接骨木果油的超臨界CO2萃取及其生物活性的研究進(jìn)展1)

劉克武，呂慧，陳舜勝，劉克海*

(1.黑龍江省林副特產(chǎn)研究所，黑龍江省非木質(zhì)林產(chǎn)品研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江牡丹江157011；2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海201306)

0 前言

接骨木為忍冬科接骨木屬植物[1]，屬落葉灌木，資源豐富，約有20余種，我國產(chǎn)有5～6種[2]，主要分布于我國東北、華北及朝鮮、俄羅斯部分地區(qū)的丘陵地帶。接骨木適應(yīng)性強(qiáng)，易于種植，為珍稀的野生木本油料植物，是東北地區(qū)一種鄉(xiāng)土樹種。根據(jù)文獻(xiàn)記載，接骨木性味甘、苦、平，無毒，具有接骨續(xù)筋、活血止痛、祛風(fēng)利濕之功效[3]，同時(shí)還具有抗炎、鎮(zhèn)痛活性，抗骨質(zhì)疏松活性，抗氧化作用，抗糖尿病作用以及促進(jìn)骨折愈合作用等作用[2]，藥用歷史悠久，藥用價(jià)值廣泛。

接骨木果實(shí)的含油量很高，達(dá)35%～44%[2]，果油中具有抗血脂作用的ɑ-亞麻酸含量較高[4]。此外，接骨木果油為目前已知食用油中n-3和n-6系列脂肪酸配比較合理的品種，n-3和n-6系列的合理配置對(duì)于提高人們的生命質(zhì)量是至關(guān)重要的[5]，所以說開發(fā)利用接骨木果油資源具有明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。

早在30多年前，吉林省的農(nóng)民就用傳統(tǒng)的方法提取得到接骨木果油并食用，油色橙黃，深于葵花油，淺于大豆油，清香爽口，無異味，既可炒菜熟食，亦可涼拌生食，經(jīng)多年食用未發(fā)現(xiàn)有任何副作用[6]。隨著人們生活水平的提高，人們更加重視膳食的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，接骨木果油的開發(fā)和利用，將有助于大大提高食用油在膳食結(jié)構(gòu)中的營養(yǎng)和保健作用。但接骨術(shù)油作為食用油目前國內(nèi)尚未見報(bào)道，缺乏科學(xué)依據(jù)性。本文主要是介紹接骨木果油的超臨界CO2提取以及它的生物活性的研究現(xiàn)狀，為開發(fā)和利用這一新資源提供科學(xué)的依據(jù)。

1 超臨界CO2萃取技術(shù)提取接骨木果油

目前已經(jīng)報(bào)道出的研究表明，接骨木果油具有很好的生物活性功能，食用它對(duì)人體是很有益處的。但目前接骨木油還沒有得到有效的開發(fā)利用，其主要原因之一是提油方法仍采用壓榨法，出油率低，不飽和脂肪酸的損失較大，從而影響了接骨木果油的進(jìn)一步開發(fā)。有研究者采用超臨界CO2提取接骨木果油，延長接骨木果油的保質(zhì)期，為接骨木果油的進(jìn)一步規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用提供依據(jù)。

1.1 超臨界CO2萃取法在植物油脂提取中的應(yīng)用

植物油脂的傳統(tǒng)提取方法主要有壓榨法和有機(jī)溶劑浸出法2種，但壓榨法出油率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，有機(jī)溶劑浸出法提取出來的毛油雜質(zhì)多，色澤深，質(zhì)量比較差，且存在一定的安全性問題。為了克服傳統(tǒng)提油方法的弊端，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和安全等方面的因素，一些新型的植物油脂提取方法應(yīng)運(yùn)而生，如水劑法、水酶法、超聲波處理法、超臨界CO2萃取法等。本文重點(diǎn)是介紹超臨界CO2萃取法在植物油脂提取中的應(yīng)用。

