接骨木籽油的超臨界二氧化碳萃取及其揮發(fā)性組分的分析

王明強，田樹新，么宏偉，劉克武*

(1.黑龍江省林業(yè)科學院，哈爾濱 150081；2.黑龍江省林科院牡丹江分院，黑龍江 牡丹江 157010)

接骨木是生長在我國東北地區(qū)的一種鄉(xiāng)土樹種，其性味甘、平、苦，無毒，可以接骨續(xù)筋、活血止痛、祛風利濕[1]，有著悠久的藥用歷史，藥用價值極其廣泛。其種子含油量很高，達35%～44%[2]，且籽油中ɑ-亞麻酸含量較高，利于抗高血脂。且該油脂中n-3和n-6系列的脂肪酸配比比較合理，益于人體健康，故開發(fā)利用接骨木籽油資源具有重要的意義。

油脂通常采用壓榨法、有機溶劑萃取法、水蒸氣蒸餾法或者超臨界二氧化碳萃取法等方法提取。但傳統(tǒng)的壓榨法油脂得率低，勞動的強度大，且生產效率很低，有機溶劑浸出法提取出來的毛油會出現(xiàn)雜質多、色澤深、質量較差的問題，且不安全。超臨界CO2萃取是一種高效的分離以及分析技術[3]，能夠有效得克服上述傳統(tǒng)提取技術的缺點，它的萃取分離是通過利用介于臨界溫度和壓力以上的流體所具有的特異增溶能力實現(xiàn)的[4]，其具備良好的溶劑性質，所以該技術被廣泛用于提取植物油。目前許多油脂的提取大多數(shù)都采用超臨界CO2萃取因其具有萃取工藝簡單，能力強，速度快，污染少等優(yōu)點[3-6]。

本章采用超臨界二氧化碳萃取接骨木籽油，通過正交試驗和方差分析得到提取接骨木籽油的最佳工藝。然后采用GC-MS分析接骨木籽油的揮發(fā)性組分。

1 實驗材料

黑龍江省牡丹江市江山嬌實驗林場接骨木籽，粉碎40目備用。

2 實驗試劑

CO2氣體和氮氣，上海利旦工業(yè)氣體有限公司。

3 主要儀器和設備

Spe-ed SFE-2 型超臨界二氧化碳萃取儀，江蘇海安華安超臨界設備有限公司；

安捷倫6890/5973N型GC-MS氣質聯(lián)用儀，美國安捷倫公司。

4 實驗方法

4.1 接骨木籽油的超臨界CO2萃取

稱取10 g已經粉碎好的接骨木籽粉末并置于萃取釜中，設置萃取釜的壓力為20～40 MPa，溫度為30～50 ℃，通入CO2，待達到設定條件后，先靜態(tài)萃取15 min，然后設置連續(xù)動態(tài)萃取的時間為1.5～3.5 h，CO2氣化后循環(huán)使用，接骨木籽油從分離釜底部放出，收集萃取到的接骨木籽油，稱質量，并計算接骨木籽油的萃取得率，計算公式如下：萃取得率(%)= 萃取得到的接骨木籽油/原料質量×100%

4.2 正交試驗

在本實驗中選取了萃取壓力、溫度和時間作為變量，以油脂的提取得率為衡量指標，確定影響超臨界CO2萃取接骨木籽油的主要影響因素及影響程度。

以萃取壓力、萃取溫度以及萃取時間三個因素作三個水平的正交試驗，選用L9(34)正交表試驗設計(表1)，按照因素水平表進行正交試驗，計算接骨木籽油的萃取得率，再進行極差分析，得出各因素對萃取得率的影響，并確定出萃取的最佳工藝配方。

表1 影響超臨界CO2萃取接骨木籽油L9(34)因素水平表

4.3 方差分析

根據(jù)正交試驗的結果，對萃取壓力、萃取時間和萃取溫度這三個影響因素進行方差分析，并對各因素進行顯著性檢驗，采用SPSS 9.0軟件分析數(shù)據(jù)，以確定各因素對萃取得率影響的顯著性。

4.3.1 接骨木籽油的揮發(fā)性組分測定。采用頂空固相微萃取技術(SPME)提取接骨木籽油中的揮發(fā)性物質，并采用氣相色譜和質譜聯(lián)用法(GC-MS)對揮發(fā)性物質進行了定性分析和峰面積相對含量的測定。

