全 文 ： 2012, Vol. 33, No. 16 食品科学 ※工艺技术24
响应面法优化超声波辅助提取仿栗籽油工艺及其
脂肪酸组成分析
麻成金 1 ,2，黄 伟 2，黄 群 2，吴竹青 2，吴丽雅 2
(1.吉首大学 林产化工工程湖南省重点实验室，湖南 张家界 427000；2.吉首大学食品科学研究所，湖南 吉首 416000)
　　
摘 要：采用超声波辅助提取仿栗籽油，通过单因素试验和响应面法(RSM)对提取工艺进行优化，并利用气相色
谱 -质谱联用法测定仿栗籽油的脂肪酸组成。结果表明，超声波辅助提取仿栗籽油的优化工艺条件为以环己烷为提
取溶剂、超声工作 /间歇时间为 3s/1s、超声功率 540W、超声时间 18min、提取温度 60℃、液料比 8.6:1(g/mL)，
在此工艺条件下，仿栗籽油提取率可达 94.53%。气相色谱 -质谱联用测定结果表明仿栗籽油中富含不饱和脂肪酸，
总含量达到 70.13%，其中油酸和亚油酸的含量分别为 53.95%、16.18%。
关键词：仿栗籽油；超声波辅助提取；响应面分析；气相色谱 - 质谱联用分析；脂肪酸组成
Response Surface Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction and Fatty Acid Composition Analysis of
Sloanea hemsleyana Seed Oil
MA Cheng-jin1,2，HUANG Wei2，HUANG Qun2，WU Zhu-qing2，WU Li-ya2
(1. Key Laboratory of Hunan Forest Products and Chemical Industry Engineering, Jishou University, Zhangjiajie 427000, China；
2. Institute of Food Science, Jishou University, Jishou 416000, China)
Abstract ：Response surface methodology (RSM) was employed to optimize the ultrasound-assisted extraction of essential
oil from Sloanea hemsleyana seeds. Meanwhile, the chemical composition of the extracted essential oil was analyzed by GC-MS.
The results showed that the optimal extraction conditions were cyclohexane as the best extraction solvent, single ultrasonic
treatment for 3 s at a power level of 540 W followed by a 1-s interval, 18 min of total extraction time, and 1:8.6 of solid-to-liquid
ratio, resulting in an oil yield of 94.53%. The essential oil obtained under these conditions was abundant in unsaturated fatty
acids with a total content of 70.13%. The contents of oleic acid and linoleic acid were 53.95% and 16.18%, respectively.
Key words：Sloanea hemsleyana seed oil；ultrasonic-assisted extraction；response surface analysis；GC-MS；fatty
acid composition
中图分类号：TS224.4 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2012)16-0024-06
收稿日期：2012-04-10
