1、超声波辅助提取新疆打瓜籽油脂的工艺研究王芳梅 1 谷盼盼 1 张鑫 1 许若男 1 张红玉 1 张修珂 1 希力阿扎提阿不力米提 1 王英美 1（新疆大学生命科学与技术学院 1，乌鲁木齐 830046）摘要：以新疆打瓜籽为研究对象，通过超声波辅助溶剂法提取打瓜籽油。以打瓜籽油的提取率为评价指标，在单因素的基础上，选取超声温度、提浸提时间、超声功率和液料比进行Box-Behnken 响应面法试验设计，对其提取工艺参数进行优化。研究表明，打瓜籽油提取工艺的最佳条件为液料比为 7：1（mL/g），浸提时间为 4h，超声时间 30min，超声温度为50，超声功率为 180w，此条件下，打瓜籽油的提取率
2、最高，达 27.88%。气相色谱法测定结果表明超声波提取的打瓜籽油中含有 73.51%的亚油酸。关键词：超声波提取，打瓜籽油，响应面优化，提取工艺中图分类号：TS224.4 文献标识码：A 文章编号：1003-0174 （ ） - - The research on extracting oil from xinjiang seeding-watermelon seeds by ultrasonic assisted extraction method WANG Fangmei1 GU Panpan1 ZHNG Xin1 XU Ruonan1 ZHANG Hongyu1 ZHANG Xiuke
3、1 Sealy Azat Abulimit1 WANG Yingmei(School of life science and technology, Xinjiang University1, Urumqi 830046)Abstact：With xinjiang seeding-watermelon seeds as raw material，the seeding-watermelon seeds oil was extracted by ultrasonicassisted solvent extraction method. On the basis of single factor
4、experiment，the ultrasonic temperature，extraction time，ultrasonic power and ratio of liquid to material were optimized by BoxBehnken response surface method， with yield of seeding-watermelon seeds oil as evaluation index. The research showed that the optimal parameters for seeding-watermelon seeds ex
5、traction were the ratio of liquid to solid 7:1 (mL/g), extraction time 4h, ultrasonic time 30 min, ultrasonic temperature 50, and ultrasonic power 180W. Under the conditions，the yield of seeding-watermelon seeds oil could 收稿日期：2018-01-03作者简介：王芳梅，女，1995 年出生，硕士，食品工程通信作者：王亮，男，1977 年出生，副教授，食品工程reach 27.
6、88%. Gas chromatographic showed that seeding-watermelon seeds oil extracted by ultrasonic wave contained 73.51% linoleic acid.Key words：Ultrasonic extraction, seeding-watermelon seeds oil, response surface optimization, extraction process打瓜 （ Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. et Nakai）， 又名籽瓜，葫芦科，一年
7、生草本植物，是西瓜的一个栽培变种，形状与西瓜相似， 但比西瓜小 1。打瓜瓜肉清甜，含有 18种氨基酸和多种微量元素，能清肺润肺、养脾健脾 2，因含籽多而得名，主要是取其籽食之。目前，中国是世界上打瓜的主要种植区，其次是泰国。无论是打瓜的种植还是打瓜籽的产量，中国均居世界之首 3。打瓜盛产于我国西北地区，产地主要在新疆、甘肃，在吉林和内蒙古等地也有种植，年产量达数百万吨。其中新疆生产的打瓜籽以因其籽片大、板平、饱满、肉厚、色泽黑亮、品质优良而深受客户青睐。打瓜籽含有多种人体所需的营养成分，打瓜籽中含有大量的蛋白质、维生素、氨基酸和钾、钙、镁、铁等矿物质以及人体所必需的不饱和脂肪酸，其中亚油酸含量
8、极为丰富 4。打瓜籽中的不饱和脂肪酸含量非常高，因此高血压及心脑血管病人也可以食用，打瓜籽中的固醇类物质还可以降低血液里的低密度胆固醇的作用 5。目前的研究报道涉及西瓜籽油 6-8，打瓜籽蛋白的提取及其功能特性 39-11，打瓜籽油的脂肪酸分析 411-15 等。本研究利用新疆阜康打瓜籽为原材料，采用超声波辅助石油醚法提取打瓜籽油脂，并利用气相色谱对打瓜籽油的脂肪酸成分进行分析。这不仅可以提高新疆打瓜籽的经济价值，而且对西部地区优势特色植物资源开发有着积极的促进作用，为以后打瓜的开发利用提供理论基础。1、材料与方法1.1 试验材料：新疆打瓜籽：新疆维吾尔族自治区昌吉回族自治州阜康市1.2 试验
9、仪器：RHP-1000A 型高速多功能粉碎机；分析天平 FA1004；超声波清洗机；旋转蒸发仪RE-52A；高速冷冻离心机； SHB-III 循环水式多用真空泵。1.3 试验方法：将干燥的打瓜籽用万能粉碎机粉碎，过 40 目筛。准确称取一定量经粉碎过筛的打瓜籽于锥形瓶中，按一定比例加入石油醚，将超声清洗机仪加热至所需温度后，在设定功率、时间、温度条件下进行超声提取。超声结束后静置一段时间，在转速为 4800r/min 离心分离 10min，取上清液并用旋转蒸发器回收溶剂。回收完毕后称重。按下式计算打瓜籽油提取率:打瓜籽油提取率% =打瓜籽油质量(g)/ 打瓜籽粉质量(g)1.4 单因素试验1.
