響應面法優化金銀木油脂索氏提取工藝

張言，高定烽，莫鏡池，熊華斌, *，高云濤，李曉芬

1. 云南民族大學化學與環境學院（昆明 650500）；2. 云南省跨境民族地區生物質資源清潔利用國際聯合研究中心（昆明 650500）；3. 民族地區礦產資源綜合利用重點實驗室（昆明 650500）

金銀木（Lonicera maackii（Rupr.）Maxim.）[1]屬于忍冬科忍冬屬植物，又被稱為金銀忍冬。金銀木分布廣泛，云南個舊種有大量的金銀木。目前國內對金銀花的開發利用很是廣泛，因為金銀木的莖可制人造棉[2]，其花可作為金銀花代用品并可供制茶[3]，果實可供提取天然紅色素[4]，種子油可供肥皂制造[5]，目前，國內對金銀花種子提取油脂鮮有報道，并未給出優化的工藝。

試驗采用索氏提取工藝，索氏提取是一種提取油脂的方法[6]，何志勇等[7]使用索氏提取法提取2種不同橄欖核仁油進行成分分析。滕紅梅等[8]使用索氏提取法對翅果油樹種子進行提油，并計算出出油率為32.50%。為了科學開發云南地區金銀木資源，開展金銀木種子索氏提取法提取油脂的響應面法優化研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金銀木種子選用云南個舊縣金銀木種子種植基地自然成熟的種子。處理方法為：將手工去殼的金銀木種子仁粉碎，過60目的尼龍篩。

無水乙醇（分析純，沸點78 ℃）。

1.2 儀器與設備

電加熱套（力辰科技有限公司）；GZX-9240數顯鼓風干燥箱（上海博迅實業有限公司醫療設備廠）；BS 210 S分析天平（北京賽多利斯天平有限公司）；索氏提取裝置等。

1.3 提取溫度對油脂提取的影響

取3.0 g裝入已烘干且恒質量的濾紙桶內，放入60℃烘箱內烘干，冷卻，放入索氏提取器中，用無水乙醇提取油脂，按提取溫度分別為45，50，55，60，65和70 ℃展開油脂提取試驗，每組液固比均為20:1（mL/g），索氏提取4 h后取出濾紙桶，回收無水乙醇，取下圓底燒瓶，電熱鼓風干燥箱溫度調至70 ℃，揮發殘余無水乙醇，即得到金銀木種子油脂，按式（1）計算得出油脂提取率。

式中：m1為提取油脂的質量，g；m2為金銀木的質量，g。

1.4 提取時間對油脂提取的影響

取3.0 g裝入已烘干且恒質量的濾紙桶內，放入60℃烘箱內烘干，冷卻，放入索氏提取器中，用無水乙醇提取油脂，按提取時間分別為1，2，3，4，5和6 h展開油脂提取試驗，每組液固比均為20:1，在60 ℃水浴進行索氏提取后取出濾紙桶，回收無水乙醇，取下圓底燒瓶，電熱鼓風干燥箱溫度調至70 ℃，揮發殘余無水乙醇，即得到金銀木種子油脂，按式（1）計算得出油脂提取率。

1.5 液固比對油脂提取的影響

取3.0 g裝入已烘干且恒質量的濾紙桶內，放入60℃的烘箱內烘干，冷卻，放入索氏提取器中，用無水乙醇提取油脂，按液固比10:1，15:1，20:1，25:1，30:1和35:1（mL/g）開展油脂提取試驗，每個平行組均置于60 ℃水浴中浸提4 h，取出濾紙桶，回收無水乙醇，取下圓底燒瓶，電熱鼓風干燥箱溫度調至70 ℃，揮發殘余無水乙醇，即得到金銀木種子油脂，按式（1）計算得出油脂提取率。

1.6 響應面法優化

選取色素提取試驗中的液固比、提取溫度和提取時間3個因素為自變量，以油脂提取率為響應值，采用Design Expert軟件進行試驗設計，根據所得設計結果進行試驗，采用所得試驗結果進行響應面分析，獲取所需試驗數據。

2 結果與分析

2.1 提取溫度對油脂提取的影響

由圖1可知，在提取溫度45～70 ℃時，提取率隨著提取溫度增大而增加，提取溫度65 ℃時，金銀木油脂提取率達到最大；提取溫度70 ℃時，油脂提取率隨著料液比的增加而減少，這是由于提取溫度70 ℃時，已接近無水乙醇的沸點，在提取過中無水乙醇蒸發[9]，提取不充分，故油脂提取率反而降低，因此出現提取率隨著料液比增加而下降的現象。

圖1 不同提取溫度對金銀木提油率的影響

2.2 提取時間對油脂提取的影響

由圖2可知，提取率隨著提取時間增加而增加，提取時間1～3 h時，提取率隨著提取時間而快速增加，但提取時間4～6 h時，提取率隨著提取溫度緩慢增加。在索氏提取時要延長時間保證材料中的油脂被提取完，避免對原料的浪費，但由于提取的有機溶劑具有揮發性，若提取時間過長會導致溶劑的揮發而影響油脂的提取，因此選擇提取時間為6 h。

