荔枝果核精油超臨界CO2萃取工藝及其成分研究

尹愛(ài)國(guó) 劉興龍 周天 黃迎娣 劉杰鳳

摘要：以荔枝果核為材料，考察萃取壓力、萃取溫度、解析溫度對(duì)超臨界CO2流體萃取荔枝果核精油提取量的影響。在此基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面優(yōu)化果核精油提取的最佳工藝為萃取壓力20.09 MPa、萃取溫度41.50 ℃、解析溫度 45.03 ℃，此時(shí)精油提取量的最大值為1.34 g，提取率為2.68%。同時(shí)利用氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（GC-MS）對(duì)精油成分進(jìn)行初步的定性和定量分析，發(fā)現(xiàn)其含有26種化合物，主要成分為醇、脂肪酸、酯、烷烴類及烯類化合物，其中醇類、烯烴類化合物是其主要成分，含量分別約為45%、25%。

關(guān)鍵詞：荔枝果核;超臨界CO2流體萃取;精油;響應(yīng)面;GC-MS;定性;定量

中圖分類號(hào)： TQ420.6+6;TS255.36 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2019）23-0212-05

荔枝為“南國(guó)四大果品”之一[1]，為無(wú)患子科植物，其種類繁多，主要分布于熱帶、亞熱帶地區(qū)。在我國(guó)主要分布在兩廣、福建地區(qū)[2]。因其具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及滋補(bǔ)和藥用價(jià)值而深受人們喜愛(ài)[3-4]。近年來(lái)，隨著荔枝種植面積的擴(kuò)增，其產(chǎn)量迅速升高，荔枝的深加工規(guī)模也逐步擴(kuò)大，同時(shí)也使荔枝果核堆積如山，但一直沒(méi)有得到合理的利用或者加工處理[2]。近期有研究表明，荔枝果核富含多種生理活性物質(zhì)，為溫性藥材，具有很高的藥用價(jià)值[3]。除此之外，荔枝果核提取物還具有抑菌的效果[2]。但對(duì)荔枝果核精油的提取及其成分分析一直鮮有報(bào)道。

植物精油是植物體的次生代謝產(chǎn)物，化學(xué)成分較為復(fù)雜，因其有美容護(hù)膚、健體等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療保健、生物化工、食品工業(yè)等領(lǐng)域[5-6]。植物精油的提取有多種手段，傳統(tǒng)的溶劑浸提法和一些新型的提取法，如超臨界CO2流體萃取法（SFE）、超聲波萃取法、微波萃取法等[6-7]。其中超臨界CO2流體萃取技術(shù)是近50年來(lái)發(fā)展出現(xiàn)的一種新的提取分離技術(shù)，其原理是在低溫?zé)o氧環(huán)境下，利用超臨界流體CO2為萃取劑提取樣品中的有效成分，適合用于提取脂溶性、高沸點(diǎn)、熱敏性的樣品。同時(shí)萃取劑無(wú)毒，且回收方便，便于去除，方便簡(jiǎn)捷[8]。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于植物精油的研究仍停留在細(xì)胞水平和單一性能上，無(wú)法對(duì)有效成分的具體作用給出正確的結(jié)論，且對(duì)植物精油的臨床應(yīng)用及生產(chǎn)應(yīng)用相對(duì)薄弱[5]。氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（GC-MS）是目前聯(lián)用技術(shù)中較為精確的一種分析儀器，可準(zhǔn)確地分離樣品中的各種有效成分，并進(jìn)行定性和定量分析[9-11]。本研究主要通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化超臨界CO2流體萃取荔枝果核精油的工藝條件，并通過(guò)GC-MS分析荔枝果核精油中的有效化學(xué)成分，以期為加強(qiáng)荔枝果核的開(kāi)發(fā)利用和深加工奠定堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)，為植物精油的進(jìn)一步綜合開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)材料與試劑 新鮮荔枝采于廣東省茂名市化州市荔枝園，品種名為黑葉。

