连文绮，冯雅蓉，樊 迎

（晋中信息学院，山西 晋中 030800）

百香果籽的营养成分十分丰富，是十分优质的榨油原料，含有较高的脂肪酸、膳食纤维、碳水化合物维生素，以及蛋白质、钙、磷、铁、灰分等含量较低的营养物质[1-3]。据统计调查，在我国每年约有4 300 t 果籽被零散丢弃或和其他农作物一起添加至饲料中被家禽食用，致使百香果籽不仅未得到充分的利用，造成资源的极大浪费，还产生了许多不良的环境问题[4-5]。

现阶段，我国大部分企业还是以物理压榨及化学压榨为主要油脂提取方式。物理压榨是靠机械力将油脂分离出来，无添加、无污染、不破坏成分，但其出油率较低，且植物中残油较多，同时对原料的含油量有一定的要求[6]。用化学方式提取油脂，出油率比物理压榨高，但需经过多道化学处理，且易有溶剂残留，油脂中的部分天然物质被破坏，无法保持植物原有的风味[7]。

近些年新出现的超声波辅助溶剂法是一种利用超声预处理配合以表面活性剂作为溶剂来提取植物油脂的方法，通过使用超声波机械，对液体介质进行振动，从而产生空穴效应来强化萃取效果。该方法不仅提高了生产安全度、减少环境污染，还较好地提高了油脂提取率，具有绿色、环保、高效的显著优势[8-10]。并且，超声波辅助溶剂法和传统工艺相比，其技术设备更加安全、操作简单，也使其出油率大大提升，降低了高温对油脂的损害，也使提取后的油脂所含的营养素含量更高、更易于之后的油脂精炼[11-15]。此外，刘松奇等人[16]研究了水酶法萃取百香果籽油的工艺，说明了水酶法和超声辅助萃取法一样具有出油率高、操作条件温和的优点，但也有学者认为水酶法成本高、时间长，工业化生产难度大[17]，且会降低油中维A、维E 的含量。

因此，试验通过单因素设计Box-behnken 模型，利用响应面法分析超声辅助萃取百香果籽油的工艺条件，以期评价百香果籽油的抗氧化作用能力，并为相关行业和相关研究提供出一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：百香果籽、花生油，均为市售。

试剂：无水乙醇（分析纯）、Tris-HCl 缓冲液（分析纯，pH 值8.4）、蒸馏水（分析纯）。

1.2 仪器设备

BSA334S 型电子天平，杭州万特衡器有限公司产品；DGG-9070A 型电热鼓风干燥箱、MP-501A 型数显恒温水浴箱，上海一恒仪器公司产品；DSSONIC-D500 型超声波清洗器，，无锡鼎实电子科技有限公司产品；RE-2000A 型旋转蒸发仪，上海霓玥仪器有限公司产品；GC112N 型气相色谱仪，上海仪器分析仪器有限公司产品；30B-X 型万能粉碎机，江阴瑞利和机械制造有限公司产品；UV-1600 T6 型紫外可见分光光度计，上海精密科学有限公司产品。

1.3 工艺流程

百香果籽→清理除杂→清洗干燥（50 ℃）→粉碎（80～200 目）→加无水乙醇混合→调节超声功率、调节超声温度、调节超声时间→高速离心→吸取上层油层→烘干去除残留溶剂→计算油脂提取率[18]。

式中：W——籽油提取率，%；

m——被提取籽油的总质量，g；

M——百香果籽粉的总质量，g。

1.4 试验方法

1.4.1 单因素试验

（1）测定料液比的最优范围。准确称取10 g 百香果籽粉，等量分成5 份置于试管中，加入无水乙醇，配比出1∶4，1∶8，1∶12，1∶16，1∶20 的料液比，并放入设定为160 W 的超声波清洗器中，在40 ℃的条件下反应30 min 提取油脂，以提取率为指标筛选提取最优的料液比。

（2）测定超声功率的最优范围。准确称取10 g果籽粉，等量分成5 份置于试管中，加入无水乙醇，将料液比配制为1∶16，将超声波清洗器分别调节功率至120，140，160，180，200 W，在40 ℃的条件下反应30min 提取油脂，以提取率为指标筛选提取最优的超声功率。

（3）测定超声时间的最优范围。准确称取10 g果籽粉，等量分成5 份置于试管中，加入无水乙醇，将料液比配制为1∶16，并放入设定为160 W 的超声波清洗器中，在40 ℃的条件下分别反应10，20，30，40，50 min 提取油脂，以提取率为指标筛选提取最优的超声时间。

（4）测定超声温度的最优范围。准确称取10 g果籽粉，等量分成5 份置于试管中，加入无水乙醇，将料液比配制为1∶16，并放入设定为160 W 的超声波清洗器中，分别以30，35，40，45，50 ℃的温度条件下进行反应30 min 提取油脂，以提取率为指标筛选提取最优的超声温度。

1.4.2 响应面设计

根据单因素试验结果，以百香果籽油提取率为指标，以超声萃取因素料液比、超声功率、超声时间、超声温度为因素，设计Box-behnken 试验。

响应面因素与水平设计见表1。

表1 响应面因素与水平设计

1.4.3 数据处理

所有数据采用Excel 和Design expert 软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 单因素结果分析

