超臨界CO2萃取毛梾籽油及GC-MS分析

吳 秋 王成忠 劉家惠

（齊魯工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，濟(jì)南 250353）

超臨界CO2萃取毛梾籽油及GC-MS分析

吳 秋 王成忠 劉家惠

（齊魯工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，濟(jì)南 250353）

毛梾作為一種新型木本油料，果實(shí)含油率可達(dá)36%～38%。毛梾籽油不飽和脂肪酸含量豐富，其中棕櫚烯酸較為稀有，而棕櫚烯酸主要來(lái)源于鯨油和魚(yú)肝油等貴重深海魚(yú)類(lèi)油脂。毛梾籽油味道香濃，脂肪酸含量豐富但是色澤極深，傳統(tǒng)的白土、活性炭已經(jīng)不能起到很好的脫色效果。以乙醇作為夾帶劑進(jìn)行超臨界CO2萃取毛梾籽油，實(shí)現(xiàn)了“邊提取邊脫色”，解決了傳統(tǒng)溶劑提取后溶劑殘留這一困擾的同時(shí)省去了脫色步驟。在進(jìn)行了壓力、時(shí)間、溫度的單因素，選出合適條件后進(jìn)行正交優(yōu)化，綜合考慮油脂提取率、色澤、狀態(tài)等確定認(rèn)為最優(yōu)參數(shù)為壓力16 MPa、溫度40℃、頻率21.3 Hz、料液比為1∶1.1 g／mL，此時(shí)提取率為38.9%，吸光度為0.203，顏色淺黃，無(wú)雜質(zhì)，透明，品質(zhì)較好。GC-MS分析得到其主要成分有棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸等。

毛梾籽油 提取率 脂肪酸 超臨界 GC-MS

毛梾，又名車(chē)梁木，樹(shù)種耐干旱、耐鹽堿，長(zhǎng)于我國(guó)西南、西北、魯西南等地。毛梾種子含油率高達(dá)36%～38%，毛梾籽油可以被當(dāng)做食用油或者生物柴油使用。毛油顏色深棕色，經(jīng)堿煉、脫色后色澤透亮，不飽和脂肪酸含量高，種類(lèi)豐富。在我國(guó)豫西三門(mén)峽市盧氏縣，已有村民壓榨毛梾果實(shí)得到油進(jìn)行食用，但是將其開(kāi)發(fā)研究并得到消費(fèi)者認(rèn)可還有很長(zhǎng)的路要走。國(guó)內(nèi)僅有梁棟等人進(jìn)行了色譜分析與質(zhì)譜定性分析［1］。

毛梾作為新型木本油料，具備草本植物不能比擬的優(yōu)勢(shì)。木本油無(wú)化肥無(wú)農(nóng)藥，天然健康；具有耐早、耐貧瘠、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量大、綠化環(huán)境、改善土質(zhì)、帶動(dòng)致富的優(yōu)點(diǎn)；無(wú)須占用耕作土地，可種植于山地、丘陵、鹽堿地等，可改善氣候、防止水土流失等［2］。

我國(guó)普遍常用的食用油有大豆油、菜籽油、花生油等，其中大豆油占主導(dǎo)地位，然而它所涉及的轉(zhuǎn)基因問(wèn)題備受爭(zhēng)議。為此黨中央已明確提出積極發(fā)展木本油料的任務(wù)［3］。毛梾作為新型木本油料，耐鹽堿、耐旱、高產(chǎn)、不飽和脂肪酸成分豐富，除含有油酸、亞油酸等的同時(shí)還含有棕櫚烯酸等稀有成分，其中棕櫚烯酸主要來(lái)源于鯨油和魚(yú)肝油等深海貴重油脂，這使得毛梾籽油具有廣闊的市場(chǎng)前景。

國(guó)外對(duì)于毛梾的研究?jī)H限于活性物質(zhì)提取這一方面。通過(guò)天然抗氧化劑的對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)毛梾提取物的抗氧化活力進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)其中含有大量的多酚、黃酮類(lèi)物質(zhì)，其中自由基、羥基、烷基的清除活性均高于VC。毛梾提取物的抗氧化活性可以用于提高人體健康指數(shù)，應(yīng)大力發(fā)展其抗氧化潛力［4］。

國(guó)內(nèi)研究?jī)H限于樹(shù)種的栽培育種技術(shù)和應(yīng)用價(jià)值方面。園林及樹(shù)種管理較為落后，在無(wú)土栽培技術(shù)和油脂精煉、加工等方面仍然缺少深入系統(tǒng)的研究［5］。重新認(rèn)識(shí)梾木屬資源，開(kāi)發(fā)并利用它為人類(lèi)社會(huì)服務(wù)，提出創(chuàng)新型建議非常必要［6］。本試驗(yàn)通過(guò)研究毛梾籽油的超臨界CO2萃取工藝條件及其脂肪酸組成，以期為毛梾籽油的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器

