超高压法工艺优化提取牛油果油及其影响运动大鼠肝组织抗氧化能力研究.pdf

1072023年第9期中国食品添加剂China Food Additives试验研究收稿日期：2022-11-09基金项目：河南省科技厅科技攻关项目（212102310267）。作者简介：贾俊刚（1980-），男，硕士研究生，副教授，研究方向：运动保健食品开发。超高压法工艺优化提取牛油果油及其影响运动大鼠肝组织抗氧化能力研究 贾俊刚1，刘毅勃2，和朝军1（1.洛阳师范学院，洛阳 471022；2.中原工学院，郑州 450007）摘 要：以牛油果为主要原料，采用响应面优化超高压法提取牛油果油的工艺，并研究对运动大鼠肝组织抗氧化能力的影响。考察了单因素液料比、超高压压力、保压时间、溶剂种类对牛油果油提取率的影响。结果表明：当液料比 131（mL/g）、超高压压力 420 MPa、保压时间 7 min，得出牛油果油平均提取率为 67.46%，与预测值接近。运动大鼠试验表明，灌胃牛油果油可以使大鼠 SOD、CAT 水平明显提高，MDA 水平明显降低，且与剂量呈正比，还可以降低大鼠 ALT、AST 两种转氨酶水平，说明牛油果油具有良好的抗氧化能力，可以有效降低大鼠运动之后产生大量自由基对肝组织造成的损伤，对肝组织起到保护作用。关键词：牛油果油；超高压提取；肝组织；抗氧化能力中图分类号：TS224 文献标识码：A 文章编号：1006-2513（2023）09-0107-06doi：10.19804/j.issn1006-2513.2023.09.014Optimization of extraction of avocado oil by ultra-high pressure method and its effect on the antioxidant capacity of liver tissue in exercise ratsJIA Jungang1，LIU Yibo2，HE Chaojun1（1.Luoyang Normal University，Luoyang 471022；2.Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450007）Abstract：Avocado oil was extracted by ultra-high pressure method and the response surface methodology（RSM）was used to optimize the extraction process.The antioxidant capacity of the avocado oil on liver tissue in exercise rats was studied.Single factor test was used to study the effect of liquid to material ratio，ultra-high pressure，holding time and solvent type on the extraction rate of avocado oil.The results showed that，when the liquid material ratio was 131（mL/g），the ultra-high pressure was 420 MPa，and the pressure holding time was 7 min，the average extraction rate of avocado oil was 67.46%，which was close to the predicted value.The exercise rat experiment showed that gavage of avocado oil significantly increased the level of SOD and CAT in rats，and significantly reduced the level of MDA，and was in a positive correlation to the dose.The avocado oil also reduced the levels of ALT and AST in rats，which indicating its