10、4.1 液料比(mL:g ) 对打瓜籽提油率的影响固定超声波功率 180 W，超声温度 40 ，超声时间 30 min，浸提时间 4h 的条件下，改变石油醚与打瓜籽的比例（mL:g）为 5:1、6:1 、7:1 、 8:1 、9:1 分别进行试验，计算打瓜籽出油率，以研究不同料液比对超声波提取打瓜籽油的影响。1.4.2 超声波功率对打瓜籽提油率的影响固定液料比为 7:1，超声处理时间为 30 min，处理温度为 40 ，浸提时间 4h 的条件下，设置不同的超声功率为 0、90、120、150、180、210、240 W 分别进行试验，计算打瓜籽出油率，以研究不同超声功率对超声波提取打瓜籽油过程
11、的影响。1.4.3 超声波处理时间对打瓜籽提油率的影响固定液料比为 7:1，超声功率为 180 W，超声温度为 40 ，浸提时间 4h 的条件下，设置超声波处理时间为 10、20、30、40、50min 分别进行试验，计算打瓜籽出油率，以研究不同超声处理时间对超声波提取打瓜籽油的影响。1.4.4 超声波处理温度对打瓜籽提油率的影响固定液料比为 7:1，超声功率为 180 W，超声处理时间为 30 min，浸提时间 4h 的条件下，设置处不同的超声温度为 20、30、40、50、60 分别进行试验，测计算打瓜籽出油率，以研究不同超声处理温度对超声波提取打瓜籽油的影响。1.4.5 浸提时间对打瓜籽
12、提油率的影响固定液料比为 7:1，超声功率为 180 W，超声处理温度为 40 ，超声处理时间为 30 min 的条件下，设置不同的浸提时间为 2、3、4、5、6h 分别进行试验，计算打瓜籽出油率，以研究不同浸提时间对超声波提取打瓜籽油的影响。1.5 响应面优化实验表 1 因素水平编码表因素水平A 浸提时间/h B 超声温度/ C 超声功率/w D 液料比/mL:g-1 3 45 160 60 4 50 180 71 5 55 200 81.6 打瓜籽基本成分的测定含仁率的测定 GB/T 54992008 粗蛋白的测定 GB/T 14489.22008 粗脂肪的测定 GB5009.62016
13、总灰分的测定 GB5009.42016 水分的测定 GB5009.32016 1.7 打瓜籽油理化指标的测定酸价的测定采用 GB 5009.2292016碘值的测定采用 GB/T 55322008皂化值的测定采用 GB/T 55342008过氧化值的测定采用 GB/T 5009.2272016透明度的鉴定 GB/T 55252008 色泽的鉴定 GB/T 5492-2008 水分及挥发物的测定 GB5009.2362016 1.8 数据处理方法每个试验重复 3 次，结果用平均值偏差来表示。运用 Graphpad Prism 5 进行绘图。采用 Design Expert 8.0 软件中的 Bo
14、x-Benhnken 进行响应面优化设计，并对数据进行模型拟合以及方差分析。2 结果与讨论2.1 打瓜籽的基本成分打瓜籽的主要成分分析结果如表 2 所示。表 2 打瓜籽的基本成分名称 含仁率 粗蛋白 粗脂肪 总灰分 水分质量分数/% 44.92 28.05 30.81 3.16 6.982.1 超声波提取打瓜籽油的单因素试验2.1 .1 液料比液料比对打瓜籽油出油率的影响如图 1-a 所示，从图 1-a 中可以看出，随着液料比的增加，出油率在开始时呈现出逐渐增大的变趋势。这是由于打瓜籽质量一定，溶剂增加，打瓜籽油在溶剂中的浓度会降低，从而使打瓜籽与溶剂接触面的浓度差增加，从而提高了传质速率，在
15、一定时间内出油率增大 16。当溶剂用量增大到 7:1 时，由于大部分的打瓜籽油已被提取出来，继续增加溶剂的量，出油率基本保持不变。从经济角度出发，溶剂用量不宜太大。因此，当其他条件一定时，液料比为 7 : 1 时，提取效果最佳。2.1 .2 超声温度超声温度对打瓜籽油提油率的影响如图 1-b 所示，由图 1-b 中可知，随着超声温度的增加，出提油率在开始时呈现不断上升的趋势。这是因为一般情况下，加热温度升高，会降低油脂的粘度变小，使得油脂扩散萃取速率较快，有利于油脂的提取。但是，当超声温度达到 50以后，出油率开始骤减，这可能是因为加热温度太高，而石油醚沸点低，且在超声波作用下挥发作用会增强，