1.1.1 材料

毛梾籽：山東濟(jì)南萬(wàn)路達(dá)園林有限公司；蒸餾水：濟(jì)南普利斯公司；正己烷、鄰苯二甲酸氫鉀：天津迪博化工股份有限公司。

1.1.2 儀器

HA120-50-01型超臨界萃取裝置：江蘇南通華安超臨界萃取設(shè)備有限公司；GCMS-QP2010型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀：SHIMADZU；GZX-QF101-3S型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠(chǎng)；LXJ-HQ型低速離心機(jī)：上海醫(yī)用分析儀器廠(chǎng)；SHz-D（Ⅲ）型循環(huán)水真空泵：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；DF -101C型磁力攪拌器：上海一基實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 超臨界CO2萃取的操作要點(diǎn)

選取無(wú)蟲(chóng)害、飽滿(mǎn)的毛梾籽洗凈，于鼓風(fēng)式恒溫箱中50℃干燥至恒重，用粉碎機(jī)適當(dāng)粉碎毛梾籽，粉碎時(shí)應(yīng)采取間歇性粉碎，防止持續(xù)粉碎引起的過(guò)熱對(duì)粉末造成氧化性損壞。

超臨界萃取流程如圖1所示，操作步驟：

1）打開(kāi)面板開(kāi)關(guān)；2）打開(kāi)萃取、分離1、分離2開(kāi)關(guān)；3）打開(kāi)制冷開(kāi)關(guān)，再打開(kāi)制冷箱開(kāi)關(guān)；4）打開(kāi)鋼瓶（逆時(shí)針為開(kāi)），擰開(kāi)球閥；5）打開(kāi)2號(hào)閥門(mén)（開(kāi)到最大）；6）裝料，取500 g左右的毛梾籽粉末（40目）置于萃取釜中，擺好料，由底向上為細(xì)密封圈、通氣環(huán)、粗密封圈；7）關(guān)閉排氣3號(hào)閥門(mén)，慢慢打開(kāi)4號(hào)閥門(mén)，開(kāi)至萃取1壓力＝貯罐壓力，然后將4號(hào)閥門(mén)全部打開(kāi)；8）按調(diào)頻開(kāi)關(guān)，開(kāi)泵：9）即將到所需壓力的時(shí)候關(guān)閉6號(hào)閥，打開(kāi)5號(hào)閥；10）調(diào)節(jié)8號(hào)閥門(mén)，調(diào)至8～10 MPa；11）在設(shè)備后邊的攜帶劑箱中注入無(wú)水乙醇，再開(kāi)攜帶劑泵將液體引入；30 min放1次料，放到料放不出來(lái)為止。

1.3 單因素試驗(yàn)

乙醇具有吸附色素的作用，它的加入可使得油脂的提取與脫色同時(shí)進(jìn)行，簡(jiǎn)化了油脂精煉的步驟。因此毛梾籽油的超臨界CO2萃取提取以乙醇為攜帶劑，在適當(dāng)?shù)妮腿囟?、萃取壓力、CO2的頻率、分離壓力、分離溫度下進(jìn)行提取。一般將分離壓力設(shè)為8～10 MPa，本次試驗(yàn)由于加入了攜帶劑，故將分離壓力升高為9 MPa，分離溫度設(shè)為58℃。

將萃取溫度、萃取壓力、高壓泵頻率、物料與攜帶劑的比例設(shè)為單因素，分別進(jìn)行14、16、18、20、22、24 MPa的壓力單因素試驗(yàn)，30、35、40、45、50℃的溫度單因素試驗(yàn)，20.0、20.5、21.0、21.5、22.0 Hz的高壓泵頻率單因素試驗(yàn)，0、1∶0.5、1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5 g／mL的料液比單因素試驗(yàn)，以提取率為指標(biāo)選出適宜的條件后在進(jìn)行正交優(yōu)化，再綜合考慮油脂的色澤確定工藝最佳參數(shù)。

1.4 正交優(yōu)化毛梾籽油提取工藝條件

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以乙醇添加量、溫度、壓力、泵頻率為考察變量，以毛梾籽油提取率為指標(biāo)，綜合考慮油脂的色澤、吸光度等確定最優(yōu)參數(shù)。

1.5 提取率及油脂色澤的測(cè)定

1.5.1 最佳波長(zhǎng)的確定

試驗(yàn)常用分光光度法來(lái)判定油脂的色澤及脫色效果，測(cè)定固定波長(zhǎng)下的透光率來(lái)判定。固定波長(zhǎng)隨著油脂品種的變化而變化，一般處于300～600 nm［7］。