good antioxidant capacity.The avocado oil effectively reduced the damage to liver tissue of rats caused by a large number of free radicals after exercise，and had a protective effect on liver tissue of exercise rats.Key words：avocado oil；ultra-high pressure extraction；liver tissue；antioxidant capacity1082023年第9期中国食品添加剂China Food Additives试验研究牛油果是樟科鳄梨属植物，别称油梨、樟梨、鳄梨等，是一类常绿乔木。牛油果的主要产地在热带地区，世界范围内主要产地在美洲，在我国主要产自海南、广东、福建等沿海省份1-2。牛油果的营养价值颇高，具有良好的保健作用，其果肉呈黄绿色，并且富含碳水化合物、蛋白质、维生素、生育酚、角鲨烯、脂肪、多种矿物元素3-4。牛油果油的主要抗氧化剂是-生育酚，其含量范围在 70190 mg/kg，其中采用亚临界萃取法所得到牛油果油中的-生育酚含量与花生油基本相当（227.0 mg/kg），相比大豆油（142.1 mg/kg）、橄榄油（214.8 mg/kg）的含量较多5。牛油果中含有的油脂较为丰富，含量大概在 15%30%之间，这其中所包含的不饱和脂肪酸高达 80%，而且牛油果油的脂肪酸组成与橄榄油极为相近6。另外，单不饱和脂肪酸含量较为丰富，其中油酸的含量大约为 60%，棕榈油含量大约为 15%，亚油酸含量大约在 10%2。并且油酸是一类单不饱和脂肪酸，具有调节血糖、降低血脂的作用7。综上所述，牛油果油含有丰富的不饱和脂肪酸和多种矿物元素，具有较强的抗氧化能力、降血脂血糖的作用。牛油果油的现有提取方法主要有超临界 CO2萃取法、压榨法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法、水酶法提取等8。相比于上述提取方法，超高压提取技术是近些年植物油脂应用较为广泛的一种非热提取方法，其原理是将压力提高到 100600 MPa 的范围，维持一定的时间，可以使溶剂在提取物内外的浓度达到平衡，之后快速降低压力，使得有效成分进入到提取溶剂中9-10。超高压提取法的优点是提取时间短、能源消耗低、提取效率高、操作简单等11。超高压提取技术常常应用于果蔬、药材中的活性成分提取12。但是目前尚未见到关于采用超高压技术提取牛油果油的报道，本文将以牛油果为原料，采用超高压法提取牛油果油，利用响应面法优化提取参数，同时研究其生物功能，对大鼠灌胃牛油果油，建立运动模型，研究对运动大鼠肝组织抗氧化能力的影响，为今后牛油果油的相关研究提供经验。1 材料与方法1.1 原料与试剂牛油果：市售；正己烷、石油醚、乙醚：分析纯；超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、丙二醛（MDA）、谷草转氨酶（AST）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）检测试剂盒：南京建成生物科技公司。SPF 级 5 周龄雄性 SD 大鼠 50 只，体重为（15010）g，由北京科宇动物养殖中心提供（许可证号 SYXK（京）2018-0036）。1.2 仪器与设备AS220 型电子天平：深圳市怡华新电子有限公司；SX-52A 型旋转蒸发仪：上海圣训仪器有限公司；W1-600 型超高压设备，天津华泰森淼超高压装备工程技术有限公司；H2489 型粉碎机：邢台智冠机械科技有限公司；DHG9000 型鼓风干燥箱：南京晓晓仪器设备有限公司。1.3 方法1.3.1 超高压提取牛油果油预处理：挑选无腐烂、无虫害的成熟果实，除去果皮和果核，留下果肉，将牛油果肉切成薄片，放入到鼓风干燥箱中加热 12 h，温度设置到60，待果肉烘干后，使用粉碎机将其粉碎成粉末，留存备用。取适量烘干后的牛油果肉粉末，将其放入到真空包装袋中，加入一定量提取溶剂后混匀，然后进行真空密封，将上述密封后的真空包装袋放入到超高压提取设备中，在室温下调整超高压压力、保压时间、液料比进行提取，提取完成后过滤残渣，蒸出提取溶剂，在烘箱内继续干燥 1 h得到牛油果油13-14。