CN108088918A - 马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法及其条件优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，其特征在于，包括步骤1：取一定量干燥后的马铃薯进行粉碎，过80～120目筛后置于样品罐中，轨道式振荡10～20min；步骤2：将样品罐放入微波萃取仪中，萃取温度为65～85℃，萃取溶剂为正己烷和丙酮的混合液，所述萃取溶剂的体积与马铃薯的质量的液料比为1.5～3.5，萃取时间为10～30min，后离心静止取上层清液，能够高效率提取马铃薯中的不饱和脂肪酸，操作简单。本发明还提供一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，采用响应面法的优化方法，获取马铃薯中不饱和脂肪酸的最优萃取条件，提高了不饱和脂肪酸的提取效率。
Description
技术领域
本发明涉马铃薯中不饱和脂肪酸提取和条件优化技术领域，更具体的是，本发明涉及一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法及其条件优化方法。
背景技术
马铃薯是仅次于小麦、水稻和玉米的世界第四大主要粮食作物。马铃薯既是粮食又是蔬菜，其块茎含有丰富的淀粉、脂肪酸、人体所需的必需氨基酸和膳食纤维等营养物质，是一种集粮食和蔬菜等多重特点于一身的优良作物马铃薯。不仅具有食用价值还具有药用价值，可以治疗胃病，其含有的抗菌成分可有效预防胃溃疡发生。
目前，脂肪酸的主要提取方法有：水解—提取法、超临界CO2(SCF-CO2)萃取法等。由于水解提取法步骤繁琐，耗时较长；超临界CO2萃取法涉及高压系统，对实验设备及环境要求较高；而采用微波萃取法提取脂肪酸的研究较少。微波萃取过程中可使萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使被萃取物质从体系中分离，进入到萃取剂中，提高萃取效率，缩短萃取时间，而微波萃取过程中的关键就是如何提高不饱和脂肪酸的提取效率，而这一步需要通过优化微波萃取条件来实现。
发明内容
本发明设计开发了一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，能够高效率提取马铃薯中的不饱和脂肪酸，操作简单。
本发明的另一个目的是设计开发了一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，采用响应面法的优化方法，获取马铃薯中不饱和脂肪酸的最优萃取条件，提高了不饱和脂肪酸的提取效率。
本发明提供的技术方案为：
一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，包括如下步骤：
步骤1：取一定量干燥后的马铃薯进行粉碎，过80～120目筛后置于样品罐中，轨道式振荡10～20min；
步骤2：将样品罐放入微波萃取仪中，萃取温度为65～85℃，萃取溶剂为正己烷和丙酮的混合液，所述萃取溶剂的体积与马铃薯的质量的液料比为1.5～3.5，萃取时间为10～30min，后离心静止取上层清液。
优选的是，所述步骤1中还包括马铃薯预处理，选取新鲜马铃薯去皮，切成一定大小的正方体，剔去形状不合格的马铃薯丁，采用适量食用盐浸泡30～40min后进行干燥。
相应地，本发明还提供一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，包括如下步骤：
步骤1：应用Design Expert 8.0.5对脂肪酸微波萃取进行Box-behnken中心组合试验，以萃取温度、萃取时间、丙酮占比和液料比为自变量，不饱和脂肪酸量为响应值进行五水平的响应面试验；
步骤2：采用权利要求1或2任意一项所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，选取萃取温度、萃取时间、丙酮占比和液料比对待测样品进行试验，获得萃取温度、萃取时间、丙酮占比和液料比与不饱和脂肪酸提取量的关系；
步骤3：对马铃薯样品中不饱和脂肪酸的量进行响应面分析，得到响应回归方程，求解极大值得到马铃薯不饱和脂肪酸的最佳微波萃取条件。
优选的是，所述步骤2中包括：将待测样品溶液和标准样品溶液甲酯化，利用气相色谱仪获取标准样品和待测样品中不饱和脂肪酸的峰面积进而获取不饱和脂肪酸的量。
优选的是，所述待测样品甲酯化包括：
配置浓硫酸和甲醇体积比为20:1的甲酯化试剂；
将待测样品溶液浓缩液体至1mL；
