余甘子核仁油的微波辅助萃取工艺优化及脂肪酸组成分析

张雯雯1，张 弘1，郑 华1，李 坤1，冯 颖1,*，甘 瑾1，侯 彬1，李成强2

(1.中国林业科学研究院资源昆虫研究所，云南 昆明 650224；2.西南林业大学林学院，云南 昆明 650224)

摘 要：利用微波辅助提取余甘子核仁油，首先采用单因素试验对料液比、微波功率、微波时间进行考察，然后以油脂得率为响应值进行响应面优化，建立余甘子核仁油得率与各影响因素之间的数学模型。结果表明：余甘子核仁油的最佳提取工艺条件为料液比1:9.8(g/mL)、微波功率335W、微波时间12.3min，所得余甘子核仁油的得率为17.08%，提取级数为2级时油脂得率为18.76%。以气相色谱-质谱联用仪测定油脂的脂肪酸组成，检测结果表明，余甘子核仁油中不饱和脂肪酸占80.36%，其中亚麻酸占检出化合物的79.79%，此外还含有少量的棕榈油酸、11-二十碳烯酸(顺)以及8种饱和脂肪酸，且还检出了少量菜油甾醇、β-谷甾醇和VE，从余甘子核仁油的脂肪酸组成上来看，其营养价值较高。

关键词：微波萃取；余甘子；气相色谱-质谱联用；脂肪酸

Microwave-Assisted Extraction and Fatty Acid Composition Analysis of Oil from Phyllanthus emblica L. Seeds

ZHANG Wen-wen1，ZHANG Hong1，ZHENG Hua1，LI Kun1，FENG Ying1,*，GAN Jin1，HOU Bin1，LI Cheng-qiang2

(1. Research Institute of Resources Insects, Chinese Academy of Forestry, Kunming 650224, China；

2. College of Forestry, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China)

Abstract：The microwave-assisted extraction of seed oil from Phyllanthus emblica L. was optimized employing response surface methodology. A mathematical model indicating the effect of solid/solvent ratio, microwave power and extraction duration on oil yield was established. The optimal extraction conditions were found to be 1:9.8 (g/mL) of solid/solvent ratio, 335 W and 12.3 min. Under the optimized conditions, the yield of seed oil from Phyllanthus emblica L. was 17.08% and increased to 18.76% when the extraction process was repeated once again. GC-MS analysis indicated that the major fatty acids in the oil were unsaturated fatty acids, together accounting for 80.36% of the total lipids. Linolenic acid accounted for 79.79% of all the identified compounds. A small amount of palmitoleic acid, cis-11-eicosenoic acid and 8 kinds of saturated fatty acids were also detected. Furthermore a small amount of campesterol, β-sitosterol and vitamin E were also detected. The fatty acid composition showed the high nutritional value of the oil from Phyllanthus emblica L. seeds.

Key words：microwave-assisted extraction；Phyllanthus emblica L.；gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)；fatty acid

中图分类号：TS225.1；TQ646 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2013)20-0013-06

doi:10.7506/spkx1002-6630-201320003

余甘子(Phyllanthus emblica L.)为大戟科叶下珠属植物，在我国主要分布在云南、贵州、广东、广西等省区[1]。其果实又被称为滇橄榄、油甘、喉甘子、望果等，鲜食酸甜酥脆，因初食酸涩回味甘甜而得名，在云南等地一直作为人们喜食的水果之一，且研究发现，余甘子果实中含有丰富的营养成分，如蛋白质、VB1、VB2、VC以及微量元素K、Zn、Mn[2-4]。目前国内以余甘子为原料开发的产品主要有余甘子果粉、含片、饮料、果脯等[5-9]。此外，余甘子还是藏族的习用药材，具有抗氧化、防肿瘤、降血糖等多种保健作用[10-11]，已经被载入《中华人民共和国药典》[12]，并在1998年被卫生部列入“既是食品又是药品”的名单[13]。长期以来，余甘子核仁在加工生产中多被废弃，既降低了资源的利用率，也加重了环境压力。目前对余甘子核仁及其中富含的天然油脂——核仁油的研究并不多，而微波辅助提取技术被比较广泛地用于油脂提取[14-16]，为了更全面地研究余甘子核仁油的萃取工艺，本实验将微波物理场加热的高效和强选择性[17]应用到余甘子核仁油的提取工艺中，并采用气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)技术对油脂的组成进行分析测定，以期对余甘子核仁油作为食用油脂的营养价值进行评价和展望，为余甘子核仁进一步研究和开发保健型食用油提供参考依据，也为余甘子的综合开发利用提供新的思路和方法。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

