超臨界二氧化碳萃取天然迷迭香抗氧化劑有效成分工藝的研究

樂(lè)振竅,劉文美

(1.福建達(dá)利食品集團(tuán)有限公司,福建惠安 362100; 2.廣東匯香源生物科技股份有限公司,廣東廣州 510663)

超臨界二氧化碳萃取天然迷迭香抗氧化劑有效成分工藝的研究

樂(lè)振竅1,劉文美2

(1.福建達(dá)利食品集團(tuán)有限公司,福建惠安 362100; 2.廣東匯香源生物科技股份有限公司,廣東廣州 510663)

利用水蒸氣蒸餾法提取迷迭香精油后的迷迭香殘?jiān)?通過(guò)超臨界二氧化碳工藝提取殘?jiān)锌寡趸瘎┑挠行С煞?以鼠尾草酸、鼠尾草酚含量作為產(chǎn)物的主要質(zhì)量指標(biāo),以產(chǎn)品的物性和得率衡量工藝參數(shù)的優(yōu)劣,通過(guò)L9(33)正交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在壓力40MPa、溫度80℃、萃取時(shí)間2.5h狀況下可以達(dá)到較好的得率和有效成分含量,產(chǎn)品總得率7.2%,鼠尾草酸含量 32%,鼠尾草酚含量 8.1%,產(chǎn)品呈粉末狀、氣味淡,有利于工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。

迷迭香殘?jiān)?抗氧化劑,超臨界二氧化碳,鼠尾草酸,鼠尾草酚

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

迷迭香 1年生,海南產(chǎn);CO2、蒸餾水 市場(chǎng)購(gòu)買。

超臨界流體設(shè)備 華安 HA130-50-02,帶萃取釜 1個(gè),分離釜 3個(gè);粉碎機(jī) 海南嘉惠食品機(jī)械有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

迷迭香原料經(jīng)自然干燥后,采用水蒸氣蒸餾提取迷迭香精油后,迷迭香殘?jiān)?jīng)干燥、粉碎后裝入超臨界萃取裝置中,采用二氧化碳作為萃取劑,通過(guò)添加提攜劑和不添加提攜劑,設(shè)定壓力和時(shí)間進(jìn)行萃取提取原料中的抗氧化劑產(chǎn)品,并用高壓液相分析產(chǎn)品中的鼠尾草酸和鼠尾草酚含量。提取工藝見圖 1。

圖1 提取工藝路線

1.3 有效成分鼠尾草酸、鼠尾草酚分析

鼠尾草酸和鼠尾草酚分析根據(jù)呂岱竹[3]等人報(bào)道的HPLC方法進(jìn)行測(cè)試,方法如下：樣品處理：精密稱取 0.5g樣品,加入甲醇 25mL,超聲提取 30min后,用甲醇定容 50mL,根據(jù)含量高低稀釋成上機(jī)液,過(guò)0.45μm微孔濾膜。流動(dòng)相為 52%乙腈-10mmol/L冰乙酸;采用等度洗脫,流速為 0.8mL/min;色譜柱：Nova pak C18柱 (150mm×3.9mm);柱溫：室溫;波長(zhǎng)：285nm;靈敏度：0.5AUFS。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

迷迭香經(jīng)過(guò)水蒸氣蒸餾提取迷迭香精油后,將迷迭香殘?jiān)?60℃烘干至水分 5%～7%左右,經(jīng)粉碎機(jī)粉碎至 60～80目,填裝到超臨界萃取釜中進(jìn)行萃取,萃取物在分離釜 1、分離釜 2、分離釜 3中收集,匯總,計(jì)算產(chǎn)品得率。

萃取釜壓力、溫度和時(shí)間影響按照L9(33)即三水平三因素的正交設(shè)計(jì)方案,壓力以 20、30、40MPa作為三個(gè)水平;溫度以 40、60、80℃作為三個(gè)水平;時(shí)間以2、2.5、3h作為三個(gè)水平。具體實(shí)驗(yàn)次數(shù)和參數(shù)見表 1。為了便于觀察和匯總,每次實(shí)驗(yàn),分離釜各壓力和溫度均保持不變。即分離釜 1的壓力設(shè)置為 9MPa,溫度 35℃;分離釜 2的壓力設(shè)置為 7MPa,溫度 30℃;分離釜 3的壓力和儲(chǔ)罐壓力相同,溫度為32℃。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

