超声波法提取南瓜籽油的工艺条件优化研究
60 2009, Vol. 30, No. 08
食品科学※工艺技术
超声波法提取南瓜籽油的工艺条件优化研究
王小溪，陈贵林*
(内蒙古大学生命科学学院，内蒙古 呼和浩特 010021)
摘 要：采用超声波法提取南瓜籽油，筛选了提取南瓜籽油的理想溶剂，通过单因素试验和正交试验考察了提取温度、提取时间、液料比、超声频率和功率对南瓜籽油得率的影响，结果表明：石油醚为提取南瓜籽油的理想溶剂；各因素对南瓜籽油得率的影响大小依次为：液料比＞超声时间＞超声温度＞超声频率和功率；优化的提取工艺参数为：液料比6:1(V/W)、超声频率和功率59kHz、280W、提取温度60℃、提取时间35min，此条件下无壳瓜籽油的得率达39.04%。
关键词：南瓜籽油；超声波提取；正交试验
Study on Ultrasound-assisted Extraction Optimization of Pumpkin Seed Oil
WANG Xiao-xi，CHEN Gui-lin*
(College of Life Science, Inner Mongolia University, Huhhot 010021, China)
Abstract ：Pumpkin seed oil was extracted by ultrasound method, in this study. Effects of extraction solvent, extractiontemperature, and extraction time, ratio of liquid to material, ultrasonic frequency and power on oil yield were investigated bysingle-factor test and orthogonal design. The results showed that the optimal extraction solvent is petroleum ether. Thesignificance sequence of other five factors affecting oil yield is as follows: ratio of liquid to material > extraction time > extractiontemperature > frequency and power of ultrasound, and their optimum levels are 6:1 (V/W), 35 min, 60 ℃, 59 kHz and 280 W,respectively. Under these conditions, the oil yield reaches 39.04%.
Key words：pumpkin seed oil；ultrasound-assisted extraction；orthogonal test
中图分类号：TS201.1 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2009)08-0060-04
南瓜籽含有丰富的必需脂肪酸、氨基酸、植物甾醇、矿物质、维生素以及多糖等，具有驱除寄生虫、降低胆固醇、抗炎、抗氧化、缓解高血压、治疗和预防前列腺增生等作用。南瓜籽同时也是重要的营养保健油源[1]，具有广阔的开发应用前景。南瓜籽油富含多种不饱和脂肪酸，其中亚油酸38.60%、油酸28.63%、棕榈酸16.55%、硬脂酸8.42%[2]。南瓜籽油的提取方法有索氏提取法[3]、超声波法[4]、超临界流体萃取法[5]和压榨法[6]等，对于索氏提取法和超临界流体萃取法的工艺已有优化[3,5]，而关于超声波提取南瓜籽油工艺优化尚未见报道。
超声波提取法是新发展起来的一种提取物质有效成分的方法，具有提取时间短、得率高的特点。超声提取法已成功运用于核桃仁油[7]、猕猴桃籽油[8]等的提取。本实验以无壳瓜籽为材料，采用超声提取法从液料比、
收稿日期：2008-06-26
提取温度、提取时间、提取频率和功率几个因素出发，利用正交试验设计方法，寻找南瓜籽油超声波提取的优化工艺条件，为南瓜籽油产品开发提供依据。１1.1
材料与方法
材料、试剂与仪器
选用内蒙古河套地区主栽籽用南瓜无壳瓜籽，经去杂、粉碎、过20目筛，干燥后备用。
正己烷、异丙醇、石油醚(沸点为60～90℃)均为分析纯。
KUDOS SK7210LHC超声波发生器 上海科导超声仪器有限公司；RE-52A旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂；SHZ-IIIB循环水真空泵 浙江临海市精工真空设备厂；DLSB-10/20低温冷却液循环泵 郑州长城科工贸有限公司；AP-01P真空泵 天津奥特赛恩斯仪器有限公
基金项目：内蒙古自然科学基金重点项目([1**********]2)；内蒙古大学“513人才计划”基金项目
作者简介：王小溪(1985-)，女，硕士研究生，研究方向为生化与分子生物学。E-mail：[email protected]：
※工艺技术食品科学
2009, Vol. 30, No. 0861
