何亞芬，張繼紅，余中霞，方文超

（上饒市檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證院藥品檢測(cè)分院，上饒 334000）

奇亞籽（Chia Seed）是一種唇形科鼠尾草類植物—芡歐鼠尾草（Salvia hispanical）的種子，呈橢圓形，長(zhǎng)約2 mm，直徑約為1 mm，顏色有白色、灰色或黑色等［1］。奇亞籽主要產(chǎn)于墨西哥、危地馬拉、秘魯?shù)葒?guó)家［2］。奇亞籽內(nèi)部存在大量的脂肪酸、維生素、膳食纖維、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等，有益于抗氧化、降血脂、改善心血管功能等［3］。奇亞籽油中不飽和脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88.80%，其中α －亞麻酸（C18∶3n3）質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為62.90%，亞油酸（C18∶2n6c）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.25%［4］。高濃度的ω－3脂肪酸有益于降低患冠心病、高血壓、Ⅱ型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)。因此，奇亞籽油對(duì)人體而言是富有營(yíng)養(yǎng)且比較安全的，有著較大的應(yīng)用潛力［5］。

奇亞籽油是以奇亞籽為原料的產(chǎn)品之一。從種子中獲取油脂類物質(zhì)，可以采用壓榨法［6］、溶劑提取法［7］、超臨界流體萃取法［8］、水酶法提?。?］、超聲波輔助提取技術(shù)［10］等。其中，超聲波輔助提取法具有易于操作、提取率高、保持提取物完整性等［11］優(yōu)勢(shì)。研究分析了烘烤時(shí)間、烘烤溫度、料液比、超聲時(shí)間對(duì)奇亞籽的出油率的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上應(yīng)用響應(yīng)面法，確定最優(yōu)工藝條件，為奇亞籽油的生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料與試劑

1.1.2 儀器與設(shè)備

8860 氣相色譜儀（配氫火焰離子化檢測(cè)器），F(xiàn)A2004B萬(wàn)分之一電子天平，DFT －100A 高速粉碎機(jī)，DHG－9243BS －Ⅲ電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，KQ －60E超聲波清洗儀，TGL－15B離心機(jī)，N－1100 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，SX3 －3 －10 節(jié)能纖維馬弗爐，8100 型凱氏定氮儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 奇亞籽主要成分分析

根據(jù)GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》中的直接干燥法測(cè)定含水量；根據(jù)GB 5009.4—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》測(cè)定灰分含量；根據(jù)GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定》測(cè)定粗脂肪含量；根據(jù)GB 5009.88—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測(cè)定》測(cè)定膳食纖維含量；根據(jù)GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》測(cè)定粗蛋白含量。

1.2.2 奇亞籽油脂提取工藝

將原料奇亞籽篩選，除去雜質(zhì)。將奇亞籽平鋪1 cm左右厚度在托盤中，置電熱鼓風(fēng)干燥箱中，控制一定烘烤時(shí)間（10、20、30、40、50、60 min）和烘烤溫度（60、90、120、150、180、210 ℃）對(duì)奇亞籽進(jìn)行烘烤預(yù)處理。將預(yù)處理好的奇亞籽用高速粉碎機(jī)粉碎后過24 目篩，稱取約10.0 g奇亞籽粉，提取溶劑為石油醚（60 ～90 ℃），在設(shè)定的料液比（1.0∶7.5、1.0∶10.0、1.0∶12.5、1.0∶15.0、1.0∶17.5 g／mg）、提取時(shí)間（20、30、40、50、60、70 min）下，超聲提取溫度40 ℃，超聲頻率40 kHz攪拌浸提。浸提完畢后，在8 000 r／min下高速離心5 min，移出上清液進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收溶劑45℃，整體轉(zhuǎn)移到電熱鼓風(fēng)干燥箱中，（100±5）℃干燥至質(zhì)量不再變化，即得到奇亞籽油。

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)習(xí)資源的獲取變得更加快捷、方便，同時(shí)帶來的也有信息的淺層解讀、知識(shí)的碎片化，由此阻礙了學(xué)習(xí)的深度發(fā)生?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃（2010—2020年）》指出，教育信息化的價(jià)值觀是促進(jìn)技術(shù)與教育的雙向融合創(chuàng)新，形成優(yōu)良的學(xué)習(xí)生態(tài)，使學(xué)習(xí)具有可持續(xù)性[1]。同時(shí)，培養(yǎng)具有自主學(xué)習(xí)能力、問題解決能力、創(chuàng)新能力的學(xué)生是當(dāng)前教育變革的首要任務(wù)。因此，在信息化學(xué)習(xí)環(huán)境中，如何既提供豐富的學(xué)習(xí)資源，又抑制學(xué)生機(jī)械學(xué)習(xí)、淺層解讀知識(shí)，是當(dāng)前教育亟待解決的問題。

