马晓，陈刚，申珂琪，胡春瑞

1.河南职业技术学院（郑州 450046）；2.郑州师范学院（郑州 450044）

牡丹属毛茛科芍药属灌木[1]。中国是牡丹资源最丰富的国家[2]。牡丹常分为观赏牡丹和药用牡丹[3]。牡丹籽油具有很高的安全性[4]，不仅可供食用，还有医疗、保健价值[5-6]，被称为植物油中的珍品[7]。油用牡丹的实用性增强，而有关科学研究也必须跟随其步伐，才能够保证油用牡丹资源的充分利用[8]。

目前，需对传统的提取工艺进行必要的改善，以此提高出油率、保证工业化安全生产[9]。近几年，超声波辅助提取油脂技术被普遍应用。利用此技术可有效提高出油率，缩短提油时间，还能保证油脂品质[10]。利用超声波辅助提取技术，可使细胞中可溶成分更好释放出来[11]。因而超声波有利于油脂的提取[12]。

响应面分析法通常是利用中心组合试验拟合出一个完整的二次多项式模型，在试验设计与结果表达方面更加优良[13-14]。以凤丹牡丹籽粒为试验材料，以石油醚为浸提试剂，采用响应面法优化试验得出最佳提取工艺条件，从而提高牡丹籽油得率，以期为实际生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验材料

凤丹牡丹种子：2017年8月采收的实生苗凤丹牡丹种子，室内阴干后于2017年9月手工剥壳后获得种仁。

1.1.2 主要仪器和试剂

XH-200DE智能温控双频超声波合成/萃取仪（北京祥鹄科技发展有限公司）；JA3003N型电子天平（上海菁海仪器有限公司）；FOSS SCINO CT410旋风磨（杭州嘉维创新科技有限公司）；鼓风干燥箱（郑州宏朗干燥箱有限公司）；SOX406脂肪测定仪（海能仪器有限公司）。

石油醚（60～90 ℃）。

1.2 方法

1.2.1 材料的预处理方法

挑选饱满、大小正常、没有机械伤和没有霉变的牡丹籽粒，去壳后放置在干燥箱中65 ℃烘至恒质量。将烘干后的牡丹籽粒经旋风磨磨粉，用棕色磨砂广口瓶密封后放置4 ℃冰箱中保存备用。

1.2.2 提取工艺

称取65 ℃烘干至恒质量的牡丹籽粉40 g于三口瓶中，按照响应面设计组合因素的液料比、超声功率和超声时间加入一定量的石油醚于三口瓶中。

用回流萃取法分离溶剂混合物，将混合物用滤纸封口，置于脂肪抽提仪的漏斗中，65 ℃回流1.5 h后，取下抽提杯，放置通风处使溶剂挥发，放入鼓风干燥箱中，烘干抽提杯中残留的溶剂，冷却至室温后称质量。

1.2.3 牡丹籽油得率的测定

籽油得率按照计算如式（1）。

式中：m1是抽提杯和提取所得脂肪的质量之和，g；m2为抽提杯原质量，g；m为牡丹籽粉质量，g。

1.2.4 响应面法优化提取籽油方法

为得到牡丹籽油的最佳提取工艺，通过响应面分析试验来预测提取凤丹牡丹籽油的最佳提取条件的组合。以液料比、超声功率和超声时间为自变量，以凤丹牡丹籽油得率为响应值设计试验。试验因素和水平见表1。

表1 CCD设计试验因素水平

1.3 数据统计与分析

用Microsoft Office Excel 2010统计、计算试验数据，采用软件Design-Expert 7.0进行回归分析并作图。

2 结果与分析

2.1 响应面优化试验

根据表1的自变量编码水平，设计响应面试验共20个试验点，其中6个为中心点，在各个影响因素均为零水平的基础上重复6次试验，用来估计试验的误差，剩下的14个点为析因点，分析A液料比、B超声功率、C超声时间3个因素对凤丹牡丹籽油得率的影响。试验设计与结果见表2。

2.2 响应面模型建立与方差分析

2.2.1 凤丹牡丹籽油得率的响应面模型建立与方差分析

建立以A、B、C为自变量的关于籽油得率R的多元二次回归模型，对表2中20个响应值进行拟合，得到方程为：R=30.77-1.05A-0.27B-0.44C-0.063AB-0.055AC+0.10BC-2.14A2-2.02B2-2.43C2。

由表3可知，回归决定系数R2=0.853，说明有85.36%的响应面值符合此模型，试验因素影响较大，相关性高；精密度值为0.218，方程合理；变异系数CV为6.95%，数值较小，此方程具有较高的可靠性和稳定性。

表2 响应面试验设计与结果

表3 籽油得率回归方程可靠性分析

由表4失拟性p=0.279差异不显著，表明方程具有较高拟合度，试验误差小，该方程二次项中的A2、B2、C2均表现出极显著的差异（p＜0.01）。该模型具有应用意义，可用于试验分析。

表4 籽油得率回归方程系数显著性检验

2.2.2 凤丹牡丹籽油得率的响应面曲面图分析

凤丹牡丹籽油得率的响应面曲面图和等高线图见图1。响应面曲面图和等高线图用于2种因素交互作用的分析，是由每2种试验因素与响应值构成的曲面图，曲面图反映3个变量因素，其中1个变量取零水平时，另外2个因素对凤丹牡丹籽油得率的影响。曲面图坡度越陡，说明条件变化对牡丹籽油得率的影响越大；相反，影响越小。在同一条等高线上牡丹籽油的得率相同，在等高线的中心牡丹籽油得率最高，越靠近外围牡丹籽油得率越低。

根据响应曲面的特征，对图1所有曲面图进行分析。由图1（a）可知，液料比较高时，等高线相对密集，说明液料比较高时，超声功率对籽油得率有影响，增大超声功率可提高籽油得率。超声功率到达一定的值时，增大液料比对籽油得率的影响不大。由图1（b）可知，超声时间较长时，增大液料比对提高籽油得率有影响，超声时间达到一定值时，增大液料比，籽油得率也不会明显提高。由图1（c）可知，超声功率较高时，增大超声时间对提高籽油得率有影响，超声功率达到一定值时，增大超声时间，籽油得率不会明显提高。

图1 任意2个变量交互作用的响应曲面图

2.3 提取籽油最佳组合工艺的确定及验证

对建立的二次回归方程求极值，得到超声辅助提取凤丹牡丹籽油的理论最佳工艺为：液料比1∶9.74（mL/g），超声功率290 W，超声时间39.5 min。在此条件下，籽油的理论得率为30.855%。考虑实际操作方便，调整液料比10∶1（mL/g）、超声功率290 W、超声时间40 min，以此为最佳工艺条件进行3次平行试验进行验证，测量凤丹牡丹籽油得率。结果显示，在该工艺条件下，油用牡丹籽粒的提油得率为29.01%±0.23%，与预测值的相对误差为5.98%，证明响应面优化得到的工艺条件准确可靠，可用于凤丹牡丹籽油提取的预测说明。

3 结论

采用石油醚提取，超声辅助的方法提取凤丹牡丹籽油，进行响应面分析试验，通过响应面试验设计建立籽油得率的多元二次回归方程模型，通过对方程分析，优化出提取凤丹牡丹籽油的最佳工艺条件为：液料比10∶1（mL/g）、超声功率290 W、超声时间40 min，在最佳条件下，实际测得凤丹牡丹籽油得率为29.01%，达到回归模型理论值（30.855%）的94.02%，相对误差值是5.98%。说明响应面法优化建立的回归方程模型，科学可靠，可为实际生产提供参考价值。