司；BT2202S sartorius电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司。1.21.2.1
方法
南瓜籽油得率的测定和计算方法
准确称取过20目筛南瓜籽粉8.00g，置于锥形瓶中，加入56ml提取溶剂，用封口膜封口。将锥形瓶放入已加热好的超声波提取仪中，并用多孔泡沫板进行固定，进行超声提取。用真空泵对提取液进行抽滤。将滤液于旋转蒸发器上进行蒸发，至溶剂充分挥干。正己烷、异丙醇、石油醚作为提取溶剂时的蒸发温度分别为60、75、70℃。旋转蒸发完毕后，取下蒸发瓶，用移液枪将蒸发瓶内得到的南瓜籽粗油转入小瓶，分别秤出籽油重和小瓶与籽油的合重。
南瓜籽油得率计算：将小瓶放入干燥器，真空干燥至恒重。以上均设三次重复。按下式计算南瓜籽油得率：
m1－(m2－m3)
南瓜籽油得率(%)＝———————×100
M
式中：M为南瓜籽粉质量；m1为南瓜籽油干燥前质量；m2为小瓶与未干燥南瓜籽油合重；m3为小瓶与干燥后南瓜籽油合重。以三次重复的南瓜籽油得率平均值为最终籽油得率。1.2.2
最佳溶剂筛选
分别以正己烷、异丙醇、石油醚三种溶剂作为提
进行试验，考察超声功率对南瓜籽油得率的影响。1.2.4
正交试验
在单因素试验基础上，选用单因素试验结果中确定
的各因素水平，设计四因素三水平正交试验，因素水平见表1。
表１ 正交试验各因素及水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal test on ultrasound-assisted extraction conditions of pumpkin seed oil
因素
水平123
A超声温度(℃)405060
B超声时间(min)
152535
C液料比(V/W)4:15:16:1
D超声频率、功率(kHz、W)
59、21059、28040、350*
注：*.单因素试验中发现超声频率40kHz优化于59kHz。
对正交试验的结果进行极差分析和方差分析，最终确定超声提取南瓜籽油的最佳工艺。按优化的工艺条件，重复三次实验，进行验证实验。对实验剩下的残渣进行二次提取。２2.1
结果与分析溶剂筛选
50南瓜籽油得率(%)
403020100
正已烷
异丙醇
石油醚
第1次第2次
取溶剂，液料比为7:1(V/W)，在超声频率59kHz，功率350W，超声时间45min，温度50℃的条件下对南瓜籽进行超声提取，提取2次，计算每次实验的南瓜籽油得率。最后从南瓜籽油得率、油的性状、经济角度和环境影响几个方面综合考虑，在以上三种溶剂中选择一种较理想的溶剂。1.2.3
单因素试验
采用1.2.2中选出的溶剂为提取溶剂，分别考察超声温度、超声时间、液料比和超声功率对南瓜籽油得率的影响。
(1)设定超声频率59kHz，功率350W，超声时间45min，液料比为7:1(V/W)，依次在不加热及30、40、50、60℃下比较南瓜籽油的得率；(2)设定超声温度50℃，其他条件同(1)，在超声时间分别为5、15、25、35、45min下比较南瓜籽油的得率；(3)设定超声温度50℃，其他条件同(1)，比较液料比分别为3:1、5:1、7:1、9:1(V/W)下南瓜籽油的得率；(4)在其他条件恒定(超声频率59kHz、超声时间45min、温度50℃、液料比7:1)的情况下，在不同的超声功率140、210、280、350W下
图１ 不同溶剂提取的南瓜籽油得率
Fig.1 Extraction rates of pumpkin seed oil with different solvents
从图1可以看出，南瓜籽油得率在异丙醇为提取溶
剂时最低，且实验中观察到提取的油为褐绿色，使用正己烷的得率最高，一次提取也较充分，使用石油醚得率略低于正己烷，提取一次的效果也没有使用正己烷提取充分，但是在成本上石油醚价格远低于正己烷，而且正己烷对环境污染严重，沸点也较石油醚高。所以，本实验选择石油醚作为提取南瓜籽油的溶剂。2.2
超声温度对南瓜籽油得率的影响
从图2可以看出，提取温度由不加热升至50℃，南
瓜籽油得率逐渐增大，50℃时得率最高，而60℃时又有所下降。由此可以初步得出，50℃为该条件下南瓜籽油提取的适宜温度。
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40南瓜籽油得率(%)
[1**********]4
不加热
30
40温度(℃)
图２ 超声温度对南瓜籽油得率的影响
50
60
食品科学※工艺技术
得率不再增加。这是由于对于一定质量的南瓜籽来说，增加溶剂用量，渗透压增大，油脂就越容易渗透出来，提取速度加快，一定时间内的南瓜籽油得率就会增加。当溶剂用量达到一定程度后，因为南瓜籽内所含油基本溶出，所以继续增加溶剂用量，南瓜籽油得率不再增加，从经济角度和溶剂回收的工作量考虑，溶剂用量不宜太大。在本试验条件下，适宜液料比为5:1。2.5
超声功率对南瓜籽油得率的影响
38.5南瓜籽油得率(%)
3837.53736.5
140
210
功率(W)
图５ 超声功率对南瓜籽油得率的影响
Fig.5 Effects of ultrasound power on extraction rate of pumpkin
seed
oil
5
15
