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白苏籽油的超声辅助提取工艺优化
及脂肪酸成分分析
苑佳佳，茅林春* ，任兴晨，卢文静
(浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州 310058)
收稿日期:2016－04－27
作者简介:苑佳佳(1991－) ，女，硕士，主要从事药用植物资源营养成分的研究，E－mail:jiajiayuan1992@ 163.com。
* 通讯作者:茅林春(1962－) ，男，博士，教授，主要从事果蔬、水产品保鲜方面以及药用资源的研究，E－mail:linchun@ zju.edu.cn。
摘 要:以出油率为响应值，在单因素实验基础上，利用 Box－Behnken设计优化超声辅助提取白苏籽油提取工艺。结
果表明，料液比、超声时间、超声温度对白苏籽油出油率均有显著影响，其影响次序为:超声时间 ＞料液比 ＞温度。以
石油醚为溶剂，白苏籽油超声辅助提取较佳条件为:料液比 1∶ 18，超声温度 58 ℃，超声时间 80 min。在此条件下，白苏
籽油的出油率高达 43.57%。白苏籽油主要含有 11 种脂肪酸，不饱和脂肪酸占总脂肪酸的 90.54%。α－亚麻酸含量最
高(201.56 mg /g 种子干重) ，占总脂肪酸的 61.17%。白苏籽油碘值为 185.00 g /100 g，酸值为 2.00 mg /g，皂化值为
181.81 mg /g，过氧化值为 1.93 mmol /kg。理化结果表明，白苏籽油为干性油脂、不易氧化和酸败，具有良好的食用
品质。
关键词:白苏，籽油，响应面，脂肪酸，超声
Optimization of ultrasonic－assisted extraction conditions
and fatty acids components analysis of seed oil in Perilla frutescens
YUAN Jia－jia，MAO Lin－chun* ，ＲEN Xing－chen，LU Wen－jing
(College of Biosystems Engineering and Food Science，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China)
Abstract:The ultrasonic － assisted extraction process of seed oil from Perilla frutescens was optimized by the
design of Box－Behnken on the basis of single factor experiment with the reference of oil yield.Ｒesults showed that
sample－ to－solvent ratio，ultrasonic temperature and ultrasonic time had significant effects on extraction rate and
the order was ultrasonic time ＞ sample－ to－ solvent ratio ＞ ultrasonic temperature.The optimum conditions were
sample－ to－solvent ratio of 1∶ 18，ultrasonic temperature of 58 ℃ and ultrasonic time of 80 min.The extraction rate
was up to 43.57% under this condition.There were eleven fatty acids in the oil and the unsaturated fatty acids were
up to 90.54% .The content of 9，12，15－octadecatrienoic acid was 201.56 mg /g dry weight seed，which was 61.17%
of the total fatty acids.The iodine number，acid value，saponification value，peroxide value of the seed oil were
185.00 g /100 g，2.00 mg /g，181.81 mg /g and 1.93 mmol /kg，respectively，which indicated that the extracted seed
oil from Perilla frutescens had perfectly edible quality because it was not easy to be oxidized and rancidified.