料液比对百香果籽油提取率的影响见图1，超声功率对果籽油提取的影响见图2，超声时间对百香果籽油提取率的影响见图3，超声温度对百香果籽油提取率的影响见图4。

图1 料液比对百香果籽油提取率的影响

图2 超声功率对百香果籽油提取率的影响

图3 超声时间对百香果籽油提取率的影响

图4 超声温度对百香果籽油提取率的影响

由图1 可看出，随着料液比的增加，提取率逐渐增大，这是由于料液比增加后使固相和液相之间的浓度差变大，进而浸出组分的驱动力逐渐加强，有利于百香果籽中的油脂从固相扩散至液相，以达到释放效果。当料液比达到1∶16（g∶mL）时，提取率呈现平缓趋势，与1∶20（g∶mL）料液比时的油脂提取率差异不显著，这是由于在此条件下，果籽油已经得到充分提取，再增加溶剂，不仅无法大幅提高籽油提取率，还会浪费溶剂，加大回收困难[19]。因此，选择适宜的料液比为1∶16（g∶mL）。

由图2 可看出，油脂提取率在160 W 时达到最大值22.5%。在120～160 W 时提油率呈现出先增加后减少的趋势，这是由于超声波的功率值越大，对果实种子的空化侵蚀越明显，其作用和机械作用也就越明显，粒子间的运动速度也就越快，一方面有利地促进了细胞壁的破碎；另一方面也增加了油脂分子和溶剂间碰撞的可能性，提高了油脂提取率。当超声波的功率大于160 W 时，提取率呈现出明显的降低，这是由于当超过最优功率时，溶液中产生出的气泡量增多，阻止超声波在液体中进行扩散，导致空化作用强度降低，从而削弱了对籽油的浸提效果[20]。

由图3 可看出，在10～30 min 时，随着时间的延长，提取率也在加大，并在30 min 时达到最高，30 min 后趋于平缓状态，这是由于在溶剂的作用下，油脂持续渗透出来，溶剂和百香果果籽中脂肪的浓度差异不断减小，并在30 min 时达到动态平衡。超过30 min 后，由于提取油脂的溶剂逐渐损耗挥发，导致其夹带作用能力下降，使得百香果籽油的提取率有轻微下降趋势。

由图4 可看出，提取率为40 ℃时达到最高值21%，持续增温便有所下降。当溶液处在低温状态时，溶液中的溶剂分子和油脂分子的运动速度较慢，导致试验反应进行得不彻底。持续升高温度，溶液中的溶剂分子和油脂分子的运动速度也逐渐加快，传质阻力减小，显著提高了出油率。当溶液的温度超过最适超声温度时，提取率数值下降，降低的原因有：①萃取溶剂的蒸发量随时间的延长而增加，导致料液比降低；②表面饱和蒸气压的加强对超声波的空化作用产生了抑制效果；③表面张力变小，抑制了油脂的浸出。

2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 响应面试验设计及结果

试验以百香果籽油提取率为响应值，以料液比、超声功率、超声时间、超声温度为因素进行Boxbehnken 试验。

Box-behnken 试验设计及结果见表2，方差分析结果见表3。

表2 Box-behnken 试验设计及结果

2.2.2 回归模型方程及方差分析结果

应用Design Expert V 8.0.6 软件对表2 中的百香果籽油提取率结果进行回归拟合统计分析，得到百香果籽油提取率方程：

由表3 可看出，模型的p＜0.000 1，表明模型显著，失拟项p＞0.05，差异不显著，表明回归方程拟合度良好，用该模型分析预测百香果籽油的萃取率结果真实可靠。模型R2Adj=0.995 1，表明此模型可解释99.51%百香果籽油提取率的变化，且R2与R2Adj相差不大，说明该模型拟合程度高，误差小[21]。

此外，A、B、C、D、AB、AC、A2、B2、C2、D2对籽油提取率差异影响极显著（p＜0.01）；AD、BC对籽油提取率差异影响显著（p＜0.05），BD、CD交互项对籽油提取率差异影响不显著（p＞0.05）。4 个因素对籽油提取率影响程度的大小为超声温度（D）＞料液比（A）＞超声功率（B）＞超声时间（C）。

2.2.3 响应面试验中交互项作用分析

交互项对百香果籽油提取率影响的响应面图见图5。

图5 交互项对百香果籽油提取率影响的响应面图

比较6 个曲面图可以看出，超声温度的曲线最陡峭，说明其对百香果籽油的提取率影响最显著；比较6 个等高线图发现，AB、AC、BC等高线图密集且呈椭圆，AD等高线比起AB、AC、BC稀疏，BD、CD等高线比AD稀疏且未呈椭圆，说明AB、AC、BC交互作用对籽油提取率影响大于AD，AD交互作用对籽油提取率影响大于BD、CD，且BD、CD这2 组交互作用不显著，这与表4 方差分析结果相一致。

2.2.4 工艺优化条件验证

通过对模型方程求导，得到方程的最优解即百香果籽油的预测提取率的最大值为26.26%，此时的最优工艺条件为料液比1∶15.5（g∶mL），超声功率162.5 W，超声时间30.6 min，超声温度45 ℃。但考虑到实际操作的方便可行性，把最佳工艺条件最终调整为料液比1∶15（g∶mL），超声功率162 W，超声时间30 min，超声温度45 ℃。且3 次平行试验验证得到百香果籽油的提取率为26.28%±0.12%，试验结果表明此提取工艺实测值与预测值相近，具有一定的实际应用价值。

3 结论

建立了百香果籽油超声萃取的Box-behnken 模型，同时通过响应面分析并结合实际操作条件，确定了萃取最佳工艺参数为料液比1∶15（g∶mL），超声功率162 W，超声时间30 min，超声温度45 ℃。研究结果说明了超声萃取是一种出油率较高的榨油技术，可为百香果籽资源的开发利用提供工艺方面的技术支持。但未对萃取籽油的成分进行分析，今后，可利用色谱质谱联用技术对其成分分析，同时确定其抗氧化成分和机理。