25时间(min)
图３ 超声时间对南瓜籽油得率的影响
35
45
280
350
Fig.2 Effects of ultrasound temperature on extraction rate of
pumpkin seed
oil
2.3超声时间对南瓜籽油得率的影响
39南瓜籽油得率(%)
[1**********]3
Fig.3 Effects of ultrasound treatment time on extraction rate of
pumpkin seed
oil
从图5可以看出，频率不变，增大功率，南瓜籽油得率在一开始有明显的提高，210W时南瓜籽油得率最大，随后略有下降，但基本趋于恒定。通常，一定范围内增大功率，得率也会增加，当得率达到一定值后继续增大功率，得率将基本保持恒定，不再增加。另外本试验中所使用的超声波提取仪还可以提供40kHz的工作频率，试验过程中偶然发现40kHz下的液面震动更加强烈，为探索该频率下的南瓜籽油得率，所以在超声频率40kHz、功率350W下进行了一组实验。结果得出该条件下南瓜籽油的得率为38.38%，高于59kHz 210W时的得率，说明南瓜籽粉末在该条件下细胞破碎更完全。
南瓜籽油提取工艺优化
在单因素试验的基础上采用四因素三水平正交试验优化提取工艺条件。对正交试验结果进行直观分析，计算各因素的极差。比较表2中各因素的极差，可以得出液料比因素的极差最大为1.77，是影响南瓜籽油得率的主要因素，影响南瓜籽油得率的因素从大到小依次为液料比＞超声时间＞超声温度＞超声频率、功率。方差分析表明，液料比因素的F＞ F0.01(2，2)＝99.00，说明液料比对超声提取南瓜籽油得率的影响达到显著水平。四因素各水平的优化组合为A3B3C3D2，即超声温度60℃、超声时间35min、液料比6:1(V/W)、超声频率59kHz及功率280W时南瓜籽油的得率最高。利用优选出的工艺，对无壳瓜籽油进行提取，其得率为39.04%。对首次提取后的残渣进行二次提取，得到油的得率为2.25%，说明提取较充分。2.6
从图3可以看出，起始阶段南瓜籽油得率随提取时间的延长而增大直到15min，而且速度较快。以后随着提取时间的进一步延长，南瓜籽油得率在一段时间内趋于恒定，45min时又有所增大。15min时的得率与45min下的得率仅相差0.46%，超声波提取法本身的优势说就是所需时间短，所以初步得出15min是该条件下的较适时间。2.4
液料比对南瓜籽油得率的影响
39.5南瓜籽油得率(%)
3938.53837.53736.5
3:1
5:1
7:1
9:1
液料比(V/W)
图４ 液料比对南瓜籽油得率的影响
Fig.4 Effects of ratio of liquid to material on extraction rate of
pumpkin seed
oil
从图4可以看出，当液料比从3:1增大到5:1时南瓜籽油得率随之提高，此后继续增大液料比，南瓜籽油
※工艺技术
表２ 正交试验结果
Table 2 Results and range analysis of orthogonal test
因素
试验号123456789K1K2K3k1k2k3R
A超声温度(℃)1(40)1122(50)23(60)33107.12107.87109.8435.7135.9636.610.90
B超声时间(min)1(15)2(25)3(35)123123106.00108.29110.5435.3336.1036.851.52
C液料比(V/W)1(4:1)2(5:1)3(6:1)231312104.96109.58110.2934.9936.5336.761.77
D超声频率和功率(kHz、W)1(59、210)2(59、280)3(40、350)
312231108.12109.46107.2536.0436.4935.750.74
食品科学
３
南瓜籽油得率(%)33.7936.5436.7935.2936.5836.0036.9235.1737.75
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结 论
石油醚为提取南瓜籽油的理想溶剂。正交试验结
3.1
果显示，影响南瓜籽油得率的四个因素从大到小依次为：液料比>提取时间>提取温度>超声频率与功率，其中液料比因素的影响达到显著水平。3.2
由正交试验优化的提取参数为：提取温度60℃，提取时间35min，液料比6:1(V/W)，超声频率和功率为59kHz、280W，该条件下无壳瓜籽油的得率达39.04%。
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T=324.83
表３ 正交试验方差分析
Table 3 Variance analysis of orthogonal test results变异来源温度时间液料比超声频率和功率
误差
变差1.315763.381365.584160.826290.05399F0.01(2,2)＝99.00
自由度22222
均方0.657881.690682.792080.413150.02700
F值24.3762.63103.4315.31不显著
显著性不显著不显著显著不显著不显著