火麻仁油超臨界CO2梯度萃取與分析

董海勝， 朱景濤， 臧 鵬， 張淑靜， 陳 斌

(航天醫(yī)學基礎與應用國家重點實驗室中國航天員科研訓練中心，北京 100094)

火麻仁油超臨界CO2梯度萃取與分析

董海勝， 朱景濤， 臧 鵬， 張淑靜， 陳 斌*

(航天醫(yī)學基礎與應用國家重點實驗室中國航天員科研訓練中心，北京 100094)

以脫殼火麻仁為原料，采用超臨界CO2梯度萃取火麻仁油，采用標準方法分別分析火麻仁油的脂肪酸組成及生育酚組成.結果表明:采用三段式超臨界CO2梯度萃取，不同萃取階段得到的火麻仁油脂肪酸組成存在一定差異，隨著萃取壓力及溫度的升高，超臨界CO2萃取出部分微量脂肪酸，包括:C20:3n6、C22:0及C24:0.火麻仁油中生育酚以(β+γ)-生育酚為主，采用三段式超臨界CO2梯度萃取火麻仁油，生育酚主要在前兩個階段被萃取出來.

火麻仁油;萃取;脂肪酸;生育酚

*陳 斌，男，研究員，博士，主要從事航天營養(yǎng)與食品工程方面的研究.通訊作者.

火麻(Cannabis sativaL.)是一年生?？浦参?，又名大麻、漢麻、寒麻、線麻、魁麻等，是我國的原產作物之一，在我國各地均有種植，火麻仁為火麻植物的種子火麻籽的種仁［1－2］.隨著火麻種植的普及，預計火麻種植面積將達到60萬hm2，由此將產生大約80萬t火麻籽的綜合利用問題［2］.2000年版《中華人民共和國藥典》將“植物大麻的干燥成熟果實火麻仁”列入藥典.衛(wèi)生部將火麻仁列為“既是食品又是藥品”的目錄［3－4］.因此，開展火麻仁的綜合利用研究，對提高火麻仁產業(yè)的發(fā)展具有重要意義.

火麻仁油系從火麻仁中分離出來的特種食用油脂.不飽和脂肪酸含量超過80%，火麻仁油具有天然的抗氧化活性，富含多不飽和脂肪酸及維生素E，近年來研究發(fā)現(xiàn)，火麻仁油具有多種保健活性［4－8］.

超臨界萃取的一個重要特性就是利用超臨界狀態(tài)溶劑的物理特性的可調性可以改進其操作性能［9］.其中，超臨界二氧化碳是一種頗有吸引力的流動相［10］.超臨界CO2的密度、溶解能力及洗脫強度隨壓力升高而增大，可通過簡單的壓力程序實現(xiàn)梯度萃取.超臨界CO2萃取在功能油脂、揮發(fā)油及藥物等成分提取分離方面具有廣泛的應用［11－15］.超臨界萃取有多種操作模式，大致可分為恒定模式和梯度模式［16］.

本研究采用超臨界CO2梯度萃取火麻仁油，重點分析梯度萃取條件下火麻仁油中的脂肪酸組成、生育酚組成及含量，為超臨界CO2萃取技術應用于高檔火麻仁油提供理論依據.

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

超臨界CO2萃取裝置，國產;瓶裝食品級CO2(純度99.9%)，北京普萊克斯氣體有限公司;火麻仁，購自云南工業(yè)大麻有限公司;37種脂肪酸標準品、生育酚、胡蘿卜素購自sigma公司.

1.2 超臨界流體CO2梯度萃取火麻仁油

火麻仁去殼粉碎并干燥，過20目篩網，取樣品600 g左右，裝入2L萃取釜.超臨界CO2流體萃取操作流程為液態(tài)CO2→高壓泵→萃取釜(進入超臨界狀態(tài))→分離釜Ⅰ→分離釜Ⅱ→循環(huán).萃取高壓泵頻為29，分離釜Ⅰ及分離釜Ⅱ的壓力與CO2儲罐壓力平衡(約5.5 MPa).超臨界CO2流體梯度萃取參數(shù):萃取溫度35，40，45℃依次遞增，同時萃取壓力分別為10，20，30 MPa遞增.首先，調節(jié)動態(tài)壓力閥至萃取壓力為10 MPa，萃取溫度35℃，進行萃取，每隔5 min從分離釜Ⅰ中取樣;待萃取達到平衡后，將萃取溫度升至40℃，萃取壓力升至20 MPa，繼續(xù)萃取，每隔5 min從分離釜中收集樣品;待萃取達到平衡后，立即將溫度升至45℃，萃取壓力升至為30 MPa，繼續(xù)萃取，每隔5 min從分離釜收集樣品稱重，萃取至無樣品分離出來為止.