Key words:Perilla frutescens;seed oil;response surface;fatty acids;ultrasonic
中图分类号:TS201.2 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2016)19－0227－05
doi:10． 13386 / j． issn1002 － 0306． 2016． 19． 036
白苏(Perilla frutescens L.Britt.) ，又名赤苏、苏子、
紫苏［1－3］，古名荏，是唇形目、唇形科、紫苏属一年生
草本植物［4－5］，在中国、日本、韩国、印度等亚洲国家
有着上千年的种植历史［6－7］。其茎、叶、种子皆可入
药、食用［7－9］，是中国卫生部首批公布的 60 种药食兼
用物品之一［10］。
中国西部，白苏籽被广泛用于制油。因产地不
同，白苏籽含油率在 30% ～50%［11－12］。白苏籽油具有
降血脂、抗癌、预防及抑制肿瘤形成等功效［13－16］，油中
富含的不饱和脂肪酸有利于提高记忆力、预防心血
管疾病、减少炎症［13，17－19］。传统提取方法主要为压榨
法［20］，虽然设备简单，但是出油率较低且劳动强度较
大。新型的超临界流体萃取技术［21］虽然能够提高出
油率，但是设备昂贵、成本较高。而超声波辅助提取
方法不仅能够提高出油率，而且成本较低、工艺较为
简单。目前，国内已有超声波辅助提取松子油、苦杏
仁油的报道［22］。本实验针对白苏籽油的超声辅助提
取工艺，研究料液比、超声时间、超声温度对白苏籽
油出油率的影响，利用 Box－Behnken 设计优化超声
波辅助提取白苏籽油的技术参数。同时，通过检测
228
白苏籽油的碘值、过氧化值、酸值、皂化值、脂肪酸成
分和含量，对白苏籽油的品质进行评价，为白苏籽油
的工业化生产以及综合利用奠定理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
白苏籽，品种为野苏，采自贵州省贵阳市，5 月下
旬种植，经 150 d 种植后收集种子;石油醚 60～90 ℃
(分析纯)、正己烷(分析纯)、氢氧化钾(分析纯) 均
购于国药集团化学试剂有限公司;甲醇(色谱纯) 上
海阿拉丁生化科技股份有限公司;37 种脂肪酸甲酯
混标品 美国 Sigma－Aldrich公司。
ＲE－52A型旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂;
HC－1000Y2 型中药粉碎机 永康市天祺盛世工贸有
限公司;KQ 5200E型超声波清洗器 昆山市超声仪器
有限公司;DHG－9075A型电热恒温鼓风干燥箱 上海
林频仪器股份有限公司;Hettich UNIVEＲSAL 320Ｒ离
心机 德国 Hettich 公司;Agilent Technologies 7890A
气相色谱仪 美国 Agilent公司。
1.2 实验方法
1.2.1 白苏籽油出油率测定 本实验的白苏籽油提
取工艺流程为:白苏籽→烘干→粉碎→超声波辅助提取→
离心→旋转蒸发至恒重→白苏籽油。
称取粉碎的白苏籽样品 2 g，加入适量的石油醚，
超声波辅助提取(超声功率为 200 W，工作频率为 40
kHz) ，提取液在 25 ℃、5000 × g 下离心 10 min，取上
层清液，旋转蒸发至恒重，计算出油率。
出油率(%)= (白苏籽油的质量 /白苏籽的质
量)× 100
1.2.2 料液比单因素实验 设置超声温度 55 ℃，超
声时间 55 min，比较 1 ∶ 10、1 ∶ 15、1 ∶ 20、1 ∶ 25、1 ∶ 30
(w∶ v)料液比对白苏籽油出油率的影响。
1.2.3 超声温度单因素实验 设置超声时间55 min，
料液比 1∶ 20，探究 25、35、45、55、65 ℃不同超声温度
对白苏籽油出油率的影响。
1.2.4 超声时间单因素实验 设置超声温度 55 ℃，
料液比 1∶ 20，探究 10、25、40、55、70 min 不同超声时
间对白苏籽油出油率的影响。
1.2.5 响应面实验设计 在单因素实验基础上，利
用 Box－Behnken设计优化超声波辅助提取白苏籽油