基金项目：湖南省高校创新平台开放基金项目(09K089)；林产化工工程湖南省重点实验室开放项目(JDZ201101)
作者简介：麻成金(1963—)，男，教授，硕士，研究方向为食物资源开发与利用。E-mail：machengjin368@126.com
仿栗(Sloanea hemsleyana (Ito) Rehd. et Wils)系杜英
科猴欢喜属常绿乔木，在我国湖南、湖北、四川、云
南、贵州及广西等省有广泛分布，其中以湖南西部分
布最多[1]。仿栗产果量高，成年仿栗树每株可年产种籽
15～20kg，仿栗籽含油率在 49%～58%，可以用于制备
高档食用油与生物柴油原料油，开发利用价值较高[2-3]。
超声辅助提取技术是近年兴起来的一种油脂提取分离新
技术，具有简便快捷、安全高效、易于实现工业化等
优点[4 -5 ]。响应面法(response surfacemethodology，
RSM)是解决多变量问题的一种统计方法，利用合理的
试验设计，采用多元二次回归方程来拟合响应值与因素
之间的函数关系，然后通过对回归方程的分析来寻求最
佳工艺参数，以较少试验次数和较短时间对所选的试
验参数进行全面研究，在生物化工过程优化中有着广泛
应用[ 6 -7 ]。
目前，国内外对仿栗籽油研究报道较少，国内有
人对压榨法、超临界流体法和超声波辅助法提取仿栗籽
油进行了研究，胡欣欣等[3]通过正交试验设计对超声波
辅助溶剂法提取仿栗籽油进行了研究，但其未考察超声
波功率、超声工作时间 /间歇时间等因素对仿栗籽油提
25※工艺技术 食品科学 2012, Vol. 33, No. 16
取效果的影响。本试验探索仿栗籽油提取工艺，通过
响应面法优化工艺参数，以求获得更高效的仿栗籽油提
取技术参数，并对仿栗籽油的脂肪酸组成进行气相色
谱 -质谱联用分析，了解仿栗籽油的主要脂肪酸种类和
含量，为开发仿栗籽资源提供参考。
1 材料与方法
1.1 原料与试剂
仿栗果实于 2011年 10月初采摘，风干取出种籽并
分离种衣，干燥后粉碎过 60目筛，密封保存供试验用，
经测定粗脂肪含量为 50.17%。
乙酸乙酯、丙酮、石油醚(沸程 60～90℃)、环己
烷、硫酸等为国产分析纯；甲醇、正己烷为色谱纯。
1.2 仪器与设备
JY92-Ⅱ超声波细胞粉碎机 宁波新芝生物科技股
份有限公司；RE-52AA旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器
厂；CDE-220E2多功能食品处理机 佛山市顺德区欧科
电器有限公司；HH.S精密恒温水浴锅 江苏金坛市医
疗仪器厂；GZX-9146MBE电热鼓风干燥箱 上海博迅
实业有限公司医疗设备厂；JA2003电子天平 上海民桥
精密科学仪器有限公司；7890A/5975C气相色谱 -质谱联
用仪 美国Agilent Technologies公司。
1.3 方法
1.3.1 工艺流程
仿栗籽→干燥→粉碎→过筛→超声波处理→抽滤分
离→减压蒸馏→溶剂回收→干燥→仿栗籽油
1.3.2 仿栗籽油提取率计算
仿栗籽油脂含量测定采用索氏提取法，参考 GB/T
5009.6— 2003《食品中脂肪的测定》，计算仿栗籽油提
取率。

超声波辅助提取油质量
仿栗籽油提取率 /%＝—————————————× 100

仿栗籽质量×原料油脂含量
1.3.3 单因素试验
每次试验称取仿栗籽粉末 10g，分别对提取溶剂(乙
酸乙酯、石油醚(沸程 60～90℃)、环己烷、丙酮)，超
声工作 /间歇时间(s)(5/1、4/1、3/1、2/1、1/1、1/2)，
超声功率(300、350、400、450、500、550、600W)，
超声时间(5、10、15、20、25、30min )，提取温度
(2 0、30、40、50、60、70℃)，液料比(3 :1、5 :1、
7:1、9:1、11:1、13:1)进行单因素试验，考察各因素
对油脂提取率的影响[7 ]。
1.3.4 响应面优化试验
在单因素试验基础上，根据Box-Behnken试验设计
原理，选取超声功率、超声时间、提取温度、液料
比作为考察变量，采用四因素三水平的响应面分析法，
以提取率为响应值，对超声波辅助提取仿栗籽油工艺条
件进行优化[9-11]。
1.3.5 仿栗籽油的气相色谱 -质谱联用分析
1.3.5.1 仿栗籽油甲酯化
称取所得仿栗籽油 1mL置于圆底烧瓶，加入0.5mol/L
