超聲波輔助羥丙基-β-環糊精包合法提取蘇麻油中ALA的研究

汪瑞敏，朱秋勁

（1.貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州貴陽550025；2.貴州醫科大學食品安全學院，貴州貴陽550025）

超聲波輔助羥丙基-β-環糊精包合法提取蘇麻油中ALA的研究

汪瑞敏1，2，*朱秋勁1

（1.貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州貴陽550025；2.貴州醫科大學食品安全學院，貴州貴陽550025）

以蘇麻油為原料，通過超聲波輔助羥丙基-β-環糊精包合法對蘇麻油中ALA進行富集純化，以不同的超聲功率、超聲時間、料液比為單因素并進行響應面優化試驗，最終確定超聲波輔助羥丙基-β-環糊精包合法提取蘇麻油中ALA的最佳工藝條件為超聲功率250 W，料液比1∶7.5，超聲時間21 min；此條件下ALA的包合率為87.11%，優化后的工藝明顯提高ALA的純度。此工藝條件對ALA提取條件的優化有一定價值。

羥丙基-β-環糊精；蘇麻油；響應面；超聲波技術

ALA是一種ω-3型脂肪酸，是人體重要生理活性物質DHA和EPA的前體物質，是人體不可缺少的多不飽和型脂肪酸[1]。西方國家已把ALA作為藥品，大規模應用于心血管疾病、糖尿病、肥胖、腫瘤、炎癥、抑郁等疾病的預防和治療[2]。目前的毒理學數據中，尚未發現ALA引起嚴重不良反應的報道。歐盟授權了ALA和亞油酸產品攝入量的健康標簽，相關機制也日益完善[3]。

然而，即使不在高溫、高濃度氧和暴露于陽光下，ALA也非常容易氧化酸敗。微膠囊化可以達到保護和控制釋放生物活性化合物的目的，因為使用可食用、無毒、易處理的材料將ALA微膠囊化，將會大大提高其生物利用價值。

環糊精是一種環狀低聚糖，具有相對親水的表面和疏水性中央腔。羥丙基-β-環糊精（HP-β-CD）是β-環糊精的一種衍生物[4]，能適量口服和靜脈注射。因為有共軛羥丙基，HP-β-CD水溶性更強，其生物毒性較低，被認為是無毒的。近年來，已成功應用于提高口服藥物和注射藥物中難溶性化合物的溶解度、穩定性和生物利用度，且能減少副作用[5-9]。通過超聲波輔助并利用HP-β-CD包合蘇麻油中的ALA，以期分離純化出高純度的ALA，提高其穩定性和生物利用度。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘇麻油，實驗室自榨；ALA標準品（純度≥99%），美國Sigma公司提供；HP-β-CD（純度≥97%），北京索萊寶科技有限公司提供；DPPH（98%）、無水乙醇、石油醚、無水硫酸鈉等，均為分析純。

08-G2型恒溫磁力攪拌、T6型新世紀-紫外分光光度計、CP-214型電子天平、5YY-190型金夏液壓榨油超聲波細胞破碎儀、冷凍干燥機、旋轉蒸發儀等。

1.2 試驗方法

1.2.1 制備游離脂肪酸

冷榨蘇麻油經榨油布除去殘渣，再過無水硫酸鈉除水。參照Wang J等人[10]的方法制備混合游離脂肪酸FFA。

1.2.2 超聲波輔助HP-β-CD制備ALA包合物

取混合游離脂肪酸與無水乙醇1∶1混合制備溶液A，溶液B為HP-β-CD與蒸餾水3∶5混合液。取1份溶液A加入一定量溶液B中，于室溫下超聲一段時間后，放入4℃冰箱中保藏24 h，用石油醚萃取去除未包合的油脂，石油醚相減壓旋轉蒸發待測，水醇混合相冷凍后進行真空冷凍干燥得到包合物[11]。定量分析時，包合物與乙醚40℃恒溫水浴冷凝回流2 h，乙醚相減壓蒸發，得包合物中ALA。

純率（Y）計算公式為：

式中：m1——包合前FFA中ALA質量，g；

m2——未包合的FFA中α-亞麻酸質量，g。

（1）單因素試驗。依次研究超聲功率（超聲時間15 min，料液比1∶7）、超聲時間（料液比1∶7，超聲功率180 W）、料液比（超聲功率180 W，超聲時間15 min）3個因素對包合效果的影響，確定包合工藝參數。

（2）Box-Behnken設計優化試驗。在單因素試驗的前提下，選取超聲功率、超聲時間、料液比3個因素，按照通用旋轉組合設計的試驗點進行試驗。以ALA的HP-β-CD包合物純率為響應值，利用Design Expert 8.06軟件對數據進行處理分析，篩選出超聲波輔助HP-β-CD包合ALA的優化工藝參數，并進行驗證。

響應曲面因素與水平設計見表1。

表1 響應曲面因素與水平設計

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 超聲功率對ALA純率的影響

超聲功率對ALA純率的影響見圖1。

圖1 超聲功率對ALA純率的影響

由圖1可知，超聲功率增加到180 W時，ALA純率上升到83.39%。超聲功率被認為是目標物質完全分散到液體中的動力，高超聲功率使ALA的傳質速率增加，因此純率增加[12]。然而，當超聲功率超過240 W時，ALA純率反而略有下降，可以解釋為，振幅較大，超聲波使液體介質產生更多的空化氣泡，從而產生更強的壓力，破壞物質外壁和加速傳質能力增強[13]。因此，HP-β-CP的空穴被擴張得更大，甚至被破碎，導致其他物質也包合了進去；或者因為空穴破壞，沒有形成包合物，導致ALA純率下降。

