響應面法優化水酶法提取海洋微藻藻油的研究*

宋雨雨 竺佳杰 張雨倩 陳文偉*

（中國計量大學生命科學學院，浙江杭州 310018）

海洋微藻是一種生長周期短、安全性高的光合自養型生物，是重要的海洋資源，富含人體所需要營養物質，如脂質、色素、類胡蘿卜素、藻多糖等營養活性成分。海洋微藻具有多種藥理保健功能，具有較高的經濟價值，如微藻中的葉黃素可以降低光線對眼睛的危害，預防白內障；藻多糖可以顯著改善人體免疫力和抗病毒感染能力。海洋微藻能把光合作用產物轉為脂質并儲存起來，是獲取脂類資源的良好生物來源。

傳統的油脂提取技術包括溶劑提取法和物理壓榨法。溶劑提取法使用的化學試劑具有一定的安全隱患，物理壓榨法動力消耗量大，所得產品粕殘油量高。水酶法是一種在酶法基礎上發展形成的脂類提取方法，根據非油物質對水、油兩相親和程度的不同，選用適宜的酶破壞植物細胞壁，再經物理機械處理，釋放出細胞內部的脂質，并回收反應副產物的技術。相比于傳統的物理化學方法，水酶法具有顯著的優越性：反應更加溫和，能最大程度地保留營養成分；油脂精煉工藝流程少，能大大降低能耗等。

因此，以水酶法提取海洋微藻藻油，有利于充分開發海洋藻類資源，在食品、醫藥保健、化工能源及環境保護等領域有重要的經濟開發價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

海洋微藻粉末（裂殖壺藻），自制；復合蛋白酶，上海華藍化學科技有限公司；磷酸鹽等試劑均為分析純。

1.2 儀器

CT14RD 高速冷凍離心機，上海天美生化儀器設備有限公司；DHG-9146A 電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏儀器設備有限公司；KQ22000DE 超聲儀，昆山超聲儀器有限公司；PL403 電子分析天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；HHS 電熱恒溫水浴鍋，上海博訊實業有限公司醫療設備廠。

1.3 微藻藻油提取工藝

藻粉→超聲溶解→酶解→提取→離心→濃縮→藻油

稱取適量海洋微藻粉末，加入緩沖溶液，超聲溶解后，加入適量復合蛋白酶并充分振蕩，一定溫度下酶解一定時間后，離心，上清液旋蒸濃縮產物為藻油。

1.4 微藻藻油提取率計算

海洋微藻藻油提取率計算公式如下：

式中：η——藻油提取率，%；

m1——海洋微藻藻粉質量，g；

m2——藻油質量，g。

1.5 數據分析與處理

根據Design-Expert8.0 軟件設計影響因素組合試驗，分別以酶解時間（h）、酶添加量（%）、酶解溫度（℃）、料液比為自變量，對海洋微藻藻油的提取工藝進行優化。

2 結論與分析

在前期研究的基礎上，以酶添加量2.0%、料液比1∶25、酶解時間2.0 h、酶解溫度45 ℃為中心值，變化步長分別為0.5、5、0.5、5 的響應面組合設計試驗，優化水酶法提取海洋微藻藻油工藝。設計組合與結果分別見表1、表2，回歸方程方差分析結果見表3。

表1 試驗因素和水平編碼值表

表2 二次回歸正交旋轉組合設計結構矩陣及試驗結果

表3 回歸方程方差分析

根據對試驗數據的多重回歸分析，可以得到以海洋微藻藻油提取率（%） 為響應值的二階多項式回歸方程：

其中，Y 為海洋微藻藻油提取率（%），X1為酶添加量（%），X2為料液比，X3為酶解時間（h），X4為酶解溫度（℃）。

自變量作用情況與等高線圖形狀相呼應。各項自變量對海洋微藻藻油提取率的影響可以通過曲面的陡斜度來呈現，曲面越斜，影響越明顯，反之亦然。此外，等高線圖對應橢圓的離心率表示自變量兩兩之間互作的效果，越形似橢圓，效果越好。圖1 分別表示：料液比與酶添加量、酶解時間與酶添加量、酶解溫度與酶添加量、酶解時間與料液比、酶解溫度與料液比、酶解溫度與酶解時間相互作用的等高線圖。

圖1 各因素間的互作圖

通過回歸方程，得到海洋微藻藻油的最佳提取工藝為：酶添加量2.0%，料液比1∶27，酶解時間2.0 h，酶解溫度45 ℃，此條件下海洋微藻藻油的理論提取率為17.1%，通過試驗驗證得到此條件下藻油的實際提取率為17.4%。

3 結論

海洋微藻含有豐富的脂類物質，從微藻中提取藻油是當今海洋資源技術開發的熱點。通過水酶法對海洋微藻藻油進行提取，運用響應面法優化海洋微藻藻油的提取工藝。結果表明，微藻藻油最佳提取工藝為：酶添加量2.0%，料液比1∶27，酶解時間2.0h，酶解溫度45℃，此條件下海洋微藻藻油的提取率為17.4%。通過水酶法提取海洋微藻藻油，為工業化大規模提取制備海洋微藻油提供理論基礎與技術支持，促進油脂加工業未來的發展。