檸檬酸、氯化鈉、碳酸鈉、大孔樹(shù)脂、無(wú)水乙醇、正己烷均為化學(xué)分析純?cè)噭?，?gòu)自天津光復(fù)精細(xì)化工有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備 GZX-9070MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱，購(gòu)自上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;JJ224BC型電子天平，購(gòu)自常熟市雙杰測(cè)試儀器廠;國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩（30、60目），購(gòu)自浙江飛達(dá)金屬砂篩廠;XFB-200高速中藥粉碎機(jī)，購(gòu)自吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠;HA120-50-01超臨界萃取裝置，購(gòu)自江蘇南通華安超臨界萃取有限公司;GC-MS-QP2010 Plus，購(gòu)自日本島津公司;MB23紅外線水分測(cè)定儀，購(gòu)自昆山巨天儀器設(shè)備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 荔枝果核的預(yù)處理 荔枝去除果肉后，將果核置于含有2%Na2CO3、1%檸檬酸和2% NaCl的混合溶液中浸泡 2 min，用蒸餾水反復(fù)淘洗去表面含有的荔枝果肉殘留物[5]。將洗凈的果核放入烘箱中，40 ℃熱風(fēng)烘烤，烘干至恒質(zhì)量，取出自然冷卻，常溫儲(chǔ)存?zhèn)溆肹12]。

1.2.2 荔枝果核的粉碎過(guò)篩 將常溫儲(chǔ)存?zhèn)溆玫睦笾朔湃胫兴幏鬯闄C(jī)中粉碎成干粉，過(guò)30目（孔徑0.6 mm）和60目（孔徑0.3 mm）的篩子，取顆粒大小在0.3～0.6 mm之間的荔枝核粉裝袋并放入儲(chǔ)物柜中待用。

1.2.3 荔枝果核精油提取工藝的單因素試驗(yàn) 準(zhǔn)確稱取 50 g 荔枝果核粉（干基），以萃取溫度40 ℃、萃取壓力 20 MPa、解析溫度44 ℃、解析壓力5.5 MPa為基本萃取條件，考察各單因素對(duì)荔枝果核精油提取率的影響，以明確最佳萃取參數(shù)范圍。各單因素變動(dòng)設(shè)置如下：萃取溫度為36、38、40、42、44 ℃;萃取壓力為18、19、20、21、22 MPa;解析溫度為40、42、44、46、48 ℃;解析壓力為4.5、5.0、5.5、6.0、6.5 MPa。

1.2.4 響應(yīng)面法優(yōu)化提取方法的試驗(yàn)設(shè)計(jì) 為了求出更優(yōu)的荔枝果核精油提取的工藝條件，根據(jù)中心組合設(shè)計(jì)原理，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取萃取溫度（A，℃）、萃取壓力（B，MPa）和解析溫度（C，℃）為參試因子，以果核精油提取量（Y，g）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)3因素3水平的響應(yīng)面分析方法，具體的試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

1.2.5 荔枝果核精油的化學(xué)成分鑒定 按照最佳萃取工藝萃取荔枝果核精油，得到的揮發(fā)油用正己烷溶解，然后用50%乙醇混融、靜置，取上清，用GC-MS進(jìn)行鑒定分析。GC-MS色譜條件[13]：HP-5 MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），進(jìn)樣口溫度220 ℃，接口溫度280 ℃。柱溫：起始溫度60 ℃，以10 ℃/min升至150 ℃，保留1 min，再以 5 ℃/min 升至280 ℃，保留4 min。載氣：99.999%氦氣。樣品進(jìn)樣量為1 μL。質(zhì)譜條件：接口溫度為280 ℃;四極桿溫度為 150 ℃;離子源溫度為230 ℃;溶劑延遲時(shí)間為2 min;電離方式為電子電離（electron ionization，簡(jiǎn)稱EI）源;電離能量為70 eV;全掃描方式。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 萃取溫度對(duì)荔枝果核精油提取量的影響 如圖1所示，荔枝果核精油提取量隨著萃取溫度的升高先增加后下降，萃取溫度為40 ℃時(shí)的提取量最高。萃取溫度低于 40 ℃ 時(shí)，果核精油提取量隨溫度的升高而增加;而高于 40 ℃ 時(shí)，隨溫度的升高而減少?？赡苁且?yàn)檩腿囟葘?duì)果核精油提取量的影響有正效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)2種作用。萃取溫度增加，物料中溶質(zhì)的壓力增加，有利于提高果核精油的提取量，稱之為正效應(yīng);同時(shí)萃取溫度的增加，也可使超臨界CO2流體的密度降低，使果核精油提取量降低，稱之為負(fù)效應(yīng)。因此，對(duì)于超臨界CO2流體萃取荔枝果核精油的工藝，在萃取溫度低于 40 ℃時(shí)，溫度對(duì)果核精油提取量影響的正效應(yīng)起主要作用;在萃取溫度高于40 ℃時(shí)，溫度對(duì)果核精油提取量影響的負(fù)效應(yīng)起主要作用，溫度為40 ℃時(shí)有最高的提取量。