圖2 不同提取時間對金銀木提油率的影響

2.3 液固比對油脂提取的影響

由圖3可知，液固比35:1～10:1（mL/g）時，提取率隨料液比增加呈上升趨勢，液固比增加30:1（mL/g）時，油脂提取率達到最大；液固比大于30:1（mL/g）時，油脂提取率隨著液固比增加而減少，這是由于隨著金銀木質量增加，提取出來的油脂的量也增加，但是無水乙醇的體積有限，一部分提出的油脂溶于無水乙醇中，提取不充分，故蝦青素提取率反而降低，因此出現提取率隨著液固比增加，提取率下降的現象。

圖3 不同提取液固比對金銀木提油率的影響

2.4 油脂提取的響應面法優化

2.4.1 CCD設計及其試驗結果

據CCD試驗設計，以液固比、提取時間和提取溫度3個因素作為自變量A、B、C，因素與水平值安排見表1。金銀木油脂提取率為響應值R，通過Expert 8.1.6分析軟件獲得的試驗方案及其采用此方案獲得的試驗結果如表2所示。

2.4.2 回歸和方差分析

以金銀木油脂的提取率為響應值，在響應面分析軟件中對固液比、提取時間和提取溫度進行回歸擬合，響應值R吸光度與各影響因子間的回歸方程為：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，對回歸模型進行方差分析，結果如表3所示。

表1 響應面優化超聲輔助提取試驗的因素與水平值

表2 CCD試驗設計及試驗結果

表3 油脂提取回歸方差分析結果

建立模型的p＜0.001，具有極顯著性，失擬項的p＞0.1，無顯著性，由此可見，所建模型可用于色素提取的響應面分析。此外，A、C、A2、B2項的p值均小于0.05，表現出顯著性，這表明固液比、提取時間和提取溫度均為提取過程中影響出油率的主要因素，其中，A項的p＜0.001，即液固比對油脂提取的影響極顯著，而C項的p＜0.05，表明提取溫度對油脂提取率的影響效果要明顯高于提取時間。AB、AC、BC項中，無一項顯著，這表明固液比、提取時間和提取溫度對油脂提取率的影響在不能表現出交互作用。

2.4.3 響應面分析

圖4顯示液固比（A）、提取時間（B）和提取溫度（C）這3因素對金銀木油脂提取率的等高線圖（a、c、e）和3D響應面圖（b、d、f），3D響應曲面在二維平面上的投影就是等高線圖。由圖4（a）可以看出，沿著B因素向峰值方向移動，其等高線的密度明顯低于沿A因素方向，由此可見，相對于提取時間，液固比對金銀木油脂提取率的影響更為顯著。由對應的3D響應面圖4（b）也能獲取相同的結果，在B因素方向，響應面曲線較為平緩，說明提取時間對油脂提取率的影響較小，隨提取時間增加，油脂提取率有增加趨勢，但增加的程度并不大，影響并不十分顯著，而沿A因素方向則出現較為明顯的變化，響應面曲線較陡，液固比引起金銀木油脂提取率的變化較大，說明液固比油脂提取率的影響大于提取時間。

圖4（c）和4（d）則顯示A因素和C因素對金銀木油脂提取率的影響。由等高線圖可以看出，沿著C因素向峰值方向移動的等高線密度也要相對低于沿A因素方向。由3D響應面圖則可以看出，在A因素方向響應面曲線有一定的坡度，但是，在C因素方向，響應面曲線較為平緩，說明提取溫度對油脂提取率的影響較小，隨提取溫度增加，油脂提取率有降低趨勢，但程度并不大，影響并不十分顯著。由此可見，A因素變化對結果的影響要高于C因素，即相對于提取溫度，液固比的影響更大。

圖4 各因素及其交互作用對超聲輔助提取影響的響應面

由圖4（e）和4（f）可以比較B因素和C因素對油脂提取率的影響。由兩因素沿峰值方向的等高線密度及其3D響應面圖中響應面曲線的陡峭程度可以看出，B、C兩因素的影響存在較小差異，相對于提取時間，提取溫度的影響較弱一些。響應面分析直觀反映了各因素的影響情況，其效果優于單因素試驗，綜合分析可以發現，3個因素對色素提取的影響有所不同，其程度大小為：液固比＞提取時間＞提取溫度。

此外，通過響應面分析模型對淋洗條件進行優化分析，預測的最優條件為液固比30.66:1（mL/g）、提取時間5.05 min、提取溫度60 ℃，預測的最優提取率為15.659%。通過試驗檢驗最優預測條件下的提取效果，色素提取吸光度與預測值相接近，達到14.9%，相差0.754%。

3 結論

通過對提取過程中溫度的控制，選擇了毒性小，低沸點的乙醇作為萃取溶劑，將索氏提取法提取金銀木種子中的油脂工藝參數進行優化，通過響應面分析模型對淋洗條件進行優化分析，預測的最優條件為：液固比30.66:1（mL/g）、提取時間5.05 min、提取溫度60 ℃，預測的最優提取率為15.659%。通過試驗檢驗最優預測條件下的提取效果，色素提取吸光度與預測值相接近，達到14.9%，相差0.754%。