全 文 ： 2012, Vol. 33, No. 04 食品科学 ※工艺技术26
响应曲面法优化超声辅助提取黑莓种子油工艺
崔恩惠，方 亮，吴文龙 *，李维林
(江苏省中国科学院植物研究所，江苏 南京 210014)
摘 要：为了提高黑莓种子油的出油率和品质，根据单因素试验结果，通过响应曲面法优化超声提取黑莓种子油
工艺，建立响应值即出油率与提取温度、提取时间、超声功率和正己烷溶液料液比的模型。得出最佳工艺参数为
提取温度 42.82℃、提取时间 12.20min、超声功率 53.19W、正己烷溶液料液比 1:2.23，响应值为 12.6%，验证实
验的响应值为 12.5%。
关键词：响应曲面；超声提取；黑莓种子油
Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction of Blackberry Seed Oil by Response Surface Methodology
CUI En-hui，FANG Liang，WU Wen-long*，LI Wei-lin
(Institute of Botany, Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210014, China)
Abstract：In order to improve oil yield and quality, response surface methodology was employed to optimize the ultrasonic-
assisted extraction of blackberry seed oil. A mathematical model was constructed describing oil yield as a function of temperature,
extraction time, ultrasonic power and liquid (hexane)/material ratio. The optimal extraction conditions were obtained as follows:
extraction temperature 42.82 ℃, extraction time 12.20 min, ultrasonic power 53.19 W, and ratio of solid to liquid 1:2.23. Under
these conditions, the predicted oil yield was 12.6%, and the experimental value 12.5%.
Key words：response surface methodology (RSM)；ultrasonic-assisted extraction；blackberry seed oil
中图分类号：TS222.1 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2012)04-0026-05
收稿日期：2011-01-17
基金项目：江苏省基础研究计划(自然科学基金)重点项目(BK2010069)；
江苏省产学研前瞻性联合研究项目(BY2011164；BY2011198)；
江苏省科技基础设施建设计划项目(BM2009041；BM2010458)
作者简介：崔恩惠(1984—)，男，硕士研究生，主要从事果品加工技术研究。E-mail：cen927@yahoo.com.cn
*通信作者：吴文龙(1964—)，男，研究员，主要从事黑莓等浆果的引种栽培与加工利用研究。E-mail：1964wwl@163.com
黑莓(Blackberry)为蔷薇科悬钩子属浆果，果实营养
丰富，富含糖、果酸及多种维生素，有防衰老和提高
人体免疫力等功效，尤其是过氧化物歧化酶含量为水果
之最，被称为“第三代水果”。目前，我国已有 1 0
多个省份有黑莓种植，其中仅南京市溧水县种植面积就
达 3000hm2以上，产量 20000多吨。黑莓加工产业也随
之兴起，黑莓果汁、果酱等产品逐渐进入市场。
黑莓浆果在加工利用的同时，产生了大量的果渣，
如果不及时处理将严重影响人们的日常生活。黑莓果渣
中主要是黑莓种子，其种子油脂含量达到 12%～15%，
其油脂的脂肪酸组分中 90%以上为不饱和脂肪酸，亚油