2.2 正交分析

2.2.1 正交實(shí)驗(yàn)直觀分析 由于分離收集的產(chǎn)品為膏狀類產(chǎn)品,產(chǎn)品無(wú)法從分離釜中完全排除,每次實(shí)驗(yàn)做 6組平行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)完畢后清除分離釜內(nèi)的萃取物,總得率計(jì)算數(shù)據(jù)見表 2。從表 2可以看出,隨著壓力的上升,得率顯著增加;溫度升高,得率雖然也加大,但上升幅度沒有壓力變化時(shí)明顯;時(shí)間因素對(duì)產(chǎn)品得率影響不大。

2.2.2 顯著性分析 通過(guò)表3顯著性分析可以看出,壓力對(duì)得率有顯著性影響,溫度對(duì)得率有影響但不是很顯著。時(shí)間對(duì)得率最不顯著。故在設(shè)備能夠承受范圍內(nèi),提高壓力和溫度可以提高產(chǎn)品的得率,但考慮到溫度提高可能破壞抗氧化劑的有效成分,因此實(shí)驗(yàn)選擇壓力為 40MPa,溫度為 80℃,萃取時(shí)間為2.5h為萃取的最佳工藝。

表2 正交實(shí)驗(yàn)直觀分析表

表3 正交實(shí)驗(yàn)顯著性分析

2.3 水作為攜帶劑單因素分析工藝與結(jié)果分析

2.3.1 水作為攜帶劑單因素工藝設(shè)計(jì) 正交實(shí)驗(yàn)中雖然確定了萃取釜的壓力、溫度和萃取時(shí)間,但收集到的產(chǎn)品均為膏狀物,而該物質(zhì)粘性很大,內(nèi)含大量樹脂類和萜類物質(zhì),產(chǎn)品有濃厚的異味,在油脂及各種產(chǎn)品的抗氧化應(yīng)用中受到很大的局限;同時(shí)產(chǎn)品無(wú)法從分離釜中很好的分離,給工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)一定的困難,為了解決產(chǎn)品形成膏狀問(wèn)題和優(yōu)化產(chǎn)品工藝,采用水作為攜帶劑對(duì)產(chǎn)品的物性和得率進(jìn)行單因素研究和改進(jìn),并對(duì)鼠尾草酸和鼠尾草酚進(jìn)行分析比對(duì)。

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,設(shè)定萃取釜的壓力為40MPa,溫度 80℃,時(shí)間 2.5h;分離釜 1的壓力設(shè)置為9MPa,溫度 35℃;分離釜 2的壓力設(shè)置為 7MPa,溫度30℃;分離 3的壓力和儲(chǔ)罐壓力相同,溫度為 32℃為選擇實(shí)驗(yàn)的條件。通過(guò)在萃取釜中添加 0%、10%、20%的水分(水分均勻噴灑在迷迭香原料中,混合均勻后用萃取釜填裝),調(diào)整各單元參數(shù)進(jìn)行萃取和收集,每次實(shí)驗(yàn)做 6組平行實(shí)驗(yàn),收集各分離釜的萃取物進(jìn)行觀察。

2.3.2 水作為攜帶劑單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 從表 4可以看出,水?dāng)y帶劑對(duì)產(chǎn)品的物性影響很大,隨著水添加量增大,產(chǎn)品由原來(lái)的膏狀物轉(zhuǎn)化為粉末狀物質(zhì),產(chǎn)品味道由濃厚逐漸變?yōu)榍宓?產(chǎn)品得率隨著水?dāng)y帶劑的不斷添加,總得率增加。分析原因可能由于二氧化碳在超臨界狀態(tài)下介電常數(shù)較低,基本上和正已烷 (介電常數(shù) 1.88)的極性相同,相當(dāng)于弱酸性的非極性親脂類溶劑。一般萃取極性較低的物質(zhì)如酯、醚、內(nèi)酯和類脂有機(jī)化合物;對(duì)極性基團(tuán)羥基(-OH)、羧基 (-COOH)不容易萃取,特別對(duì)苯的衍生物,具有三個(gè)酚羥基或一個(gè)羧基和兩個(gè)羥基的化合物在高壓下可以被萃取,但效果不理想[2]。由于水的介電常數(shù)為 78.5,通過(guò)添加水分,增加了二氧化碳的極性,對(duì)極性化合物的溶解度增加,對(duì)樹脂、烴類的溶解度減少,從而改變了產(chǎn)品的形狀。