的KOH-甲醇溶液 10mL于 70℃水浴加热 60min，冷却后
转入分液漏斗，加入 20mL正己烷，摇均匀后静置分层，
取出上清液，用蒸馏水洗涤 2～3 次，加入无水硫酸镁
干燥脱水，最后 4500r/min离心 10min，取上层清液置
于瓶中待测[ 5 , 8]。
1.3.5.2 气相色谱 -质谱联用仪工作条件
气相色谱条件：Agilent 190191S-433型石英毛细管
柱(325℃，30m× 250μm，0.25μm)；载气为高纯氦气
(99.999%)，柱前压 69.8kPa，柱内载气流量 2mL/min；
100℃开始保持 2min，以 15℃/min升温到 160℃，再以
5℃/min升温到 250℃保持 5min；气化室温度 300℃；样
品进样量 1μL；分流比 50:1。
质谱条件：EI离子源温度 230℃，溶剂延时 4min，
电子能量 70eV，扫描范围 30～500u，分辨率 1000。
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 提取溶剂的确定
本试验通过比较乙酸乙酯、丙酮、石油醚(沸程
60～90℃)和环己烷 4种溶剂对仿栗籽油提取率的影响来
确定较佳提取溶剂。提取条件：超声工作 /间歇时间 2s/
1s、超声功率 450W、超声时间 15min、提取温度 50℃、
液料比 7:1，结果见图 1。由图 1 可知，环己烷的提取
效果最好，故选用环己烷作为超声波辅助提取仿栗籽油
的提取溶剂。
图 1 不同溶液剂对油脂提取率的影响
Fig.1 Effect of extraction solvents on oil yield
86
84
82
80
78
76
提
取
率
/%
乙酸乙酯 丙酮 石油醚 环己烷
2.1.2 超声工作 /间歇时间的确定
以环己烷为提取溶剂，在超声功率 450W、超声时
2012, Vol. 33, No. 16 食品科学 ※工艺技术26
间 15min、提取温度 50℃、液料比 7:1的条件下，考察
不同超声工作 / 间歇时间对提取率的影响，结果如图 2
所示。由图 2可知，随着超声工作 /间歇时间增加，提
取率逐渐增大，到 3s/1s后趋于平缓，这可能是由于超
声波作用时间与超声次数拮抗作用的结果。故选择超声
工作 /间歇时间为 3s/1s进行后续试验。
图 2 超声工作 /间歇时间对油脂提取率的影响
Fig.2 Effect of ultrasonic working-to-interval time ratio on oil yield
88
87
86
85
84
提
取
率
/%
超声工作 /间歇时间 /(s/s)
1/2 1/1 2/1 3/1 4/1 5/1
2.1.3 超声功率对油提取率的影响
超声时间 15min、提取温度 50℃、液料比 7:1，不
同超声功率对油提取率的影响如图 3 所示。
图 3 超声功率对油脂提取率的影响
Fig.3 Effect of ultrasonic power on oil yield
92
90
88
86
84
82
提
取
率
/%
超声功率 /W
300 350 400 450 500 550 600
由图 3 可知，仿栗籽油提取率随超声功率增加逐
渐增大，在 500W 时达最大，随后略有下降。这可能
是因为对于一定的频率和发射面，超声功率过大，声
压幅值过大，以至空化泡在声波压缩相内来不及发生
崩溃，而影响空化效果[11 ]，故选取超声功率 500W 较
适 宜 。
2.1.4 超声时间对油提取率的影响
超声功率 45 0 W、提取温度 50℃、液料比 7 :1，
不同超声时间对油脂提取率的影响如图 4 所示。由图
4 可知，提取率随超声时间的延长而增大，但提取时
间超过 15min后增长缓慢，因此提取时间选择 15min
为宜。
图 4 超声时间对油脂提取率的影响
Fig.4 Effect of total ultrasonic treatment time on oil yield
92
90
88
86
84
82
提
取
率
/%
超声时间 /min
5 10 15 20 25 30
2.1.5 提取温度对油脂提取率的影响
超声功率 450W、超声时间 15min、液料比 7:1，不
同提取温度对油提取率的影响如图 5 所示。