16、使液料比降低，不利于打瓜籽油脂的提取。因此，当其他条件一定时，超声温度为 50时，提取效果最佳。2.1 .3 超声功率由图 1-c 可知，在没有超声辅助提取，直接采取溶剂浸提时，打瓜籽油的出油率很低。当进行超声波处理时，随着超声功率的增大，出油率逐渐成上升趋势。当超声功率小于180 W 时，出油率较大，这是因为超声波对细胞壁的破碎作用会随着超声功率的上升而变强，超声波功率增大时，空化强度增大，大大加快了粒子的运动速度，油脂分子和溶剂间相互碰撞的概率增加，进而加快化学反应速率、提高出油率。当超声波功率超过 180 W 时，随着超声功率的继续上升，打瓜油提取率突降，因为超声功率太大，加剧了溶剂的运
17、动，减少了溶剂和物料的接触率。因此，当其他条件一定时，超声功率选取 180W 时，提取效率最佳。2.1 .4 超声时间由图 1-d 可知，随提取时间的增加，打瓜籽油脂的出油率呈上升趋势，当超声时间达到 30min 后，出油率增加较慢。这是因为超声时间增加，打瓜籽与溶剂的接触时间和相互作用时间增加，油脂溶出增加，提取率增大；但当超声时间过长，超声波产生的空化作用和机械效应使大分子的脂肪裂解，可能会使局部过热而造成某些挥发性成分的损失，从而导致油脂提取率减小。因此，当其他条件一定时，选取超声时间为 30min 时，提取效果最佳。2.1 .5 浸提时间从图 1-e 可知，随着浸提时间的增加，打瓜籽油
18、脂的提取率先增大后减小；当浸提时间为 4 h 时，打瓜籽油脂的提取率达到最大。这是因为油脂开始萃取时，从打瓜籽到溶剂中扩散速度较快，油脂溶出增多，提取率增大；之后浸提时间继续延长，溶剂中油脂的浓度逐渐增大，最终油脂在打瓜籽和溶剂中的浓度达到动态平衡 17，此外，时间延长会使溶剂挥发损失有所增加，造成提取率下降。因此，考虑提取效率，选取适宜的浸提时间为 4 h。图 1 单因素对打瓜籽提油率的影响3.2 响应面优化试验3.2.1 响应面实验结果打瓜籽油脂提取的实验方案及实验结果见表 3，回归模型方差分析见表 4。表 3 响应面试验方案及结果试验号 A B C D 提油率%1 -1 -1 0 0 2
19、4.102 1 -1 0 0 25.103 -1 1 0 0 24.504 1 1 0 0 23.965 0 0 -1 -1 24.806 0 0 1 -1 26.047 0 0 -1 1 22.478 0 0 1 1 24.569 -1 0 0 -1 21.7110 1 0 0 -1 26.1211 -1 0 0 1 22.7212 1 0 0 1 21.6113 0 -1 -1 0 25.2314 0 1 -1 0 22.8615 0 -1 1 0 26.2716 0 1 1 0 25.9417 -1 0 -1 0 22.7118 1 0 -1 0 23.6219 -1 0 1 0 26.
20、3520 1 0 1 0 24.2421 0 -1 0 -1 22.8622 0 1 0 -1 24.0523 0 -1 0 1 23.2324 0 1 0 1 22.2725 0 0 0 0 26.7826 0 0 0 0 28.1027 0 0 0 0 27.2528 0 0 0 0 28.4529 0 0 0 0 27.803.2.2 结果分析及模型方程的建立表 4 回归模型的方差分析因素 平方和 自由度 均方 F 值 P 值 显著性模型 97.12 14 6.94 10.96 0.0001 *A 0.55 1 0.55 0.86 0.3687B 0.86 1 0.86 1.36 0.2
21、636C 11.43 1 11.43 18.05 0.0008 *D 6.34 1 6.34 10.01 0.0069 *AB 0.59 1 0.59 0.94 0.3496AC 2.28 1 2.28 3.60 0.0785AD 7.62 1 7.62 12.03 0.0038 *BC 1.04 1 1.04 1.64 0.2207BD 1.16 1 1.16 1.83 0.1981CD 0.18 1 0.18 0.29 0.6016A2 27.27 1 27.27 43.08 0.0001 *B2 16.54 1 16.54 26.13 0.0002 *C2 6.57 1 6.57 10.
