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user: 3. 结果与分析 3.1. 种子油超临界CO 2 流体萃取的单因素试验 3.1.1. 萃取压力对种子得油率的影响 由图1可知，厚朴种子得油率随萃取压力的升高而增大，萃取压力在15~30 MPa范围内时，得油率增幅较大，而在30~35 MPa范围内时，得油率增幅趋于平缓。这主要是由于30 MPa以后，物料中所剩的油脂减少，CO 2 密度逐渐稳定，致使该萃取压力条件下得油率增幅不明显 [ 14 ] 。由于萃取压力过高会损耗设备，基于对设备的保护及资源的节约，因此选择30 MPa为最优萃取压力。 图1. 萃取压力对厚朴种子油得率的影响(相同小写字母表示差异不显著，p > 0.05，不同小写字母表示差异显著，p < 0.05) 3.1.2. 萃取温度对种子油得率的影响 由图2可知，厚朴种子得油率随温度的增大呈现先增后减的趋势，在40℃时达到最大值。这说明温度的升高可使CO 2 的溶解能力增强，但当温度升高到一定临界值时，又会使其溶解能力的降低，导致得油率下降，影响对油脂的萃取，因此选择40℃为最优萃取温度。 图2. 萃取温度对厚朴种子得油率的影响(相同小写字母表示差异不显著，p > 0.05，不同小写字母表示差异显著，p < 0.05) 3.1.3. 萃取时间对种子油得率的影响 由图3可知，随时间的延长，厚朴种子得油率逐渐升高，当萃取时间达到120 min后，得油率的增幅趋于平缓。由于考虑的成本和效率，因此选择120 min为最优的萃取时间。 图3. 萃取时间对厚朴种子得油率的影响(相同小写字母表示差异不显著，p > 0.05，不同小写字母表示差异显著，p < 0.05) 3.2. 响应面优化超临界CO 2 流体萃取厚朴种子油工艺 3.2.1. Box-Behnken试验设计方案及结果 在单因素实验最优条件的基础上，考察萃取压力(A)，萃取温度(B)，萃取时间(C)这3个因素，以厚朴种子得油率为响应值，根据Box-Behnken的中心组合设计原理，设计3因素3水平的实验方案，试验设计方案见表1，结果见表2。 Table 1 Factor level of Box-Behnken experimental desig 编码值 压力A/MPa 温度B/℃ 时间C/min 1 35 45 130 0 30 40 120 −1 25 35 110 表1. Box-Behnken试验设计因素水平 Table 2 Experimental design and result of Box-Behnke 试验号 A B C 得油率/% 1 −1 0 −1 19.117 2 0 1 −1 20.553 3 −1 −1 0 18.112 4 0 1 1 21.183 5 0 −1 −1 20.168 6 −1 0 1 19.851 7 0 0 0 21.352 8 1 1 0 21.371 9 −1 1 0 20.196 10 0 0 0 21.468 11 0 0 0 20.895 12 0 0 0 20.993 13 1 0 −1 21.368 14 1 −1 0 20.788 15 0 0 0 21.345 16 0 −1 1 20.632 17 1 0 1 21.844 表2. Box-Behnken试验设计及结果 3.2.2. 模型的建立及显著性检验 使用Design-Expert V 8.0.6 软件，对结果中数据进行多元回归拟合，得到厚朴种子得油率(Y)对萃取压力、萃取温度、萃取时间3个考察因素的二次多项回归方程。 Y = 21.2106 + 1.0119 A + 0.4504 B + 0.2880 C − 0.3753 A B − 0.0645 A C     + 0.0415 B C − 0.5914 A 2 − 0.5024 B 2 − 0.0742 C 2 经过回归统计分析，试验结果如表3。其中，模型的p值为0.0006 (<0.01)，表示有统计学意义；失拟项模型失拟项p = 0.2431 (>0.05)，表示无统计学意义。由于失拟项表示模型预测值与实际值不拟合的概率 [ 15 ] ，说明此回归方程拟合度好，所选模型合适。各影响因素的影响程度由强至弱为萃取压力、萃取温度、萃取时间。 Table 3 Statistical analysis of regression result 系数 来源 平方和 自由度 均方 F值 p值 显著性 模型 13.81603 9 1.535115 16.61384 0.0006 ** A 8.191128 1 8.191128 88.64879 <0.0001 ** B 1.622701 1 1.622701 17.56174 0.0041 ** C 0.663552 1 0.663552 7.181316 0.0315 * AB 0.56325 1 0.56325 6.095797 0.0429 * AC 0.016641 1 0.016641 0.180098 0.6840 BC 0.006889 1 0.006889 0.074556 0.7927 A 2 1.472773 1 1.472773 15.93914 0.0052 ** B 2 1.062867 1 1.062867 11.50292 0.0116 * C 2 0.023166 1 0.023166 0.250715 0.6319 残差 0.646798 7 0.0924 失拟项 0.395533 3 0.131844 2.098889 0.2431 不显著 净误差 0.251265 4 0.062816 总离差 14.46283 16 表3. 回归统计分析结果 注： ** 代表差异有统计学意义(p < 0.01)； * 代表差异有统计学意义(p < 0.05)。 