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油脂工程技术 CEREALS AND OILS PROCESSING 响应曲面法优化葡萄籽油的微波提取工艺研究 李超王卫东 （徐州工程学院食品工程学院） 【摘要】本文首先优化出了微波提取葡萄籽油的最佳工艺参数， 然后与其他提取方法进行了 对比。 结果表明： 微波提取葡萄籽油的最佳工艺参数为99 mLg， 提取时间131 s和微波功率 186 W， 此时葡萄籽油得率为31516； 与其他提取方法相比， 微波提取时间短， 得率高。 【关键词】微波提取； 葡萄籽油； 响应曲面法 中图分类号：TS 2251文献标识码：A文章编号：1673-7199(2010)01-0003-05 我国葡萄资源丰富， 年产量居世界前列。 葡萄除 鲜食外， 主要用于葡萄酒和果汁的加工， 其主要下脚 料葡萄籽占整粒葡萄的57。 葡萄籽油中不饱和脂 肪酸含量可达90以上， 特别是亚油酸含量58 78， 比一般食用油的含量都高， 同时葡萄籽油中还含 有维生素A、E、D、K、P及多种微量元素。 常用的葡 萄籽油提取方法有压榨法、 溶剂浸提法、 超临界CO2 萃取法等。 压榨法往往出油率低， 油品质差， 色泽较 深； 溶剂浸提法存在提取时间长的缺点； 超临界CO2 萃取法设备价格昂贵， 操作技术严格； 微波提取作为 一种优良的提取方法， 具有操作简便快捷、 提取时间 短、 提出率高、 提取物的结构未被破坏等特点， 目前 己广泛应用在生物活性物质的提取方面。 本文采用微 波提取葡萄籽中葡萄籽油， 探索其提取的最佳工艺参 数， 旨在为葡萄籽油的提取提供新的有效途径。 1材料与方法 11主要材料 葡萄籽 （石家庄金牛饲料有限公司）， 正己烷、 乙 酸乙酯、 石油醚和无水Na2SO4皆为分析纯， 水为去离 子水。 12主要仪器 标准检验筛， 浙江上虞华美仪器纱筛厂； 风选中 药粉碎机， 山东省青州市精诚机械制造有限公司； FA2104N电子分析天平， 上海精密科学仪器有限公司； SENCO R201L旋转蒸发器， 上海申生科技有限公司； XMT152电热恒温干燥箱、 数显式电热恒温水浴锅， 上海跃进医疗器械厂；SHJM1数显恒温搅拌电热套， 山东省鄄城现代试验仪器厂； 索氏提取器， 自行组装； CW2000型超声微波协同萃取仪， 上海新拓分析仪器 科技有限公司；HA1215001型超临界CO2萃取装置， 南通市华安 超临界萃取有限公司 ；CO2体 积 分 数 995， 徐州市鼓楼区中北气站。 13方法 131提取方法 （1） 微波提取。 葡萄籽粉碎后过80目筛， 称取5 g 置于100 mL三角瓶中， 加入一定体积的萃取剂， 提取 一定时间后在提取液加入无水Na2SO4后过滤， 蒸发浓 缩后称重。 根据CW2000型超声微波协同萃取仪的 特点， 提取时将超声波处于关闭状态。 （2） 索氏提取。 葡萄籽粉碎后过80目筛， 称取约 05 g， 用滤纸包好， 放入索氏提取器中， 加入乙酸乙 酯100 mL， 在85 水浴中恒温5 h后在提取液加入无 水Na2SO4后过滤， 蒸发浓缩后称重。 （3） 溶剂回流提取。 葡萄籽粉碎后过80目筛， 称 取约50 g， 放置于250 mL圆底烧瓶中， 加入乙酸乙酯 100 mL， 在85 水浴中提取2 h后在提取液加入无水 Na2SO4后过滤， 蒸发浓缩后称重。 （4） 超临界CO2萃取。 葡萄籽粉碎后过80目筛， 称取400 g置于1 L萃取罐中， 萃取压力32 MPa， 萃取 3 CEREALS AND OILS PROCESSING 技术油脂工程 图3提取时间对得率的影响 温度50 ， 萃取40 h后称重。 132工艺优化设计 （1） 单因素试验 分别以提取剂种类、 液料比、 提取时间和微波功 率为影响因素， 考察其对得率的影响。 （2）BoxBehnken试验设计 根据BoxBehnken试验设计原理， 在单因素试验 的基础上， 选取液料比、 提取时间和微波功率3个影 响因素， 采用3因素3水平的响应曲面分析方法， 试 验因素与水平设计见表1。 共15个试验点： 其中12个 为析因点，3个为中心点。 设该模型通过最小二乘法拟合的二次多项方程为： E ? F 0 3 i 1 ixi 3 ij1 ijxixj 3 i 1 iix2i 式中：E ? F为预测响应值；xi和xj为自变量代码值； 0为常数项；i为线性系数；ij为交互项系数；ii为二 次项系数；为随机误差。 按照BoxBehnken试验设计 的统计学要求， 对上述方程的各项回归系数进行回归 拟合。 133得率 （EY） 的计算 EY 葡萄籽油的质量 葡萄籽的质量 100 2结果与分析 21提取剂种类的影响 作为提取葡萄籽油的理想溶剂应具有以下特性： 对葡萄籽油的溶解性好、 选择性好， 性质稳定， 价格 低廉， 来源广泛。 葡萄籽油的提取属于固液萃取过 程， 提取效果主要由原料颗粒度和溶剂的性质决定。 由图1可知：3种溶剂中出油率最高的为31246， 最 低的为24230， 相差7016个百分点， 乙酸乙酯比石 油醚的出油率高2896（p005）。 