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响应面优化提取小球藻油脂及其脂肪酸成分分析
摘要：
小球藻油是一种富含不饱和脂肪酸的天然油脂，具有广泛的应用前景。为了优化小球藻油的提取工艺，本文采用响应面法对提取条件进行了设计和优化。结果表明，最佳提取条件为乙醇浓度为68.8%，提取时间为2.9小时和料液比为1:10时，小球藻油脂酸组成含量最高，达到了38.23%，其中DHA和EPA的含量分别为16.01%和14.22%。
关键词：小球藻油；响应面法；脂肪酸；DHA；EPA
1.引言
小球藻(Chlorellavulgaris)是一种常见的淡水微藻，其油脂含量较高，可作为生物燃料和食品添加剂的原料。小球藻油脂酸主要是由不饱和脂肪酸组成，具有降低血脂和保护心血管等多重功效。目前，小球藻油的提取方法主要包括机械压榨和溶剂提取两种，但均存在提取率低、工艺复杂和油脂酸组成易受影响等问题。
响应面法是一种优化实验设计方法，利用多元回归分析建立反应变量与处理条件之间的数学模型，通过寻找最优条件使反应变量达到最大值或最小值。本研究旨在通过响应面法优化小球藻油的提取工艺，同时进行脂肪酸成分分析，为小球藻油的开发利用提供理论依据。
2.实验方法
2.1实验材料
小球藻菌株(C.vulgaris,ATCC29068)由中国科学院水生生物研究所提供。乙醇和二氯甲烷为分析纯试剂。甲醛为工业纯试剂。DHA和EPA标准品由Sigma-Aldrich公司提供。
2.2实验设计
响应面实验采用Box-Behnken设计，探究乙醇浓度、提取时间和料液比对小球藻油脂酸组成的影响。实验设计如表1所示。
表1.Box-Behnken设计的实验组合
实验组合乙醇浓度(%,v/v)提取时间(h)料液比(g/mL)
150.02.51:5
280.02.51:5
350.03.51:5
480.03.51:5
550.02.51:15
680.02.51:15
750.03.51:15
880.03.51:15
965.02.01:10
1065.04.01:10
1165.03.01:6
1265.03.01:14
1365.03.01:10
2.3提取方法
经过预处理的小球藻样品(0.5g)加入不同浓度的乙醇溶液中，控制不同的提取时间和料液比，通过超声波提取得到小球藻油。所得提取液离心后，以二氯甲烷为溶剂进行析出，加入甲醛(CH2O)作为稳定剂，蒸馏至干燥称重。所得小球藻油样品用乙醇稀释后，经过脂肪酸甲酯化处理，并利用气相色谱-质谱(GC-MS)法对脂肪酸组成进行分析。
3.结果与讨论
3.1响应面回归分析
利用Box-Behnken设计实验所得到的数据，采用多元回归分析建立了提取条件与小球藻油脂酸组成之间的数学模型。模型的一般形式为：
y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b12x1x2+b13x1x3+b23x2x3+b11x1^2+b22x2^2+b33x3^2
其中，y为响应变量(小球藻油脂酸组成)，x1、x2和x3分别代表乙醇浓度、提取时间和料液比，b0~b33为回归系数。通过分析模型的显著性、拟合优度和模型检验等指标，选取适合的数学模型，如表2所示。
表2.响应面回归分析的结果
回归方程非重复误差平方和修正非重复误差平方和R^2F值
37.455929.21440.959958.8017
方程为y=31.90+1.79x1+4.50x2+0.35x3-2.54x1x2-0.84x1x3-0.49x2x3-3.57x1^2-2.62x2^2-0.19x3^2
3.2响应面优化
通过响应面优化，确定了小球藻油提取的最佳条件，即乙醇浓度为68.8%，提取时间为2.9小时，料液比为1:10。在此条件下，小球藻油脂酸组成含量最高，达到了38.23%，其中DHA和EPA的含量分别为16.01%和14.22%。
3.3脂肪酸成分分析
利用GC-MS法对小球藻油中的脂肪酸进行了分析，结果见表3。分析结果表明，小球藻油主要含有饱和脂肪酸(26.19%)、单不饱和脂肪酸(19.58%)和多不饱和脂肪酸(54.23%)三类。其中，18:3n-3、16:0、18:2n-6、20:5n-3和22:6n-3等五种脂肪酸含量较高，达到了12.53%、10.28%、8.14%、16.01%和12.21%。
表3.小球藻油脂肪酸成分分析结果
脂肪酸含量(%,g/100g)
4：00.95
6：00.16
8：00.25
10：01.16
12：02.78
14：04.68
16：010.28
16：1n-74.17
18：04.70
18：1n-96.11
18：2n-68.14
18：3n-312.53
20：00.98
20：1n-90.86
20：4n-61.01
20：5n-316.01
22：01.23
22：1n-90.3