黄芪籽油超声波辅助提取及脂肪酸组成分分析

蒋新龙 蒋益花

(浙江树人大学生物与环境工程学院，杭州 310015)

黄芪是著名的滋补中药材，是国家规定的可药食两用的中药材品种之一，具有补气升阳，固表止汗，利水消肿，生津养血，行滞通痹，托毒排脓，敛疮生肌等功效[1]。中药材黄芪为豆科草本植物蒙古黄芪、膜荚黄芪的根部位置，是我国著名的大宗传统药材。黄芪除根部以外的其他部位，如黄芪籽，现阶段尚未被有效利用。黄芪籽含有丰富的脂肪酸，这种脂肪酸对人体有重要的保健作用，具有较高的营养价值和开发利用价值[2]。超声波辅助技术已广泛应用于油脂的提取，具有操作简便快捷、提取温度低、提取物的结构不被破坏等优点[3-5]。本试验采用超声波辅助萃取的方法对黄芪籽油的提取工艺进行探讨，通过GC分析其籽油脂肪酸组成，为黄芪籽的进一步综合开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

黄芪籽：为蒙古黄芪种子，颗粒饱满，无霉烂变质；所用试剂均为分析纯。

KQ5200DE型超声波清洗器、Agilent 7890A气相色谱仪、AB204型分析天平、UV-1600型紫外/可见分光光度计、RE-52A型旋转蒸发器。

1.2 试验方法

1.2.1 黄芪籽油的超声提取

黄芪籽→除杂筛选→烘干→粉碎过筛→称重→根据料液比加入石油醚→超声波辅助萃取→抽滤浓缩→干燥→黄芪籽油。

准确称取5.000 0g粉碎成40目的的黄芪籽粉，装入烧瓶中用一定用量的石油醚于设置的条件下超声回流提取，超声结束后减压抽滤，滤液用旋转蒸发器浓缩，将浓缩物放恒温鼓风干燥箱干燥，直到恒重，每组试验重复3次，取平均值。按下式计算黄芪籽油的出油率。

式中：M为黄芪籽粉的质量/g，M2为空瓶和黄芪籽油的质量/g，M1为空瓶质量/g。

1.2.2 提取优化试验

以正己烷、石油醚(60～90 ℃)、丙酮、无水乙醇作为提取溶剂，在超声温度50 ℃，超声时间25 min，超声功率160 W，料液比8 mL/g的条件下进行萃取，以出油率、油脂品质、溶剂毒性、溶剂价格为综合考察指标，确定理想的提取溶剂。

确定最佳提取溶剂后，考察因素超声处理温度、超声处理时间、超声功率以及料液比对黄芪籽出油率的影响，试验方案为：在其他条件相同的情况下，分别研究不同超声温度(30、40、50、60、70 ℃)、超声时间(15、20、25、30、35、40 min)、超声功率(80、100、120、140、160、200 W)、料液比(4、6、8、10、12 mL/g)对黄芪籽油出油率的影响。以黄芪籽出油率为指标，确定各个因素的大致范围。

在单因素试验的基础上，选取四因素三水平L9(34)正交试验对提取工艺进行优化，以出油率为指标。

1.2.3 籽油理化性质测定

折光率测定采用GB/T 5527—2008法；密度测定采用GB/T 5526—1985法；苯并(α)芘测定采用GB/T 22509—2008；酸价测定采用GB/T 5530—2005法；碘值测定采用GB/T 5532—2008法；过氧化值测定采用GB/T 5538—2005法。

1.2.4 黄芪籽油的GC 成分分析

脂肪酸组成测定参照 GB/T 5009.168—2016的内标法气相色谱分析。

GC分析条件：色谱柱：CNW CD-2560(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；检测器类型：FID；检测器温度：260 ℃；进样口温度：250 ℃；进样量：1 μL；分流比：10:1；载气流速：0.5 mL/ min；升温程序：130 ℃保持5 min，再以4 ℃/ min的速率升温至240 ℃并保持30 min。

1.3 统计方法及分析软件

以上指标均重复测定3次并取平均值，利用Origin8软件作图；应用SPSS20.0软件进行数据统计，并用Duncan多重比较(SSR法)检验各处理平均数之间的差异显著性(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 提取优化试验

2.1.1 提取溶剂的选择

溶剂的极性对油脂的出油率有显著影响。表1为不同有机溶剂对黄芪籽油提取质量的影响，结果表明极性最小的正己烷出油率最高。依据相似相容原理，因为油脂属非极性或极性小的物质，所以提取溶剂应为非极性或极性较小的有机溶剂，所以试验结果符合相似相容规律。从提取的油脂品质考虑，石油醚和正己烷提取的油脂色泽浅、澄清度高、杂质少，但正己烷的毒性相对较高[6]。综合各方面考虑选用石油醚(60～90 ℃)作为提取溶剂。