余甘子核仁 昆明酷特利生物科技有限公司。

石油醚(60～90℃，分析纯) 广东光华科技股份有限公司。

HR83水分测定仪、AB204-S电子天平 瑞士梅特勒-托利多有限公司；116中药粉碎机 浙江瑞安市永历制药机械有限公司；XO-SM50超声波微波组合反应系统 南京先欧仪器制造有限公司；N-1000V-W旋转蒸发仪、VOS-300VD真空干燥箱 日本东京理化器械株式会社； HG101-2A电热鼓风干燥箱 南京实验仪器厂；ITQ900气相色谱-质谱联用仪 赛默飞世尔科技(中国)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 原料的制备

取余甘子核仁粉碎后过20目筛。

1.2.2 含水率的测定

参照GB 5497—1985《粮食、油料检验水分测定法》进行。

1.2.3 油脂得率的计算

参照GB/T 14488.1—2008《植物油料含油量测定》中的方法进行。

1.2.4 微波萃取的单因素试验

1.2.4.1 料液比的确定

分别称取粉碎后余甘子核仁20g，以石油醚为溶剂，在微波功率100W、提取时间10min条件下，将料液比分别设为1:2、1:4、1:6、1:8、1:10、1:12、1:14(g/mL)，微波结束后将提取液减压浓缩，待溶剂蒸干后称量油脂的质量，选定最佳料液比。

1.2.4.2 微波功率的确定

分别称取粉碎后余甘子核仁20g，在选定的最佳料液比条件下加入提取溶剂石油醚，将微波功率分别设为100、200、300、400、500、600、700W，提取10min，微波结束后将提取液减压浓缩，待溶剂蒸干后称量得到油脂的质量，选定最佳微波功率。

1.2.4.3 微波时间的确定

分别称取粉碎后余甘子核仁20g，加入石油醚，在选定的最佳料液比和微波功率条件下，将提取时间分别设为2、4、6、8、10、12、14min，微波结束后将提取液减压浓缩，待溶剂蒸干后称量得到油脂的质量，选定最佳微波时间。

1.2.5 响应面优化试验

根据单因素试验结果，以料液比、微波功率、微波时间为响应变量，根据萃取得到的油脂的质量计算微波萃取余甘子核仁油的得率，以油脂得率为响应值使用Minitab 15.0软件，按Box-Behnken复合原理进行试验设计，试验因素水平见表1。根据结果进行优化分析，得到最优条件。

表 1 响应面试验因素水平表

Table 1 Factors and levels used in response surface analysis

1.2.6 提取级数的确定

称取粉碎后的余甘子核仁20g，以优化后的的最佳工艺条件进行提取，共提取n次，将每次的油脂进行称重，计算每次的油脂得率，将n次提取的油脂得率总和视为1，最佳提取级数的确定以累计油脂得率不小于总和的95%为准[18-19]。

1.2.7 油脂脂肪酸的组成分析

1.2.7.1 油脂的甲酯化

余甘子核仁油采用氢氧化钠-甲醇法进行甲酯化处理，称取0.5g样品于具塞试管中，加入5mL石油醚-苯(1:1，V/V)溶液溶解，再加入0.2mol/L的氢氧化钠-甲醇溶液后水浴30min，冷却后加入饱和NaCl溶液，静置后分层，取上清液加少量无水硫酸钠后备用[20]。