1.1.1 超臨界CO2萃取

超臨界CO2萃取方法是一種高效分離及分析技術(shù)[7]，它是利用處于臨界壓力和臨界溫度以上的流體具有特異增加的溶解能力而實(shí)現(xiàn)萃取分離的[8]，由于它具有良好的溶劑性質(zhì)，故被廣泛應(yīng)用于植物油脂的提取。目前，運(yùn)用超臨界CO2萃取的植物油主要有月見草油、火棘籽油、番茄籽油、大豆磷脂、亞麻籽油、沙棘籽油、杏仁油、葡萄籽油、獼猴桃籽油、胡麻籽油、玉米芽胚油、茶籽油等多種植物油[7]。

和其他油脂提取方法比較，超臨界CO2萃取技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)[7-10]：(1)萃取工藝簡單，能夠節(jié)約能源，省時(shí)省力且三廢污染也較少；(2)萃取溫度較低，油脂中的生物活性物質(zhì)可以受到保護(hù)，能得到有效成分穩(wěn)定、質(zhì)量較高的產(chǎn)品；(3)CO2作為萃取溶劑、資源豐富、價(jià)格低、無毒、不燃不爆，不污染環(huán)境，易從萃取分離產(chǎn)物中分離出來，且CO2密度大，溶解性能強(qiáng)，擴(kuò)散性能好，易于控制；(4)超臨界CO2萃取具有萃取能力強(qiáng)，萃取速度快，萃取污染少的優(yōu)越性。

但是超臨界CO2萃取技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)：所用的的耐高壓設(shè)備價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本高，不易操作，批處理量小等不足之處，一定程度上限制其工業(yè)化的生產(chǎn)[11]。

1.1.2 影響超臨界CO2萃取的因素

一般影響超臨界CO2萃取的因素主要包括萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間、二氧化碳的流量以及萃取原料的物性。

(1)萃取壓力：萃取壓力是超臨界CO2萃取油脂的主要因素。不同原料在不同超臨界條件下的溶解度曲線表明，萃取物在超臨界CO2中的溶解度與超臨界CO2的密度密切相關(guān)，而萃取壓力是改變超臨界流體對(duì)物質(zhì)溶解能力的重要參數(shù)，這種溶解度與萃取壓力的關(guān)系構(gòu)成超臨界CO2流體萃取過程的基礎(chǔ)[12]。油脂在二氧化碳中的溶解度隨著壓力的增大而增加，但是壓力也不是隨意增大和任意選擇的，若萃取壓力過高，油脂中的色素會(huì)增多，顏色加深，從而影響油脂的品質(zhì)。一般操作中，植物油脂的萃取壓力一般在20～35MPa。另外，萃取壓力的改變對(duì)植物油脂的酸值和碘值也有影響。薛松等[13]人用超臨界CO2萃取玉米胚芽油的實(shí)驗(yàn)表明：隨萃取壓力的增加，玉米胚芽油的酸值有下降趨勢，且酸值也隨分離壓力增大而降低。尹卓容等[14]人利用在初始階段低壓萃取，使一部分游離脂肪酸先分離出來，可以大大降低玉米胚芽油的酸值。

(2)萃取溫度：萃取溫度是超臨界CO2萃取的另一個(gè)影響因素。在萃取壓力一定時(shí)，萃取溫度對(duì)植物油脂萃取的影響有兩種趨勢：一是在萃取壓力較高的狀態(tài)下，隨著溫度的升高，油脂產(chǎn)率逐漸增加，當(dāng)超過一定溫度時(shí)，又逐漸下降；二是在萃取壓力較低的狀態(tài)下，隨著溫度的增加，油脂產(chǎn)率呈降低趨勢[14]。另外，隨著萃取溫度的升高，雜質(zhì)的溶解度也會(huì)相應(yīng)增大，從而會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。由于植物油脂大多都含有不飽和脂肪酸，故萃取溫度應(yīng)較為溫和，加之考慮到能量消耗的因素，萃取溫度一般選在30～50℃[7]。