表1 不同有机溶剂对提取的比较

2.1.2 单因素试验

由图1可知，随超声温度的升高，黄芪籽油的出油率先升高后降低，在温度为60 ℃时，出油率达到最大值。在较低温度时，温度的提高加剧了分子运动，同时降低了溶剂和油脂的粘度，使出油率增大；随温度的升高，容易致使黄芪籽油脂分子的结构发生改变，而且温度超过或接近石油醚的沸点60 ℃时，会不断加快溶剂的挥发，从而减少了溶剂与黄芪籽粉的有效接触面积，致使出油率下降。因此60 ℃为较理想的提取温度。

图1 超声波辅助提取黄芪籽油单因子试验结果

在超声时间小于20 min时，黄芪籽油出油率随时间延长而增大，当超声时间大于20 min时，出油率随时间延长反而降低。这是因为有效浓度差是超声波辅助溶剂法提取油脂的主要推动力。刚开始时，有效成分浓度差较大，随着油脂的不断溶出，溶剂中的油脂与黄芪籽粉末中的油脂浓度差不断减小，达到平衡后，超声波具有较强的机械剪切作用，长时间的作用会使大分子的脂肪断裂[7]，另外提取溶剂的损耗挥发对于油脂夹带作用也会造成油脂的损失。因此，合适的超声时间为20 min。

随超声波功率的增加，黄芪籽油的出油率先升高后降低，在超声波功率为160 W时，出油率达到最大值。超声波功率增加，其产生的机械作用和空化作用越剧烈，界面扩散层上分子扩散就越快，油脂渗透出来速度就越快[8]。超声波功率超过160 W时，超声波较强的机械剪切作用还会使大分子的脂肪断裂[7]。因此，合适的超声波功率为160 W。

随液料比的增加，开始黄芪籽油的出油率先升高，液料比8 mL/g后出油率基本稳定。增加液料比，就增加了溶剂与黄芪籽细胞中油脂的浓度差，相当于增加了传质推动力，从而提高了油脂在提取溶剂中的扩散速度。当液料比增大到一定程度，黄芪籽中油脂基本提取完全后，再增加溶剂用量，出油率趋向稳定，而且溶剂用量过大，会造成生产成本增加和溶剂回收困难。因此，液料比8 mL/g较为适宜。

2.2.3 正交试验

在单因素的基础上，选择液料比、超声温度、超声功率、超声时间为主要变量，以黄芪籽油出油率为指标，采用 L9(34)进行正交试验。各因素水平见表2，正交试验结果见表 3，方差分析表见表4。

表2 因素水平表

表3 正交试验直观分析表

表4 方差分析表

注:F0.05(2、2)=19.00，“*”表示因素影响显著。

表3中K1、K2、K3表示每个因素所进行3次试验所得的出油率的平均值。R为平均数的极差，R越大表明变化幅度大，说明该因素的水平变化对出油率的影响越大，该因素即是最大影响因素。由表3可以看出影响出油率的因素主次依次排列为：液料比(D)>超声温度(A)>超声时间(B)>超声功率(C)。由表4可知液料比对出油率的影响显著，其他3个因素对出油率的影响都不显著。

直观分析，试验的最优水平组合为A2B1C2D3；根据每个因素K1、K2、K3，试验的最优水平组合为A2B3C2D3。由于液料比对出油率的影响显著，其他3个因素对出油率的影响都不显著。Duncan法分析结果，超声功率三水平之间均无显著差异；液料比三水平之间均有显著差异；超声温度50 ℃与60 ℃、70 ℃之间有显著差异，但60 ℃与70 ℃之间无显著差异；超声时间25 min与15 min、20 min之间有显著差异，但15 min与20 min之间无显著差异。综合分析正交试验结果，确定最佳工艺条件为A2B3C1D3，确定最佳工艺条件为超声温度60 ℃，超声时间25 min，超声功率120 W，液料比10 mL/g。根据最佳工艺条件进行验证试验，平行3次，得出油率为14.82%。验证试验结果与预测值无显著差异。