用分析純正己烷將毛梾油樣品稀釋成體積分?jǐn)?shù)為1.0%的溶液，以正己烷作參比在紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)上用1 cm石英比色皿200～600 nm范圍內(nèi)掃描，來(lái)確定樣品的最大吸收波長(zhǎng)。

1.5.2 毛梾油最佳稀釋倍數(shù)的確定

用正己烷將待測(cè)毛梾油分別稀釋成體積分?jǐn)?shù)為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%的溶液，在最大吸收波長(zhǎng)范圍測(cè)量吸光度，使其吸光度的值控制在0.4～0.7之間。

圖1 HA120-50-01型超臨界萃取裝置流程簡(jiǎn)圖

確定毛梾油的最佳稀釋倍數(shù)為50倍，在527 nm波長(zhǎng)處.測(cè)定其吸光度。

1.5.3 提取率的定義及測(cè)定方法

提取率是指試驗(yàn)所提取的油脂的質(zhì)量占原材料質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，見(jiàn)式（1）。

式中：m為提取毛梾籽油的質(zhì)量；M為毛梾籽粉末原材料的質(zhì)量。

1.6 毛梾籽油的GC-MS成分分析

1.6.1 樣品預(yù)處理（甲酯化）

甲酯化的作用在于減少分子間形成氫鍵，降低分子極性，使其易于氣化，以此來(lái)減少分析時(shí)間，保證峰與峰之間有效的分離度易于分辨。取1滴毛梾油于5 mL離心管中，加入色譜純正己烷2 mL，加入0.5 mol／L的CH3OH-KOH溶液0.5 mL于震蕩攪拌器上混合均勻，60℃水浴30 min，取上清液1 mL，加入19 mL色譜純正己烷，用以保證稀釋度在1 000倍以上［8］。

1.6.2 脂肪酸的測(cè)定：氣質(zhì)聯(lián)用分析

色譜條件：DB-1彈性石英毛細(xì)管柱，30 mm× 0.25 mm×0.2 mm，載氣為高純氦氣，柱前壓47 kPa，分流比1∶50，進(jìn)樣口溫度250℃，接口溫度230℃，三階段程序升溫：

質(zhì)譜條件：EI離子源，電子能量：70 eV，電子倍增器1.5 V，溶劑延遲2 min，掃描范圍33～500 amu，進(jìn)樣量1 μL，全掃描方式［9］。

2 結(jié)果及討論

經(jīng)過(guò)大量的預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在無(wú)攜帶劑時(shí)，毛梾籽油的提取率隨著壓力的升高而升高，但隨之顏色也越來(lái)越深。乙醇作為攜帶劑再次進(jìn)行超臨界萃取，發(fā)現(xiàn)在較低壓力時(shí)提取率明顯升高，同時(shí)顏色也較為理想。這說(shuō)明在萃取過(guò)程中，乙醇作為攜帶劑促進(jìn)了萃取的進(jìn)行，同時(shí)吸附了色素，達(dá)到了邊提取邊脫色的效果。

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比的單因素試驗(yàn)

料液比單因素試驗(yàn)是在溫度40℃、壓力15 MPa、頻率22 Hz的條件下進(jìn)行的。結(jié)果如表1所示。

表1 乙醇添加量的單因素試驗(yàn)

圖2 乙醇添加量的單因素試驗(yàn)

由圖2可以看出，料液比為0，即無(wú)攜帶劑時(shí)提取率為25%，料液比為1∶0.5時(shí)迅速升高，之后緩慢上升，直至穩(wěn)定，期間油脂顏色變化不大，初步確定料液比為1∶1時(shí)最適合。

2.1.2 溫度的單因素試驗(yàn)

溫度單因素試驗(yàn)是在料液比1∶1、壓力15 MPa、頻率21 Hz的條件下進(jìn)行的。結(jié)果如表2所示。

表2 溫度的單因素試驗(yàn)

由圖3可得，在30～45℃內(nèi)，隨著溫度的升高，提取率緩慢升高直至平穩(wěn)，吸光度緩慢下降直至平穩(wěn)。溫度升至50℃時(shí)提取率升高到37.5%，但油脂黃褐色且有少量雜質(zhì)。綜合考慮，40℃時(shí)提取率最高且吸光度較低，因此認(rèn)為40℃最適合的溫度條件。

圖3 溫度的單因素試驗(yàn)

2.1.3 頻率的單因素試驗(yàn)

頻率的單因素試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。質(zhì)

表3 頻率的單因素試驗(yàn)

由圖4可以看出，隨著頻率變大吸光度緩慢降低后趨于穩(wěn)定，而提取率隨著高壓泵頻率的增大先遞增后遞減，在21.5 Hz時(shí)時(shí)達(dá)到最大值，且此時(shí)油脂顏色淺黃、透明。綜合考慮，認(rèn)為21.5 Hz為最適合的高壓泵頻率值。