酸含量达到 60%～70%，另外油酸和亚麻酸也各含有
10%左右。黑莓种子油中还含有丰富的天然维生素 E，
高达 159～615mg/kg[1]。VE是一种脂溶性维生素，又称
生育酚，是最主要的抗氧化剂之一。因此，黑莓果渣
中的油脂具有较高的利用价值，是一种重要的营养保健
油脂资源。
目前，在油脂工业中植物油脂的提取方法普遍采用
压榨法、提取法或先压榨后提取相结合的方法，但都
存在提油速度慢、出油率低、耗时长、溶剂耗量大等
缺点。与传统的油脂提取方法相比，超声提取能够加
速浸提物从原料向溶剂的扩散速率，提高提取效率、缩
短提取时间、降低提取温度。可以减少油脂中抗氧化
物质破坏，使油脂具有较高的生物活性[ 2 -8 ]。本实验借
助超声的机械破碎与空化作用，对黑莓种子中的这部分
油脂的提取进行研究，以期为工业化生产黑莓种子油提
供参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
赫尔(Hull)品种黑莓的果渣 南京新得力食品有限
公司。
27※工艺技术 食品科学 2012, Vol. 33, No. 04
KQ-100DE型数控超声波清洗器 昆山超声仪器有限
公司；SHZ-Ⅲ型循环水式多用真空泵、RE-52AA旋转
蒸发器 上海雅荣生化设备仪器有限公司；EX-200A型
电子分析天平 慈溪市天东衡器厂；GZX-9076MBE数
显鼓风干燥箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂；
FW315型中草药粉碎机 天津泰斯特仪器有限公司。
1.2 方法
黑莓果渣经大量清水冲洗，去除果肉和其他杂物，
得到干净的种子，放入烘箱中在 60℃恒温下烘 3h，用
中草药粉碎机粉碎，过 6 0目筛，得到黑莓种子粉。
超声提取：称取 5g黑莓种子粉，加入萃取剂正己
烷，一起放入超声清洗器中提取。过滤提取液得到澄
清的溶液，减压条件下除去正己烷，待接受瓶内正己
烷剩 1～2mL时，水浴蒸干，再在 100～105℃温度干燥
2h，取出放干燥器内冷却称量，并重复操作至质量恒
定，由种子粉质量损失计算出油率[ 3 - 8 ]。
1.3 单因素试验
本研究采用单因素试验对提取温度、超声提取时
间、超声功率(超声仪器总功率为 100W，以总功率的
百分比记)、以及油脂提取料液比 4 个提取条件进行研
究，提取温度设为 30、40、50、60、70℃五个水平，
超声时间设为 10、20、30、40、50min五个水平，超
声功率(超声仪器总功率为 100W，以总功率的百分比记)
设为 30%、40%、50%、60%、70%五个水平，料液
比设为 1:1、1:2、1:3、1:4、1:5(g/mL)五个水平，每
个处理重复 3 次，取平均值。
1.4 响应曲面试验
应用Design expert 7.0 Trial设计软件，对四因素三
水平的响应曲面试验进行设计，以出油率为响应值进行
分析[ 9 - 1 5 ]。在单因素试验基础上，确定因素与水平。
2 结果与分析
2.1 单因素试验
因素
水平
－ 1 0 1
X1 提取温度/℃ 30 40 50
X2 提取时间/min 5 10 15
X3 超声功率(占总功率的百分比)/% 40 50 60
X4 料液比(g/mL) 1:1 1:2 1:3
表 2 响应曲面试验因素水平表
Table 2 Factors and levels for response surface design
根据 1.3节中各因素水平，除研究对象外，固定其
余因素水平为提取温度 40℃、超声时间 10min、超声功
率 50 %、料液比 1 : 2，得到单因素试验结果见表 1。
根据单因素试验结果，综合考虑出油率和经济成
本，选择响应曲面试验的自变量因素水平。
2.2 响应曲面试验结果与方差分析
由Design expert 7.0 Trial设计软件对提取温度(X1)、
提取时间(X2)、超声功率(X3)、正己烷溶液料液比(X4)4
个因素进行设计，所得到试验方案与结果见表 3。得到
4个因素与响应值之间的函数关系为：
R=12.20＋0.22X1＋0.52X2＋0.4X3＋0.74X4＋0.18X1X2－
0.075X1X3＋ 0.025X1X4＋ 0.025X2X3－ 0.05X2X4－ 0.05X3X4＋
4.167× 10-3X12－ 0.33X22－ 0.41X32－ 0.7X42