1.3 火麻仁油主要理化特性分析

1.3.1 脂肪酸組成的分析

參考 GB/T 22223—2008［17］.

1.3.2 生育酚含量的測定

參考NY/T 1598—2008食用植物油中維生素E組分和含量的測定——高效液相色譜法［18］.色譜條件:XBridge C－18型色譜柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)，流速 1.0 mL/min，柱溫 45 ℃，進樣體積10 μL，流動相為甲醇和水(體積比為98/2).

2 結果與討論

2.1 超臨界CO2梯度萃取火麻仁油速率

不同超臨界CO2條件下梯度萃取速率見圖1.由圖1可見，隨著萃取壓力及萃取溫度的升高，火麻仁油萃取速率逐漸升高.在較高壓力及溫度條件下，超臨界CO2具有較大的密度，此時對火麻仁油溶解度最大，溶出速率最快.因此，對于火麻仁類高含油量物料，提高超臨界CO2萃取壓力，有利于提高火麻仁油萃取速率.

圖1 不同超臨界CO2梯度萃取條件下火麻仁油萃取速率Fig.1 Hemp seed oil extraction rate under different supercritical CO2gradient extraction conditions

2.2 超臨界CO2梯度萃取階段火麻仁油色澤及氣味

超臨界CO2梯度萃取火麻仁油的色澤及氣味結果見表1.

表1 不同超臨界CO2梯度萃取階段火麻仁油色澤及氣味Tab.1 Color and odor of hemp oil by different supercritical CO2extraction stage

由表1可見，采用超臨界CO2梯度萃取火麻仁油，不同萃取階段火麻仁油的色澤呈逐漸變淺趨勢，10 MPa，35℃條件下萃取得到的火麻仁油具有濃厚的火麻仁香味，但是色澤較深;30 MPa，45℃條件下萃取得到的火麻仁油具有淡淡的香味，而且呈淺黃色.說明火麻仁中的脂溶性色素更容易溶解在超臨界CO2中，在萃取的最初階段即被萃取出來.

圖2 37種脂肪酸標準品色譜圖Fig.2 Chromatogram of 37 kinds of fatty acids standard

2.3 超臨界CO2梯度萃取火麻仁油脂肪酸組成比較

37種脂肪酸標準品色譜圖見圖2.由圖2可見，37種脂肪酸標準品在實驗色譜條件下得到了很好的分離.超臨界CO2梯度萃取火麻仁油脂肪酸組成見表2.

表2 超臨界CO2梯度萃取火麻仁油脂肪酸組成Tab.2 Fat acid composition of hemp oil by gradient supercritical CO2extraction method %

由表2可以看出，采用超臨界CO2梯度萃取(萃取壓力依次遞增為10，20，30 MPa，對應的萃取溫度依次遞增為35，40，45℃)火麻仁樣品，萃取得到的火麻仁油脂肪酸組成有如下變化規(guī)律，C16:0呈逐漸降低趨勢，單不飽和脂肪酸在萃取的初期濃度較高，而多不飽和脂肪酸在萃取的中后期濃度較高.在30 MPa，45℃萃取節(jié)段含有微量C20:3n6;C22:0及 C24:0.

2.4 超臨界CO2梯度萃取火麻仁油生育酚含量

利用4種生育酚異構體標準品分別建立定量分析標準工作曲線，色譜圖見圖3，標準工作曲線見圖4至圖6.由圖3可見，在實驗色譜條件下α、δ異構體與β及γ異構體得到了很好的分離，而β及γ異構體無法實現(xiàn)完全分離.因此，后續(xù)定量分析中，生育酚分別以α、δ異構體與β+γ異構體計.

圖3 4種生育酚標準品色譜Fig.3 Four tocopherol Isomers standard chromatogram

圖4 α-生育酚標準曲線Fig.4 α-tocopherol standard curve

圖5 (β+γ)-生育酚標準曲線Fig.5 (β + γ)-tocopherol standard curve

圖6 δ-生育酚標準曲線Fig.6 δ-tocopherol standard curve

不同超臨界CO2梯度萃取火麻仁油生育酚含量見表3.