22、39 0.0061 *D2 43.44 1 43.44 68.63 0.0001 *误差 8.86 14 0.63失拟项 7.08 9 0.71 1.59 0.3463纯误差 1.78 5 0.44总误差 105.98 28R2=0.9164 R2Adj=0.8328 CV=0.0322注：*P0.01 ，差异显著；*p0.001，差异极显著。对表 3 中数据进行回归拟合，得到自变量与提油率（Y）的二次多项回归方程为：Y=+27.68+0.21A-0.27B+0.98C-0.73D-0.39AB-0.76AC-1.38AD+0.51BC-0.54BD+0.21 CD-2.05A2-1.60B2
23、-1.01C2-2.59D2由表 4 对模型进行的方差分析结果可知，模型 P0.0001，表明回归模型达到极显著，因变量与所有自变量之间的线性关系显著( R2= 0.9164 )。 失拟项 P=0.34630.05，模拟失拟项不显著；该回归模型的调整决定系数 R2Adj=0.8328，变异系数 CV=0.0322，说明该模型拟合程度良好，试验误差小，故该回归方程模型成立，可用此模型对超声波提取打瓜籽油脂工艺结果进行分析及预测。回归方程各项方差分析表明，因素C、 D、 AD、A 2、B 2、C 2、D 2 对打瓜籽油脂出油率有极其显著的影响（P0.01），因子A、 B、 AB、 AC、 BC、
24、BD、 CD 对打瓜籽油脂出油率影响不显著（P0.05）。各因子对打瓜籽油脂出油率的影响依次是 C（超声功率）D （料液比）B（超声温度）A（浸提时间）。响应面优化设计最终确定了最佳工艺条件，结果见表 5，提取率为 27.95%在此条件下进行实验，得打瓜籽油脂的提取率为 27.88%，与预测值接近。表 5 响应面软件预测最佳反应条件浸提时间/h 超声温度/ 超声功率/w 液料比/mL:g 提取率/%4.01 50.06 189.43 6.88 27.953.6 理化指标测定结果表 6 打瓜籽油脂的理化指标指标 酸价 皂化值 碘值 过氧化值 透明度 色泽 水分及挥发物测定值 1.28mg/g19
25、9.69mg/g115.54g/100g0.059g/100g透明 金黄色 8.10g/100g3.7 脂肪酸成分分析结果图 2 打瓜籽油脂肪酸气相色谱分析图 7 为超声波提取法提取的打瓜籽油脂肪酸成分 GC 图谱，由图 7 和表 7 可知，打瓜籽中主要有豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸，且出峰顺序为豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸。打瓜籽油中脂肪酸以不饱和脂肪酸为主，其中亚油酸( C18:2) 含量最高，达 71.51%，其次是棕榈酸 ( C16: 0)10.81%、油酸( C18:1)8.39% ，饱和脂肪酸主要为硬脂酸为 5.60% 。据报道，刘程惠等 11人研究发现吉林打瓜籽油
26、的亚油酸含为 18.44%。罗鹏等 18人研究发现的新疆石河子的残次打瓜籽的亚油酸含量为 49.87%。而本研究利用新疆阜康县的打瓜籽为原材料，发现该地区打瓜籽油的亚油酸含量高达 71.51%，可能是地区与品种差异所致。表 7 打瓜籽油脂肪酸组成及含量峰号 名称 类型 保留时间 峰面积 质量百分数/%3 棕榈酸 C16: 0 13.985 1046.09937 10.8066 硬脂酸 C18: 0 17.320 542.58063 5.6057 油酸 C18:1 18.439 812.03687 8.3888 亚油酸 C18:2 20.339 7116.32861 73.5114 结论超声波法
27、辅助石油醚提取新疆打瓜籽油脂有操作简便、提取率高、能耗低的优点。采用超声波辅助石油醚提取新疆打瓜籽中的油脂，在单因素试验基础上，通过响应面 Box-Benhnken 试验设计，优化实验设计。结果表明提取打瓜籽油脂的最佳工艺条件为：浸提时间 4h、超声功率 180 W、超声温度 40、液料比 7:1。在此条件下实际出油率可达到27.88%，所得值与模型预测值 27.95% 高度相符。因此，将超声波技术作为生产工艺的一种手段，在油脂加工提取中将会发挥巨大的作用 19。该研究为打瓜籽油脂开发利用及进一步工业化生产提供基础理论与参考。参考文献：1 程瑛琨，孟庆繁，陈亚光，等.籽瓜多种营养成分的分析J.
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