邓仕任，夏林波，郭 莹

（辽宁中医药大学药学院，辽宁大连116600）

响应面法优化超声波提取火麻仁油

邓仕任，夏林波*，郭 莹

（辽宁中医药大学药学院，辽宁大连116600）

采用超声波辅助溶剂提取法提取火麻仁油，在单因素实验的基础上，运用Box-Behnken中心组合实验设计原理进行实验设计，建立料液比、超声时间、超声温度与火麻仁油得率之间的数学模型，通过对该模型的响应面分析，得出超声波提取火麻仁油的最佳条件为：料液比1∶17（g/mL）、超声时间27min、超声温度20℃，在此条件下，火麻仁油得率为33.34%。

火麻仁油，超声波提取，响应面法

火麻仁又名大麻仁、麻子仁，为桑科植物大麻（Cannabis sativa L.）的干燥成熟果实[1]，是一味亦药亦食的润下药，具有润燥滑肠、活血之功效。火麻仁除了具有很高的药用价值以外，火麻仁中的油脂还具有很高的食用价值。火麻仁中脂肪油含量约30%，其中不饱和脂肪酸含量更是高达80%，且以两种必需脂肪酸亚油酸和α-亚麻酸为主[2]。这些不饱和脂肪酸则被认为具有抗氧化、清除人体内自由基、降低低密度脂蛋白胆固醇、减少高血压、心脏病及中风等疾病的发病率、延缓衰老等功能[3-4]，对人类健康非常有益。美国HEMPNUT公司已将火麻仁制成高档食用油，具有巨大的经济效益。响应面分析法（response surface analysis，RSA）是一种优化工艺条件的有效方法，可用于确定各因素及其交互作用在工艺过程中对指标（响应值）的影响，在食品、药品领域有着广泛的应用[5-7]。本实验以广西巴马地区的火麻仁为原料，利用响应面分析法优化超声波溶剂提取火麻仁油的工艺参数，为深层次地开发利用火麻仁资源及火麻仁油的工业化生产提供实验和理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

火麻仁 产地为广西壮族自治区巴马县；石油醚（沸程60～90℃）、正丁醇、95%乙醇、乙酸乙酯、三氯甲烷 均为国产分析纯。

AR2140电子分析天平 奥豪斯公司；舒美KQ-300DV超声波清洗器 昆山超声仪器有限公司；HH-4数显恒温水浴锅 常州国华仪器有限公司；RE-52CS旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；FW100高速万能粉碎机 天津泰斯特仪器有限公司；DZK-6020电热真空干燥箱 金坛宏华仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 火麻仁油的超声制备方法 将火麻仁置于50℃真空干燥箱干燥至恒重，用粉碎机粉碎过40目筛备用。精密称取一定量的火麻仁粉末样品，放入锥形瓶中，加入适量的溶剂进行超声波处理，抽滤，所得滤液50℃真空减压浓缩，残液置于50℃真空干燥箱干燥至恒重，得到火麻仁油，置于4℃冰箱保存备用。

1.2.2 火麻仁油得率的计算

1.2.3 火麻仁粗脂肪的含量测定 精密称取干燥的火麻仁样品粉末约2g，置于索氏提取器中，以无水乙醚为提取溶剂，于80℃水浴中回流提取8h。收集提取液，减压回收溶剂，残液置于50℃真空干燥箱干燥至恒重，得到火麻仁粗脂肪。该测定过程平行测定3次，取其平均值计算粗脂肪的含量。

1.2.4 超声法提取火麻仁油的单因素实验 称取3.0g的火麻仁粉末以51mL石油醚作为提取溶剂，浸泡2h后在超声功率300W的条件下，选取料液比、超声时间及超声温度作为影响超声提取火麻仁油得率的研究对象，对每个因素进行6个水平的单因素实验，优选最佳提取工艺参数。

1.2.5 Box-Behnken实验设计 根据单因素实验结果，采用响应面设计，运用Box-Behnken中心组合实验设计原理，选择对火麻仁油得率影响显著的3个因素，料液比（A）、超声时间（B）和超声温度（C），做三因素三水平响应面分析实验，实验因素与水平设计见表1。