试验号 X1 X2 X3 X4 出油率 /%
1 1 0 1 0 12.5
2 － 1 0 1 0 12.2
3 0 0 0 0 12.3
4 1 0 0 － 1 11.2
5 0 1 0 － 1 11.2
6 0 0 0 0 12.2
7 1 1 0 0 12.6
8 0 0 0 0 12.2
9 1 0 0 1 12.5
10 － 1 0 0 1 11.7
11 0 － 1 0 1 11.4
12 0 1 － 1 0 11.5
13 0 － 1 － 1 0 10.6
14 0 0 1 － 1 10.5
15 0 1 0 1 12.4
16 1 － 1 0 0 11.2
17 0 0 0 0 12.2
18 0 － 1 1 0 11.3
19 1 0 － 1 0 11.7
20 － 1 0 0 － 1 10.5
21 0 0 1 1 12.3
22 00 － 1 1 1 1.7
23 0 1 1 0 12.3
24 － 1 － 1 0 0 11.4
25 － 1 1 0 0 12.1
26 0 － 1 0 － 1 10.0
27 0 0 0 0 12.1
28 － 1 0 － 1 0 11.1
29 0 0 － 1 － 1 9.7
表 3 超声辅助热取黑莓种子油工艺响应面试验设计与结果
Table 3 Response surface design arrangement and results
提取 出油 超声时 出油 超声 出油 料液 出油
温度 /℃ 率 /% 间/min 率 /% 功率 /% 率 /% 比 率 /%
30 10.63 10 11.96 30 9.53 1:1 11.31
40 11.91 20 11.96 40 11.73 1:2 12.25
50 12.12 30 12.26 50 12.19 1:3 11.22
60 12.07 40 11.33 60 12.13 1:4 12.20
70 12.10 50 11.08 70 12.09 1:5 12.23
表 1 单因素试验结果
Table 1 One-factor-at-a-time experiment protocols and results
2012, Vol. 33, No. 04 食品科学 ※工艺技术28
图 3 提取温度与正己烷液料比对出油率的影响
Fig.3 Interactive effects of extraction temperature and ratio of solid to
liquid on oil yield
出
油
率
/%
液料比
3.00:1
2.50:1
2.00:1
1.50:1
1.00:1
50.00
45.00
40.00
35.00
30.00 温度
/℃
12.70
12.15
11.60
11.05
10.50
从表 4可知，模型的 P值小于 0. 01，说明该模型
显著。模型的决定系数R2=0.9660，能够解释响应值96.60%
变化；模型的变异系数CV=1.76%，模型变异较小。这
表明了该模型能够准确的分析与预测超声提取黑莓种子
油的效果。该模型的一次项 X 1、X 2、X 3、X 4 与二次
项 X 22、X 32、X 42 的 P值都小于 0.01，是极显著项。尤
其其中的 X 2、X 3、X 4、X 2 2、X 4 2 这五项的 P 值更是远
远小于 0.01，极其显著。通过分析可知影响提取油脂的
最主要因素是正己烷溶液料液比，其次是超声功率，
再依次是提取时间与提取温度。这 4 个因素都为显著
的因素。
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值
模型 16.610 14 1.190 28.44 0.0001
X1 0.610 1 0.610 14.56 0.0019
X2 3.200 1 3.200 76.77 0.0001
X3 1.920 1 1.920 46.01 0.0001
X4 6.600 1 6.600 158.19 0.0001
X1X2 0.120 1 0.120 2.94 0.1087
X1X3 0.023 1 0.023 0.54 0.4749
X1X4 2.500× 10-3 1 2.500× 10-3 0.06 0.8102
X2X3 2.500× 10-3 1 2.500× 10-3 0.06 0.8102
