葫蘆巴凈油的超臨界CO2萃取工藝及成分研究

李源棟，黃 艷，朱保昆，劉秀明，廖頭根，盧真保，王明鋒

（1.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 昆明 650202；2.廣州華芳煙用香料有限公司，廣東 廣州 510530）

葫蘆巴凈油的超臨界CO2萃取工藝及成分研究

李源棟1，黃 艷2，朱保昆1，劉秀明1，廖頭根1，盧真保2，王明鋒1

（1.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 昆明 650202；2.廣州華芳煙用香料有限公司，廣東 廣州 510530）

通過正交試驗法考察了超臨界CO2萃取葫蘆巴凈油中，萃取壓力、萃取溫度、萃取時間對萃取率的影響。結(jié)果表明，各因素的影響順序為：萃取壓力＞萃取溫度＞萃取時間；萃取的最佳工藝條件為：萃取壓力35MPa，萃取溫度45℃，萃取時間2.0h。此條件下葫蘆巴凈油得率可達(dá)2.81%。葫蘆巴凈油經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀鑒定出36個化合物，其含量占總揮發(fā)性物質(zhì)總量的82.19%。

葫蘆巴；凈油；超臨界CO2萃?。籊C-MS

葫蘆巴為豆科植物葫蘆巴屬葫蘆巴(Trigonellafoenun-graecu L)的種子，又名蕓香草、香草、苦草、苦朵菜、香苜蓿等，為豆科一年生草本植物，全株有香氣，在我國分布于西藏、寧夏、甘肅、安徽、四川等地[1]。葫蘆巴既是一種保健性中藥材，又可作為烹飪用蔬菜[2]。目前，關(guān)于葫蘆巴揮發(fā)油成分分析、生藥學(xué)、臨床等方面已有相關(guān)文獻(xiàn)報道[3-7]，但對于超臨界萃取葫蘆巴凈油未見報道。本研究采用超臨界CO2萃取葫蘆巴凈油，探討其萃取壓力、溫度、時間、挾帶劑用量等對提取效果的影響，旨在獲取最佳的萃取工藝，為超臨界CO2萃取技術(shù)應(yīng)用于葫蘆巴凈油提取提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)，為規(guī)?；a(chǎn)提供參考數(shù)據(jù)。下保壓30min，而后轉(zhuǎn)移至烤箱中150℃烘烤20min，待降至室溫用粉碎機(jī)粉碎，并過0.25mm篩去除大顆粒。

1.2.2 凈油萃取工藝流程

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量葫蘆巴粉置于超臨界裝置萃取釜中，固定分離釜的壓力為5MPa，分離釜溫度為45℃，待萃取溫度達(dá)到指定的溫度后開始進(jìn)行萃取實驗，萃取結(jié)束后收集分離釜所得凈油，凈油得率的計算公式如下：

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

葫蘆巴種子，采自安徽泗縣。

HA121-50-01-C型 超 臨 界CO2萃 取 儀，PHILIPS HR 2890/B破碎機(jī)，S-FL-085-09-W 高靜壓液壓試驗機(jī)（含液壓柜），7890A氣相色譜- 5975C質(zhì)譜聯(lián)用儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 葫蘆巴粉的制備

取一定量葫蘆巴，置于高靜壓液壓機(jī)中500MPa

1.2.3 氣相色譜及質(zhì)譜條件

氣相色譜條件為：HP-INNOWAX柱（30m× 0.25mm×0.25μm），進(jìn)樣口溫度250℃；程序升溫：40℃保持3min，然后3℃·min-1升溫至100℃，然后2℃·min-1升溫至250℃，并保持15min。以高純度氦氣為載體，流速為1.0mL·min-1。

質(zhì)譜條件為：氣質(zhì)接口溫度250℃，離子化能量為70eV，質(zhì)譜范圍35～335a.m.u，電子放大電壓1800V。對所獲得的色譜圖采用Nist14譜庫檢索定性，結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，確認(rèn)其各化學(xué)成分。