2.1.2 超聲時間對ALA純率的影響

超聲時間對ALA純率的影響見圖2。

圖2 超聲時間對ALA純率的影響

由圖2可知，當超聲時間超過15 min后，HP-β-CD對ALA純率增加趨勢趨于平緩。可能是由于超聲過長，液體中進入更多氧氣，導致ALA氧化酸敗[14-15]。其他化合物也會被HP-β-CD包合，從而導致純度降低。從節能環保的角度考慮，超聲時間過長并沒有太大實際意義。

2.1.3 料液比對ALA純率的影響

HP-β-CD用量對ALA純率的影響見圖3。

由圖3可知，FFA和乙醇的混合物與HP-β-CD溶液比從1∶5增加到1∶8時，ALA純率從73.13%增加到84.81%；之后隨著料液比的降低，ALA純率反而降低。這是因為料液比增加，意味著HP-β-CD用量增加，當主客比相對比較合適時，能最大限度促進ALA被包合[16]。當HP-β-CD用量過多時，溶劑體積較大會形成較大的濃度差，提高溶質加速擴散[17]。功率一定時，驅動力一定。此外，超聲波的體積能量波隨超聲波能量的傳播而減小，打開空穴的能力受到限制[18-19]。考慮到之后試驗的試劑消耗，料液比參數在1∶7左右進行優化。

2.2 響應面試驗設計結果分析

在單因素試驗的前提下，考慮實際生產效益，依據Box-Behnken試驗設計的方案進行試驗。

2.2.1 試驗設計與結果

響應面試驗設計與結果見表2。

圖3 HP-β-CD的用量對ALA純率的影響

表2 響應面試驗設計與結果

根據表2的試驗數據，對自變量A，B，C進行回歸分析，由Design Expert 8.06擬合出二次多項回歸方程：

2.2.2 回歸模型方差分析

回歸模型的ANOVA分析見表3。

由表3的方差分析可知，方程中的因素A，B，C，AC，BC，A2，B2，C2對蘇麻油中ALA純率影響極顯著（p＜0.01），AB對蘇麻油中ALA純率影響不顯著（p＞0.05）。根據二次多項回歸方程的一次項系數大小，可以判斷出對提取蘇麻油中ALA純率影響最大的因素是超聲時間。方程復相關系數R2=0.998 7，說明響應值的變化有98.4%來源于所選變量，且模型p值遠小于0.01，表示模型方程極顯著，失擬性在0.05水平上不顯著（p=0.395 8＞0.05），故模型的選取是適合的。RAdj2為0.997 1，說明建立模型能夠解釋96.9%的響應值變化，能較好地描述分子蒸餾提取蘇麻油中ALA工藝條件的變化規律。

2.2.3 模型的驗證性試驗

利用Design Expert 8.06軟件對模型進行最優化預測，得到最優化工藝組合：A=246.29 W，B= 21.37 min，C=1∶7.36，此時可得到的響應最大值是87.25%。

為了檢驗此方法的可靠性，同時考慮操作的便利性，將ALA提取最佳條件修正為A=250 W，B= 21 min，C=1∶7.5，按修正后條件進行3次平行試驗得到的ALA純率為87.11%，與理論值相差0.14%。優化后的工藝明顯提高ALA純率，因此試驗響應面優化的工藝條件對ALA提取條件的優化有一定價值，同時也需要改善。

表3 回歸模型的ANOVA分析

3 結論

通過超聲波輔助HP-β-CD包合的方法來對貴州蘇麻油中ALA進行分離純化，考慮超聲功率、超聲時間和混合脂肪酸（無水乙醇+FFA）與HP-β-CD溶液比（料液比）3個因素對ALA純率的影響，并在此單因素基礎上進行響應面優化設計。方差分析表明，這個工藝影響最顯著的因子是超聲功率（p＜0.01）。結果表明，最佳提取工藝為超聲功率250 W，料液比1∶7.5，超聲時間21 min；此條件下ALA的包合率為87.11%，與理論值相差0.14%。優化后的工藝明顯提高ALA純率，因此試驗響應面優化的工藝條件對ALA提取條件的優化有一定價值。

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Optimization of Ultrasonic-assisted HP-β-CD Embedding of ALA from Perilla Frutescens Oil

WANG Ruimin1，2，*ZHU Qiujin1
（1.School of Liquor and Food Engineening，Guizhou University，Guiyang，Guizhou 550025，China；2.School of Food Safety，Guizhou Medical University，Guiyang，Guizhou 550025，China）

The α-linolenic acid in perilla frutescens oil is enriched and purified by clathration by HP-β-CD assisted by ultrasonic.The orthogonal test is conducted according to a series of single factors such as ultrasonic power and time，clathration time，ratio of water to material and response surface experiment are did about the content of ALA.The optimal technological conditions for clathration by HP-β-CD assisted by ultrasonic are as follows：ultrasonic power is 250 W，ratio of water to material is 1∶7.5，ultrasonic time is 21 min.Under the conditions，the inclusion rate is 87.11%，the optimized process significantly improved the purity of ALA.The experimental conditions have certain value for the optimization of ALA extraction conditions.

HP-β-CD；perilla frutescens oil；RSM；ultrasonic

TS224

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.004

1671-9646（2017）08a-0012-04

2017-07-04

國家自然科學基金（31360373）；貴州植物資源利用（700952142203）。

汪瑞敏（1988—），女，碩士，助教，研究方向為農產品加工與貯藏工程。

*通訊作者：朱秋勁（1969—），男，博士，教授，研究方向為畜產品加工及貯藏工程、食品質量檢測新技術。