表1 响应面因素水平表Table 1 Factors and levels of response surface experiments

2 结果与分析

2.1 火麻仁粗脂肪的含量测定结果

3次平行实验结果显示，火麻仁中粗脂肪含量为36.30%，具体数据见表2。

表2 火麻仁粗脂肪含量测定结果Table 2 Determination results of hemp seed fat content

2.2 单因素实验与结果

表3 不同溶剂的火麻仁油得率Table 3 Different solvent on hemp seed oil yield

2.2.1 提取溶剂的选择 称取3.0g的火麻仁粉末，分别采用51mL石油醚、正丁醇、95%乙醇、乙酸乙酯、三氯甲烷作为提取溶剂，浸泡2h后，在超声温度25℃、料液比1∶17（g/mL）、超声时间30min、超声功率300W的条件下，考察提取溶剂对火麻仁油提取率的影响。从表3可以看出，同等条件下采用石油醚作为溶剂，火麻仁油的提取率最高，乙醇效果最差。溶剂的极性对超声波提取是关键的因素之一，合适的溶剂极性不仅能够使细胞在超声情况下容易破碎，还可以使提取的有效成分能够更好地溶解在溶剂中。以下实验均采用石油醚作为火麻仁油的提取溶剂。

2.2.2 超声功率的选择 称取3.0g的火麻仁粉末，采用51mL石油醚作为提取溶剂，浸泡2h后，在超声温度25℃、料液比1∶17（g/mL）、超声时间30min的条件下，考察超声功率120、180、240、300W对火麻仁油得率的影响。从表4可以看出，在同等提取条件下，超声功率越大，火麻仁油的得率越高。以下的实验均采用300W的超声功率进行提取研究。

表4 不同超声功率的火麻仁油得率Table 4 Different ultrasonic power on hemp seed oil rate

2.2.3 料液比对火麻仁油得率的影响 提取条件同1.2.4法，分别考察料液比为1∶5、1∶10、1∶12、1∶15、1∶18、1∶20时火麻仁油的得率，结果见图1。由图1可知，随着料液比的增大，火麻仁油得率呈增长趋势，当料液比为1∶15时，提取率最高，随后开始有所下降，综合考虑原料和效能，选用料液比为1∶15较为适宜。

图1 料液比对得率的影响Fig.1 Effect of ratio of solid to liquid on yield

2.2.4 超声时间对火麻仁油得率的影响 提取条件同1.2.4法，分别考察超声时间为10、20、30、40、50、60min时火麻仁油的得率，结果见图2。由图2可知，当超声时间达到30min时，火麻仁油得率达到最高，继续延长超声时间，提取率反而有所下降，因此超声时间选用30min较为适宜。

图2 超声时间对得率的影响Fig.2 Effect of ultrasonic time on yield

2.2.5 超声温度对火麻仁油得率的影响 提取条件同1.2.4法，分别考察超声温度为5、10、20、30、40、60℃时火麻仁油的得率，结果见图3。由图3可知，当超声温度为20℃时，火麻仁油得率达到最高，升高或降低提取温度，均会导致提取率的下降，因此超声温度选用20℃较为适宜。

图3 超声温度对得率的影响Fig.3 Effect of ultrasonic temperature on yield

2.3 响应面法优化火麻仁油提取工艺

2.3.1 响应面实验结果及分析

表5 响应面分析实验结果Table 5 Results of response surface experiments

根据表5方案进行响应面实验，在17个实验中，1～12是析因实验，13～17是中心实验，用来估计实验误差。响应面分析实验结果见表5，回归方程方差分析见表6。

表6 回归方程的方差分析Table 6 Analysis results of regression and variance

由表6方差分析可以看出，A、B、A2、B2为显著性影响因素。在各影响因素中，超声时间（B）对火麻仁油得率的影响最大，其次是料液比（A）及超声温度（C）。在总的作用因素中，一次项和平方项的影响较大，而交互项的影响较小。经回归拟合后，实验因子对响应值的影响可用回归方程表示为：