%10021MMY式中：Y 为牛油果油提取率，%；M1为牛油果油质量，g；M2为牛油果肉粉末质量，g；。1.3.2 单因素试验以牛油果油提取率为指标，液料比 121（mL/g）、超高压压力 300 MPa、保压时间 6 min、提取溶剂石油醚，在工艺条件和其他因素相同的情况下，考察液料比、超高压压力、保压时间、1092023年第9期中国食品添加剂China Food Additives试验研究溶剂种类对牛油果油提取率的影响。1.4 响应面法优化牛油果油试验以牛油果油提取率 Y 为响应值，单因素液料比 X1、超高压压力 X2和保压时间 X3进行 3 因素3 水平响应面试验设计（表 1）。表 1 Box-Behnken 试验设计因素水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken test design 水平因素X1液料比/（mL/g）X2超高压压力/MPaX3保压时间/min-181300401214006116150081.5 大鼠分组及运动方案将 SD 大 鼠 随 机 分 成 5 个 小 组，体 重 为（15010）g，每组 10 只，并将每个小组命名为对照 A 组、运动 B 组、低剂量牛油果油 C 组、中剂量牛油果油 D 组、高剂量牛油果油 E 组。并且 A 组给予蒸馏水，B 组给予 20 mg/kg 生理盐水，C 组、D 组、E 组分别对大鼠灌胃 10、20、40 mg/kg 牛油果油。首先 A 组不进行运动，剩余 4 组的大鼠进行游泳运动训练，游泳池水温控制在（251），将大鼠尾部系上铅丝，并且是大鼠重量的 8%左右，游泳训练开始后，每组大鼠连续 3 次没入水中，并且每次超过 8 秒无法上浮到水面上，则判定为力竭，试验时间持续 4 周15-16。最后一次灌胃后，大鼠停止任何喂养行为 8小时后，进行游泳运动训练，运动完成后即刻处死，取大鼠肝组织于烧杯中，将其肝组织破碎后加入生理盐水，得到组织匀浆液，在 5000 r/min的条件下离心 10 min，取上清液，放置在 4 冰箱中留存检测。按照试剂盒的说明书，测定如下指标 MDA、CAT、SOD、AST、ALT。1.6 牛油果油理化指标的检测方法酸值：参照 GB 5009.229-2016食品安全国家标准 食品中酸价的测定17；碘值：参照 GB/T 5532-2008动植物油脂碘值的测定18；过氧化值：参照 GB 5009.227-2016食品安全国家标准 食品中过氧化值测定19；皂化值：参照GB/T 5534-2008动植物油脂 皂化值的测定20；折光系数：GB/T 5527-2010动植物油脂折光指数的测定21。1.7 数据处理使用 SPSS 20.0 软件进行数据分析，数据均使用平均值 标准差来表示，使用 Design-Expert 软件对牛油果油提取率进行优化，P0.05表示具有统计学意义。2 结果与分析2.1 单因素试验2.1.1 溶剂种类对牛油果油提取率的影响从图 1 分析可知，提取溶剂为石油醚时牛油果油提取率达到最高，其次是正己烷，乙醚的提取率相对较低。综合考虑溶剂成本及回收率、提取率的高低，确定牛油果油的提取溶剂为石油醚。806040200提取率/%正己烷石油醚溶剂种类乙醚图 1 溶剂种类对牛油果油提取率的影响Figure 1 Effect of different solvent on the extraction rate of avocado oil2.1.2 液料比对牛油果油提取率的影响从图 2 分析可知，液料比的范围在 41121 mL/g 时，牛油果油提取率随着溶剂用量的8141液料比/(mL/g)提取率/%12116120120406080图 2 液料比对牛油果油提取率的影响Figure 2 Effect of liquid material ratio on the extraction rate of avocado oil1102023年第9期中国食品添加剂China Food Additives试验研究增加而上升，当液料比达到 121 mL/g 时，牛油果油提取率达到最高，继续增加溶剂用量，牛油果油提取率变化不明显。这是因为提高溶剂的用量会使传质速率提高，油脂向外扩散的速度加快，牛油果油提取率提高。但是超过牛油果中含有油脂总量萃取需要的溶剂量，对提取率无影响。因此，选择液料比为 121 mL/g。