的工艺，以出油率为响应值，设计了三因素三水平实
验，见表 1。
表 1 Box－Behnken实验设计因素水平及编码表
Table 1 Factors levels and coding table of
Box－Behnken design experiment
水平
因素
A料液比
B超声温度
(℃)
C超声时间
(min)
－ 1 1∶ 15 45 40
0 1∶ 20 55 55
1 1∶ 25 65 70
1.2.6 脂肪酸检测 称取提取的白苏籽油 0.5 g，加
25 mL 0.5 mol /L KOH－CH3OH 溶液，60 ℃水浴加热
1 h进行酯化反应，加入 15 mL正己烷和 15 mL水充
分震荡后静置取上层清液，定容至 15 mL，取 1 mL用
于气相色谱检测方法。并与标准品进行对照，采用
外标法进行定量。
色谱柱:安捷伦 HP － 5 (30 m × 320 μm ×
0.25 μm) ，毛 细 管 色 谱 柱。载 气:氮 气，流 速
1 mL /min。进样量:0.5 μL，分流比为 1 ∶ 50。采用程
序升温，起始柱温 120 ℃，保持 5 min;以 5 ℃ /min 的
升温速度升温至 190 ℃，保持 12 min;然后以
2.5 ℃ /min的升温速度升温至 210 ℃，保持 10 min。
进样口温度为 270 ℃，离子源温度为 200 ℃，检测器:
FID，280 ℃［1］。
1.2.7 理化性质检测 参考 GB /T 5532－2008 测定
碘值，参考 GB /T 5538 － 2005 测定过氧化值，参考
GB /T 5530－2005 中冷溶剂法测定酸值，参考 GB /T
55342008 测定皂化值。
2 结果与讨论
2.1 料液比对白苏籽油出油率的影响
由图 1A可知，随着料液比的增加，白苏籽油出
油率不断增大。溶剂的增多增加了固相与液相的浓
度差，加大了有机溶剂与白苏籽的接触，有利于油从
固相向液相扩散，因此出油率不断增加;当料液比为
1∶ 20 时出油率最大，当料液比大于 1 ∶ 20 时，可能是
由于料液比过大，使传质与传热过程受到阻滞，从而
导致提取效率降低［23］，并且从后续的浓缩效率以及
节约成本方面来考虑，料液比不宜过大，1 ∶ 20 较为
合适。
2.2 超声温度对白苏籽油出油率的影响
由图 1B可知，随着超声温度的提高，白苏籽油
出油率逐渐增加，当温度达到 55 ℃时，出油率达到
最大，当温度高于 55 ℃时，出油率反而有所下降。
分析原因:温度升高，增加了溶剂分子与油脂分子的
动能，有利于它们的碰撞，使得出油率增加;但是，当
温度过高时，接近石油醚沸程(60～90 ℃) ，溶剂挥发
过快，减少了与白苏籽的接触，使得出油率下降。另
外，温度过高还会引起某些成分的氧化、分解和变
性。因此，综合考虑，提取温度选择 55 ℃较佳。
2.3 超声时间对白苏籽油出油率的影响
由图 1C可知，随着提取时间的增长，白苏籽油
出油率不断增加，当超声时间为 55 min 时，出油率达
到最大，当提取时间超过 55 min 后，出油率反而下
降。分析原因:提取时间增加使得固液两相接触时
间更长，提取出更多的油，但是由于白苏籽油中含有
大量不饱和脂肪酸，提取时间过长会导致其氧化分
解，影响油的品质与出油率。因此，综合考虑，较佳
超声时间为 55 min。
2.4 影响白苏籽油出油率的因素分析
在单因素实验的基础上，根据 Box－Behnken 中
心组合设计原理，以出油率(Y)为响应值，设计料液
比(A)、超声温度(B)、超声时间(C)三因素三水平
响应面分析实验，实验设计及结果见表 2。利用
Design－Expert 8.0.5.0 数据分析软件对实验结果进行
分析，方差分析结果见表 3。根据实验结果，得到白
229
图 1 料液比(A)、超声温度(B)、超声时间(C)
对白苏籽油出油率的影响
Fig.1 The effects of sample－to－solvent ratio(A) ，
ultrasonic temperature(B)and ultrasonic time(C)