Y=33.17+0.48A-0.62B+0.13C-0.22AB-0.60AC-0.28BC-0.86A2-1.02B2-0.41C2

由表5可见，整体模型的显著性水平P=0.0179＜0.05，表明该二次方程模型达到显著水平；同时，失拟项P=0.0561＞0.05，表明差异不显著，说明残差均由随机误差引起；R2为0.8753，说明响应值（得率）的变化有87.53%来源于所选变量，即料液比、超声时间和超声温度；相关系数R为0.936，表明实测值和预测值高度相关。因此，回归方程可以较好地描述各因素与响应值之间的真实关系，可以利用该回归方程确定最佳提取工艺条件。上述结果说明所建立模型能够反映响应值的变化，对实验的拟合较好。

图4 料液比与超声时间对火麻仁油得率的影响Fig.4 Effect of ratio of solid to liquid and ultrasonic time on hemp seed oil yield

图5 料液比与超声温度对火麻仁油得率的影响Fig.5 Effect of ratio of solid to liquid and ultrasonic temperature on hemp seed oil yield

图6 超声时间与超声温度对火麻仁油得率的影响Fig.6 Effect of ultrasonic time and ultrasonic temperature on hemp seed oil yield

2.3.2 响应面法分析各因子对火麻仁油得率的影响 利用Design Expert 7.0软件，绘制各影响因素对火麻仁油得率的响应面图，结果见图4～图6。由图可知，超声时间是影响火麻仁油提取率的主要因素，料液比稍次之，超声温度对其影响则较小。另外，从等高线图均接近圆形可知，各影响因素两两之间交互作用不显著[8]。

2.3.3 火麻仁油最佳提取工艺条件的确定 通过软件Design Expert 7.0求解方程，在模型浓度范围内计算出最优超声提取火麻仁油的工艺条件为：料液比1∶16.72（g/mL）、超声时间27.18min、超声温度20.19℃，此时火麻仁油的得率可达33.38%。考虑到实际操作的可行性，将火麻仁油的提取工艺条件修正为料液比1∶17（g/mL）、超声时间27min、超声温度20℃。为检验结果的可靠性，采用修正后的提取条件进行3次平行实验，结果得出火麻仁油的实际平均得率为33.34%，与理论预测值33.38%吻合较好。结合火麻仁粗脂肪含量为36.30%，可知经响应面法优化后，超声法对火麻仁油的提取较为完全，提取率可达到92%，这也证明了火麻仁油超声提取工艺的可行性。

3 结论

利用Box-Behnken中心组合实验设计和响应面分析法，借助Design-Expert 7.0软件对火麻仁油的超声波提取工艺进行了优化，所建立的实验模型能够反映响应值的变化，对实验的拟合较好。结果显示，火麻仁油的提取工艺为：料液比1∶17（g/mL）、超声时间27min、超声温度20℃，在此条件下火麻仁油得率为33.34%。

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典[M].一部.北京：中国医药科技出版社，2010：74.

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[6]胡云峰，姜晓燕，崔翰元，等.响应面法优化超声波提取灵武长枣中三萜类化合物的研究[J].食品工业科技，2010，31（5）：260-263.

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Optimization of ultrasonic-assisted extraction of hemp seed oil using response surface analysis

DENG Shi-ren，XIA Lin-bo*，GUO Ying
（College of Pharmacy，Liaoning University of Traditional Chinese Medicine，Dalian 116600，China）

The purpose was to establish an optimal ultrasonic-assisted extraction of hemp seed oil.Based on the single factor analysis，a 3-factor，3-level Box-Behnken experimental design was taken to evaluate the effects of the three factors，including ratio of material to liquid，ultrasonic time，ultrasonic temperature.The interactions of each factor on the extraction yield were investigated with response surface analysis（RSA）. Results indicated that the optimal extracting conditions were as follows：ratio of material to liquid was 1∶17（g/mL），ultrasonic time was 27min，ultrasonic temperature was 20℃，and under these conditions the extraction yield was 33.34%.

hemp seed oil；ultrasonic-assisted extraction；response surface analysis（RSA）

TS225.1+9

B

1002-0306（2012）05-0243-04

2011-05-20 *通讯联系人

邓仕任（1979-），男，博士，副教授，研究方向：中药质量标准规范化。

辽宁省教育厅科学技术研究项目（2008450）；辽宁中医药大学优秀青年药学人才基金（yxrc0912）。