超声波辅助提取杜氏盐藻油脂工艺研究

李秀霞 孙协军 韩鲁佳

超声波辅助提取杜氏盐藻油脂工艺研究

李秀霞1孙协军1韩鲁佳2

(渤海大学生物与食品科学学院1，锦州 121013)
(中国农业大学工学院2，北京 100083)

对杜氏盐藻油脂的超声波提取工艺进行了研究，采用响应面分析法分析了液固比、超声时间和超声温度对盐藻油脂得率的影响，并建立了相应的预测模型。方差分析的结果表明，液固比、超声温度和超声时间对油脂得率都有显著影响(P＜0．005)，液固比的二次方项(P＜0．005)和超声温度的二次方项(P＜0．01)对油脂得率有显著影响，并且超声温度和时间存在交互作用(P＜0．05)，考虑到提取效率、成本和可行性，利用约束复合形法对结果进行优化，得到的最佳工艺参数为:在选用丙酮为提取溶剂的条件下，液固比29∶1 mL/g、超声时间47 min、超声温度48℃。在最佳工艺参数下，盐藻油脂得率为16．03%，与预测结果相符。

盐藻 超声波辅助提取 油脂得率

杜氏盐藻(Dunaliella salina)俗称盐藻，是一种广泛分布于海洋和盐湖等盐度较高地区的绿藻，为单细胞的浮游植物，属于绿藻门、绿藻纲、团藻目、多毛藻科、杜氏藻属，是杜氏藻属中最具代表性的藻种［1］。盐藻脂肪含量较高，富含ω－3和ω－6多不饱和脂肪酸，不仅可作为植物油的替代品，还可作为生物柴油的原料油使用［2－4］。微藻油脂的提取方法主要有碾磨法、酸水解法、索氏抽提法和加热回流法等［5］，由于盐藻没有细胞壁，细胞外只有一层弹性膜［1］，所以超声波空化作用可起到很好的传质作用，加速油脂的提取效率。本试验的研究目的是采用超声波辅助提取的方法，通过单因素和正交试验对盐藻油脂的提取工艺进行优化。

1 材料与方法

1．1 材料

盐藻粉:大连丰源达饵料有限公司。

1．2 主要试剂和仪器

37种脂肪酸甲酯标品(30 mg/mL):美国Restek公司;三氟化硼乙醚溶液、丙酮、乙醚均为分析纯。

2014C气相色谱仪:岛津仪器苏州有限公司;HGT－300E氮、氢、空气发生器:北京汇龙公司;KQ－500DV型数控超声波清洗器:昆山超声仪器有限公司;DZKW－D型恒温水浴锅:河北黄骅市航天仪器厂;RE－52A型旋转蒸发仪:上海亚荣生化仪器厂;SHB－3循环水式多用真空泵:河南郑州长城仪器厂。

1．3 试验方法

1．3．1 超声波提取方法

准确称取盐藻粉样品1 g于100 mL具塞锥形瓶中，按试验要求加入一定的提取溶剂，超声处理一定时间后减压抽滤，旋转蒸发回收溶剂，然后将提取物放入105℃烘箱干燥至恒重，计算油脂得率。

1．3．2 色谱条件

色谱柱:Rt－2560，100 m ×0．25 mm ×0．2 μm;升温程序:初始温度 100℃，以 4℃/min升至240℃，保持35 min;入口压力135．5 kPa，载气氮气，总流量 28．1 mL/min，柱流量 0．49 mL/min，线速度11．9 mL/min，进样量1 μL，分流比50∶1，汽化室温度225℃，检测器温度250℃。

1．3．3 数据处理

试验数据采用Excel、SPSS及Matlab数学软件进行分析，以油脂得率为考查指标。

其中油脂得率按下式计算:

2 结果与分析

2．1 提取溶剂的选择

分别采用丙酮(超声温度50℃)、乙醚(超声温度30℃)、石油醚(沸程 60～90℃，超声温度50℃)、正己烷(超声温度50℃)、乙酸乙酯(超声温度50℃)和石油醚/乙醚(1∶1，V/V;超声温度50℃)为提取溶剂，在超声功率420 W和液固比5∶1(mL/g)条件下超声提取10 min，比较不同溶剂对得率的影响，结果见图1。