图 5 提取温度对油脂提取率的影响
Fig.5 Effect of extraction temperature on oil yield
92
90
88
86
84
提
取
率
/%
提取温度 /℃
30 40 50 60 70
由图 5 可知，仿栗籽油提取率随着温度升高而增
大，当温度达到 6 0℃时，提取率最高，而后开始下
降。这可能是因为温度过高，溶剂的挥发加快，减少
了溶剂和仿栗籽粉之间的有效接触面，浸出过程难以
稳定，从而造成提取率下降[12- 13]，因此选择 60℃为提
取温度。
2.1.6 液料比对油提取率的影响
超声功率 450W、提取温度 50℃、超声时间 15min，
不同液料比对油提取率的影响如图 6 所示。
图 6 液料比对油提取率的影响
Fig.6 Effect of solid-to-liquid ratio on oil yield
92
90
88
86
84
82
提
取
率
/%
液料比(mL/g)
3:1 5:1 7:1 9:1 11:1 13:1
27※工艺技术 食品科学 2012, Vol. 33, No. 16
由图 6可知，仿栗籽油提取率随液料比的增加呈先
增加后减少的趋势，在液料比为 7:1(mL/g)时，提取率
达到最大值。这是因为当原料量一定时，溶剂用量越
大，体系渗透压越大，油脂越容易被提取出来，但
如果液料比过大，会增加超声波破碎细胞的阻力，使
细胞破碎程度下降，从而降低油脂的提取率 [ 14 -1 5]，故
7:1(mL/g)为适宜的液料比。
2.2 响应面优化试验
2.2.1 模型的建立与显著性检验
根据Box-Behnken试验设计原理，依据上述单因素
试验结果，选取超声功率(X 1)、超声时间(X 2)、提取温
度(X3)和液料比(X4)4个因素，以仿栗籽油提取率(Y)为响
应值，设计四因素三水平的 Box-Behnken试验。试验
因素水平见表 1，试验设计方案及结果见表 2。
因素
编码 X1超声功 X2超声时 X3提取温 X4液料比
率 /W 间 /min 度 /℃ (mL/g)
－ 1 450 10 50 5:1
0 500 15 60 7:1
1 550 20 70 9:1
表 1 超声波辅助提取仿栗籽油工艺优化 Box-Behnken试验
因素水平表
Table 1 Factors and levels of Box-Behnken design
试验号 X1 X2 X3 X4 Y 仿栗籽油提取率 /%
1 －1 －1 0 0 87.51
2 －1 1 0 0 87.45
3 1 －1 0 0 89.12
4 1 1 0 0 93.37
5 0 0 －1 －1 87.86
6 0 0 －1 1 92.68
7 0 0 1 －1 85.72
8 0 0 1 1 93.21
9 －1 0 0 －1 85.81
10 －1 0 0 1 88.82
11 1 0 0 －1 88.20
12 1 0 0 1 93.62
13 0 －1 －1 0 88.11
14 0 －1 1 0 88.53
15 0 1 －1 0 92.52
16 0 1 1 0 88.07
17 －1 0 －1 0 88.97
18 －1 0 1 0 89.18
19 1 0 －1 0 91.44
20 1 0 1 0 91.61
21 0 －1 0 －1 86.45
22 0 －1 0 1 89.12
23 0 1 0 －1 85.72
24 0 1 0 1 93.45
25 0 0 0 0 93.57
26 0 0 0 0 93.26
27 0 0 0 0 93.62
表 2 超声波辅助提取仿栗籽油工艺优化 Box-Behnken试验
设计方案及结果
Table 2 Box-Behnken design and corresponding experimental results
通过 SA S软件对表 2 中试验结果进行回归拟合分
析，经二次回归拟合后求得的回归方程为：
Y＝93.48333＋1.635X1＋0.978333X2－0.438333X3＋
2.595X4－1.793333X12＋1.0775X1X2－0.01X1X3＋0.6025X1X4－
2.503333X22－1.2175X2X3＋1.265X2X4－1.443333X32＋
0.6675X3X4－2.348333X42
方差分析结果见表 3。