表4 水?dāng)y帶劑對(duì)產(chǎn)品的影響

2.4 有效成分鼠尾草酸、鼠尾草酚分析結(jié)果

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 5。

表5 鼠尾草酸和鼠尾草酚含量

從表 5分析可以看出,增大壓力、添加水分可以有效增加二氧化碳的極性,增加極性較大化合物鼠尾草酸和鼠尾草酚的含量。提高產(chǎn)品的得率也增加了產(chǎn)品的抗氧化效果。

3 結(jié)論

迷迭香抗氧化劑中的主要成分為鼠尾草酸和鼠尾草酚,其中這兩種成分的高低直接影響著產(chǎn)品的抗氧化效果[4]。通過(guò)添加水?dāng)y帶劑可以有效改變產(chǎn)品的外觀和氣味,增加產(chǎn)品的抗氧化活性。采用超臨界二氧化碳提取迷迭香中的抗氧化成分的最佳參數(shù)為萃取釜的壓力為 40MPa,溫度 80℃,水添加量20%,萃取時(shí)間 2.5h為最佳工藝條件。

[1]Carlo Bicchi.Deter mination of Phenolic Diterpene Antioxidantsin Rosemary(Rosemarinusofficinalis L.)with Different Methods of Extraction and Analysis[J].Phytochem Anal,2000(11)：236-242.

[2]張鏡澄 .超臨界流體萃取 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[3]呂岱竹 .高效液相色譜法測(cè)定迷迭香超臨界提取物中的鼠尾草酸和鼠尾草酚[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào),2006,25(3)：37-39.

Study on extration of native antioxidant from rosemary by supercritical carbon dioxide

LE Zhen-qiao1,L IUW en-mei2
(1.Fujian Dali foods group Co.,Ltd.,Hui’an 362100,China; 2.Guangzhou H-B IO Biotech Co.,Ltd.,Guangzhou 510663,China)

Afte r the s team d is tilla tion extrac tion rosem a ry vola tile oil’s rosem a ry res idua l,res idua l in the oxida tion inhib itor effec tive comp onentwas extrac ted through the sup e rc ritica l ca rbon d ioxide c raft.Taking the ca rnos ic ac id, ca rnosol content asthe p roduc t the m a in qua lita tiveindex,the p roduc t na ture and ra te we ight technolog ica l p a ram e te r’s fit and unfit qua lity was m easured as the technology p a ram e te rs.It d iscove red through L9(33) orthogona l exp e r im ent：in p ressure40M Pa,the temp e ra ture80℃,unde r the extrac t t im e2.5h cond ition good ra te and the effec tive comp onent contentm ay achieve,the p roduc tm us t lead7.2%,the ca rnos ic ac id content32%,the ca rnosol content8.1%,the p roduc t assum es p owde ry,the sm e ll to be p a le,is advantageous to the indus tria liza tion p roduc tion and the app lica tion.

rosem a ry;antioxidant;sup e rc ritica l ca rbon d ioxide;ca rnos ic ac id;ca rnosol

TS202.3

B

1002-0306(2010)02-0283-03

迷迭香 (Rosm arinus officinalis L.),別名艾菊,為唇形花科多年生草本植物,原產(chǎn)于地中海沿岸,目前在我國(guó)云南、貴州、福建、海南等地區(qū)成功進(jìn)行引種。從迷迭香中提取的天然抗氧化劑,主要成分為鼠尾草酸 (Carnosic acid)、鼠尾草酚 (Carnosol)、迷迭香酚(Ros masol)、異迷迭香酚 (Isoros manol)、迷迭香酸(Rosemarinic acid)和迷迭香雙醛 (Ros madial),由于鼠尾草酸比較不穩(wěn)定,容易氧化轉(zhuǎn)化成鼠尾草酚[1],采用常規(guī)的溶劑提取法很難提取鼠尾草酸,而二氧化碳在超臨界狀態(tài)下 (臨界壓力 Pc7.32MPa,臨界溫度 tc31.1℃,臨界比容 VC95.5cm3/mol)提取過(guò)程中沒有氧氣的參與,可以最大限度保存鼠尾草酸的存在。同時(shí),使用二氧化碳為溶劑的超臨界萃取具有有機(jī)溶劑能力強(qiáng),選擇性好、便宜、易得、無(wú)毒、惰性和容易分離等特點(diǎn),在萃取過(guò)程中不會(huì)殘留萃取物和萃余物中。本法采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化和單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)提取產(chǎn)品的抗氧化成分和物性進(jìn)行研究。

2009-07-08

樂(lè)振竅(1978-),男,工程師,研究方向：食品加工。