图1 不同溶剂对盐藻油脂得率的影响

由图1可知，丙酮作为提取溶剂的得率最高，乙酸乙酯的得率次之，正己烷的得率最低，综合考虑提取效率和成本因素，选择丙酮作为单因素和正交试验的提取溶剂。

2．2 单因素试验结果与分析

2．2．1 超声波功率的影响

精确称取1 g盐藻粉，固定超声温度30℃和液固比5∶1，在不同的超声波功率下超声提取10 min，比较不同超声波功率对盐藻油脂得率的影响，结果见图2。

图2 超声波功率对盐藻油脂得率的影响

由图2可知，超声波功率在360 W时，油脂得率达到峰值。超声波功率对油脂得率没有显著影响(P＞0．05)，这是因为只有很小一部分超声波能够传递到提取介质而发挥作用［6］。超声波功率提高，空化作用加强，同时水温升高加快，油脂从物料到溶剂中的渗透作用加强，油脂得率提高，但当超声波功率达到一定数值时，藻粉内外渗透压达到平衡，油脂的得率趋于稳定，因此，固定超声波功率为360 W。

2．2．2 超声温度的影响

精确称取1 g盐藻粉，选择液固比为5∶1，在不同超声温度下提取10 min，比较不同超声温度对油脂得率的影响，结果见图3。

图3 超声温度对盐藻油脂得率的影响

由图3可知，超声温度对盐藻油脂得率有显著影响(P＜0．05)，超声温度在35～50℃范围内的油脂得率显著高于20～30℃范围内的油脂得率(P＜0．05)，在20～40℃范围内，随着超声温度的升高，盐藻油脂得率也随之增大，在超声温度超过40℃后，溶剂的损失较大，油脂得率也不再相应增加，选择40℃作为合适的超声温度进行下一步试验。

2．2．3 超声时间的影响

精确称取1 g盐藻粉，选择液固比为5∶1进行超声提取试验，比较不同超声时间对油脂得率的影响，结果见图4。

图4 超声时间对盐藻油脂得率的影响

由图4可知，超声时间30 min时，油脂得率达到峰值。超声时间对盐藻油脂得率有显著影响，其中，超声时间5 min的油脂得率显著低于其他各组的油脂得率(P＜0．05)，选择30 min为合适的提取时间进行以下试验。

2．2．4 液固比的影响

精确称取1 g盐藻粉，在不同液固比下超声提取，比较不同液固比对油脂得率的影响，结果见图5。

图5 液固比对盐藻油脂得率的影响

由图5可知，随着液固比的增加，盐藻油脂得率有增加的趋势，当液固比达到20∶1时，油脂得率达到峰值，并显著高于液固比为5∶1时的油脂得率(P＜0．05)，取液固比20∶1进行以下试验。

2．2．5 提取次数的影响

提取次数对盐藻油脂得率的影响见图6，由图6可知，油脂得率随着提取次数的增加而增大，在提取2次以后，油脂得率随提取次数增加的趋势变缓，选择提取2次进行正交试验。

图6 提取次数对盐藻油脂得率的影响

2．3 正交试验

通过单因素试验，发现超声波功率和提取次数对盐藻油脂得率影响不大，因此固定功率为360 W，提取次数确定为2次，选取超声时间(X1)、超声温度(X2)和液固比(X3)进行3因素3水平的3次通用旋转组合试验，正交试验设计的因素和水平见表1，试验结果见表2。用Excel对试验结果进行回归分析，得到盐藻油脂得率的回归方程如下:Y=15．77+0．18X1+0．11X2+0．18X3－ 0．01X1X2－ 0．03X1X3+0．08X2X3－0．14X1X1－0．01X2X2－0．09X3X3。

表1 正交试验的水平及因素

表2 提取正交试验结果及分析

对回归方程做显著性检验与方差分析，结果见表3。从表3可知，回归方程的复相关指数R2=0．94，说明回归方程适合用于超声提取盐藻油脂的理论预测。对回归方程一次项和二次项系数的t检验结果见表4，由表4可知，除X1X2、X1X3和X2X2项不显著外，其他各项都有不同程度的显著性，剔除不显著项后的回归方程如下:Y=15．77+0．18X1+0．11X2+0．18X3+0．08X2X3－0．14X1X1－0．09X3X3。

