超声-微波协同萃取技术对牡丹籽油得率及生物活性成分影响的比较研究

本研究系统比较了超声辅助萃取（UAE）、微波辅助萃取（MAE）及超声-微波协同萃取（UMSE）对牡丹籽油提取效率与品质的影响，发现UMSE在提升油品得率、不饱和脂肪酸含量及维生素E保留方面表现最优，为高营养价值油脂的绿色提取工艺提供了重要技术支撑。

　　

1. 引言

牡丹籽油富含多种功能性成分，包括α-亚麻酸等不饱和脂肪酸、维生素E、甾醇及酚类化合物（如儿茶素、芦丁等）。这些成分在心血管保护、抗氧化、抗炎及免疫调节方面具有显著功效。研究表明，提取方法直接影响牡丹籽油的得率、脂肪酸组成及生物活性物质保留程度。传统方法如超临界CO₂萃取和冷压法存在高温破坏热敏成分、溶剂残留等问题，亟需开发高效、环保的新型提取技术。

近年来，超声-微波协同萃取（UMSE）技术因其在低温常压下高效破坏细胞结构、选择性释放目标成分的特点受到广泛关注。本研究首次将可调谐UMSE系统应用于牡丹籽油提取，并通过色谱技术（HPLC、GC–MS）深度分析九种脂肪酸、五种酚类及三种维生素E异构体的含量，系统评估不同提取工艺对油脂综合品质的影响。

2. 材料与方法

2.1 材料与试剂

实验所用牡丹籽来源于中国甘肃平凉地区（2021–2022年度采收）。试剂包括石油醚（60–90°C）、甲醇、丙酮及多种脂肪酸甲酯标准品（如棕榈酸甲酯、亚油酸甲酯等），均由合规试剂公司提供。

2.2 超声功率与时间优化

通过单因素实验确定UMSE最佳参数：超声功率560 W（20 min）、微波功率600 W（6 min）、温度40°C、料液比1:8 g/mL。功率超过560 W时，因空化效应过强及自由基导致的氧化反应，得率反而下降；提取时间超过20 min后，因扩散效率降低，得率亦呈下降趋势。

2.3 油脂提取工艺

牡丹籽经去壳、干燥、粉碎过60目筛后，以石油醚为溶剂，分别采用UAE（超声560 W, 20 min）、MAE（微波600 W, 6 min, 40°C）及三种UMSE模式（同步处理UMSI、超声-微波顺序UM、微波-超声顺序MU）进行提取。溶剂经减压回收后计算油品得率。

2.4 油脂理化性质分析

新鲜提取的牡丹籽油均为亮黄色透明液体。储存30天后，UMSI法提取的油无沉淀产生，表现出最佳稳定性。

2.5 脂肪酸与功能性成分定量

采用GC–MS分析九种脂肪酸组成，HPLC定量游离脂肪酸、酚类化合物及维生素E异构体。所有实验均设三次生物学重复，数据以均值±标准差表示，采用ANOVA和Tukey检验进行显著性分析（p < 0.05）。

3. 结果与讨论

3.1 提取方法对油品得率的影响

MU法（微波后超声）得率最高（31.5% ± 0.08），显著优于UMSI（27.9%）、MAE（27.3%）、UM（26.9%）及UAE（25.1%）。UMSE的协同机制在于：微波的介电加热效应增强溶剂渗透性，超声空化作用破坏细胞壁，促进油脂释放。

3.2 脂肪酸组成差异

所有方法均检出九种特征脂肪酸，其中油酸（Oleate）和亚油酸（Linoleate）占比最高。UMSE法显著提升棕榈油酸（Palmitoleate, 5.860 μg/mL）、棕榈酸（Palmitate, 580.410 μg/mL）、油酸（5024.500 μg/mL）、硬脂酸（Stearate, 333.020 μg/mL）及花生酸（Arachidate, 11.020 μg/mL）含量；MAE法更利于亚麻酸（Linolenate, 12.997 μg/mL）和山嵛酸（Behenate, 4.182 μg/mL）的提取；UAE则对亚油酸（4928.290 μg/mL）和顺式11-二十碳烯酸（cis-11-eicosenoate, 23.400 μg/mL）的保留效果最佳。

UMSE法获得的总不饱和脂肪酸含量最高（8708.169 μg/mL），饱和脂肪酸为924.441 μg/mL，表明其能更全面释放油脂组分。

3.3 游离脂肪酸与酚类成分

游离脂肪酸中以油酸（99.260–114.700 μg/mL）为主。UMSE法总游离脂肪酸含量最高（130.250 μg/mL），MAE法在提取α-亚麻酸（7.840 μg/mL）方面表现突出。

酚类化合物分析显示，MAE法总酚含量最高（7.581 μg/mL），其中芥子酸（Kaempferol, 4.419 μg/mL）和芦丁（Rutin, 1.685 μg/mL）含量显著；UAE法更利于表儿茶素（Epicatechin, 0.618 μg/mL）和绿原酸（Chlorogenic acid, 1.483 μg/mL）的提取；UMSE法则在儿茶素（Catechin, 1.112 μg/mL）提取中具有优势。

3.4 维生素E含量

维生素E以γ-生育酚（(+)-γ-tocopherol）为主。UMSE法提取的维生素E总含量最高（16.320 μg/mL），其协同作用能有效破坏油脂-蛋白复合结构，促进生育酚释放。

3.5 油脂稳定性与应用潜力

UMSI法提取的油品在30天储存后无相分离，稳定性最佳。UMSE技术通过低温高效提取，最大限度保留热敏成分，适用于功能性油脂的规模化生产。

4. 结论

UMSE技术通过微波预处理增强细胞壁通透性，超声后续处理促进选择性脂质释放，显著提高牡丹籽油得率及生物活性成分保留率。其中MU序列（微波后超声）效果最优，得率达31.5% ± 0.08。该方法在提升不饱和脂肪酸、游离脂肪酸及维生素E含量方面具有显著优势，且油品稳定性良好。

本研究为牡丹籽油的高效绿色提取提供了工艺优化依据，同时为其他油料作物的精准萃取提供了技术范本。未来可进一步探索UMSE在多物种油脂提取中的应用潜力及规模化生产参数适配性。