超臨界CO2萃取黑莓籽油及其成分分析

周鳴謙，劉云鶴，林春梅

(淮海工學院食品科學與工程學院，江蘇 連云港 222005)

超臨界CO2萃取黑莓籽油及其成分分析

周鳴謙，劉云鶴，林春梅

(淮海工學院食品科學與工程學院，江蘇 連云港 222005)

目的：以黑莓籽為原料，用超臨界CO2萃取法提取黑莓籽油，并測定其成分。方法：采用超臨界CO2萃取方法提取黑莓籽油，通過正交試驗對影響提取過程的參數進行優化，確定黑莓籽油提取的最佳工藝條件，并用氣相色譜-質譜法分析黑莓籽油的脂肪酸組成。結果：超臨界CO2流體萃取黑莓籽油的最佳工藝條件為萃取溫度35℃、萃取壓力30MPa、分離壓力12MPa、分離溫度55℃，此條件下黑莓籽油的得率達16.10%，其脂肪酸組成為軟脂酸5.38%、硬脂酸3.53%、油酸13.70%、亞油酸60.48%、亞麻酸11.16%，總不飽和脂肪酸含量85.34%。

超臨界CO2；萃取；黑莓籽油；氣相色譜-質譜；脂肪酸

黑莓又名美國塔斯洲黑樹莓、美國赫爾黑莓，是薔薇科懸鉤子屬的漿果類多年生亞灌木，其結果早、收益快，果實風味佳，含有鎂、錳、鈣、鋅等礦物質及糖類、有機酸、蛋白質、維生素等，營養價值高。此外，黑莓中還富含黃酮、花青素、VC等抗氧化成分，對ROO·、O2－·、H2O2、·OH等有較強的清除能力。因此，黑莓具有較高的醫療保健作用，是近年來發展較為迅速，集營養、保健于一身的一代新興水果[1-2]。

黑莓籽是黑莓果酒、黑莓汁等加工產品的副產物，黑莓籽油中不飽和脂肪酸的含量較高，有極高的營養價值。提取黑莓籽油的方法有溶劑浸提法，超聲波輔助溶劑萃取法[3-4]等。溶劑法工藝復雜，得到的產品中溶劑殘留難以控制，萃取純度不高。近年來，發展出一種新型萃取分離技術，即超臨界流體萃取法。這種方法具有操作方便、能耗低、無污染、純度高、無溶劑殘留等特點，且萃取過程在常溫下CO2惰性介質中進行，能保持產物的純天然特性，在許多領域有實際應用[5-9]。目前，在超臨界CO2植物油脂提取領域，國內外已經有提取檳榔籽油[10]、芹菜籽油[11]、大豆油[12]、沙棘油[13]、八角茴香油[14]、月見草油[15]、葡萄籽油[16]、獼猴桃籽油[17]等的研究報道[18-19]。本研究以黑莓果酒加工副產品黑莓籽為原料，采用超臨界CO2萃取法提取黑莓籽油，考察萃取溫度、萃取壓力、分離溫度以及分離壓力對黑莓籽油得率的影響，優化超臨界CO2萃取法提取黑莓籽油的工藝參數，并采用氣質聯用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)法分析黑莓籽油的脂肪酸組成[20]，其結果對提高黑莓的綜合利用價值，促進黑莓產業的健康發展有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑莓籽：連云港市潤豪黑莓酒業有限公司生產所得黑莓皮渣中分離得到；CO2(純度＞99.0%) 連云港特殊氣體有限公司；氫氧化鉀、無水乙醚、氯仿、無水硫酸鈉均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

HA 221-50-06型超臨界萃取裝置 南通市華安超臨界萃取設備有限公司；BS323S電子分析天平 賽多利斯科學儀器北京有限公司；XFB-400小型粉碎機 長沙市雨花區中誠制藥機械廠；ZFD-5040電熱鼓風干燥箱 上海綠宇精密儀器制造有限公司；6890N/5973i氣相色譜-質譜儀 美國Agilent科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黑莓籽預處理

將黑莓酒過程中產生大量的皮渣進行分離清洗，得到黑莓籽，置電熱鼓風干燥箱中50℃烘干，粉碎，過40目篩，備用。

1.3.2 超臨界萃取工藝流程

黑莓籽→粉碎過篩→稱量→裝料→超臨界CO2萃取→減壓分離→黑莓籽油

1.3.3 單因素試驗

在萃取溫度35℃、分離壓力14MPa、分離溫度 60℃、CO2流量10L/h、裝料量200g、萃取時間50min、萃取壓力30MPa條件下，考察單因素對黑莓籽油得率的影響。