取一定量待测样品浓缩液于锥形瓶中，加入10倍体积的甲酯化试剂，50℃水浴锅中回流1h后冷却5min，加入与甲酯化试剂等体积的正己烷超声波振荡10min，静置取上清液离心10min后，再取上清液离心10min，取上清液。
优选的是，所述标准样品甲酯化包括：
取油酸、亚油酸和α-亚麻酸标准样品；
分别取10μL，15μL，20μL，25μL和30μL的所述标准样品，加入正己烷将上述溶液分别稀释至3mL；
分别取一定量标准样品稀释液于锥形瓶中，加入10倍体积的甲酯化试剂，50℃水浴锅中回流1h后冷却5min，加入与甲酯化试剂等体积的正己烷超声波振荡10min，静置取上清液离心10min后，再取上清液离心10min，取上清液。
优选的是，以标准样品质量为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制出标准曲线；采用内标法确定油酸、亚油酸和α-亚麻酸对应的检出时间，采用峰面积归一化和标准曲线计算待测样品不饱和脂肪酸的量。
优选的是，所述步骤3包括：
应用Design Expert 8.0.5对试验数据进行多元回归拟合分析，得到响应回归方程并对响应面多元回归模型进行方差分析和显著性检验。
优选的是，马铃薯中不饱和脂肪酸的最佳微波萃取条件为：萃取温度为80.61℃，萃取时间为10.945min，萃取溶剂中丙酮所占体积分数为0.8025，液料比为3.256：1。
本发明至少具备以下有益效果：
(1)本发明所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，能够高效率提取马铃薯中的不饱和脂肪酸，操作简单，对实验设备及环境要求较低，降低了能耗，减少了污染物的排放，降低了不饱和脂肪酸的提取成本。
(2)本发明所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，采用响应面法的优化方法，获取马铃薯中不饱和脂肪酸的最优萃取条件，提高了马铃薯中不饱和脂肪酸的提取效率。
附图说明
图1为本发明所述微波萃取方法的条件优化方法中的亚油酸标准曲线。
图2为本发明所述微波萃取方法的条件优化方法中的油酸标准曲线。
图3为本发明所述微波萃取方法的条件优化方法中的α-亚麻酸标准曲线。
图4为本发明所述微波萃取方法的条件优化方法中的萃取温度与液料比的响应面曲线。
图5为本发明所述微波萃取方法的条件优化方法中的丙酮占比与液料比的响应面曲线。
图6为本发明所述微波萃取方法的条件优化方法中的萃取时间与丙酮占比的响应面曲线。
图7为本发明所述微波萃取方法的条件优化方法中的萃取时间与液料比的响应面曲线。
图8为本发明所述微波萃取方法的条件优化方法中的萃取温度与萃取时间的响应面曲线。
图9本发明所述微波萃取方法的条件优化方法中的丙酮占比与萃取温度的响应面曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，包括如下步骤：
步骤1：选新鲜、肉质肥厚、无芽、无绿皮的马铃薯，将去皮马铃薯用切丁机把它切成一定大小的正方体，本实施例中切成10×10×10mm大小的正方体并剔去形状不合格的马铃薯丁，并采用适量食用盐浸泡30min对马铃薯进行护色，将护色好的马铃薯丁放入薄层干燥实验台进行干燥；取一定量干燥后的马铃薯进行粉碎，过80～120目筛后置于样品罐中，优选100目筛，轨道式振荡10～20min；
步骤2：将样品罐放入微波萃取仪中，萃取温度为65～85℃，萃取溶剂为正己烷和丙酮的混合液，所述萃取溶剂的体积与马铃薯的质量的液料比为1.5～3.5，萃取时间为10～30min，后离心静止取上层清液。
本发明所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，能够高效率提取马铃薯中的不饱和脂肪酸，操作简单，对实验设备及环境要求较低，降低了能耗，减少了污染物的排放，降低了不饱和脂肪酸的提取成本。
本发明还提供一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，包括如下步骤：
步骤1：应用Design Expert 8.0.5对脂肪酸微波萃取进行Box-behnken中心组合试验，以萃取温度(X1)、萃取时间(X2)、丙酮占比(X3)和液料比(X4)为自变量，不饱和脂肪酸量为响应值进行五水平的响应面试验，见表1；
表1响应面分析因素与水平
对马铃薯中不饱和脂肪酸萃取工艺进行响应面分析，自变量的试验水平分别以-2，-1，0，1，2进行编码，共设计30个试验点，其中24个为析因点，6个零点用以估计试验误差。具体试验方案见表2。
表2正交试验表