2.1.3 保压时间对牛油果油提取率的影响从图 3 分析可知，保压时间在 26 min 时，保压时间与牛油果油提取率成正比，表明保压时间越长，提取率越高，并且在保压时间为 6 min时牛油果油提取率达到最高，超过 6 min 后，牛油果油提取率变化不明显。分析其原因是在一定的超高压压力影响下，保压时间的延长，会使得油脂可以更快的扩散到溶剂中，继续延长保压时间，会导致溶解与扩散形成动态平衡。因此，选择保压时间为 6 min。20保压时间/min468101220406080提取率/%图 3 保压时间对牛油果油提取率的影响Figure 3 Effect of pressure holding time on the extraction rate of avocado oil2.1.4 超高压压力对牛油果油提取率的影响从图 4 分析可知，随着超高压压力的提高，牛油果油提取率呈上升趋势，当超高压压力为400 MPa 时，牛油果油提取率达到最高。超高压压力继续提高，牛油果油提取率呈降低趋势。这是因为超高压可以使牛油果的细胞内外形成压力差，使得提取溶剂可以快速进入到细胞中，从而油脂可以更迅速的进入到提取溶剂中，但是过高的超高压压力，会严重破坏细胞，细胞内的蛋白质、色素等物质溶出，导致提取率降低。因此，选择超高压压力为 400 MPa。1000超高压压力/MPa20030040050060020406080提取率/%图 4 超高压压力对牛油果油提取率的影响Figure 4 Effect of ultra-high pressure on the extraction rate of avocado oil2.2 响应面法试验结果与分析参考单因素试验，根据 Box-Behnken 试验，以液料比 X1、超高压压力 X2和保压时间 X3进行试验，对牛油果油提取率（Y）进行优化。响应面分析方案与结果见表 2。表 2 Box-Behnken 试验设计与结果Table 2 Box-Behnken test design and results序号X1X2X3Y100067.4821-1062.053-10160.94400066.1250-1-159.67610-161.63700067.43801-165.099-11062.2110-10-160.291100067.411210166.1913-1-1060.54140-1165.321511064.161600067.441701165.24根据表 3 数据进行分析，对液料比、超高压压力、保压时间 3 个单因素进行拟合，得到牛油果油提取率（Y）多元回归方程：1112023年第9期中国食品添加剂China Food Additives试验研究Y=67.18+1.26X1+1.14X2+1.38X3+0.11X1X2+0.98X1X3-1.38X2X3-3.25X12-1.68X22-1.66X32根据表 3 分析可得，模型 F 值为 32.63，P0.01，表示为极显著水平，失拟项 P=0.3426 0.05，说明该模型拟合好，实验误差较小。另外R2=0.9767，R2Adj=0.9468，说明该模型有较高的可靠性，该模型可用于优化牛油果油的提取工艺。一次项 X1、X2、X3，交互项 X2X3，二次项 X12、X22和 X32达到了极显著水平（P0.01）。各因素对牛油果油提取率的影响依次为保压时间（X3）液料比（X1）超高压压力（X2）。表 3 响应面回归模型 ANOVA 分析结果Table 3 ANOVA analysis of regression model方差来源 平方和自由度均方F 值P 值显著性模型124.54913.8432.630.0001*X112.63112.6329.770.0009*X210.40110.4024.510.0017*X315.15115.1535.730.0006*X1X20.04810.0480.110.7454X1X33.8213.829.010.0199*X2X37.5617.5617.830.0039*X1244.52144.52104.970.0001*X2211.94111.9428.160.0011*X3211.63111.6327.410.0012*残差2.9770.42失拟项1.5730.521.500.3426纯误差1.4040.35总和127.5116注：*表示有显著差异（P0.05）；*表示有极显著差异（P0.01）。