X2X4 0.010 1 0.010 0.24 0.6320
X3X4 0.010 1 0.010 0.24 0.6320
X1 1.126× 10-4 1 1.126× 10-4 2.699× 10-3 0.9593
X2 0.720 1 0.720 17.27 0.0010
X3 1.080 1 1.080 25.92 0.0002
X4 3.140 1 3.140 75.27 0.0001
残差 0.580 14 0.042
失拟项 0.560 10 0.056 11.28 0.0160
纯误差 0.020 4 5.000× 10-3
总和 17.200 28
表 4 回归模型方差分析
Table 4 Variance analysis for the fitted regression model
2
2
2
2
2.2 响应曲面分析
固定试验中的两个因素，通过对响应曲面进行考察
分析剩下的两个因素对响应值的影响，以及两者之间的
相互作用。
2.2.1 提取温度与提取时间对出油率的影响
在固定超声功率为总功率 50%，正己烷溶液料液比
为 1:2时，得到的提取时间、提取温度与响应值之间的
函数关系为：R=3.38X1＋ 12.92X2＋ 0.18X1X2＋ 4.167×
10-3X12－ 0.33X22－ 1019.32。
由图 1可知，提取时间沿曲面上升的坡面较陡，说
明在该试验条件下，提取时间较提取温度对响应值的影
响更为显著。由图 1还可以看出，随着时间的延长坡面
渐渐平缓达到稳定；而温度升高坡面成上升状态，尤其
是在提取时间延长时，温度的提高对响应值影响加大。
2.2.2 提取温度与超声功率对出油率的影响
在固定提取时间 10min，正己烷溶液的料液比 1:2
时，得到的提取温度、超声功率与响应值之间的函数
关系：R=2.07X1＋ 0.55X3－ 0.075X3＋ 4.167× 10-3X12－
0.41X32＋ 17.92。
由图 2 可知，超声功率的坡面较陡变化较大，说
明在该试验条件下，超声功率较提取温度对响应值的影
响更为显著。图 2 还表明，随着超声功率的升高，曲
面逐渐平缓，出油率逐渐稳定；温度的升高，曲面呈
上升状态，出油率增加，但是在超声功率较高时，温
度对出油率的影响变小，这是因为超声功率升高时，超
声功率成为影响出油率的主要因素，并且高功率的超声
波能使溶液的温度上升，从而影响提取温度。
2.2.3 提取温度与正己烷料液比对出油率的影响
图 2 提取温度与超声功率对出油率的影响
Fig.2 Interactive effects of extraction temperature and ultrasonic power
on oil yield
出
油
率
/%
功率/W
60.00
55.50
50.00
45.00
40.00
50.00
45.00
40.00
35.00
30.00 温度
/℃
12.500
12.125
11.750
11.375
11.000
图 1 提取时间与提取温度对出油率的影响
Fig.1 Interactive effects of extraction temperature and time on oil yield
12.800
出
油
率
/%
时间 /min
15.00
12.50
10.00
7.50
5.00
50.00
45.00
40.00
35.00
30.00
温度
/℃
11.950
12.375
11.525
11.100
29※工艺技术 食品科学 2012, Vol. 33, No. 04
在固定提取时间 10min，超声功率为总功率 50%时，
得到的提取温度、正己烷料液比与响应值之间的函数关
系是：R=－ 1.73X1－ 2.26X2＋ 0.025X1X 4＋ 4.167×
10-3X12－ 0.7X42― 1008.1。
由图 3可知，正己烷溶液的料液比沿坡面上升的较
急，坡面较陡，说明在该试验条件下，正己烷溶液的
料液比较提取温度对响应值的影响更为显著。从图 3还
可以看出，正己烷溶液料液比达到一定数值后继续增
大，响应值增加趋平缓，提取温度对响应值的影响基
本不变。
2.2.4 提取时间与超声功率对出油率的影响
在固定提取温度 40℃，正己烷溶液的料液比为 1:2
时，得到的提取时间、超声功率与响应值之间的函数
关系是：R=－ 6.78X1－ 2.7X3＋ 0.025X2X3－ 0.33X22－