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取條件對凈油得率的影響

2.1.1 萃取壓力對葫蘆巴凈油得率的影響

稱取葫蘆巴粉100g，萃取溫度35℃，萃取時間120min，考察萃取壓力對葫蘆巴凈油萃取率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 萃取壓力對葫蘆巴凈油得率的影響Fig.1 The effects of extraction pressure on extraction rate of absolute oil of fenugreek

由圖1可以看出，凈油得率隨著萃取壓力的升高而增大。壓力由20MPa上升到35MPa時，凈油得率顯著增加；而壓力由35MPa上升到40MPa時，凈油得率增加緩慢，表明隨著萃取壓力的增加，CO2密度逐漸增大，溶解能力增強(qiáng)，但二者并非呈線性關(guān)系，當(dāng)壓力增大到一定程度時，CO2溶解能力增加平緩，凈油在其中的溶解也趨于飽和，凈油的得率增加緩慢。因此，萃取壓力選擇35MPa較佳。

2.1.2 萃取溫度對葫蘆巴凈油得率的影響

稱取葫蘆巴粉100g，萃取壓力35MPa，萃取時間120min，考察萃取溫度對葫蘆巴凈油萃取率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 萃取溫度對葫蘆巴凈油得率的影響Fig.2 The effects of extraction temperature on extraction rate of absolute oil of fenugreek

由圖2可以看出，當(dāng)萃取溫度從35℃上升到45℃時，凈油得率不斷增大；而當(dāng)溫度由45℃上升到55℃，凈油得率逐漸下降。表明在35～45℃溫度范圍內(nèi)，主導(dǎo)因素是溫度升高引起的流體傳質(zhì)速率加快和凈油組分?jǐn)U散系數(shù)的增大；而在45～55℃溫度范圍內(nèi)，主導(dǎo)因素是溫度升高引起CO2流體密度下降，降低了其對凈油組分的溶解能力。因此萃取溫度選擇45℃較佳。

2.1.3 萃取時間對葫蘆巴凈油得率的影響

稱取葫蘆巴粉100g，萃取壓力35MPa，萃取溫度45℃，考察萃取時間對葫蘆巴凈油萃取率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同萃取時間對葫蘆巴凈油得率的影響Fig.3 The effects of extraction time on extraction rate of absolute oil of fenugreek

從圖3可以看出，凈油得率隨萃取時間的延長而增大，但萃取時間到達(dá)2h后，凈油得率已增長緩慢，表明凈油組分基本上已完全轉(zhuǎn)移至CO2流體當(dāng)中，再延長萃取時間，對凈油得率影響不大。因此，萃取時間選取2h較佳。

2.2 正交試驗

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，對萃取溫度、萃取壓力、萃取時間三因素各取三水平，采用L9(34)表進(jìn)行正交實驗。以葫蘆巴凈油的含量為考察指標(biāo)，實驗因素水平設(shè)計見表1，正交試驗結(jié)果見表2，方差分析結(jié)果見表3。

由表2和表3可知，各因素對葫蘆巴凈油提取工藝影響的大小為：萃取壓力（A）＞萃取溫度（B）＞提取時間（C），其中萃取壓力對提取效果的影響最大，而提取時間對提取效果的影響最小。在實驗范圍內(nèi)，最佳工藝組合是A2B2C3，其凈油得率為2.83%，但其與單因素試驗組A2B2C2的凈油得率2.81%相差不大，而萃取時間卻有所增加，故以A2B2C2為最終的優(yōu)選工藝組合，即萃取壓力為35MPa，萃取溫度45℃，提取時間2.0h。