响应面分析得出牛油果油的最理想工艺参数：液料比 13.031 mL/g、超高压压力 417.72 MPa、保压时间 6.83 min，牛油果油的提取率为 67.61%。考虑到操作便利性，在实际试验中参数设定，液料比 131 mL/g、超高压压力 420 MPa、保压时间 7 min。将上述工艺参数做 3 次平行实验，得出牛油果油平均提取率为 67.46%，与预测值接近。表明上述回归模型可用于牛油果油提取工艺参数的优化。2.3 牛油果油理化指标的测定结果牛油果油的理化指标检测结果如表 4 所示，牛油果油的理化指标均符合 GB 2716-2018 食品安全国家标准 植物油22的要求，其中压榨法的碘值较高，其余两种方法较为接近，说明碘值与提取方法相关。浸提法得出的皂化值较低，另外两种方法的较高且相近，表明所得脂肪酸链长短和极性有差异。综上所述，牛油果油理化性质的差异与原料预处理方式、提取工艺及其工艺参数相关。表 4 牛油果油理化指标Table 4 Physical and chemical indexes of avocado oil项目超高压法浸提法压榨法酸值（KOH）/（mg/g）1.471.131.16碘值/（g/100 g）98.3696.90139.61过氧化值/（g/100 g）0.260.150.17皂化值（KOH）/（mg/g）186.65162.0187.02.4 牛油果油对运动大鼠肝组织 SOD、CAT、MDA 水平的影响从表 5 分析可知，运动 B 组大鼠肝组织中的 SOD、CAT 与对照 A 组大鼠相比明显降低（P0.05），MDA 明显高于对照 A 组（P0.05）；高剂量 E 组大鼠肝组织中的 SOD、CAT 与运动B 组大鼠相比明显升高（P0.05），MDA 明显低于运动 B 组（P0.05）。SOD 和 CAT 在机体内是极其重要的两种抗氧化酶，其中 SOD 的作用是将运动后产生的大量自由基变成对机体毒性相对较低的过氧化氢，CAT 的作用是将 SOD 转化的过氧化氢接着转变成水，最终达到清除自由基的目的，达到抗氧化的作用。MDA 是一种脂质过氧化产物，具有细胞毒性，是机体内脂质过氧表 5 牛油果油对运动大鼠肝组织 SOD、CAT、MDA 水平的影响Table 5 Effect of avocado oil on the level of SOD，CAT and MDA in liver tissue of exercise rats组别SOD/（U/mg）CAT/（U/mg）MDA/（mmol/L）对照 A 组111.257.118.132.053.870.47运动 B 组52.575.18#4.520.98#7.451.47#低剂量 C 组72.435.76*5.441.22*6.311.05*中剂量 D 组88.716.03*7.011.81*5.670.82*高剂量 E 组103.436.74*7.961.95*4.120.56*注：#表示各组与对照组相比，有显著差异（P0.05）；*表示与运动组相比较，有显著差异（P0.05）。1122023年第9期中国食品添加剂China Food Additives试验研究化的重要指标。试验研究了各组大鼠肝组织中的SOD、CAT、MDA 水平，得出灌胃牛油果油的大鼠 SOD、CAT 水平明显提高，MDA 水平明显降低，并且与剂量呈正比，说明牛油果油具有良好的抗氧化能力，可以有效降低大鼠运动后产生的自由基对其肝组织造成的损伤。2.5 牛油果油对运动大鼠肝组织 ALT、AST 水平的影响从表 6 分析可知，运动 B 组大鼠肝组织中的ALT、AST 与对照 A 组相比明显升高（P0.05），高剂量 E 组大鼠肝组织中的 ALT、AST 与运动 B组相比明显降低（P0.05）。ALT、AST 两种转氨酶在肝脏中存在的数量较多，两种酶可以作为肝组织受到损伤后重要的评判标准，大鼠运动后体内产生大量的自由基，导致肝组织由于脂质过氧化产物的增多受到损伤，ALT、AST 两种转氨酶的水平就会升高。大鼠在灌胃牛油果油后，得出牛油果油低、中、高剂量组的大鼠 ALT、AST两种转氨酶的水平呈降低趋势，说明牛油果油可以减少肝组织受到损伤，从而降低肝组织中ALT、AST 两种转氨酶的水平，对肝组织起到保护作用。