(3)萃取時(shí)間：實(shí)驗(yàn)表明，萃取時(shí)間越長，出油率越高。萃取時(shí)間的選擇是受到原料的含油率、萃取壓力、溫度和溶劑流量的影響。在萃取的初始階段，出油率很高，但隨時(shí)間的延長，出油率增長緩慢。為降低成本，提高設(shè)備效率，萃取時(shí)間一般在1～3h。和其他萃取技術(shù)相比，超臨界CO2萃取所需時(shí)間較短。在保證油脂收率的情況下，40min～3h對(duì)于絕大多數(shù)樣品來說已經(jīng)足夠。

(4)CO2流量：CO2流量的變化對(duì)超臨界CO2萃取有兩方面的影響。一方面，CO2流量增加，可增大萃取過程的傳質(zhì)推動(dòng)力，增大傳質(zhì)系數(shù)，使傳質(zhì)速率加快，從而提高萃取能力，縮短萃取時(shí)間；但另一方面，若CO2的流量過大，則萃取器內(nèi)CO2流速增加，CO2停留的時(shí)間縮短，從而導(dǎo)致CO2與被萃取物接觸的時(shí)間減少，這不利于萃取率的提高，會(huì)增加生產(chǎn)成本[15]。一般對(duì)于含油量高的原料，CO2流量大時(shí)則有利于提取。但是在實(shí)際操作中，CO2的流量是不易控制的。

(5)原料的水分和顆粒度：原料的顆粒度和水分也會(huì)影響超臨界CO2萃取的效率。一定量的水分在萃取過程中起到了夾帶劑的作用，有利于提高得率和萃取速率。然而含水量較高時(shí)，容易在原料表面形成水膜，這不利于溶質(zhì)的溶出，從而降低萃取得率[16]。在其他萃取條件相同時(shí)，原料的顆粒度對(duì)超臨界CO2萃取過程有一定的影響。一般來說，原料粒度越小，其與超臨界流體的接觸面積越大，利于提高萃取率。但若原料粒度太小，則增加了堆積密度和外傳質(zhì)阻力，易導(dǎo)致氣路堵塞，從而影響提取效率。

1.2 超臨界CO2萃取接骨木果油

高曉旭等[17]以含水量為5%以下、粒度為過60目的接骨木果實(shí)粉為原料，采用超臨界CO2萃取的方法提取接骨木果油，研究了萃取壓力、溫度、時(shí)間和CO2流量對(duì)超臨界CO2萃取接骨木果油得率的影響，并進(jìn)行了最佳工藝的優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，影響超臨界CO2萃取接骨木果油的主要因素主次順序依次為：萃取溫度>萃取壓力>CO2流量>萃取時(shí)間，超臨界CO2萃取接骨木果油的最佳工藝條件是萃取壓力30MPa，萃取溫度45℃，萃取時(shí)間3h，CO2流量為25kg/h。在此條件下提取得到的接骨木果油呈橙黃色，清澈透明，無雜質(zhì)，具有濃郁油香味，而且此方法下的出油率比傳統(tǒng)的壓榨法和有機(jī)溶劑浸出法高很多。所以利用超臨界CO2萃取接骨木果油具有可行性。

2 接骨木果油的研究現(xiàn)狀

2.1 接骨木果油的理化常數(shù)

接骨木果油呈橙黃色，澄清透明，具有濃郁香味，無異味。根據(jù)查閱文獻(xiàn)可知，有研究學(xué)者通過阿貝氏折光計(jì)(25℃)測得接骨木果油的折光率為1.4617；通過WZZ-1型自動(dòng)旋光儀測得接骨木果油的旋光度為0.152(L)；通過比重瓶法測得接骨木果油的比重為0.88kg/L；此外運(yùn)用韋氏法測得接骨木果油的碘價(jià)為122.72g/100g；運(yùn)用皂化瓶法測得其皂化價(jià)為178.45mg/g[18]。我們?nèi)粘Ｆ毡槭秤玫拇蠖褂偷谋戎貫?.92kg/L，碘價(jià)為119g/100g，通過對(duì)比可以看出接骨木果油的比重略低于大豆油，碘價(jià)高于大豆油，這說明接骨木果油的不飽合脂肪酸含量高，食用它是有益處的。