單因素水平設置：萃取壓力：20、25、30、35、40MPa；萃取溫度：30、35、40、45、50℃；分離溫度：45、50、55、60、65℃；分離壓力：8、10、12、14、16MPa。

1.3.4 正交試驗

根據單因素試驗結果，結合文獻資料報道[15,17,20]，以及設備條件與工業化生產的可操作性，進行工藝優化試驗。選擇萃取溫度(A)、萃取壓力(B)、分離溫度(C)、分離壓力(D)為變量，進行四因素三水平正交試驗(表1)，每次裝料200g，萃取流量10L/h、萃取時間50min，以得率為評價指標，評價各號試驗的萃取效果。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal tests

1.3.5 黑莓籽油脂肪酸GC-MS分析

樣品處理：參考文獻[21]對黑莓籽油進行皂化；再進行2-氨基-2-甲基丙醇(2-amion-2-methy-1-propanol，AMP)衍生化；皂化后的黑莓籽油加入0.5mL AMP，于170℃下加熱衍生化1h，冷卻后水洗去雜，加入3mL氯仿振搖1min，再加入5mL水，放置分層后取氯仿層于10mL具塞試管中，加入無水硫酸鈉，充氮氣保存于冰箱備用。上述操作保證避光并盡可能在氮氣保護下進行。

色譜條件：色譜柱：122-7032DB-WAX柱(30m× 0.25mm，0.25μm)；升溫程序：180℃保持3min，以3.0℃/min升至230℃保持15.0min；載氣(He)流速0.8mL/ min，壓力2.4kPa，進樣量10μL；分流比10:1。

質譜條件：電子轟擊(electron impact，EI)離子源；電子能量70eV；接口溫度250℃；離子源溫度200℃；掃描質量范圍m/z 99～634，掃描速率120次/min；全掃描方式；四極桿質量分析器。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 萃取壓力對萃取的影響

圖1 萃取壓力對超臨界CO2萃取黑莓籽油的影響Fig.1 Effect of extraction pressure on the yield of blackberry seed oil

萃取壓力是影響黑莓籽油萃取效率的重要因素，在萃取壓力為20～35MPa范圍內，隨著萃取壓力的升高，得率增加，但當萃取壓力達到40MPa時得率有所下降，以35MPa萃取收率最高，萃取50min的得率達14.2%，而20MPa得率最低，僅8.5%(圖1)。一般萃取壓力越高，超臨界CO2的密度增加越多，黑莓籽油溶解度提高越大，但萃取壓力過高會加大設備的損耗，不利于設備的操作和維護。為此，黑莓籽油萃取壓力以35MPa為宜。

2.1.2 萃取溫度對萃取的影響

萃取溫度對物質在CO2流體中的溶解能力具有較大的影響。結果表明，在萃取溫度為30～50℃范圍內，萃取溫度對得率及油脂質量具有明顯影響。萃取溫度30℃時，得到的油脂渾濁；35℃的得率最高，油脂清亮；而萃取溫度為50℃的得率低，油脂渾濁(圖2)。因此，其適宜的萃取溫度范圍為35～45℃。

表2 超臨界CO2萃取黑莓籽油正交試驗設計及結果Table 2 Results of orthogonal tests

圖2 萃取溫度對超臨界CO2萃取黑莓籽油的影響Fig. 2 Effect of extraction temperature on the yield of blackberry seed oil

2.1.3 分離溫度對萃取的影響

圖3 分離溫度對超臨界CO2萃取黑莓籽油的影響Fig.3 Effect of separation temperature on the yield of blackberry seed oil

在分離溫度45～55℃范圍內，黑莓籽油的得率隨著分離溫度的升高而增加，在分離溫度55～65℃范圍內，黑莓籽油的得率隨著分離溫度的升高而減小，其中以55℃分離溫度的黑莓籽油得率最高，達14.7%，其次為60℃(13.0%)，且兩者萃取的油脂清亮(圖3)，其余條件下萃取的油脂渾濁。由于較低壓力狀態下，溫度對CO2密度影響非常顯著，溫度升高導致CO2的密度減小，溶解能力下降，從而有利于油脂析出。因而，分離溫度不僅影響油脂的得率，而且影響油脂外觀質量，其適宜的分離溫度范圍為50～60℃。