表3 超臨界梯度萃取火麻仁油生育酚含量Tab.3 Tocopherol content of hemp oil by supercritical CO2extraction method mg/kg

生育酚包括α、β、γ、δ四種異構體，4種異構體的生物活性大小順序為α-生育酚＞β-生育酚＞γ-生育酚＞δ-生育酚.由表3可見，火麻仁油中生育酚主要以(β+γ)-生育酚為主，其次為 δ-生育酚，α-生育酚所占比例最少.10 MPa，35℃萃取節(jié)段、20 MPa，40℃萃取節(jié)段及30 MPa，45℃萃取節(jié)段(β+γ)-生育酚所占比例分別為90.7%，90.5%及90.3%.

采用超臨界CO2從火麻仁中梯度萃取火麻仁油，萃取得到不同臨界條件下的三段火麻仁油中生育酚含量的變化規(guī)律:10 MPa，35℃萃取節(jié)段及20 MPa，40℃萃取節(jié)段得到的火麻仁油中生育酚含量較高，與第三萃取節(jié)段相比，差異接近3倍，而第一萃取節(jié)段與第二萃取節(jié)段差異不大.生育酚主要在前兩個萃取節(jié)段得到富集，含量高達500 mg/kg，說明生育酚在超臨界CO2萃取過程中更容易溶出，國外亦有學者采用超臨界CO2萃取富集生育酚的研究［19］.

3 結論

植物油組成復雜，主要成分是多種甘油三酯的混合物，少量甘油二酯及甘油一酯、天然脂溶性維生素、甾醇、不皂化物、游離脂肪酸及揮發(fā)性風味物質等.根據這些物質分子量和極性的差異，其在超臨界CO2流體中的溶解度亦不同.依據這一特性可以在不同的超臨界流體CO2壓力及溫度條件下，將各組分從植物種子中進行有選擇性的萃取和分離.

采用超臨界流體CO2梯度萃取，不同的萃取階段獲得的火麻油樣品脂肪酸組成略有差異，這可能是不同分子量及極性的甘油三酯在不同超臨界流體CO2條件下的溶解度不同造成的，對獲得的樣品進行甘油三酯組成分析有待進一步研究.本研究采用國標方法對超臨界CO2梯度萃取得到的火麻仁油樣品生育酚組成分析表明:生育酚在超臨界流體CO2梯度萃取的前兩個階段大部分被萃取出來，所獲得火麻仁油樣品生育酚濃度較高，而萃取過程的最后階段生育酚含量則大大降低，說明生育酚相對甘油三酯更容易溶解在超臨界流體CO2中，基于此規(guī)律開展生育酚的富集與濃縮有待進一步研究.

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Gradient Supercritical Carbon Dioxide Extraction and Analysis of Hemp Oil

DONG Hai-sheng， ZHU Jing-tao， ZANG Peng， ZHANG Shu-jing， CHEN Bin*
(State Key Laboratory of Space Medicine Fundamentals and Application，China Astronaut Research and Training Center，Beijing100094，China)

The hemp oil was extracted from the hemp kernels by gradient supercritical carbon dioxide and analyzed using national standard method.The result showed that the fatty acid compositions of hemp oil were different at every stage when using three-step gradient supercritical carbon dioxide.As the extraction pressure and temperature rised，certain trace fatty acids were extracted，namely C20:3n6，C22:0，and C24:0.The tocopherol isomer of hemp oil was mainly(β +γ)-tocopherol.Tocopherol was concentrated by the former two extraction step during the three-step gradient supercritical carbon dioxide extraction.

hemp oil;extraction;fatty acid;tocopherol

TS224.4

A

2095-6002(2013)01-0055-05

董海勝，朱景濤，臧鵬，等.火麻仁油超臨界CO2梯度萃取與分析.食品科學技術學報，2013，31(1):55－59.

DONG Hai-sheng，ZHU Jing-tao，ZANG Peng，et al.Gradient Supercritical Carbon Dioxide Extraction and Analysis of Hemp Oil.Journal of Food Science and Technology，2013，31(1):55 －59.

2012-09-02

國家自然科學基金青年基金資助項目(31101251);載人航天醫(yī)學工程預研項目(SJ201001，BX110C029).

董海勝，男，助理研究員，碩士，主要從事航天食品工程方面的研究;

(責任編輯:葉紅波)