超臨界CO2萃取羅漢果渣油工藝研究及其油脂成分分析

王文成，饒建平，張遠志，姚射月，尤惠君，林雅敏

(1.漳州職業(yè)技術學院食品與生物工程系，福建 漳州 363000；2.大閩食品(漳州)有限公司福建省飲料用植物提取加工企業(yè)重點實驗室，福建 漳州 363000)

綜合利用

超臨界CO2萃取羅漢果渣油工藝研究及其油脂成分分析

王文成1，饒建平2，張遠志2，姚射月2，尤惠君2，林雅敏2

(1.漳州職業(yè)技術學院食品與生物工程系，福建 漳州 363000；2.大閩食品(漳州)有限公司福建省飲料用植物提取加工企業(yè)重點實驗室，福建 漳州 363000)

以羅漢果渣為原料，采用單因素實驗和響應面實驗優(yōu)化超臨界CO2萃取羅漢果渣油工藝。得到超臨界CO2萃取羅漢果渣油最佳工藝參數為：萃取壓力26.5 MPa，萃取溫度45℃，萃取時間2.33 h，CO2流量20 L/h，分離釜Ⅰ溫度40℃。在最佳工藝條件下，超臨界CO2萃取羅漢果渣油萃取率6.68%。采用GC-MS對超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂進行成分分析，結果表明，超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂中亞油酸含量(30.78%)最高，其次是角鯊烯(16.81%)，具有較大的開發(fā)價值。

超臨界CO2萃??；羅漢果渣油；成分；氣質聯用

羅漢果，葫蘆科羅漢果屬多年生藤本植物，性涼，味甘，歸大腸、肺經[1]，主要功能為化痰止咳[2]、潤腸通便[3]，其主要的化學成分為葫蘆烷型三萜類、黃酮類[4]。

目前，行業(yè)內對羅漢果的研究基本上集中在羅漢果甜甙的提取，對提取后的廢渣研究較少。在提取羅漢果甜甙過程中，羅漢果鮮果提取前處理僅是粗破碎，排出的羅漢果廢渣中還含有大量保存良好的羅漢果籽及其他仍可高值化利用的物質，沒有進行合理的回收和利用，造成資源的浪費。

本文采用超臨界CO2萃取技術萃取羅漢果渣中油脂，并用GC-MS對萃取所得油脂進行了成分分析。與傳統(tǒng)油脂提取工藝相比，超臨界CO2萃取技術對油脂成分破壞較小、提取溶劑CO2無毒且具有很好的溶解性，目前已被用于天然植物有效成分的提取[5-7]。陳全斌等[8]對羅漢果種仁油脂進行提取并做相關性質研究，孔祥勇等[9]采用超臨界CO2萃取羅漢果并分析其揮發(fā)性成分，較少有對于萃取羅漢果甜甙后的羅漢果渣的研究。本文采用單因素實驗和響應面實驗對超臨界CO2萃取羅漢果渣油工藝進行研究，以期獲得超臨界CO2萃取羅漢果渣油的最佳工藝，從而為提高羅漢果的綜合利用率、提高羅漢果產品的附加值、帶動羅漢果產業(yè)的發(fā)展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

提取甜甙后的羅漢果渣，大閩食品(漳州)有限公司；純度99.5%的CO2，廈門弘華工業(yè)氣體有限公司；氫氧化鉀、鹽酸、乙醇、碘、冰醋酸、氫氧化鈉、檸檬酸與檸檬酸鈉，均為分析純。

6890N氣相色譜/5973i質譜聯用儀(配有電子轟擊離子源(EI))，美國 Agilent 公司；HA220-50-06型超臨界萃取裝置，江蘇省南通市華安超臨界萃取有限公司；BL-300電子天平；FW-135中草藥粉碎機，江蘇金壇江南儀器廠；ATH-209A安太牌茶葉烘焙機9層烘盤烘干機，安太電子有限公司；HB43-S快速水分測定儀，長沙市秋龍儀器設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 羅漢果渣油的萃取

羅漢果渣→干燥→粉碎、過篩→超臨界CO2萃取→收集萃取物→無水硫酸鈉干燥后得羅漢果渣油。

提取甜甙后的羅漢果渣經曬干或烘干至水分含量小于10%，粉碎過30目篩，不同條件下進行超臨界CO2萃取，減壓分離后得萃取物，萃取物經無水硫酸鈉干燥后得羅漢果渣油，稱重，按下式計算羅漢果渣油萃取率。

萃取率=羅漢果渣油質量/羅漢果渣的質量×100%

1.2.2 羅漢果渣油成分分析

采用GC-MS對超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂進行成分分析[9]。

1.2.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2003和Design-Expert V 8.0.6軟件進行數據統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 萃取壓力對超臨界CO2萃取羅漢果渣油的影響