经过分析可得到变异系数值(CV)，其反映了模型的可信度，变异系数值越低，可信度越高，反之则可信度越低。该模型中变异系数值为1.47%，较低，说明模型的可信度较高。而回归决定系数R 2 为0.9553，说明95.53%的厚朴种子得油率的变化源于这3个因素， R A d j 2 = 0.8978 ，说明89.78%厚朴种子得油率可由该模型解释，Adeq Precision的值很高(为15.017)，说明此模型可用于预测。综上所述，可依据此模型准确可靠的分析和预测超临界CO 2 流体萃取厚朴种子油的得油率 [ 16 ] 。 由表3可知，A、B、C、AB、A 2 、B 2 都具有统计学意义(p < 0.05)，说明对厚朴种子得油率有显著影响，影响程度为A > B > A 2 > B 2 > C > AB。同时，对回归方程去除无统计学意义因素得： Y = 21.2106 + 1.0119 A + 0.4504 B + 0.2880 C − 0.3753 A B − 0.5914 A 2 − 0.5024 B 2 3.2.3. 响应面交互作用分析、优化及结果验证 利用Design-Expert V 8.0.6 .1软件对各因素间的交互作用进行响应面分析，并绘制3D响应面曲面图及等高线图。从而得到各因素间产生明显交互作用的响应面图如图4(a)~图6(a)所示，等高线图如图4(b)~图6(b)所示。 图4. 萃取压力与萃取温度的交互作用对得油率的影响 图5. 萃取压力与萃取时间的交互作用对得油率的影响 图6. 萃取温度与萃取时间的交互作用对得油率的影响 由图4可知，随萃取压力与萃取温度间的交互作用显著。如图4所示，当萃取压力在低水平时，萃取温度的响应面抛物线所对应的最高点也位于较低水平，而随着萃取压力的增加，萃取温度的响应面抛物线所对应的最高点也逐渐向高水平方向移动。因此，厚朴种子得油率在萃取压力较大，萃取温度较高时较高。由图5可知，萃取压力与萃取时间间的交互作用不显著，得油率主要有萃取压力所决定。如图5所示，得油率随萃取压力的增加而逐渐升高，当萃取压力最大，萃取时间在较低水平也可以得到较高的得油率。由图6可知，萃取温度与萃取时间之间的交互作用不显著，得油率主要由萃取温度所决定。如图6所示，得油率随萃取温度的升高呈现先升高后下降的趋势，当萃取温度在较高值而未达到最高值时，萃取时间在较低水平也可以得到较高的得油率。同时，由图4~6所示，由于萃取压力的响应面曲线较陡，等高线随萃取压力的变化而迅速变化，而萃取温度和萃取时间的响应面曲面较为平缓，等高线随其数值上的变化幅度较小 [ 17 ] 。因此，萃取压力对厚朴种子得油率的影响最显著，其他因素次之。 通过对试验结果的分析计算得出厚朴种子理论得油率的最佳萃取工艺条件：萃取压力为33.66 MPa，萃取温度为 41.08 ℃ ，萃取时间为130 min，在此条件下回归方程预测出的厚朴种子得油率的理论值为21.825%。考虑到试验的实际操作性，对最佳萃取工艺条件的参数进行修正后可得：萃取压力为34 MPa，萃取温度为 41 ℃ ，萃取时间为130 min。 在修正后的最佳萃取工艺条件下进行3次重复的验证试验，可得厚朴种子得油率的实际平均值为21.741%，与理论预测值21.825% 相差0.084%，差异不显著(p > 0.05)，说明回归方程与实际操作结果的拟合度良好，采用响应面法分析与优化所得的最优萃取工艺条件准确可靠，具有实际应用价值。 3.3. 厚朴及凹叶厚朴种子油的理化性质 利用上述最优萃取工艺条件，对厚朴和凹叶厚朴两种植物种子进行种子油萃取，所获得的两种厚朴种子油均为透明的、浅棕红色液体，无杂质，均有独特香气。分别为两种厚朴种子油的相对密度、酸值、碘值、皂化值、过氧化值、水分及挥发物等理化性质进行测定，每个指标的测定重复3次，结果如表4所示。 Table 4 Physicochemical properties of different kinds of Magnolia seeds oi 名称 比重 (g/mg) 酸值 (mg/g) 碘值 (g/100g) 皂化值 (mg KOH/g) 过氧化值 (mmol/kg) 水分及挥发物 (%) 透明度 厚朴 0.862 53.973 100.813 186.944 0.030 0.0701 透明 凹叶厚朴 0.893 61.306 102.226 193.463 0.140 0.0698 透明 表4. 不同种厚朴种子油的理化性质 酸值可以代表油样中游离态的脂肪酸含量，二者呈现正相关性。同时，也是判定样品优劣的决定性指标，其数值越小则品质越好 [ 18 ] 。从表4得知，两种种厚朴种子油的酸值均较高，且凹叶厚朴种子油高于厚朴，说明两种厚朴种子油所含的游离脂肪酸也都较高，但凹叶厚朴种子油较厚朴种子油更易发生酸败现象。碘值代表样品油的不饱和程度，碘值越大，油的不饱和程度越高。从表4中可以看出，两种厚朴种子油的碘值都大于100 g/100g，小于130 g/100g，均属于半干性油，油的成分主要以以油酸及亚油酸为主，且凹叶厚朴种子油的不饱和程度高厚朴种子油。 皂化值可用于确定油样是否可被用于肥皂的制作，是制皂业生产的重要依据。同时，也与脂肪酸的分子量呈负相关性。两种厚朴种子油的皂化值均较高(表4)，相比较后凹叶厚朴种子油略高于厚朴种子油，说明两种厚朴种子均可用于制皂工业，且凹叶厚朴种子的皂化能力较强。 油脂的过氧化值越低，说明其被氧化程度越低，酸败程度越小。如表4所示，厚朴及凹叶厚朴种子油的过氧化值分别为0.030 mmol/kg 和0.140 mmol/kg，都小于24 mmol/kg。因此厚朴及凹叶厚朴种子油的被氧化程度低，酸败程度低，且凹叶厚朴较高于厚朴，这两种种子油均符合食用植物油卫生标准对油脂过氧化值的要求 [ 19 ] [ 20 ] 。同时，两种厚朴种子油中的水分及挥发物含量少，且均为透明油脂。