2.2 接骨木果油中重金屬物質(zhì)等指標(biāo)的含量

根據(jù)文獻(xiàn)記載，研究人員通過原子吸收光譜法對(duì)接骨木果油中的重金屬物質(zhì)的含量進(jìn)行了測定，測得接骨木果油中重金屬指標(biāo)結(jié)果如表1所示[18]：

表1 接骨木果油中重金屬含量測定結(jié)果

從表1中可以看出，接骨木果油中的重金屬含量極少，均低于國家衛(wèi)生部門規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，所以它的重金屬含量沒有超標(biāo)，對(duì)食用是無害的。

2.3 接骨木果油中的脂肪酸組成分析

研究人員通過氣相色譜分析方法，采用峰面積歸一化法定量分析了接骨木果油中對(duì)應(yīng)脂肪酸的含量，可知接骨木果油中棕櫚酸的含量為15.43%左右，硬脂酸含量為1.60%左右，油酸的含量為28.74%左右，亞油酸的含量為30.79%左右，α-亞麻酸的含量為22.49%左右[19]。將接骨木果油中脂肪酸含量與大豆油、芝麻油以及葵花油等食用油脂中脂肪酸含量比較可見，接骨木果油中具有顯著抗血脂作用的ɑ-亞麻酸含量均高于其他食用油脂，這顯示接骨木果油具有保健功效[20]。所以接骨木果油是富含人體必需脂肪酸的健康營養(yǎng)油。

2.4 接骨木果油的生物活性

2.4.1 降血脂作用

胡榮等[21]以雞、鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，2周內(nèi)灌胃給予4g/kg劑量的接骨木果油。研究發(fā)現(xiàn)，接骨木果油灌胃明顯地降低高脂血癥模型小鼠和雞的總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白及動(dòng)脈硬化指數(shù)，增加高密度脂蛋白及高密度脂蛋白/總膽固醇的比值。這表明接骨木果油灌胃具有明顯的降血脂、抗動(dòng)脈硬化作用。

2.4.2 抗癌作用

李炫萬等[22]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，每天1次灌胃給予小鼠2000mg/kg劑量的接骨木果油，可抑制小鼠S180荷瘤實(shí)體瘤及小鼠H22肝癌實(shí)體瘤的生長，雖然其抗癌作用不如環(huán)磷酰胺，但對(duì)H22腹水型肝癌小鼠的生命延長率比環(huán)磷酰胺更大。表明接骨木果油具有一定的抗癌作用。

2.4.3 抗病毒、抗菌作用

Zakay-Rones等[23]曾給流感患者口服黑接骨木果實(shí)果油，90%的患者在2～3天內(nèi)完全治愈，流感癥狀的持續(xù)時(shí)間明顯縮短。研究者認(rèn)為接骨木果油可減少紅細(xì)胞凝集反應(yīng)，并抑制大多數(shù)培養(yǎng)的流感病毒A和B的復(fù)制。Barak[24]報(bào)道黑接骨木果油在體外實(shí)驗(yàn)中，能抑制10種流感病毒。通過雙盲實(shí)驗(yàn)，服用該油的病人在恢復(fù)期血清中流感病毒抗體明顯高于對(duì)照組，而且能使β-IL-1，ɑ-TNF和IL-6含量顯著升高。此外，Yesilada等[25]研究發(fā)現(xiàn)矮接骨木果油濃度在1.95～250g/ L時(shí)有較強(qiáng)的抗幽門螺旋桿菌作用。