1.2.7.2 气相色谱-质谱联用分析

气相色谱条件：色谱柱：30m×0.25mm，0.25μm；载气：He，1.0mL/min；分流比：30:1；进样器温度：250℃；进样量：1μL；升温程序：起始温度100℃，保持3min，以10℃/min的速率升至200℃，保持3min，再以5℃/min的速率升至240℃，保持3min，最后以5℃/min的速率升至270℃，保持10min。

质谱条件：离子源温度230℃；接口温度250℃；每次扫描时间0.2s，恢复时间0.1s；质量扫描范围m/z 50～650。

通过GC-MS分析得到样品的总离子流图及各峰的质谱图，经过谱库检索和分析得出样品中的组分。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 料液比的确定

图 1 料液比对油脂得率的影响

Fig.1 Effect of solid/solvent ratio on the extraction yield of oil

由图1可以看出，随着提取溶剂用量的增大，余甘子核仁油的得率逐渐增加，且最初增加相对明显，在料液比小于1:8后增加量明显趋缓，综合考虑成本及操作简便等因素，选定料液比为1:8作为优化试验中心点。

2.1.2 微波功率的确定

图 2 微波功率对油脂得率的影响

Fig.2 Effect of microwave power on the extraction yield of oil

由图2可知，在确定的最佳料液比1:8(g/mL) 条件下，最初随着微波功率的增大，油脂的得率有所提高，功率超过300W后油脂的得率明显下降。这可能与微波的作用原理有关，当微波功率小于300W时，微波的迅速加热和高效热传导作用使得物料中的油脂迅速扩散到萃取溶剂石油醚中并达到平衡，但当微波功率大于300W时，这种迅速的加热已经达到萃取溶剂的沸点，温度不再升高，因此功率的增大带来的得率的增加作用也随之迅速减弱；但随着微波功率的增大，溶剂温度虽不再上升但物料中油脂等物质的振荡却随之急剧增强，物料局部温度亦急剧升高，油脂的氧化与分解作用迅速增强，因此随着功率的不断升高，油脂的得率反而迅速下降，损失率迅速增加。因此，选择300W作为优化试验的中心点较好。

2.1.3 微波时间的确定

由图3可以看出，随着提取时间的延长油脂的得率随之增大，但超过10min后油脂得率增长缓慢，这主要是因为10min后物料细胞中的油脂与提取溶剂石油醚中的油脂基本达到了相平衡，所以综合考虑成本和能量消耗，也为了避免长时间加热对物料造成的氧化与分解等影响，提取时间取12min。

图 3 提取时间对油脂得率的影响

Fig.3 Effect of extraction duration on the extraction yield of oil

2.2 响应面优化试验

2.2.1 响应面试验设计及结果

响应面试验的设计及结果如表2所示。

表 2 Box-Behnken试验设计及结果

Table 2 Box-Behnken experimental design and results

以料液比、微波功率、微波时间为响应变量，以油脂得率(Y)为响应值，进行非线性回归的二次多项式拟合，所得到的方程为：

Y=17.1833＋0.3125A＋0.0737B＋0.2337C－0.1804A2－0.2179B2－0.3179C2＋0.1AB－0.1AC－0.0875BC

由表3可以看出，模型的一次项中料液比和微波时间对余甘子核仁油得率均有显著影响，且二者的影响程度均达到极显著的水平(P＜0.01)。二次项微波功率B2、微波时间C2影响显著，交互影响均不显著。由此可知，各影响因素对油脂得率的影响不是简单的线性关系。进一步对该回归模型进行显著性检验，相应数据的方差分析结果见表4，回归项P＝0.014＜0.05，二次多项式模型显著，回归决定系数R2=93.99%，失拟项P=0.039＜0.05显著，说明拟合方程需要调整，其调整决定系数R2Adj=83.16%，说明该模型能较好的反应余甘子核仁油得率与各因素之间的关系，可用此模型来分析和预测微波辅助提取余甘子核仁油的得率。

表 3 回归方程系数的显著性检验表

Table 3 Significance testing of each coefficient in the fitted regression equation