表3 回归方程的方差分析

表4 回归系数的t检验结果

各因素对盐藻油脂油脂得率影响的主次顺序为:超声温度＞液固比＞超声时间。

2．3．1 交互作用分析

超声时间和超声温度间存在交互作用见图7，由图7可知，超声时间和超声温度对油脂得率均有较大影响，随着超声温度的增加，油脂得率逐渐增加;超声温度水平越高，油脂得率达到最大值所需的时间越短。随超声温度的增加，油脂得率先提高后降低，低温长时间可起到与高温短时间相同的作用。

图7 超声时间和超声温度对盐藻油脂得率的影响

2．3．2 最优提取工艺参数的优化

用约束复合形法对工艺参数进行优化，所得优化工艺为:液固比为29∶1、超声时间47 min、超声温度48℃，在此组合条件下盐藻油脂的油脂得率最高为16．20%。在优化工艺条件下超声提取盐藻油脂，油脂得率为16．03%，相对误差为1%，与预测结果相符。

2．4 盐藻油脂脂肪酸组成分析

对盐藻油脂的脂肪酸分析结果见图8，由图8可知，盐藻油脂主要含有棕榈酸、油酸、亚油酸和亚麻酸等。

图8 盐藻脂肪酸气相色谱图

3 结论

建立了超声提取盐藻油脂的数学模型，以油脂得率为响应值，各因素影响的主次顺序为:超声温度＞液固比＞超声时间。通过对提取过程工艺的研究，确定了超声波提取盐藻中油脂的最佳工艺参数为:液固比29∶1、超声时间47 min、超声温度48℃，该工艺的油脂得率为16．03%，与预测结果相符。盐藻油脂主要含有棕榈酸、油酸、亚油酸和亚麻酸等脂肪酸。

［1］Ettl H．Taxono mische Bemerkungen zuden phytononadina［J］．Nova Hedvigia，1983，35:731 －736

［2］王铭，刘然，徐宁，等．13种微藻的脂肪酸组成分析［J］．生态科学，2006，25(6):542 －544

［3］蒋霞敏，郑亦周．14种微藻总脂含量和脂肪酸组成研究［J］．水生生物学报，2003，27(3):243 －247

［4］王明清，迟晓元，秦松，等．海洋微藻总脂含量和脂肪酸组成的测定［J］．中国油脂，2008，33(11):67 －70

［5］Lee SJ，Yoon B D，Oh H M．Rapid method for the determination of lipid from the green alga Botryococcus braunii［J］．Biotechnol，1998，12(7):553 －556

［6］Hemwimol S，Pavasant P，Shotipruk A．Ultrasound － assisted extraction of anthraquinones from roots of Morinda citrifolia［J］．Ultrason Sonochem，2006，13:543 －548．

Optimization of Ultrasound Assisted Extraction Tech－nology of Oil from Dunaliella Salina

Li Xiuxia1Sun Xiejun1Han Lujia2
(College of Biology and Food Science，Bohai University1，Jinzhou 121013)
(College of engineering，China Agricultural University2，Beijing 100083)

Tech－nology for ultrasound assisted extraction of oil from Dunaliella salina was investigated．Response surface methodology was used to optimize some operating parameters on the effects of ultrasound assisted extraction of oil from Dunaliella salina on the extracting ratio of oil．Three independent variables tested were ratio of liquid to solid，ultrasonic time，and ultrasonic temperature．The T－test and p－value indicated that quadratic liquid－to－solid ratio(P ＜0．005)，and the three variables(P ＜0．005)，followed by the quadratic of ultrasonic temperature were important linear variables affecting the total oil extracting ratio(P ＜0．01)，and the interactive effect between ultrasonic temperature and ultrasonic time was also significant(P ＜0．05)．Considering the efficiency，the economic of materials and the feasibility of experiment，the technique parameters were optimized by the constrained complex method．The optimal conditions were obtained as follows:the ratio of liquid to solid，ultrasonic temperature，and ultrasonic time were 29∶1 mL/g，47 min，and 48 ℃ respectively．The highest total oil extracting ratio was predicted as 16．03%when Dunaliella salina powder was extracted under the optimal condition，which was consistent with the predicted value by RSM．

Dunaliella salina，ultrasound assisted extraction，oil extracting ratio

TS219

A

1003－0174(2011)10－0075－05

博士后科学基金(20090460422)

2010－11－28

李秀霞，女，1973年出生，副教授，博士，食品科学与工程

韩鲁佳，女，1964年出生，教授，博士生导师，生物质资源开发与利用