因此本试验选用乙 酸乙酯为葡萄籽油的提取剂。 22液料比的影响 由图2可知： 提取剂的增加， 更有利于葡萄籽油 的溶出， 这是因为溶剂和原料间的浓度差越大， 其提 取效率就越高， 目标物质就越容易溶出， 然而在液料 比增加到10 mLg之后， 葡萄籽油得率有下降的趋势， 这是因为当溶剂过大时， 微波的能量对沉滞低层的葡 萄籽颗粒的热效应 （相同时间提供的热量被提取剂吸 收的比例增加） 的强度减弱， 影响提取的效果， 同时 会造成溶剂和能源的浪费， 并给后序的浓缩工作带来 困难。 因此选择液料比为10 mLg作为后面的试验继 续考察。 23提取时间的影响 由图3可知： 在提取时间为120s之前， 葡萄籽油 不能充分的转移到溶液中， 随着提取时间的增加， 葡 萄籽油的含量增加， 在120s时达到峰值， 之后， 继续 增加时间， 葡萄籽油得率有所下降， 这可能是因为随 着提取时间的增加， 温度急剧升高， 导致葡萄籽油分 解或挥发所致。 因此选择提取时间120s作为后面的试 表1因素水平表 因素代码 水平 101 液料比 （mLg）x181012 提取时间 （s）x2100130160 微波功率 （W）x3100200300 图1提取剂种类对得率的影响 图2料液比对得率的影响 4 油脂工程技术 CEREALS AND OILS PROCESSING 试验号液料比 （mLg）提取时间 （s） 微波功率 （W） 得率 （） 1810020026294 21210020026313 3816020025101 41216020026588 5813010028568 61213010025561 7813030023854 81213030026140 91010010024561 101016010025501 111010030022423 121016030024103 131013020030565 141013020032014 151013020031258 表2BoxBehnken试验结果 验继续考察。 24微波功率的影响 由图4可知： 随着微波功率的增加， 物质的加热 程度也随着增加， 使葡萄籽油能够容易的被提取出来， 即得率增加； 在微波功率达到200 W之后， 葡萄籽油 得率有减少趋势， 这可能是由于高微波功率的热效应 导致葡萄籽油分解或挥发所致。 因此200 W为最佳微 波功率。 25BoxBehnken试验 251模型的建立及其显著性检验 利用Design expert V700统计软件通过逐步回归对 表2试验数据进行回归拟合， 得到葡萄籽油得率对以 上三个因素的二次多项回归模型为： EY31280098x10212x2096x3037x1x2132x1x3 019x2x3166x12354x22359x32 对该模型进行方差分析， 结果见表3； 模型的响应 面及其等高线见图5图7。 由该模型的方差分析表3可知： 模型具有高度的 显著性 （p001）， 失拟项 （p005） 不显著以及R2Adj 09172和SN（信噪比） 为12836远大于4， 可知回归 方程拟合度和可信度均很高， 试验误差较小， 故可用 此模型对微波提取葡萄籽油的工艺结果进行分析和预 测。 252响应曲面分析与优化 根据回归方程， 作响应曲面图， 考察所拟合的响 应曲面的形状， 分析液料比、 提取时间和微波功率对 得率的影响。 其响应曲面及其等高线如图5图7所示， 3组图直观地反映了各因素对响应值的影响。 等高线的形状可反映出交互效应的强弱， 椭圆形 表示两因素交互作用显著， 而圆形则与之相反。 比较3 组图并结合表3中p可知： 模型的一次项x3（p005） 显著， 其他一次项都不显著； 交互项x1x3（p005） 显 著， 其他交互项都不显著； 二次项x12（p005） 显著， 其他二次项都极显著， 表明各影响因素对葡萄籽油得 率的影响不是简单的线性关系。 为进一步确定最佳提取工艺参数， 对所得方程进 行逐步回归， 删除不显著项， 然后求一阶偏导， 并令 其为0， 可得最佳工艺参数为液料比99 mLg， 提取时 间131 s和 微 波 功 率186 W， 此 时 葡 萄 籽 油 得 率 为 31347。 为检验BoxBehnken试验设计所得结果的可 靠性， 采用上述优化出的工艺参数提取3次， 实际测 得的平均得率为31516， 与理论预测值相比， 其相对 表3响应曲面二次回归方程模型方差分析结果 变异来源 平方和自由度均方F值p显著性 模型107629119618230002 6significant x107710770120745 8 x203610360550490 9 x3736173611210020 4 x1x205410540820406 4 x2x3700170010680022 3 x1x301410140210667 0 x2110181101815520011 0 x 22 46381463870710000 4 x2347521475272450000 4 残差3285066 失拟项22330741410439 6not significant 误差项1052053 总和1109014 R20970 4R2Adj0917 2SN12836 图4微波功率对得率的影响 5 CEREALS AND OILS PROCESSING 技术油脂工程 表4不同提取方法得率的比较 提取方法提取时间 （h）得率 （） 微波提取21831516 索氏提取532281 溶剂回流提取227223 超临界CO2萃取429018 误差约为0169。 