2.1.4 分離壓力對萃取的影響

如圖4所示，在10～14MPa壓力之間，分離壓力對黑莓籽油的得率影響不大，當分離壓力超過14MPa后，黑莓籽油的得率降低。由此可知，在一定的范圍內，分離壓力越低，越有利于產物完全析出，但低壓時CO2中的水分會同油脂一起分離析出，從而影響油脂質量。因此認為，黑莓籽油適宜的分離壓力為10MPa。

圖4 分離壓力對超臨界CO2萃取黑莓籽油的影響Fig.4 Effect of separation pressure on the yield of blackberry seed oil

2.2 超臨界CO2萃取黑莓籽油的正交試驗

根據單因素的試驗結果，選取L9(34)正交表進行正交試驗，結果見表2。

正交試驗數據的分析使用直觀分析法，表2結果說明，各因素對黑莓籽油提取的影響程度依次為D＞C＞A＞B，即分離壓力、分離溫度、萃取溫度、萃取壓力。綜合各因素的k值和直接比較，A1B2C2D1為最佳工藝條件，即萃取溫度35℃、萃取壓力30MPa、分離溫度55℃、分離壓力10MPa。由于A1B2C2D1組合在試驗中未出現，故進行驗實驗，此條件下黑莓籽油的得率為16.1%。

圖5 黑莓籽油脂肪酸的氣相色譜-質譜聯用圖譜Fig.5 GC-MS chromatogram of blackberry seeds oil

表3 黑莓籽油中脂肪酸成分及相對含量Table 3 Fatty acid composition and contents of blackberry seeds oil

2.3 黑莓籽油脂肪酸組成及含量分析由圖5和表3可知，超臨界CO2萃取黑莓籽油主要含有5種脂肪酸成分，含量分別為軟脂酸5.38%、硬脂酸3.53%、油酸13.70%、亞油酸60.48%、亞麻酸11.16%，還有一種成分未確定。其中亞油酸含量最高，其次是亞麻酸，總不飽和脂肪酸含量為85.34%。

3 結 論

3.1 影響超臨界CO2萃取黑莓籽油的因素有萃取溫度、萃取壓力、提取壓力、提取溫度。

3.2 4個因素對于黑莓籽油得率的影響大小分離壓力＞分離溫度＞萃取溫度＞萃取壓力。

3.3 通過正交試驗，確定最佳的工藝條件為萃取壓力30MPa、萃取溫度35℃、分離溫度55℃、分離壓力10MPa，此條件下黑莓籽油的得率為16.1%。

3.4 超臨界CO2萃取黑莓籽油主要含有5種脂肪酸成分，含量分別為軟脂酸5.38%、硬脂酸3.53%、油酸13.70%、亞油酸60.48%、亞麻酸11.16%，還有一種成分未確定。其中亞油酸含量最高，其次是亞麻酸，總不飽和脂肪酸含量為85.34%。

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Supercritical Carbon Dioxide Extraction and Fatty Acid Composition Analysis of Blackberry Seed Oil

ZHOU Ming-qian，LIU Yun-he，LIN Chun-mei
(College of Food Science and Technology, Huaihai Institute of Technology, Lianyungang 222005, China)

Objective: To extract blackberry seed oil from blackberry seeds with supercritical carbon dioxide and determine its fatty acid composition. Methods: Operating parameters that influence the extraction of blackberry seed oil were optimized using an orthogonal array design. The fatty acid composition of blackberry seed oil was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Results: The optimal extraction conditions were extraction temperature of 35 ℃, extraction pressure of 12 MPa, separation pressure of 12 MPa and separation temperature of 55 ℃. Under thess conditions, the yield of blackberry seed oil was up to 16.10%. The major fatty acids were palmic acid (5.38%), stearic acid (3.53%), oleic acid (13.70%), linoleic acid (60.48%), gamma-linolenic acid (11.16%) and total unsaturated fatty acid (85.34%).

supercritical carbon dioxide；extraction；blackberry seed oil；gas chromatography-mass spectrometry (GCMS)；fatty acid

TS255.1

A

1002-6630(2012)08-0039-04

2011-04-21

江蘇省產學研聯合創新資金計劃項目(BY2010127)；連云港市農業攻關計劃項目(CN0905)

周鳴謙(1973—)，男，副教授，博士，研究方向為農產品精深加工。E-mail：linlin0174@sina.com