注：*.影响显著，P＜0.05。

表 4 方差分析表

Table 4 Analysis of variance for the regression equation

2.2.2 响应曲面分析与优化

a.微波功率和微波时间

b.微波时间和料液比

c.微波功率和料液比

图 4 任意两因素交互作用对油脂得率影响的响应面和等高线图

Fig.4 Response surface and contour plots for the interactive effects of various process conditions on the extraction yield of oil

图4的3组图直观地反映了各个因素对响应值的影响。本实验的主要目的在于优化微波辅助提取油脂的条件，并在较短时间内最大程度地提高油脂得率，通过在Minitab 15.0软件中以油脂的得率为响应值进行优化，可以得到微波辅助萃取余甘子核仁油工艺的最佳条件为料液比1:9.8、微波功率335W、微波时间12.3min，在此条件下余甘子核仁油得率为17.36%。

2.3 验证实验

在确定的最佳工艺条件下，即料液比1:9.8、微波功率335W、微波时间12.3min、所得余甘子核仁油的得率为17.08%，试验值与理论值相对误差为1.63%，小于5%，达到了预期目标值，说明此最佳条件可行。

2.4 余甘子核仁油的提取级数

油脂由物料进入提取溶剂是一种传质过程，大多数系统的相平衡比和分离因子都不大，一次接触平衡所能达到的分离效果很有限，所以有必要采取多级操作来提高分离效果，由图5可以看出，本实验的提取级数为2时，前2次累计油脂得率就已经占余甘子核仁中油脂总和(将5次提取的油脂得率总和视为1)的97.20%，综合考虑时间、成本及操作简便等因素后确定该油脂的提取级数为2级较好。

图 5 余甘子核仁油的提取级数

Fig.5 Effect of repeated extraction cycles on the extraction yield of oil

2.5 油脂脂肪酸的组成

余甘子核仁油甲酯化后的挥发物总离子流图如图6所示，经GC-MS分析鉴定后的成分检测结果见表5。

图 6 余甘子核仁油中脂肪酸甲酯的总离子流色谱图

Fig.6 TIC of fatty acid methyl esters in the oil from

Phyllanthus emblica L. seeds

由表5可知，余甘子核仁油中共检测出14种化合物，占检出化合物的99.86%。余甘子核仁油中不饱和脂肪酸占80.36%，其中含量最高的亚麻酸为人体必需脂肪酸，占检出化合物的79.79%，此外还含有少量的棕榈油酸及11-二十碳烯酸(顺)。研究发现不饱和脂肪酸对人体健康有很大益处，能抑制胆固醇的吸收和促进分解，对防治心血管疾病有利[21]。余甘子核仁油中饱和脂肪酸有8种，含量较高的为棕榈酸和硬脂酸，分别占检出化合物的8.7%和8.13%，其余几种饱和脂肪酸的含量均小于0.5%，检出了少量十七烷酸。天然植物甾醇种类繁多，主要为菜籽甾醇、菜油甾醇、豆甾醇以及β-谷甾醇4种，在余甘子核仁油中检测到菜油甾醇和β-谷甾醇两种植物甾醇，研究发现植物甾醇和甾烷醇对于降低血液胆固醇含量、减轻心血管疾病的发生有显著意义，是一种有实际功效的保健食品成分[22]。此外，该油脂中还检出了少量的VE，可见该油脂有很高的应用价值和开发前景。

表 5 余甘子核仁油中脂肪酸组成及相对含量

Table 5 Compositions and relative contents of fatty acids in the oil from Phyllanthus emblica L. seeds

注：表中甲酯的分子式和中文名称均用对应的脂肪酸表示。

3 结 论

建立了微波辅助萃取条件下，余甘子核仁油得率与各影响因素之间的数学模型，得出了最佳工艺条件为料液比1:9.8、微波功率335W、微波时间12.3min，在该条件下余甘子核仁油的得率可达17.08%，当提取级数为2级时，油脂得率为18.76%，占余甘子核仁中油脂总含量的97.20%。

GC-MS测试结果发现，余甘子核仁油中不饱和脂肪酸占80.36%，主要成分亚麻酸占检出化合物的79.79%，此外还含有少量的棕榈油酸、11-二十碳烯酸。饱和脂肪酸有8种，在余甘子核仁油中还检出了少量菜油甾醇、β-谷甾醇和VE，可见余甘子核仁油具有较高的营养价值。

参考文献：

[1] 潘颉, 钟秋平, 赵新河. 余甘子功能性成分研究和多酚的提取[J]. 食品工业科技, 2009, 30(8): 234-235; 318.