on the yield of seed oil extracted from Perilla frutescens
苏籽油出油率 Y(%)与料液比(A)、超声温度(B)、
表 3 实验因素方差分析
Table 3 Variance analysis of experimental factors
来源 平方和 自由度 均方 F值 p值 显著性
模型 480.93 9 53.44 66.87 ＜ 0.0001 ＊＊
A 43.71 1 43.71 54.70 0.0001 ＊＊
B 22.44 1 22.44 28.09 0.0011 ＊＊
C 61.72 1 61.72 77.24 ＜ 0.0001 ＊＊
AB 17.43 1 17.43 21.81 0.0023 *
AC 50.06 1 50.06 62.64 ＜ 0.0001 ＊＊
BC 0.19 1 0.19 0.24 0.6414
A2 181.95 1 181.95 227.71 ＜ 0.0001 ＊＊
B2 76.73 1 76.73 96.02 ＜ 0.0001 ＊＊
C2 5.90 1 5.90 7.38 0.0299 *
残差 5.59 7 0.8
失拟 2.56 3 0.85 1.13 0.4385
纯误差 3.03 4 0.76
总和 486.52 16
注:＊＊:p ＜ 0.01，极显著;* :p ＜ 0.05，显著;p ＞ 0.05，不显著。
超声时间(C)的回归方程:Y(%)= 41.57 + 2.34A +
表 2 响应面实验设计及结果
Table 2 Ｒesponse surface design and results
实验号 A B C Y(%)
1 0 0 0 40.72
2 0 0 0 42.04
3 － 1 0 1 38.36
4 0 0 0 42.29
5 1 － 1 0 34.22
6 － 1 － 1 0 24.34
7 1 0 － 1 36.34
8 0 － 1 － 1 31.71
9 0 0 0 40.53
10 1 1 0 32.94
11 － 1 0 － 1 25.62
12 0 － 1 1 36.72
13 － 1 1 0 31.41
14 0 0 0 42.27
15 0 1 － 1 35.08
16 1 0 1 34.93
17 0 1 1 40.96
1.67B + 2.78C－2.09AB－3.54AC + 0.22BC－6.57A2 －
4.27B2 －1.18C2
对回归模型进行方差分析(表 3) ，该模型显著有
效(p ＜ 0.05) ，失拟项 p = 0.4385，说明该模型与实际
情况拟合较好，可以较好预测超声波辅助提取白苏
籽油的最佳条件。料液比、超声时间、超声温度对出
油率均有显著影响，其影响大小为:C ＞ A ＞ B，即超
声时间 ＞料液比 ＞温度。
2.5 影响因素的响应面分析
通过 Design Expert 软件对料液比、超声温度和
超声时间等三个影响因素之间的交互作用进行响应
面分析，绘制相应的响应面曲线和等高线图(图 2～
图 4)。
从各因素与响应量的响应面与等高线图可知:
230
图 2 料液比和超声温度对出油率影响的响应面与等高线图
Fig.2 Ｒesponse surface and contour plots
for the effects of sample－to－solvent ratio
and ultrasonic temperature on the oil yield
图 3 超声时间和料液比对出油率影响的响应面与等高线图
Fig.3 Ｒesponse surface and contour plots for the effects of
ultrasonic time and sample－to－solvent ratio on the oil yield
料液比和超声温度、料液比和超声时间的交互作用
对白苏籽油出油率影响显著，响应面曲线较陡，等高
线呈倾斜椭圆形。超声温度和超声时间曲线较为平
滑，其交互作用不显著。
为确定最佳提取工艺，对回归方程进行最优解
分析，得到最佳理论工艺参数是:料液比 1∶ 18.34，超
声温度:58.22 ℃，超声时间 80.58 min。在此条件下