2.1.2 萃取壓力對(duì)荔枝果核精油提取量的影響 萃取壓力對(duì)于果核精油提取量來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要又較為復(fù)雜的因素，萃取壓力對(duì)超臨界狀態(tài)下CO2流體的密度、黏度、擴(kuò)散系數(shù)等物理性質(zhì)的影響非常大，隨著萃取壓力的增加，會(huì)使CO2流體密度增加，會(huì)提高果核精油的溶解效果，從而提高精油提取量。但在萃取壓力持續(xù)增加的同時(shí)，又使CO2流體黏度增加，擴(kuò)散系數(shù)也會(huì)降低，果核精油的提取量降低。如圖2所示，荔枝果核精油提取量隨著萃取壓力的升高先增加后下降，

萃取壓力為20 MPa時(shí)提取量最高。當(dāng)萃取壓力在20 MPa以下時(shí)，隨著萃取壓力的增加，CO2流體密度也隨之增加，提高了果核精油的溶解度，精油提取量伴隨壓力的增加而增加。當(dāng)壓力大于20 MPa時(shí)，CO2流體黏度和擴(kuò)散系數(shù)的變化明顯，此時(shí)與萃取壓力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，精油提取量伴隨壓力的增加而降低，因此，在萃取壓力為20 MPa時(shí)有最高的精油提取量。

2.1.3 解析溫度對(duì)荔枝果核精油提取量的影響 如圖3所示，荔枝果核精油提取量隨著解析溫度的升高先增加后下降，解析溫度為44 ℃時(shí)，提取量最高，解析溫度低于44 ℃時(shí)，果核精油提取量隨溫度的升高而增加;而解析溫度高于44 ℃，果核精油提取量隨溫度的升高而減小?？赡苁怯捎诮馕鰷囟冗m度地升高將降低超臨界CO2流體對(duì)溶質(zhì)的溶解能力，有利于解析;但解析溫度過(guò)高時(shí)，溶質(zhì)的承受壓力升高，揮發(fā)量增加，不利于提高果核精油提取量。

2.1.4 解析壓力對(duì)荔枝果核精油提取量的影響 如圖4所示，當(dāng)儲(chǔ)罐壓力較大時(shí)，解析壓力也較大，所以選取解析壓力分別為4.5、5.0、5.5、6.0、6.5 MPa的條件進(jìn)行超臨界萃取試驗(yàn)，得出荔枝果核精油提取量分別為1.29、1.30、1.33、1.31、1.30 g，說(shuō)明解析壓力在4.5～6.5 MPa的范圍內(nèi)對(duì)荔枝果核精油提取量的影響不大，故在后續(xù)響應(yīng)面分析法中將不再考慮。

2.2 超臨界CO2萃取荔枝果核精油工藝條件的響應(yīng)面優(yōu)化

為了求出更優(yōu)的荔枝果核精油萃取工藝條件，根據(jù)中心組合設(shè)計(jì)原理，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取萃取溫度、萃取壓力和解析溫度為參試因子，以果核精油提取量（Y，g）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)3因素3水平的響應(yīng)面分析方法，共17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中編號(hào)1～12為析點(diǎn)，即自變量A、B和C所構(gòu)成的三維頂點(diǎn);編號(hào)13～17為零點(diǎn)，即區(qū)域的中心點(diǎn)，重復(fù)試驗(yàn)，用以估算試驗(yàn)誤差。響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2.1 回歸方程的建立 利用Design Expert 8.0.6統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)表2的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，得到方差分析結(jié)果（表3）和二次回歸方程：