表 6 牛油果油对运动大鼠肝组织 ALT、AST 水平的影响Table 6 Effect of avocado oil on ALT and AST level in liver tissue of exercise rats组别ALT/（U/L）AST/（U/L）对照 A 组68.684.52124.417.16运动 B 组124.158.71#191.2610.78#低剂量 C 组103.267.15*172.329.59*中剂量 D 组85.856.33*151.148.82*高剂量 E 组75.265.35*130.268.13*注：#表示各组与对照组相比，有显著差异（P0.05）；*表示与运动组相比较，有显著差异（P0.05）。3 结论采用超高压法提取牛油果油的最理想工艺参数：液料比 131 mL/g、超高压压力 420 MPa、保压时间 7 min，牛油果油平均提取率为 67.46%。运动大鼠试验表明，灌胃牛油果油可以使大鼠 SOD、CAT 水平明显提高，MDA 水平明显降低，而且与剂量成正比，还可以降低大鼠 ALT、AST 两种转氨酶的水平，说明牛油果油具有良好的抗氧化能力，可以有效降低大鼠运动后产生大量自由基对肝组织造成的损伤，对肝组织起到保护作用。参考文献1景春华.油梨果实贮藏及加工工艺研究进展 J.果树资源学报，2020，1（3）：61-64.2钱学射，张卫明，顾龚平，等.鳄梨资源的开发利用 J.中国野生植物资源，2010，29（5）：23-25.3吕田.带你认识高营养食物牛油果 J.中国食品，2014（8）：80-81.4沈辉，王梅.压榨法制取鳄梨食用油脂的研究 J.中国油脂，1999，24（1）：12-14.5顾强，石晶，袁大炜，等.常见植物油中 8 种生育酚和生育三烯酚含量分析 J.食品工业，2017，38（2）：304-307.6陈宏著，邓新宇，黄达荣，等.牛油果油的营养成分和功效研究进展 J.中国油脂，2022，47（08）：90-96.7张素英，何林.GC-MS 对不同提取法的牛油果油化学成分的分析 J.食品工业，2016，37（6）：284-287.8刘义军，卜梦婷，谭戈，等.不同提取方法对牛油果油理化特性、抗氧化性能及脂肪酸组成的对比研究 J.四川农业大学学报，2020，38（2）：161-167.9井凤，刘峰，刘伟.超高压技术在中药有效成分提取中的应用 J.科学与管理，2016，36（4）：63-66，73.10李尚泽，舒鑫，杨琳，等.超高压辅助提取沙棘籽油的工艺优化 J.中国油脂，2021，46（4）：11-14.11谷微微.超高压提取亚麻籽油的研究 J.食品科技，2015，40（5）：205-209.12宁娜，周晶.超高压提取技术在中药提取中的研究进展 J.天津药学，2008，20（5）：62-64.13徐丽娟，王成忠，浦娜娜.超高压辅助提取毛梾籽油及稳定性的研究 J.食品工业，2017，38（7）：1-5.14黄丽萍，靳学远，纵伟.罗勒油超高压提取工艺优化及理化性质的研究 J.粮食与油脂，2022，35（7）：77-80.15邱娟.白灵菇多糖对力竭运动大鼠抗疲劳和抗氧化作用研究 J.食品研究与开发，2017，38（17）：179-182.16贾靖.白灵菇多糖对运动小鼠氧化应激的影响 J.基因组学与应用生物学，2020，39（2）：895-901.17中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.食品安全国家标准 食品中酸价的测定：GB 5009.2292016 S.北京：中国标准出版社，2017.18国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.动植物油脂 碘值的测定：GB/T 55322008 S.北京：中国标准出版社，2009.19 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定：GB 5009.2272016 S.北京：中国标准出版社，2017.20 国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.动植物油脂 皂化值的测定：GB/T 55342008 S.北京：中国标准出版社，2009.21 国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.动植物油脂 折光指数的测定：GB/T 55272010 S.北京:中国标准出版社，2011.22 国家卫生健康委员会，国家市场监督管理总局.食品安全国家标准 植物油：GB 27162018 S.北京：中国标准出版社，2019.