]马金魁，李珂，韦炳墩，等.百香果籽油超临界C02萃取工艺优化及其体外抗氧化活性[J].食品与机械，2017，33（7）：157-158.

[7]何冬梅，刘红星，黄初升，等.百香果籽挥发油的提取研究[J].中国酿造，2010，29（3）：150-153

[8] JAYAHARI N K. NIRANJAN N T，KANAPARTHY A. The effica-cy of passion fruit juice as an endodontic irrigant compared with so-dium hypochlorite solucion ： An in vitro study [J l. Journal of investi-gaLive & clinical dentiscry . 2014. 5（ 2） ： 154-160.

[9] PARKINSON L E. CREW K S. THOMAS J E. et al. Efficacy ofacibenzolar-S-methyl （Bion～） treatment of Australian commercialpassionfruil ， Passiflora edulis f. sp. flavicarpa . on resistance to Pas-sionfruit woodiness virus （ PWV ） and activities of chicinase & β-1 ，3-glucanaseEJl. Australasian plant pachology. 2015. 44 （ 3 ） ： 311-318.

基金项目：广西一东盟食品药品安全检验检测中心科学研究项目（ KY201905）

作者简介：覃文霞（1988-），女，广西南宁人，T程师，硕士，主要从事食品药品安全检测T作，（电话）17776678663（电子信箱）79967727@qq.com;通信作者，王海波（1981-），男，广西南宁人，副主任药师，硕士，主要从事食品药品安全检测T作，（电话）17776678559（电子信箱）76494235@qq.com。