[2] 吴少雄, 周玲仙. 余甘果的营养成分研究[J]. 昆明医学院学报, 1995, 16(2): 27-28.

[3] 张俊巍, 任永全, 何平. 余甘子微量元素含量及功效研究[J]. 微量元素与健康研究, 1996, 13(1): 32-35.

[4] 赖志勇, 戴宏芬, 肖继强, 等. 4种余甘子功能成分的分析[J]. 华中农业大学学报, 2009, 28(1): 97-101.

[5] 陈晓燕, 张敏. 余甘子(橄榄)果粉制作工艺研究[J]. 食品科技, 2002(11): 56-58; 60.

[6] 张敏. 余甘果酒酿制工艺的研究[J]. 食品科学, 2002, 23(10): 65-68.

[7] 唐莉英, 郑华, 张弘. 余甘子加工技术研究概况[J]. 天然产物研究与开发, 2009(21): 581-585.

[8] 许淼清, 谢进金. 余甘子含片的生产工艺研究[J]. 林产化工通讯, 2005, 39(3): 33-36.

[9] 赵苹, 刘凤书. 余甘子营养成分及果脯加工的研究[J]. 食品工业科技, 1997(4): 71-72.

[10] 王辉. 余甘子的化学成分和药理作用研究进展[J]. 中国现代中药, 2011, 13(11): 52-56.

[11] ZHENG Hua, ZHANG Hong, GAN Jin, et al. Technique of spray-drying on Phyllanthus emblica L. and anti-oxidation of the product[J]. Advanced Materials Research, 2012, 524/527: 2321-2324.

[12] 中华人民共和国卫生部药典委员会. 中华人民共和国药典[M]. 北京: 化学工业出版社, 2010: 167.

[13] 赵谋明, 刘晓丽. 余甘子的保健功能及其作为食品资源的潜力[J]. 食品科学, 2005, 26(增刊1): 98-101.

[14] 李凤霞, 陈妍. 微波辅助萃取米糠油的工艺优化[J]. 中国油脂, 2012, 37(7): 13-15.

[15] 张佰清, 李龙杰, 张艳艳. 响应面法优化微波辅助提取树莓籽油工艺[J]. 食品科学, 2011, 32(4): 92-96.

[16] 毛婷, 董静, 龚丽. 响应曲面法优化微波辅助萃取橙皮精油的工艺研究[J]. 现代食品科技, 2011, 27(1): 84-86.

[17] 吴龙琴, 李克. 微波萃取原理及其在中草药有效成分提取中的应用[J]. 中国药业, 2012, 21(12): 110-112.

[18] 李坤, 张弘, 郑华, 等. 超声波强化水洗改性紫胶的工艺研究[J]. 食品科学, 2011, 32(18): 102-107.

[19] 罗堾子, 孔永强, 张弘, 等. 响应面分析法优化超声波提取密蒙花黄色素工艺研究[J]. 食品科学, 2010, 31(22): 352-356.

[20] 何志勇, 夏文水. 两种不同橄榄核仁油中脂肪酸组成的GC/MS分析[J]. 食品科学, 2006, 27(3): 188-190.

[21] 张永康, 蒋剑波, 陈莉华, 等. 猕猴桃果仁油脂肪酸的测定及其利用[J]. 吉首大学学报: 自然科学版, 2001, 22(4): 37-38; 82.

[22] 文镜, 樊蓉. 植物甾醇和植物甾烷醇降胆固醇的功效和安全性[J]. 食品科学, 2005, 26(8): 437-442.