表1 正交試驗設(shè)計因素及水平Table 1 Factors and levels in experiment

表3 方差分析Table 3 Analysis of variance

表2 正交試驗結(jié)果與分析Table 2 Result and analysis of orthogonal experiment

2.3 GC-MS分析結(jié)果

對超臨界CO2萃取的葫蘆巴凈油進(jìn)行GC-MS分析，總離子流圖如圖4所示。經(jīng)解析并與計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)圖譜對照，同時參考相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)果如表4所示。超臨界CO2萃取的葫蘆巴凈油經(jīng)GC-MS分析，共鑒定出化學(xué)成分36種，占揮發(fā)性物質(zhì)總量的82.19%，主要的成分為葫蘆巴內(nèi)酯、亞油酸乙酯、乙酸、亞油酸及糠醇等。各類化合物可分為7類，其中有機(jī)酸類共11種，占揮發(fā)油含量的32.53%，其中相對含量較高的為亞油酸（12.27%）及乙酸（7.03%）；酯類10種，占揮發(fā)油含量的26.35%，其中含量較高的為葫蘆巴內(nèi)酯（12.74%）；醇類1種，占揮發(fā)油含量的6.47%；酮類6種，占揮發(fā)油含量的5.66%；醛類2種，占揮發(fā)油含量的5.62%；酚類3種，占揮發(fā)油含量的1.21%；雜環(huán)3種，占揮發(fā)油含量的4.35%。

圖4 超臨界CO2萃取葫蘆巴凈油總離子流色譜圖Fig.4 TIC profile of volatile compounds in absolute oil of fenugreek

表4 葫蘆巴凈油中揮發(fā)性物質(zhì)組分及相對含量Table 4 Composition of volatile compounds in absolute oil of fenugreek and their relative contents

3 結(jié)論

1）影響超臨界CO2萃取葫蘆巴凈油萃取率的主要因素，是萃取壓力(A)、萃取溫度(B)、萃取時間(C)，其影響力依次為A＞B＞C；

2）超臨界CO2萃取葫蘆巴凈油的最佳工藝參數(shù)是：萃取壓力35MPa、萃取溫度45℃、萃取時間2.0h，葫蘆巴凈油萃取率為2.81%；

3）采用超臨界CO2萃取法并結(jié)合GC-MS聯(lián)用儀分析葫蘆巴凈油，鑒定出36個香氣成分，占揮發(fā)性物質(zhì)總量的82.19%，其中特征性香氣組分葫蘆巴內(nèi)酯含量最高，達(dá)12.74%。

[1] 王雅，趙萍，任海偉，等.微波輔助萃取葫蘆巴莖葉揮發(fā)油工藝優(yōu)化及抗氧化性研究[J].食品科學(xué)，2010，31(18)：120-123.

[2] 于忠香.芳香特菜葫蘆巴[J].北京農(nóng)業(yè)，2003(10)：4.

[3] 黃述州，李程碑，楊俊偉，等.葫蘆巴揮發(fā)油成分的GC-MS質(zhì)譜分析[J].應(yīng)用化工，2013，42(11)：2094-2096.

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Supercritical Fluid Carbon Dioxide Extraction and GC-MS Analysis of Absolute Oil of Fenugreek

LI Yuandong1, HUANG Yan2, ZHU Baokun1, LIU Xiuming1, LIAL Tougen1, LU Zhenbao2, WANG Mingfeng1
(1. Technology Center, China Tabacco Yunnan Industrial Co. Ltd.，Kunming 650231，China; 2. Huafang Tobacco Flavors LIC., Guangzhou 510530, China）

The orthogonal experiment was used to investigate the infl uence of extraction pressure, extraction temperature and extraction time on the extraction rate of absolute oil of fenugreek during the extraction of supercritical carbon dioxide. Results showed that the order of infl uences factors were: extraction pressure＞extraction temperature＞extraction time, the optimum technological conditions of extraction were as followed: extraction pressure 35MPa, extraction temperature 45℃, extracting time 2.0h. Under the conditions, the extraction rate of absolute oil of fenugreek reached 2.81%, and 36 component which composed of 82.19% of total absolute oil of fenugreek were identifi ed.

fenugreek; absolute oil; supercritical carbon dioxide extraction; GC-MS

TQ 028.3+2

A

1671-9905(2017)03-0008-04

中國煙草總公司科技重點項目（110201402036）；云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項目基金資助項目（2016GY01）

李源棟（1985-），男，助理工程師，碩士，從事煙用香精香料研究工作

王明鋒（1976-），高級工程師， 碩士，主要從事煙草化學(xué)方面的研究，E-mail:hhwangmf@139.com

2017-01-22