在萃取壓力分別為10、15、20、25、30 MPa，萃取溫度40℃，萃取時間2 h，分離釜Ⅰ溫度40℃，CO2流量20 L/h條件下，考察萃取壓力對超臨界CO2萃取羅漢果渣油萃取率的影響。結果見圖1。

圖1 萃取壓力對萃取率的影響

由圖1可以看出，當萃取壓力在10～25 MPa之間時，隨著萃取壓力的增大，羅漢果渣油的萃取率顯著增加，曲線呈明顯的上升趨勢，當萃取壓力大于25 MPa時，隨著萃取壓力的增大，萃取率略微降低。分析可能原因：萃取壓力增大，超臨界CO2流體的密度會增大，羅漢果渣中油脂的溶解能力增大，但是當萃取壓力增大到一定程度后，超臨界CO2流體的密度增加的同時，溶質的擴散系數減小，同時萃取壓力增大，物料受到擠壓，易結塊，導致溶劑與溶質之間的相互作用減弱，溶質溶解能力降低[10]。而且隨著壓力升高，對設備要求提高，生產的成本增加。綜合考慮，選擇萃取壓力在25 MPa左右。

2.1.2 萃取溫度對超臨界CO2萃取羅漢果渣油的影響

在萃取溫度分別為35、40、45、50、55℃，萃取壓力25 MPa，萃取時間2 h，分離釜Ⅰ溫度40℃，CO2流量20 L/h條件下，考察萃取溫度對超臨界CO2萃取羅漢果渣油萃取率的影響。結果見圖2。

圖2 萃取溫度對萃取率的影響

由圖2可以看出，當萃取溫度在35～45℃之間時，隨著萃取溫度的升高，羅漢果渣油的萃取率呈上升的趨勢，但是其中前半段上升的趨勢比后半段快。當萃取溫度超過45℃時，羅漢果渣中油的萃取率有下降的趨勢。分析可能原因：一方面，隨著溫度的升高，分子運動加快，CO2蒸氣壓和擴散系數增大，油脂的溶解能力也會相應的增大；但是另一方面，等壓條件下，隨著溫度的升高，會造成CO2流體的密度減小，這樣就會造成對油脂的溶解能力降低[11]，在這兩種因素的共同作用下，出現了上面的曲線變化。綜合考慮，選擇萃取溫度在45℃左右。

2.1.3 萃取時間對超臨界CO2萃取羅漢果渣油的影響

在萃取時間分別為1、1.5、2、2.5、3 h，萃取壓力25 MPa，萃取溫度40℃，分離釜Ⅰ溫度40℃，CO2流量20 L/h條件下，考察萃取時間對超臨界CO2萃取羅漢果渣油萃取率的影響。結果見圖3。

圖3 萃取時間對萃取率的影響

由圖3可以看出，隨著萃取時間的延長，羅漢果渣油的萃取率逐漸增加，尤其在1～2 h之間時，曲線呈明顯的上升趨勢。但是當萃取時間超過2 h后，萃取率增加緩慢。分析可能原因：在萃取1～2 h之間時，溶劑CO2由物料表面由外而內進入物料內，并將物料內溶質溶解，由內而外擴散至物料表面，最后擴散至溶劑中，隨著時間的推移逐漸完成萃取，在萃取2 h后，羅漢果渣中的可萃取油脂越來越少，表現為萃取率增加緩慢。因此，從控制生產成本的角度考慮，確定合適的萃取時間為2 h。

2.1.4 CO2流量對超臨界CO2萃取羅漢果渣油的影響

在CO2流量分別為10、15、20、25、30 L/h，萃取壓力25 MPa，萃取溫度40℃，萃取時間2 h，分離釜Ⅰ溫度40℃條件下，考察CO2流量對超臨界CO2萃取羅漢果渣油萃取率的影響。結果見圖4。

由圖4可以看出，CO2流量在10～20 L/h之間時，隨著CO2流量的增加，羅漢果渣油的萃取率逐漸增加，但是當CO2流量大于20 L/h后，萃取率略微下降。分析可能原因：在羅漢果渣中油脂的萃取過程中，隨著CO2流量的增加，CO2中的溶質濃度相對減小，根據萃取過程傳質機理，傳質動力增大，萃取率即增大，但CO2流量過大，CO2與物料的接觸時間會相對縮短，有可能會導致萃取率的降低，同時CO2流量過大，會導致萃取過程能耗增加，CO2損耗加快。綜合考慮，選擇CO2流量為20 L/h。

圖4 CO2流量對萃取率的影響

2.2 響應面優(yōu)化實驗

2.2.1 超臨界CO2萃取羅漢果渣油工藝回歸模型的建立

結合單因素實驗結果，以羅漢果渣油的萃取率(Y)為考察指標，選取萃取壓力(X1)、萃取溫度(X2)、萃取時間(X3)為考察因素，每個因素設計3個水平，進行響應面優(yōu)化實驗。響應面因素水平見表1，實驗設計及結果見表2。