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性
模型 196.3 14 14.02 27.34 ＜ 0.0001 **
X1 32.08 1 32.08 62.55 ＜ 0.0001 **
X2 11.49 1 11.49 22.4 0.0005 **
X3 2.31 1 2.31 4.5 0.0555
X4 80.81 1 80.81 157.57 ＜ 0.0001 **
X1X2 4.64 1 4.64 9.06 0.0109 *
X1X3 4.0× 10-4 1 4.0× 10-4 7.8× 10-4 0.9781
X1X4 1.45 1 1.45 2.83 0.1183
X2X3 5.93 1 5.93 11.56 0.0053 **
X2X4 6.4 1 6.4 12.48 0.0041 **
X3X4 1.78 1 1.78 3.48 0.0869
X12 17.15 1 17.15 33.45 ＜ 0.0001 **
X22 33.42 1 33.42 65.17 ＜ 0.0001 **
X32 11.11 1 11.11 21.66 0.0006 **
X42 29.41 1 29.41 57.35 ＜ 0.0001 **
残差 6.15 12 0.51
失拟 6.08 10 0.61 15.98 0.0603 不显著
净误差 0.0076 2 0.038
总离差 202.46 26
R2=0.9696 R2Adj=0.9341
表 3 方差分析
Table 3 Variance analysis for the fitted regression model
注：* * .差异极显著，P ＜ 0 . 0 1；* .差异显著，P ＜ 0 . 0 5。
从表 4可知，回归决定系数 R2＝ 0.9696，说明响
应值的变化有 96.96%来源于所选因素的变化，模型修正
决定系数 R2Adj＝ 0.9341，说明该模型能解释 93.41%响应
值的变化，回归方程的显著性检验极显著、失拟性检
验不显著，说明回归方程的预测值与试验值非常吻合，
故该模型可用于仿栗籽油超声波辅助提取试验的理论预
测。从方差分析表中各因素的 F 值可以看出，各因素
对油脂提取率影响大小顺序为液料比＞超声功率＞超声
时间＞提取温度，且液料比、超声功率和超声时间对
提取率影响达到了极显著水平。考察因素间交互作用，
由表 3可知，超声时间与液料比、提取温度的交互作用
达到了极显著水平，与超声功率的交互作用达到了显著
水平。
2.2.2 响应面分析与优化
根据回归方程，利用 SAS 8.1软件作出交互作用显
著双因素的曲面图和等高线图见图 7，可以直观地预测
响应值以及确定变量相互作用的关系[16]。由图 7a可知，
超声功率与超声时间交互作用显著，在超声功率一定
2012, Vol. 33, No. 16 食品科学 ※工艺技术28
时，提取率随超声时间的延长而先增加后减小，在超
声功率较大时，随着超声时间的延长，提取率增加幅
度较大，但超声功率过大、时间过长时，提取率反而
降低，这可能是因为长时间的大功率超声导致脂肪分解
而影响了提取率。由图 7b可知，提取温度与超声时间
交互作用极显著，提取温度较低时，提取率随着超声
时间的延长，上升幅度较大，温度较高时，油提取率
变化平缓，且长时间高温作用时，油脂提取率明显降
低，这可能是因为高温导致提取溶剂挥发和油脂分解的
结果。由图 7c 可知，液料比与超声时间交互作用极显
著，当液料比较大时，较短的超声时间即可达到较高
油提取率，增加幅度较大，这是因为液料比大、体系
渗透压大，油脂溶出更快，故可在短时间内达到较好
的提取效果。
为了精确计算最佳工艺参数，对回归方程式中 4个
自变量分别求偏导并使其等于 0，解方程可得优化工艺
参数：超声功率 538.68W、超声时间 18.08min、提取
温度 59.77℃、液料比 8.57:1(mL/g)，在此优化工艺条件
下，仿栗籽油的理论提取率可达 95.48%。
94
提
取
率
/%
88
0.9
X2 － 0.9
X1
－ 0.9
0.9
0.9
0.6
0.3
0.0
－ 0.3
－ 0.6
－ 0.9
X1
－ 0.9 － 0.3 0.3 0.9
X
2
提取率 /%
93
提
取
率
/%
88
0.9
X3 － 0.9
X2
－ 0.9