4.3.2 頂空固相微萃取接骨木籽油的揮發(fā)性物質的條件。老化萃取頭：新的萃取頭在首次使用時，需要置于氣相色譜進樣口于310 ℃下老化2 h以上；在以后的使用中一般需要將其置于310 ℃下處理30 min以脫去萃取頭上可能吸附的揮發(fā)性物質。

頂空固相微萃取工藝條件：將裝有接骨木籽油的萃取瓶置于70 ℃水浴中恒溫加熱30 min。 將萃取頭從瓶蓋中插入，然后推動手柄桿使得萃取纖維頭伸出針管，將纖維頭置于樣品上方即可，頂空萃取30 min。萃取結束后，將萃取頭縮回并將針管拔出樣品瓶，然后再將針管插入GC-MS的進樣口，在250 ℃高溫下解吸10 min，最后進行GC-MS的分離鑒定。

4.4.3 GC-MS分析條件。氣相色譜條件：DB-5MS型色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；以高純氦氣為載氣，流速1 mL/min；230 ℃的進樣口溫度；升溫程序：起始溫度60 ℃，保持5 min，再以5 ℃/min的升溫速率由60 ℃升至220℃，保持1 min，最后以15 ℃/min的升溫速率升至280 ℃，保持10 min；進樣量為1 μL。

質譜條件：230 ℃的EI離子源，電子能量為70 eV，電子倍增為1.3 kV，接口溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃，采用全掃描方式，掃描范圍40～500 amu。

5 結果與討論

5.1 超臨界CO2萃取接骨木籽油的工藝優(yōu)化

5.1.1 正交試驗分析。超臨界二氧化碳萃取接骨木籽油的正交試驗結果如表2所示，從表2中可以看出RA>RC>RB，所以得知影響接骨木籽油超臨界二氧化碳萃取得率的因素從大到小依次為萃取壓力(A)>萃取溫度(C)>萃取時間(B)。其中因素A的K3>K2>K1，因素B的K3>K2>K1，因素C的K3>K2>K1，所以優(yōu)水平選擇A3，B3，C3，萃取的最佳工藝組合為A3B3C3，即萃取壓力為40 MPa，萃取時間為3.5 h，萃取溫度為50 ℃。在此工藝條件下的驗證試驗結果是油脂的平均得率為29.64%。

表2 接骨木籽油超臨界二氧化碳萃取的正交試驗結果

5.1.2 方差分析。對萃取壓力A、萃取時間B、萃取溫度C三個影響因素的方差分析結果如表3所示。由表3可知，F(xiàn)A值遠大于F0.05(2,2) = 19.00，F(xiàn)C高于F0.10(2,2) = 9.00，這表明因素A對萃取得率具有極大顯著性影響，因素C具有顯著性影響。因素B對萃取得率無顯著性影響。所以結合正交試驗結果，提取工藝中因素A和C應該選擇A3和C3水平，B可以根據(jù)實際需要選取任意水平。

表3 方差分析表

5.2 接骨木籽油的揮發(fā)性成分

經過GC-MS測定，將得到的質譜圖經NIST質譜庫檢索并與標準圖譜對照，得出接骨木籽油中含有17種揮發(fā)性組分，然后采用面積歸一法測出了各組分的含量，結果見圖1和表4。

圖1 接骨木籽油揮發(fā)性組分的GC-MS圖譜

表4 接骨木籽油的揮發(fā)性成分

由圖1和表4可知接骨木籽油中含有17種揮發(fā)性組分，其中含量較多的是正丁醛、正己醛、反式-2,4-庚二烯醛、1-戊烯-3-醇、反式-2-戊烯醛等。醛類物質占總量的81.57%。

6 結論

采用超臨界CO2萃取得到的油脂呈橙黃色，清澈透明，無雜質，具有濃郁油香味，且此方法的油脂提取得率均高于傳統(tǒng)提取方法。

本章通過采用正交試驗和方差分析對萃取工藝進行優(yōu)化，結合正交試驗和方差分析結果，因素A和C選取A3和C3水平，因素B根據(jù)實際需要選取了B2水平，即接骨木籽油的超臨界CO2萃取最佳工藝為：壓力40 MPa，溫度50 ℃，動態(tài)萃取時間2.5 h。此條件下的萃取得率為28.97%。

通過頂空萃取和GC-MS分析了接骨木籽油中的揮發(fā)性組分，可知接骨木籽油中含有17種揮發(fā)性組分，其中醛類物質為主要成分。

因此，超臨界CO2萃取可以有效提取接骨木籽油，此工藝具有可行性。