步骤2：采用上述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，按照表3中的试验方案选取萃取温度、萃取时间、丙酮占比和液料比对待测样品进行试验，获得萃取温度、萃取时间、丙酮占比和液料比与不饱和脂肪酸提取量的关系；
本实施例中，将待测样品溶液和标准样品溶液甲酯化，利用气相色谱仪获取标准样品和待测样品中不饱和脂肪酸的峰面积，以标准样品质量为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制出标准曲线；采用峰面积归一化和标准曲线计算待测样品不饱和脂肪酸的量，包括：
(1)待测样品甲酯化包括：
配置浓硫酸和甲醇体积比为20:1的甲酯化试剂；
将待测样品溶液浓缩液体至1mL；
取一定量待测样品浓缩液于锥形瓶中，加入10倍体积的甲酯化试剂，50℃水浴锅中回流1h后冷却5min，加入与甲酯化试剂等体积的正己烷超声波振荡10min，静置取上清液离心10min后，再取上清液离心10min，取上清液。
(2)标准样品甲酯化包括：
取油酸、亚油酸和α-亚麻酸标准样品；
分别取10μL，15μL，20μL，25μL和30μL的所述标准样品，加入正己烷将上述溶液分别稀释至3mL；
分别取一定量标准样品稀释液于锥形瓶中，加入10倍体积的甲酯化试剂，50℃水浴锅中回流1h后冷却5min，加入与甲酯化试剂等体积的正己烷超声波振荡10min，静置取上清液离心10min后，再取上清液离心10min，取上清液。
(3)测定峰面积
采用FID氢火焰离子检测器，色谱柱HP519091J-413，进样口温度：200℃，进样量1μL，分流进样方式，分流比20：1,程序升温：初始温度150℃，保持1min；20℃/min升到200℃，保持1min；3℃/min升到230℃，保持1min；20℃/min升到240℃，保持1min。载气：高纯氮气，流量1.2mL/min，压力8.77psi。检测器：290℃，氢气流量40mL/min，空气流量450mL/min。利用气相色谱仪检测标准样品和待测样品，记录峰面积。
(4)计算待测样品中不饱和脂肪酸的量
以油酸、亚油酸和α-亚麻酸标准样品质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制出油酸、亚油酸和α-亚麻酸标准样品的标准曲线，如图1-3所示；采用内标法确定油酸、亚油酸和α-亚麻酸对应的检出时间，采用峰面积归一化和标准曲线计算待测样品不饱和脂肪酸的量，如图4-8所示为待测样品的不同因素下的不饱和脂肪酸峰面积的响应面曲线，响应曲面三维图和等高线二维图从一定程度上可以直观反映两因素对响应值的交互影响强弱。响应曲面越陡峭，说明响应值受所考察因素的交互影响越大，反之，则影响越小。等高线越趋于椭圆形，说明响应值受所考察因素的交互影响越大，越趋于圆形，则影响越小。
步骤3：对马铃薯样品中不饱和脂肪酸的量进行响应面分析，得到响应回归方程，求解极大值得到马铃薯不饱和脂肪酸的最佳微波萃取条件。
应用Design Expert 8.0.5对试验数据进行多元回归拟合分析，得到响应回归方程并对响应面多元回归模型进行方差分析和显著性检验。
表3.回归模型系数检验
通过ANOVA分析，结果如表3所示，以马铃薯不饱和脂肪酸量为响应值，经多元回归拟合后，得到响应值Y对X1萃取温度(℃)，X2萃取时间(min)，X3丙酮占比(％)，X4液料比(mL：g)的多元二次回归方程模型Y＝-5.08207+0.11773*X1+0.032533*X2+1.24736*X3+0.41963*X4+0.077928*X3X4-7.12537E-004*X1 2-7.76484E-004*X2 2-0.68474*X3 2-0.085994*X4 2。
根据表3结果，模型的P值＝0.0001＜0.01，试验所选用的模型具有高度的显著性，具有统计学意义，可信度高。并且得到决定系数方差R2＝0.9398，表明回归方程可以较好地描述各因素与响应值之间的真实关系。失拟项P＝0.6251＞0.05不显著，说明拟合程度良好，试验误差小。利用Design Expert8.0.5的optimization功能求解极大值，通过该模型确定了微波萃取马铃薯全粉中不饱和脂肪酸的优化条件转化为现实的数据为：萃取温度为81℃，萃取时间为11min，萃取溶剂中丙酮占比为0.8025，液料比为3.256：1。预测响应值为1.084mg/g。同时还对最优萃取工艺条件进行了验证，可以得出各因素对马铃薯脂肪酸得率影响大小分别为：丙酮占比＞液料比＞萃取温度＞萃取时间，模型中X1、X2、X3、X4、X3X4、X1 2、X2 2、X3 2和X4 2为显著因素，表明各因素对响应值的影响不是简单的线性关系，呈现二次函数关系，因素间存在交互作用。