2.4.4 耐缺氧作用

劉錚等[26]在小鼠常壓耐缺氧實(shí)驗(yàn)中，將接骨木油按10、20、40mL/kg的劑量腹腔注射給藥小鼠一次，研究發(fā)現(xiàn)，注射了接骨木果油后小鼠的平均存活時(shí)間與空白對(duì)照組(注射了等體積的蒸餾水)相比，有顯著的差別，并且存在明顯的劑量依賴關(guān)系，即劑量越大，小鼠的存活時(shí)間越長。

2.4.5 提高學(xué)習(xí)記憶力作用

沈剛哲等[27]采用跳臺(tái)法和水迷宮法的行為實(shí)驗(yàn)，分別觀察了接骨木果油對(duì)東莨菪堿所致小鼠記憶獲得障礙、氯霉素所致小鼠記憶鞏固障礙及40%乙醇所致小鼠記憶再現(xiàn)障礙這三種記憶障礙模型的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接骨木果油能夠明顯改善東莨菪堿所致記憶獲得障礙、氯霉素引起的記憶鞏固障礙及40%乙醇引起的記憶再現(xiàn)障礙，其改善作用明顯優(yōu)于對(duì)照組“腦復(fù)康”(提高學(xué)習(xí)記憶力的產(chǎn)品)的效果。所以接骨木果油具有提高學(xué)習(xí)記憶力的功能。

2.4.6 免疫活性作用

范妮娜等[28]灌胃給予正常小鼠12.5mg/kg劑量的接骨木果油，研究發(fā)現(xiàn)接骨木果油對(duì)小鼠體內(nèi)的淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化有較強(qiáng)的刺激增殖作用，對(duì)被環(huán)磷酰胺抑制的淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率也有較強(qiáng)的恢復(fù)作用，與對(duì)照組相比差異非常顯著，這表明了接骨木果實(shí)油具有活化淋巴細(xì)胞、提高機(jī)體免疫功能的作用。

2.4.7 抗艾滋病作用

Mlinaric等[29]發(fā)現(xiàn)當(dāng)接骨木果油的IC50為0.017g/L時(shí)，其對(duì)HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶有抑制作用，這表明接骨木果油具有抗艾滋病的活性。此外，Zakay-Rones等[30]人也發(fā)現(xiàn)接骨木果油能夠抑制CD+細(xì)胞、外周血淋巴細(xì)胞中HIV病毒感染，從病人的血液中分離出這些細(xì)胞，與接骨木果油一起培養(yǎng)5～10天后檢測不到HIV抗原的存在，這也表明接骨木果油具有抗艾滋病的活性。

2.4.8 毒性與致突變效應(yīng)

劉錚等[26]以1mL/kg的劑量給小鼠灌胃接骨木果油，灌胃前禁食給水1夜，給藥后觀察2周，記錄動(dòng)物死亡數(shù)。結(jié)果表明，所有動(dòng)物無一例死亡，且未發(fā)現(xiàn)與藥物有關(guān)的毒性反應(yīng)，LD50>50mL/kg，這表明了接骨木果油的毒性是很低的，對(duì)人體是無害的。

3 發(fā)展前景

接骨木果油用途廣泛，具有特定的生物活性，是一種功能性油源，發(fā)展前景廣闊，值得大力開發(fā)和研究。隨著人們對(duì)接骨木果油保健功能的逐步認(rèn)識(shí)，對(duì)其提取工藝的不斷成熟，接骨木果油必然會(huì)得到大規(guī)模的生產(chǎn)和利用。我國接骨木分布廣，資源豐富，易于獲得，而且當(dāng)前食用油木本化也是發(fā)展植物油料生產(chǎn)的重要途徑之一，因此應(yīng)該積極地推動(dòng)接骨木果油的開發(fā)利用。此外，開發(fā)利用接骨木果油不僅能為社會(huì)提供優(yōu)質(zhì)安全的食用油脂，提高資源的利用率，緩解我國油源緊張的現(xiàn)狀，而且還能增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，減少環(huán)境的污染。所以，開發(fā)利用接骨木果油具有很大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，發(fā)展前景很廣闊。

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