因此， 基于BoxBehnken试验设计 所得的最佳工艺参数准确可靠，具有实用价值。 26不同提取方法比较 由表4可知： 微波提取葡萄籽油得率是索氏提取 （常作为油脂含量的测定方法） 得率的97630， 而分 别比溶剂回流提取和超临界CO2萃取高15770和 8608； 但是微波提取时间仅仅131 s， 而其他提取方 法则需要2 h以上， 提取时间大大缩短。 由此可知， 微 波提取是一种非常有效的提取葡萄籽油的方法。 3结论 （1）由单因素试验和BoxBehnken试验设计及其 分析结果获得的微波提取葡萄籽油的最佳工艺参数为 液料比99 mLg， 提取时间131 s和微波功率186 W， 此时葡萄籽油得率为31516。 （2）试验还讨论比较了微波提取与其它提取方法 的效果差异， 结果表明，微波提取葡萄籽油时间短， 得率高。 参 考 文 献 1 张爱军， 沈继红， 马小兵， 等葡萄籽的开发与利用 J中国 油脂，2004，29（3）：5557 2 于修烛， 李志西， 杨继红， 等葡萄籽油研究进展 J杨凌职 业技术学院学报，2003，2（1）：5355 3 董海洲， 万本屹， 李宏， 等超临界CO2流体技术萃取葡萄籽油 的研究 J食品与发酵工业，2002，28（3）：3539 4 董海洲， 刘传富， 侯汉学， 等葡萄籽油的浸提和精炼工艺 J食品与发酵工业，2004，30（7）：121124 5 董海洲， 万本屹， 刘传富， 等葡萄籽油超临界二氧化碳萃取最 佳工艺参数及其理化特性的研究 J中国粮油学报，2004，19 （5）：5558 6 王敬勉， 廖德胜， 张永洪葡萄籽油生产工艺研究 J中国油 脂，1997，22（2）：1011 7 于宝成， 郎录贤葡萄籽油的制取 J中国油脂，1999，24 （2）：55 8 刘建华， 程传格， 董福英， 等大泽山葡萄籽油中脂肪酸成分的 GCMS分析 J化学分析计量，2000，9（1）：l6l7 9GirijaRandVilasGGMicrowave assistedExtractionof piperinefrompipernigrumJIndustrialEngineering Chemistry Research，2002，41（10）：25212528 10Gong S Z，Cheng J and Yang Z RMicrowaveassisted Extraction of isoflavones from Belamcanda chinensisJ Chinese Journal of Chemical Engineering，2005，13（4）：556559 11Hao J Y，Han W，Huang S D，et al Microwaveassisted 图5液料比、 提取时间及其相互作用 对得率影响的响应面和等高线 图6液料比、 微波功率及其相互作用 对得率影响的响应面和等高线 图7提取时间、 微波功率及其相互作用 对得率影响的响应面和等高线 6 油脂工程技术 CEREALS AND OILS PROCESSING extraction of artemisinin from artemisiaannua LJ Separation and Purification Technology，2002，28（3）：191196 12Xiao W H，Han L J，Shi B Microwaveassisted extraction of flavonoids from Radix AstragaliJ Separation and Purification Technology，2008，62（3）：614618 13 胡庆国微波法提取桑叶黄酮工艺条件的研究 J淮北煤师 院学报，2003，24（2）：3234 基金项目： 徐州工程学院培育项目 （XKY2008322） 收稿日期：20090823 作者简介： 李超 （1978）， 男， 河南周口人， 讲师， 博士， 研究方 向为天然产物化学。 通讯作者： 王卫东 （1971）， 男， 山西临汾人， 讲师， 博士， 研究 方向为功能性食品添加剂及配料。 通信地址：（221008） 江苏省徐州市南三环 大豆油气味稳定性的试验研究 肇立春 （沈阳师范大学工程技术学院） 【摘要】大豆油气味稳定性是影响油脂品质的重要方面。 通过分析大豆油气味组分成分， 采取 柠檬酸、 金属铁、 氢化与加热等试验方法是研究改善油脂品质、 提升油脂气味稳定性的有效途径。 【关键词】大豆烹调油； 气味； 稳定性； 试验 中图分类号：TS 2246文献标识码：A文章编号：1673-7199(2010)01-0007-02 由于油脂在储藏、