本发明所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，采用响应面法的优化方法，获取马铃薯中不饱和脂肪酸的最优萃取条件，提高了马铃薯中不饱和脂肪酸的提取效率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取一定量干燥后的马铃薯进行粉碎，过80～120目筛后置于样品罐中，轨道式振荡10～20min；
步骤2：将样品罐放入微波萃取仪中，萃取温度为65～85℃，萃取溶剂为正己烷和丙酮的混合液，所述萃取溶剂的体积与马铃薯的质量的液料比为1.5～3.5，萃取时间为10～30min，后离心静止取上层清液。
2.如权利要求1所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，其特征在于，所述步骤1中还包括马铃薯预处理，选取新鲜马铃薯去皮，切成一定大小的正方体，剔去形状不合格的马铃薯丁，采用适量食用盐浸泡30～40min后进行干燥。
3.一种马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：应用Design Expert 8.0.5对脂肪酸微波萃取进行Box-behnken中心组合试验，以萃取温度、萃取时间、丙酮占比和液料比为自变量，不饱和脂肪酸量为响应值进行五水平的响应面试验；
步骤2：采用权利要求1或2任意一项所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法，选取萃取温度、萃取时间、丙酮占比和液料比对待测样品进行试验，获得萃取温度、萃取时间、丙酮占比和液料比与不饱和脂肪酸提取量的关系；
步骤3：对马铃薯样品中不饱和脂肪酸的量进行响应面分析，得到响应回归方程，求解极大值得到马铃薯不饱和脂肪酸的最佳微波萃取条件。
4.如权利要求3所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，其特征在于，所述步骤2中包括：将待测样品溶液和标准样品溶液甲酯化，利用气相色谱仪获取标准样品和待测样品中不饱和脂肪酸的峰面积进而获取不饱和脂肪酸的量。
5.如权利要求4所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，其特征在于，所述待测样品甲酯化包括：
配置浓硫酸和甲醇体积比为20:1的甲酯化试剂；
将待测样品溶液浓缩液体至1mL；
取一定量待测样品浓缩液于锥形瓶中，加入10倍体积的甲酯化试剂，50℃水浴锅中回流1h后冷却5min，加入与甲酯化试剂等体积的正己烷超声波振荡10min，静置取上清液离心10min后，再取上清液离心10min，取上清液。
6.如权利要求5所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，其特征在于，所述标准样品甲酯化包括：
取油酸、亚油酸和α-亚麻酸标准样品；
分别取10μL，15μL，20μL，25μL和30μL的所述标准样品，加入正己烷将上述溶液分别稀释至3mL；
分别取一定量标准样品稀释液于锥形瓶中，加入10倍体积的甲酯化试剂，50℃水浴锅中回流1h后冷却5min，加入与甲酯化试剂等体积的正己烷超声波振荡10min，静置取上清液离心10min后，再取上清液离心10min，取上清液。
7.如权利要求6所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，其特征在于，以标准样品质量浓度为横坐标，峰面积为纵坐标，绘制出标准曲线；采用内标法确定油酸、亚油酸和α-亚麻酸对应的检出时间，采用峰面积归一化和标准曲线计算待测样品不饱和脂肪酸的量。
8.如权利要求3所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，其特征在于，所述步骤3包括：
应用Design Expert 8.0.5对试验数据进行多元回归拟合分析，得到响应回归方程并对响应面多元回归模型进行方差分析和显著性检验。
9.如权利要求3所述的马铃薯中不饱和脂肪酸的微波萃取方法的条件优化方法，其特征在于，马铃薯中不饱和脂肪酸的最佳微波萃取条件为：萃取温度为80.61℃，萃取时间为10.945min，萃取溶剂中丙酮所占体积分数为0.8025，液料比为3.256：1。
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