1.2.3 奇亞籽出油率計(jì)算

式中：m1為奇亞籽油質(zhì)量／g；m 為奇亞籽粉質(zhì)量／g。

1.2.4 奇亞籽油脂肪酸組成分析

1.2.4.1 奇亞籽油甲酯化

根據(jù)GB 5009. 168—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪酸的測(cè)定》進(jìn)行甲酯化處理。在定性分析時(shí)，采用37 種脂肪酸甲酯的保留時(shí)間，采用面積歸一化法對(duì)奇亞籽油脂中的脂肪酸相對(duì)含量進(jìn)行定量計(jì)算。

1.2.4.2 脂肪酸組成分析氣相色譜條件

氫火焰離子化檢測(cè)器（flame ionization，F(xiàn)ID）；色譜柱SP－2560（100 m ×250 μm ×0.2 μm）；程序升溫條件：100 ℃（2 min），按10 ℃／min 升溫至180 ℃（6 min），按1 ℃／min 升溫至200 ℃（20 min），按4 ℃／min升溫至230 ℃（16.5 min），載氣：高純氮?dú)猓℉e純度≥99.999%）；柱流速：0.7 mL／min；進(jìn)樣口溫度：245 ℃；分流比100∶1；進(jìn)樣量1 μL；檢測(cè)器溫度：245 ℃。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與討論

2.1 奇亞籽主要成分和脂肪酸組成

奇亞籽主要成分見表1。奇亞籽油主要脂肪酸組成見表2。

表1 奇亞籽主要成分

表2 奇亞籽油主要脂肪酸組成

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 提取溶劑的選擇

為揭示出提取溶劑和出油率的關(guān)系，選擇提取奇亞籽油的最優(yōu)溶劑，奇亞籽經(jīng)過在150 ℃烘烤40 min預(yù)處理、料液比為1∶150（g／mL）、超聲時(shí)間50 min工藝下依次考察使用功甲醇、無(wú)水乙醇、正庚烷、乙酸乙酯、正己烷和石油醚（60 ～90 ℃）時(shí)，奇亞籽出油率的大小，提取溶劑對(duì)奇亞籽出油率的影響如圖1 所示。

圖1 提取溶劑對(duì)奇亞籽出油率的影響

對(duì)圖1 進(jìn)行分析可得，提取溶劑類型和出油率有著緊密的關(guān)聯(lián)，影響出油率從低到高的順序?yàn)榧状迹紵o(wú)水乙醇＜正庚烷＜乙酸乙酯＜正己烷＜石油醚；乙酸乙酯、正己烷、石油醚為提取溶劑，出油率分別為（31.33 ±1.75）%、（32.90 ±1.23）%、（36.14 ±1.05）%。石油醚作為提取溶劑，出油率最高，故選用石油醚作為提取溶劑。

2.2.2 料液比對(duì)奇亞籽出油率的影響

料液比也在一定程度上決定了出油率的高低，奇亞籽經(jīng)過在150 ℃烘烤40 min 預(yù)處理、石油醚為提取溶劑、超聲時(shí)間50 min 的提取條件下分別考察料液比對(duì)奇亞籽出油率的影響結(jié)果見圖2。料液比不超過1.0∶5.0 ～1.0∶15.0 這一范圍時(shí)，出油率和料液比之間為正相關(guān)關(guān)系，在料液比為1.0∶15.0 時(shí)出油率達(dá)到36.39%。在1.0∶15.0 ～1.0∶17.5時(shí)，出油率逐漸趨于平穩(wěn)。原因是奇亞籽粉末質(zhì)量不變的情況下，如果溶劑較少，奇亞籽油的含量比較高，在一定程度上阻礙了油脂的浸出；在溶劑不斷增多的過程中，奇亞籽油的含量不斷降低，對(duì)油的溶出的阻礙作用不斷減?。?2］。進(jìn)一步的增多溶劑，濃度差的改變對(duì)出油率的影響減小，此時(shí)主要起到稀釋作用。溶劑用量越大，經(jīng)濟(jì)成本越高，故選用料液比為1.0∶15.0（g／mL）。

圖2 液料比、超聲時(shí)間、烘烤時(shí)間、烘烤溫度對(duì)奇亞籽出油率的影響

2.2.3 超聲時(shí)間對(duì)奇亞籽出油率的影響

保持150 ℃烘烤40 min 預(yù)處理、料液比為1.0∶15.0（g／mL）、溶劑使用石油醚不變，探究超聲時(shí)間對(duì)奇亞籽出油率的影響。由圖2 可見，超聲時(shí)間在一定程度上決定了出油率的高低，超聲時(shí)間越長(zhǎng)，超聲波對(duì)奇亞籽作用越充分，奇亞籽的出油率越高，但達(dá)到一定時(shí)間后，溶劑中奇亞籽油脂的濃度逐漸增加，最終體系滲透壓趨于平穩(wěn)，當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到50 min后，出油率逐漸下降。這是因?yàn)槌晻r(shí)間過長(zhǎng)使得部分油脂分子裂解，且超聲波過程中產(chǎn)生的局部過熱造成了某些揮發(fā)性成分的損失，從而導(dǎo)致奇亞籽的出油率減小。故選取超聲時(shí)間為50 min時(shí)能達(dá)到最佳提取效果。