0.41X32＋ 28.35。
从图 6 可知，正己烷溶液料液比沿坡面上升较急，
坡面陡；超声功率沿坡面上升较慢，坡面缓。这说明
正己烷溶液料液比较超声功率对响应值的影响更为显
著。图 6 还显示，在正己烷溶液料液比增大时，超声
功率对响应值变小；超声功率增大时，正己烷溶液料液
比对响应值的影响也变小，但变化不如正己烷溶液料液
比对响应值的影响。
2.3 最佳工艺参数确定
由软件Design expert 7.0 Trial分析得到的最佳工艺
参数：提取温度 42.82℃、提取时间 12.20min、超声功
率为仪器总功率的 53.19%(即 53.19W)、正己烷溶液的料
液比 1:2.23，响应值 12.6%。在最佳的工艺参数下，进
行验证实验，出油率达到 12 .5%。
3 结 论
由响应曲面试验得到影响超声提取黑莓种子油因素
主次顺序：正己烷溶液料液比＞超声功率＞提取时间＞
提取温度。由软件分析得到的试验模型，经方差分
析，模型的拟合度 96.60%，变异系数 1.76%。由模型
得到黑莓种子油超声提取的最佳工艺参数为提取温度
42.82℃、提取时间 12.20min、超声功率 53.19W、正己
烷溶液的料液比 1:2.23，响应值 12.6%，验证实验的出
图 4 提取时间与超声功率对出油率的影响
Fig.4 Interactive effects of extraction time and ultrasonic power
on oil yield
出
油
率
/%
功率/W
60.00
55.00
50.00
45.00
40.00
15.00
12.50
10.00
7.50
5.00 时间
/mi
n
12.70
12.15
11.60
11.05
10.50
图 5 提取时间与正己烷溶液料液比对出油率的影响
Fig.5 Interactive effects of extraction time and ratio of solid to liquid
on oil yield
出
油
率
/%
液料比
3.00:1
2.50:1
2.00:1
1.50:1
1.00:1
15.00
12.50
10.00
7.50
5.00 时间
/mi
n
12.700
11.975
11.250
10.525
9.800
图 6 超声功率与正己烷溶液料液比对出油率的影响
Fig.6 Interactive effects of ultrasonic power and ratio of solid to liquid
on oil yield
出
油
率
/%
液料比
3.00:1
2.50:1
2.00:1
1.50:1
1.00:1
60.00
55.00
50.00
45.00
40.00 功率
/W
12.500
11.775
11.050
10.325
9.600
由图 4 可知，提取时间沿坡面上升较急，坡度较
陡，表明在该试验条件下，提取时间较超声功率对响
应值的影响更大。图 4 还表明，随着超声功率的加大，
提取时间的延长，响应值也逐渐的增大，最后平缓下
来。在超声功率低时，提取时间对响应值的影响加
大；超声功率高时，提取时间对响应值的影响降低。
2.2.5 提取时间与正己烷溶液料液比对出油率的影响
在固定提取温度 40℃，超声功率为总功率的 50%，
得到提取时间、正己烷溶液料液比与响应值之间的函数
关系：R=8.97X 2 － 0.76X 4－ 0.05X 2X 4 － 0.33X 2 2 －
0.7X42－ 1127.33。
由图 5可知，正己烷溶液料液比沿坡面上升急，坡
面陡；提取时间沿坡面上升较慢，坡面缓，这说明正
己烷溶液料液比较提取时间对响应值影响更为显著。从
图 5还可知，正己烷料液比增大时，提取时间对响应值
影响变小。当提取时间延长时，正己烷溶液料液比对
响应值的影响也变小了。
2.2.6 超声功率与正己烷溶液料液比对出油率的影响
在固定提取温度 4 0℃、提取时间 1 0m in，得到
超声功率、正己烷溶液料液比与响应值之间的函数关
系为：R=－ 1.6X3＋ 0.49X4－ 0.05X3X4－ 0.41X32－ 0.7X42
＋ 71.87。
2012, Vol. 33, No. 04 食品科学 ※工艺技术30
油率为 12.5%。
参 考 文 献 ：
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