的白苏籽油出油率为 43.83%。考虑到实际可操作
性，将提取工艺修改为:料液比 1 ∶ 18，超声温度
图 4 超声时间和超声温度对出油率影响的
响应面与等高线图
Fig.4 Ｒesponse surface and contour plots for the effects of
ultrasonic time and temperature on the oil yield
58 ℃，超声时间 80 min。在此条件下，进行三次平行
实验，得到白苏籽油的出油率为 43.57%。预测值与
实际值很接近，有良好的拟合性，说明得到的白苏籽
油提取工艺参数具有良好的应用价值。
2.6 白苏籽油脂肪酸组成及含量
由表 4 可知，提取的白苏籽油中检测出 11 种脂
肪酸，包含 6 种不饱和脂肪酸，占总脂肪酸的
90.54%，总含量高达 308.17 mg /g DW。所含脂肪酸
主要为 α－亚麻酸、亚油酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸。
其中 α－亚麻酸占 61.17%，含量为 201.56 mg /g DW，
是脑和神经活动所必需的脂肪酸。现代医学证实，
白苏籽油能够提高记忆力，改善视力，预防及抑制肿
瘤形成，预防老年痴呆症，减少炎症发生以及延缓衰
老，可广泛应用于医药和食品保健领域［14］。
表 4 白苏籽油脂肪酸组成及含量
Table 4 Fatty acid components and contents
in seed oil extracted from Perilla frutescens
序号 化合物名称
相对含量
(%)
含量
(mg /g DW)
1 癸酸 0.16 0.19
2 月桂酸(十二酸) 0.14 0.01
3 顺－10－十五烯酸 0.11 0.19
4 棕榈酸 6.76 17.97
5 棕榈油酸 0.09 0.07
6 硬脂酸 2.03 5.00
7 油酸 14.58 39.59
8 亚油酸 14.45 43.25
9 α－亚麻酸 61.17 201.56
10 花生酸 0.13 0.05
11 二十碳烯酸 0.15 0.29
231
2.7 白苏籽油的理化性质
白苏籽油碘值为 185.00 g /100 g，相比于常用花
生油(100～120 g /100 g)［24］，白苏籽油不饱和程度较
高，富含不饱和脂肪酸，属于干性油脂。白苏籽油的
酸值为 2.00 mg /g，与常用花生油酸值(1.4 mg /g)较
为相近，游离脂肪酸含量较低，不易发生酸败现象。
白苏籽油的皂化值为 181.81 mg /g，与花生油(皂化值
为 188～191 mg /g)比较接近，所含脂肪酸以十八碳为
主。白苏籽油的过氧化值为 1.93 mmol /kg，氧化程度
较低，远低于花生油的过氧化值(8 mmol /kg)。
常规 压 榨 法 得 到 的 白 苏 籽 油 的 碘 值
188.16 g /100 g、酸值 0.97 mg /g、皂化值 191.20 mg /g、
过氧化值 1.65 mmol /kg、出油率 12.79%［20］，其理化性
质与本实验得到的白苏籽油较为接近，但出油率明
显偏低。因此，超声辅助提取方法比传统压榨法具
有更好的应用价值。
3 结论
料液比、超声时间、超声温度对出油率均有显著
影响，其影响大小为:超声时间 ＞料液比 ＞温度。白
苏籽油超声辅助提取较佳条件为:料液比 1∶ 18，超声
温度 58 ℃，超声时间 80 min，出油率高达 43.57%。
白苏籽油富含不饱和脂肪酸，游离脂肪酸含量
较低，脂肪酸成分与常见植物油相似，所含脂肪酸以
十八碳为主，主要成分为 α－亚麻酸、亚油酸、油酸、
棕榈酸、硬脂酸，不饱和脂肪酸占总脂肪酸的
90.54%。其中，α－亚麻酸含量最高，占总脂肪酸的
61.17%。
理化结果表明，白苏籽油为干性油脂，不易氧化
和酸败，脂肪酸成分构成与花生油相似，以十八碳为
主，氧化程度较低。超声辅助提取的白苏籽油与传
统压榨得到的白苏籽油相比，理化性质较为相近，但
是，超声辅助提取方法的出油率明显提高。
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