圖4 頻率的單因素試驗(yàn)

2.1.4 壓力的單因素試驗(yàn)

壓力的單因素試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 壓力的單因素試驗(yàn)

由圖5可以看出，隨著壓力變大吸光度先降低后緩慢升高，而提取率隨著高壓泵頻率的增大先遞增后有微量的變化，在16 MPa時(shí)達(dá)到最大值，且此時(shí)油脂顏色淺黃、透明。綜合考慮，認(rèn)為16 MPa為最適合的壓力參數(shù)。

圖5 壓力的單因素試驗(yàn)

2.2 正交優(yōu)化毛梾籽油提取工藝

以表5所示的四因素三水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，以提取率為指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)，再綜合考慮油脂的色澤進(jìn)行選擇。

表5 四因素三水平

由表6可以看出，各因素對(duì)提取率影響順序?yàn)閴毫Γ緶囟龋疽掖继砑恿浚靖邏罕妙l率；以提取率為指標(biāo)的最佳的提取方案為B2A2D1C3，驗(yàn)證試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此時(shí)提取率為38.9%，大于正交試驗(yàn)最大提取率38.8%，吸光度為0.203，顏色淺黃，無(wú)雜質(zhì)，透明，優(yōu)質(zhì)品質(zhì)較好。綜合考慮認(rèn)為最優(yōu)參數(shù)為壓力16 MPa，溫度為40℃，頻率21.3 Hz，料液比為1∶1.1。

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果及油脂色澤

2.3 毛梾籽油GC-MS成分分析

毛梾籽油GC-MS成分分析結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 氣質(zhì)分析結(jié)果

3 結(jié)論

圖6 GC-MS譜圖結(jié)果

毛梾籽油作為一種新的木本油料，其含油量高，種子產(chǎn)量高，油脂品質(zhì)良好，具有廣闊的市場(chǎng)前景。利用乙醇作為夾帶劑進(jìn)行超臨界CO2萃取，利用乙醇對(duì)色素的吸附作用，不僅提高了提取率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了“邊提取邊脫色”，為深色油脂的工業(yè)生產(chǎn)提供了思路。各因素對(duì)提取率影響順序?yàn)閴毫Γ緶囟龋疽掖继砑恿浚靖邏罕妙l率，最佳的提取方案為B2A2D1C3。綜合考慮油脂色澤和提取率以及油脂狀態(tài)，認(rèn)為最優(yōu)參數(shù)為壓力16 MPa，溫度40℃，頻率21.3 Hz，料液比1∶1.1 g／mL。經(jīng)驗(yàn)證，此條件下提取率高達(dá)38.9%，大于正交試驗(yàn)最大提取率38.8%，且吸光度為0.203，顏色淺黃，無(wú)雜質(zhì)，透明，品質(zhì)較好。

GC-MS分析得到其主要成分有棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、反異油酸、亞油酸，其中棕櫚油酸較為稀有，主要存在于鯨油和魚(yú)肝油等貴重深海油脂中。

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Extraction of Cornus wateri Oil by Supercritical Carbon Dioxide and GC-MS Analysis

Wu Qiu Wang Chengzhong Liu Jiahui

（College of Food Science and Engineering，Qilu University of Technology，Jinan 250353）

As a new woody oil plant，the oil content of Cornus walteriseed can be up to 36%～38%.Cornus walteri oil was rich in unsaturated fatty acids，of which palmitoleic acid wais rare that mainly originates from whale oil and fish liver oil and other precious abyssal fish grease.The Cornus walterioil smells fragrant and was rich in fatty acids，but its color was too deep to dislodge with traditional carclazyte and active carbon methods.In this study，we used etha-nol as the entrainer to extract the Cornus walteri seed oil in supercritical CO2，which realized the oil extraction and decoloring at the same time，solving residual solvent at the end of traditional solvent extraction and leaving out the decoloring steps of oil refining.After single factor experiment of pressure，time and temperature was carried out for selecting suitable conditions，upon orthogonal experiment design，the best condition of extraction giving full consideration to grease extraction rate，color and state and other factors was that the ratio of liquid to solid was 1∶1.1 g／mL at 40℃ and 16 MPa and the frequency was 21.3 Hz.Under the above conditions，the extraction ratio was up to 38.9%absorbancy was 0.203，the color was light yellow and the oil was transparent and of good quality without impurity.GC-MS analysis was carried out and some components were obtained including palmitic acid，palmitoleic acid，stearic acid，oleic acid and linoleic acid，etc.

Cornus walteri，extraction ratio，fatty acid，supercritical，GC-MS

TS224

A

1003-0174（2017）01-0135-06

2015-08-22

吳秋，女，1991年出生，碩士，食品資源開(kāi)發(fā)

王成忠，男，1964年出生，教授，食品資源開(kāi)發(fā)