Y=1.31+0.048×A+0.13×B+0.032×C-7.500×10-3×A×B-0.032×A×C-2.500×10-3×B×C-0.065×A2-0.21×B2-0.13×C2。

由表3可知，二次回歸模型的F值為49.85，P<0.000 1，極顯著，且R2=0.964 9，RAdj2=0.845 5，說(shuō)明該模型與實(shí)際結(jié)果相擬合，并且檢驗(yàn)結(jié)果顯著;失擬項(xiàng)F值為1.90，P=0270 2（P>0.05），R=0.984 6。由此可見(jiàn)，該模型的擬合程度比較好，適用于荔枝果核精油的提取分析與計(jì)算。由F值可看出，各單因素對(duì)荔枝果核精油提取率的影響順序?yàn)?B>A>C，即萃取壓力>萃取溫度>解析溫度。

2.2.2 響應(yīng)面及等高線分析 由回歸模型轉(zhuǎn)換并作出各個(gè)因素之間交互作用的響應(yīng)面圖，考察所擬合的響應(yīng)面形狀，分析萃取壓力、萃取溫度和解析溫度對(duì)荔枝果核精油提取量的影響，其響應(yīng)面3D圖和等高線圖見(jiàn)圖5至圖7。

圖5顯示了解析溫度為0水平時(shí)，萃取壓力和萃取溫度交互作用對(duì)荔枝果核精油提取量的影響。綜合響應(yīng)面圖和等高線圖可以看出，萃取壓力上升的幅度比萃取溫度稍大，說(shuō)明萃取壓力對(duì)荔枝果核精油提取量的影響較萃取溫度稍大。

圖6顯示了萃取壓力為0水平時(shí)，萃取溫度和解析溫度交互作用對(duì)荔枝果核精油提取量的影響。綜合響應(yīng)面圖和等

高線圖可以看出，解析溫度上升的幅度比萃取溫度稍大，說(shuō)明解析溫度對(duì)荔枝果核精油提取量的影響比萃取溫度稍大。

圖7顯示了萃取溫度為0水平時(shí)，解析溫度和萃取壓力交互作用對(duì)荔枝果核精油提取量的影響。綜合響應(yīng)面圖和等高線圖可以看出，解析溫度和萃取壓力的交互作用較弱。

對(duì)回歸方程求解可得，當(dāng)A=41.50 ℃、B=20.09 MPa、C=45.03 ℃時(shí)，即萃取壓力為20.09 MPa、萃取溫度為 41.50 ℃、解析溫度為45.03 ℃時(shí)，荔枝果核精油提取量有最大值，為1.34 g，提取率為2.68%。

2.3 荔枝果核精油化學(xué)成分的鑒定

利用GC-MS對(duì)荔枝果核精油進(jìn)行成分分析，發(fā)現(xiàn)荔枝果核精油含有26種化學(xué)成分（圖8）。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索與質(zhì)譜標(biāo)準(zhǔn)圖譜的核對(duì)，如表4所示，明確了這26種化合物，其主要成分為醇、脂肪酸、酯、烷烴類以及烯類化合物，其中醇類、烯烴類化合物是其主要成分，含量分別約為45%、25%，其他化合物含量較少。

3 結(jié)論與討論

本研究通過(guò)單因素試驗(yàn)和中心組合設(shè)計(jì)探討了超臨界CO2流體萃取中萃取溫度、萃取壓力和解析溫度對(duì)荔枝果核精油提取量的影響，并利用響應(yīng)面分析法建立了超臨界CO2流體萃取荔枝果核精油提取量的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型，并且檢驗(yàn)證明模型是合理可靠的。利用模型的響應(yīng)面圖對(duì)影響超臨界萃取荔枝果核精油提取量的關(guān)鍵因素及其相互作用進(jìn)行了探討。得到了超臨界萃取荔枝果核精油的最佳工藝： 萃取壓力為20.09 MPa、萃取溫度為41.50 ℃、解析溫度為 45.03 ℃，荔枝果核精油提取量有最大值，為1.34 g，提取率為2.68%。與其他報(bào)道中關(guān)于超臨界萃取荔枝果核精油的最佳工藝條件[13]基本一致，但精油提取率偏低，可能與本研究所選用的荔枝品種、產(chǎn)地有關(guān)。