表1 響應面因素水平

表2 實驗設計及結果

采用Design-Expert V 8.0.6軟件對表2的實驗結果進行回歸分析，得到超臨界CO2萃取羅漢果渣油萃取率的回歸方程：

2.2.2 超臨界CO2萃取羅漢果渣油工藝回歸模型方差分析

表3 回歸模型方差分析

利用Design-Expert V 8.0.6軟件進行優(yōu)化分析，得到超臨界CO2萃取羅漢果渣油的最佳工藝條件為萃取壓力26.48 MPa、萃取溫度44.84℃、萃取時間2.33 h、CO2流量20 L/h、分離釜Ⅰ溫度40℃，在此條件下，羅漢果渣油萃取率6.72%。

考慮到實際操作的方便，將超臨界CO2萃取羅漢果渣油的最佳工藝條件調整為：萃取壓力26.5 MPa，萃取溫度45℃，萃取時間2.33 h，CO2流量20 L/h，分離釜Ⅰ溫度40℃。在最佳條件下進行3次重復驗證性實驗，取平均值，得超臨界CO2萃取羅漢果渣油萃取率 6.68%，實驗值與預測值接近，驗證了該模型的可靠性。

2.3 超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂GC-MS成分分析

對超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂進行GC-MS分析，鑒定出超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂的主要成分見表4。

表4 超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂主要成分

由表4可以看出，已鑒定出的主要成分含量約占總油脂的89.37%，超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂中主要成分有亞油酸(30.78%)、角鯊烯(16.81%)等。亞油酸是人類公認的必需脂肪酸，具有降低膽固醇、預防動脈粥樣硬化和心腦血管的作用。角鯊烯又稱魚肝油萜，具有提高體內超氧化物歧化酶(SOD)活性、增強機體免疫能力、改善性功能、抗衰老、抗疲勞、抗腫瘤等多種生理功能，是一種無毒性的具有防病治病作用的活性物質。由此可見，超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂有效成分較多，營養(yǎng)價值豐富，具有較大開發(fā)價值。

3 結 論

(1)采用單因素實驗和響應面實驗對超臨界CO2萃取羅漢果渣油工藝進行研究，獲得超臨界CO2萃取羅漢果渣油的最佳工藝條件為：萃取壓力26.5 MPa，萃取溫度45℃，萃取時間2.33 h，CO2流量20 L/h，分離釜Ⅰ溫度40℃。在最佳工藝條件下，超臨界CO2萃取羅漢果渣油萃取率6.68%。影響超臨界CO2萃取羅漢果渣油萃取率的主次因素為萃取壓力>萃取時間>萃取溫度。

(2)對最佳萃取工藝條件下超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂進行GC-MS分析可知，超臨界CO2萃取羅漢果渣所得油脂中亞油酸含量(30.78%)最高，其次是角鯊烯(16.81%)，具有較大的開發(fā)價值。

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Extraction ofSiraitiagrosvenoriiresidue oil by supercritical CO2and its composition analysis

WANG Wencheng1，RAO Jianping2，ZHANG Yuanzhi2，YAO Sheyue2，YOU Huijun2，LIN Yamin2

(1.Food and Biological Engineering Department，Zhangzhou Institute of Technology，Zhangzhou 363000，Fujian，China; 2.Fujian Provincial Key Laboratory for Extracting & Processing Technology of Edible Plant，DAMIN Foodstuff (Zhangzhou) Co.，Ltd.，Zhangzhou 363000，Fujian，China)

The extraction conditions of oil fromSiraitiagrosvenoriiresidue by supercritical CO2.were optimized by single factor experiment and response surface methodology.The results showed that the optimal extraction conditions ofSiraitiagrosvenoriiresidue oil by supercritical CO2were obtained as follows：extraction pressure 26.5 MPa，extraction temperature 45℃，extraction time 2.33 h，flow rate of CO220 L/h and separation kettle Ⅰ temperature 40℃.Under the optimal conditions，the extraction rate was 6.68%.The composition ofSiraitiagrosvenoriiresidue oil was analyzed by GC-MS，and the results demonstrated that the content of linoleic acid (30.78%) inSiraitiagrosvenoriiresidue oil was the highest，followed by squalene (16.81%)，which showed a great development value.

supercritical CO2extraction;Siraitiagrosvenoriiresidue oil; composition; GC-MS

2016-03-21；

2016-09-21

王文成(1982)，男，講師，碩士，研究方向為農產品加工及貯藏(E-mail)75621278@qq.com。

張遠志，高級工程師(E-mail)turelife@163.com。

TS209;TS222

A

1003-7969(2017)01-0125-05