2.2.4 烘烤時(shí)間對(duì)奇亞籽出油率的影響

奇亞籽經(jīng)過在150 ℃烘烤預(yù)處理、料液比為1.0∶15.0（g／mL）、石油醚為提取溶劑、超聲時(shí)間為50 min的提取條件下考察烘烤時(shí)間對(duì)奇亞籽出油率的影響。由圖2 可見，在烘烤時(shí)間不斷變長(zhǎng)的過程中，奇亞籽的出油率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，55 ～70 min 時(shí)，奇亞籽的出油率逐漸平穩(wěn)。故選擇烘烤時(shí)間為40 min。

2.2.5 烘烤溫度對(duì)奇亞籽出油率的影響

奇亞籽經(jīng)過在40 min 烘烤預(yù)處理、料液比為1.0∶15.0（g／mL）、石油醚為提取溶劑、超聲時(shí)間為50 min的提取條件下分別考察烘烤溫度對(duì)奇亞籽出油率的影響。由圖2 可見，出油率基本和烘烤溫度之間為正相關(guān)關(guān)系，150 ～210 ℃時(shí)，奇亞籽的出油率逐漸平穩(wěn)。在150 ℃時(shí)出油率達(dá)到（37.36 ±0.98）%，在180 ～210 ℃烘烤時(shí)出現(xiàn)了油脂溢出的現(xiàn)象，并可以聞到淡淡的焦糊味，產(chǎn)品的感官受到影響［13］。故選擇烘烤溫度為150 ℃。

2.3 響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)烘烤溫度、烘烤時(shí)間、料液比、超聲時(shí)間4 個(gè)相關(guān)因素，以奇亞籽出油率為響應(yīng)值進(jìn)行Box － Behnken 響應(yīng)面優(yōu)化組合。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素與水平見表3，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表4，方差分析見表5。

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素與水平

表4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5 方差分析

對(duì)表5 中數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合回歸處理，建立出油率（Y）與烘烤溫度（A）、烘烤時(shí)間（B）、料液比（C）、超聲時(shí)間（D）的二次多項(xiàng)回歸方程為：

Y ＝39.30 ＋0.20A ＋0.17B ＋0.95C ＋0.39D ＋0.11AB ＋0.035AC －0.21AD －0.030BC －5.00 ×10－3BD ＋0.13CD－0.94A2－0.98B2－1.55C2－0.56D2

結(jié)合表5 對(duì)模型進(jìn)行的方差分析結(jié)果進(jìn)行分析能夠確定，模型P ＜0.000 1，證明符合極顯著水平，失擬項(xiàng)P ＝0.131 9 ＞0.05，即為不顯著。因變量和自變量存在顯著的線性關(guān)系（R2＝0.975 9），該回歸模型的調(diào)整決定系數(shù)7 說明該模型可以解釋95.17%的響應(yīng)值變化，變異系數(shù)為0.66，說明該方程擬合程度良好，由此揭示出出油率和各因素的關(guān)聯(lián)，實(shí)驗(yàn)誤差可以接受，實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)滿足可靠性要求，所以通過模型對(duì)奇亞籽油的提取實(shí)驗(yàn)展開分析和預(yù)測(cè)是可行的。

回歸方程各項(xiàng)方差分析表明，因素C、D、A2、B2、C2、D2對(duì)奇亞籽的出油率具有極顯著的影響（P ＜0.01），因素A、B對(duì)奇亞籽的出油率具有顯著的影響（P ＜0.05）。由F值越大影響的效果越顯著可知，各因素對(duì)奇亞籽出油率的影響程度依次為C（料液比）＞D（超聲時(shí)間）＞A（烘烤溫度）＞B（烘烤時(shí)間）。

對(duì)各因素交互作用的響應(yīng)面圖進(jìn)行分析能夠確定，全部因素構(gòu)成的均為開口向下，中心部分向上凸起的響應(yīng)曲面圖，曲面中的最高點(diǎn)并未超過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍。響應(yīng)曲面的陡峭程度反映的是各項(xiàng)因素的影響程度，曲面越陡峭代表影響越大［14］；等高線直接呈現(xiàn)出變量的交互作用，橢圓形代表交互作用強(qiáng)，圓形代表交互作用弱。

響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)最終確定了最佳工藝條件，理論出油率為39.54%。利用回歸數(shù)學(xué)模型確定最優(yōu)工藝條件為：烘烤溫度160 ℃，烘烤時(shí)間46 min，料液比1.0∶17.0（g／mL），超聲時(shí)間55 min，在此條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到奇亞籽出油為（39.41 ±0.72）%，與預(yù)測(cè)值接近。

3 結(jié)論

此次結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按照Box －Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取經(jīng)烘烤預(yù)處理奇亞籽油脂的工藝。利用回歸數(shù)學(xué)模型確定最優(yōu)工藝條件為：烘烤溫度160 ℃，烘烤時(shí)間46 min，料液比1.0∶17.0（g／mL），超聲時(shí)間55 min。在最優(yōu)工藝條件下，奇亞籽的出油率為（39.41 ±0.72）%。