0.9
0.9
0.6
0.3
0.0
－ 0.3
－ 0.6
－ 0.9
－ 0.9 － 0.3 0.3 0.9
X
3
提取率 /%
X2
94
提
取
率
/%
86
0.9 X4 － 0.9
X2
－ 0.9
0.9
c.液料比与超声时间
固定水平：超声功率 5 0 0 W；超声时间
1 5 m i n；提取温度 6 0℃；液料比 7 : 1。
图 7 各两因素交互作用对仿栗籽油提取率影响的
响应面及等高线图
Fig.7 Response surface and contour plots for the interactive effects of
four extraction parameters on oil yield
X
4
X2
0.9
0.6
0.3
0.0
－ 0.3
－ 0.6
－ 0.9
－ 0.9 － 0.3 0.3 0.9
提取率 /%
2.2.3 最佳工艺确定与验证实验
为检验响应面法优化仿栗籽油提取工艺的可靠性，
对优化提取工艺条件进行验证实验，结果取 3次平行试
验的平均值。考虑到实际操作便利性，将优化工艺参
数调整为：超声功率 540W、超声时间 18min、提取温
度 60℃、液料比 8.6:1(mL/g)，在此工艺条件下，仿栗
籽油提取率为 94.53%，与理论预测值仅相差 0.95%，说
明运用响应面法优化得到的模型工艺参数准确可靠，应
用价值较高。
2.3 仿栗籽油的气相色谱 -质谱联用分析结果
对上述试验所得仿栗籽油经甲酯化处理后进行气相
色谱 -质谱联用分析，测定脂肪酸组成，利用 NIST 05
标准谱库进行检索，并逐个解析各峰相应的质谱图，采
a.提取功率与超声时间
b.提取温度与超声时间
29※工艺技术 食品科学 2012, Vol. 33, No. 16
用不做校正的峰面积归一法确定各组分的相对含量。仿
栗籽油的脂肪酸甲酯气相色谱 -质谱联用分析总离子流色
谱图见图 8，分析结果见表 4。
脂肪酸名称 分子式 分子质量 /D 相对含量 /%
C14:0肉豆寇酸(myristic acid) C13H27COOH 228 9.45
C16:0棕榈酸(palmitic acid) C15H31COOH 256 15.30
C18:2亚油酸(linoleic acid) C17H31COOH 280 16.18
C18:1油酸(oleic acid) C17H33COOH 282 53.95
C18:0硬脂酸(stearic acid) C17H35COOH 284 5.12
表 4 仿栗籽油脂肪酸的组成及相对含量
Table 4 Fatty acids and relative contents in Sloanea hemsleyana seed oil
由表 4 可知，仿栗籽油中主要含有肉豆寇酸、棕
榈酸、亚油酸、油酸、硬脂酸 5 种脂肪酸，不饱和
脂肪酸相对含量达 70.13%，其中油酸和亚油酸相对含量
分别为 53.95%和 16.18%。
3 结 论
采用响应面分析法优化了超声波辅助提取仿栗籽油
工艺条件，建立了相应的数学模型，模型回归极显著，
对试验拟合较好；得到了优化提取工艺条件：以环己烷
为提取溶剂、超声工作 /间歇时间 3s/1s、超声功率 540W、
超声时间 18min、提取温度 60℃、液料比 8.6:1(mL/g)，在
此工艺条件下，仿栗籽油提取率可达 94.53%，与数学模
型的理论预测值基本一致。并对仿栗籽油的脂肪酸组成
进行气质联用分析，结果表明仿栗籽油中主要含有肉豆
寇酸、棕榈酸、亚油酸、油酸、硬脂酸 5 种脂肪酸，
其中不饱和脂肪酸含量为 70.13%，以油酸、亚油酸为
主，具有较高的开发利用价值。
参 考 文 献 ：
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图 8 仿栗籽油脂肪酸甲酯总离子流色谱图
Fig.8 Total ion current chromatogram of fatty acids in
Sloanea hemsleyana seed oil
丰
度
(×
10
6 )
时间 /min
6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.0
超声处理
未经处理12.682
15.958
18.839
19.361
19.027