2.2 黄芪籽油理化性质

由表5可知，过氧化值是衡量油脂被氧化的程度，数值越高，油品越差，黄芪籽油的过氧化值为8.26 mmol/ kg，黄芪籽油的过氧化值低于食用植物油国家标准。黄芪籽油的酸值(KOH)为 1.98 mg/g，低于3.00 mg/ g，符合食用植物油国家标准。碘值是判断油脂脂肪酸不饱和程度的指标，黄芪籽油的碘值为128 g/100 g，属于半干性油，说明黄芪籽油不饱和程度较高。此外，黄芪籽油相对密度为 0.887，所制黄芪籽油为澄清透明的棕褐色液体。因此，以测定的理化指标判断，黄芪籽油达到食用植物油国家标准。

表5 黄芪籽油理化特性

注:GB/T 2716—2005标准要求：酸值/(mgKOH/g) ≤3；过氧化值/(g/100g) ≤0.25，1 mmol/kg=39.4 g/100 g。

2.3 黄芪籽油脂肪酸组成及含量分析

GC分析结果表明，黄芪籽油脂肪酸组成成分中有月桂酸、肉豆蔻酸、十五烷酸、顺-10-十五烯酸、棕榈油酸、十七烷酸、顺-10-十七烯酸、花生酸、二十一碳酸、顺-11,14-二十碳二烯酸、山嵛酸、芥酸、二十三碳酸、顺式-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等。黄芪籽油脂肪酸组成成分非常丰富。尤其是本研究首次发现黄芪籽含有其他油料不曾含有的顺-10-十五烯酸(6.81%)、顺-10-十七烯酸(3.16%)，有可能为黄芪籽油开发新用途有参考意义。黄芪籽油的脂肪酸主要由不饱和脂肪酸组成，其中多不饱和脂肪酸亚油酸和亚麻酸分别含量为44.30%和16.24%(比例为2.7∶1)。中国营养学会在《中国居民膳食营养素参考摄入量》中提出亚油酸和亚麻酸适宜比例为(4～6)∶1[15]。当今人类饮食中亚油酸和亚麻酸比例已经高达(10～30)∶1，过量的亚油酸或者亚油酸和亚麻酸比例过高将引发现代疾病，而较低亚油酸和亚麻酸比例则有助于抗炎和抗癌[16]，与普通单一食用油脂相比，黄芪籽油a-亚麻酸含量明显要高。另外，黄芪籽油具有降血糖、降血脂、预防心脑血管疾病的功能保健作用[2]。所以黄芪籽油是一种具有营养保健价值的功能性油脂。

图1 黄芪籽油脂组份分析色谱图

序号测试名称保留时间/min相对含量/%1C12:0(月桂酸) 22.8530.032 42C14:0(肉豆蔻酸) 25.7410.056 43C15:0(十五烷酸) 27.2860.064 04C15:1(顺-10-十五烯酸) 28.4796.813 05C16:1(棕榈油酸) 29.8270.115 56C17:0(十七烷酸) 30.4610.092 37C17:1(顺-10-十七烯酸) 31.6443.161 48C18:1n9t(反油酸) 32.44219.764 19C18:2n6t(反亚油酸) 33.5960.034 910C18:2n6c(亚油酸) 33.80844.268 711C20:0(花生酸) 34.8501.963 312C18:3n6(γ-亚麻酸) 35.38616.238 213C21:0(二十一碳酸) 36.6610.070 814C20:2(顺-11,14-二十碳二烯酸) 37.2310.115 715C22:0(山嵛酸) 38.0420.521 316C22:1n9(芥酸) 38.7690.748 417C23:0(二十三碳酸) 39.7630.096 718C20:5n3(顺式-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸) 41.3310.161 0

3 结论

在单因素试验的基础上，运用正交试验，确定了最佳提取工艺：石油醚为提取剂，超声功率120 W，超声温度60 ℃，超声时间25 min，液料比为10 mL·g-1。在此条件下，黄芪籽油出油率为14.82%。方差分析得知，各因素对黄芪籽油出油率的影响作用大小顺序为液料比>超声温度>超声时间>超声功率，且液料比对黄芪油的提取影响显著。本试验建立的优化工艺对黄芪籽油的开发利用具有指导意义。

黄芪籽油色泽较深，但以测定的理化指标判断，黄芪籽油能达到食用植物油国家标准。GC 分析得到黄芪籽油主要成分有油酸、亚油酸、亚麻酸、顺-10-十五烯酸、顺-10-十七烯酸、花生酸，尤其以油酸、亚油酸、亚麻酸为主。其中不饱和脂肪酸含量为91.49%，多不饱和脂肪酸亚油酸和亚麻酸分别含量为44.30%和16.24%(比例为2.7:1)。黄芪籽油具有较高的利用价值，可作为优质食用油源和功能性食用油开发利用。