另外利用GC-MS[14-15]對(duì)荔枝果核精油化學(xué)成分進(jìn)行了鑒定，結(jié)果顯示荔枝果核精油中共有26種化合物，其主要成分為醇、脂肪酸、酯、烷烴類以及烯類化合物，其中醇類、烯烴類化合物占其主要成分，含量分別約為45%、25%，其他化合物含量較少。這些結(jié)果有利于荔枝果核的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用和深加工，且荔枝果核精油的明確將為植物精油的進(jìn)一步綜合開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳 玲，劉志鵬，施文兵，等. 荔枝核與荔枝膜揮發(fā)油的GC/MS分析[J]. 中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，44（2）：53-56.

[2]侯美珍，盧習(xí)剛，韋紅群，等. 荔枝果皮和果核提取物對(duì)植物病原菌的抑菌作用[J]. 廣西植保，2006，19（2）：2-4.

[3]屠鵬飛，羅 青，鄭俊華. 荔枝核的化學(xué)成分研究[J]. 中草藥，2002，33（4）：300-301.

[4]中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部藥典委員會(huì). 中華人民共和國(guó)藥典[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1985.

[5]陳建煙，李永裕，吳少華. 植物精油生物活性作用機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)，2012，24（9）：1312-1318，1322.

[6]楊 君，張獻(xiàn)忠，高宏建，等. 天然植物精油提取方法研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2012，18（9）：31-35.

[7]王增祥，沈洧鋒. 天然植物精油提取方法研究進(jìn)展[J]. 鄉(xiāng)村科技，2014（4）：164-165.

[8]李天祥，王靜康. 超臨界CO2流體萃取技術(shù)在天然物提取上的研究進(jìn)展[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2002，35（4）：417-424.

[9]陳曉水，侯宏衛(wèi)，邊照陽(yáng)，等. 氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（GC-MS/MS）的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 質(zhì)譜學(xué)報(bào)，2013，34（5）：308-320.

[10]冼繼東，劉少蘭，陳 越，等. 妃子笑荔枝果實(shí)不同組織揮發(fā)性物質(zhì)的成分分析[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，41（9）：39-43，47.

[11]楊 芳，禚 蘇，倪 星，等. 七里香薔薇精油的化學(xué)成分分析[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，55（10）：2635-2636.

[12]趙華海，李長(zhǎng)友，關(guān)植基. 荔枝果實(shí)干燥特性試驗(yàn)研究[C]//北京國(guó)際食品加工及包裝技術(shù)討論會(huì)論文集，1997.

[13]饒長(zhǎng)全，喬 方，喇文軍. 無(wú)水乙醇夾帶劑超臨界CO2萃取荔枝核[J]. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，11（3）：59-63.

[14]劉位芬，梁 鉞，苗春輝，等. 頂空固相微萃取/GC-MS分析鑒定大蠟螟雄性信息素成分[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（4）：87-89.

[15]尤莉艷，楊 婷，姜 輝，等. 杜香揮發(fā)油提取工藝研究及成分GC-MS分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（10）：180-182.

收稿日期：2018-09-15

基金項(xiàng)目：廣東省科技計(jì)劃（編號(hào)：2014B090908007、2016A020227005）;廣東高校果蔬加工與貯藏工程技術(shù)開(kāi)發(fā)中心（編號(hào)：2012gczxB001）。

作者簡(jiǎn)介：尹愛(ài)國(guó)（1975—），男，湖北麻城人，博士，副教授，主要從事食品生物技術(shù)方面的研究。E-mail：240523958@qq.com。