超临界CO2萃取毛梾籽油及GCMS分析

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1、 超临界CO2萃取毛梾籽油及GC-MS分析 吴秋 王成忠* 刘家惠 （齐鲁工业大学食品与生物工程学院，济南 250353） 摘要：毛梾作为一种新型木本油料，果实含油率可达36%38%。毛梾籽油不饱和脂肪酸含量丰富，其中棕榈烯酸较为稀有，而棕榈烯酸主要来源于鲸油和鱼肝油等贵重深海鱼类油脂。毛梾籽油味道香浓，脂肪酸含量丰富但是色泽极深，传统的白土、活性炭已经不能起到很好的脱色效果。以乙醇作为夹带剂进行超临界CO2萃取毛梾籽油，实现了“边提取边脱色”，解决了传统溶剂提取后溶剂残留这一困扰的同时省去了脱色步骤。在进行了压力、时间、温度的单因素，选出合适条件后进行正交优化，综合考虑油脂提取率、色泽、状态

2、等确定认为最优参数为压力16 MPa，温度为40 ，频率21.3 Hz，料液比为11.1 g/mL，此时提取率为38.9%，吸光度为0.203，颜色浅黄，无杂质，透明，品质较好。GC-MS分析得到其主要成分有棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等。关键词：毛梾籽油 提取率 脂肪酸 超临界 GC-MS中图分类号：TS224 文献标识码：A 文章编号：20150478（ ） - TheextractionofCornuswaterioilbysupercriticalcarbondioxide andit，sGC-MSanalysis （Wang Cheng-zhong* Wu Qiu Liu

3、Jia-hui）(College of Food Science and Engineering, Qilu University of Technology，Jinan 250353，China)Summary：As a new woody oil plant, the oil content of Cornus walteri seed can be up to 36%38%.The oil smells fragrant but it，s Color is too deep to dislodge with traditional method. On this study, We us

4、ed ethanol to be the carrying agent of CO2 to extract the Cornus walteri seed oil in supercritical state,which realized the oil extraction and decoloring at the same time, leaving out the decoloring steps of oil refining. Through orthogonal experiment design, the best condition of extraction was as

5、follow:the ratio of liquid to solid was 11.1 g/mL at 40、16 MPa and thefrequency of 21.3 Hz . In this parameter，the extraction ratio was up to 38.9% and absorbancy was 0.203. Then we tried to analysis the oil constituent and found that the oil of Cornus walteri contains palmiticacid、palmitoleicacid、o

6、leicacid、inoleicacid、stearicacid trans-oleic acid.Among these fatty acid,the palmitoleicacid was rare species,which always existed in valuable cod-liver oil and whaleoil.Key Words：Cornus walteri, extraction ratio, fatty acid, supercritical, GC-MS 收稿日期：2015-08-22作者简介：吴秋，女，1991年出生，在读研究生，食品资源开发通讯作者：王成忠

7、* ，男，1964年出生，教授，食品资源开发删除，第2作者不用介绍1.毛梾籽油简介1.1毛梾籽油来源及其树种简介 毛梾，又名车梁木，树种耐干旱、耐盐碱，长于我国西南、西北、鲁西南等地。毛梾种子含油率高达36%38%，毛梾籽油可以被当做食用油或者生物柴油使用。毛油颜色深棕色，经碱炼、脱色后色泽透亮，不饱和脂肪酸含量高，种类丰富。在我国豫西三门峡市卢氏县，已有村民压榨毛梾果实得到油进行食用，但是将其开发研究并得到消费者认可还有很长的要走。国内仅有梁栋等人进行了色谱分析与质谱定性分析1。 毛梾作为新型木本油料，具备草本植物不能比拟的优势。木本油无化肥无农药，天然健康。具有耐早、耐贫瘠、适应性强、产量

8、大、绿化环境、改善土质、带动致富的优点。无须占用耕作土地，可种植于山地、丘陵、盐碱地等，可改善气候、防止水土流失等2。1.2植物油市场现状 我国普遍常用的食用油有大豆油、菜籽油、花生油等，其中大豆油占主导地位，然而它所涉及的转基因问题备受争议。为此党中央已明确提出积极发展木本油料的任务3 。毛梾作为新型木本油料，耐盐碱、耐旱、高产、不饱和脂肪酸成分丰富，除含有油酸、亚油酸等的同时还含有棕榈烯酸等稀有成分，其中棕榈烯酸主要来源于鲸油和鱼肝油等深海贵重油脂，这使得毛梾籽油无疑具有广阔的市场前景。1.3毛梾籽油的研究现状 毛梾的相关研究较少，国内研究仅限于树种的栽培育种技术和应用价值方面。关于毛梾的

9、研究才开始起步，园林及树种管理较为落后，在无土栽培技术和油脂精炼、加工等方面仍然缺少深入系统的研究4。重新认识梾木属资源,开发并利用它为人类社会服务，提出创新型建议非常必要5。国外对于毛梾的研究仅限于活性物质提取这一方面。Yon-Suk Kim, Jin-Woo Hwang, Seo-Hee Kang等人进行了各种天然抗氧化剂的对比实验，对毛梾提取物的抗氧化活力进行评估，发现其中含有大量的多酚、黄酮类物质，其中自由基、羟基、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体健康指数，应大力发展其抗氧化潜力6。2.材料与方法2.1材料及仪器2.1.1材料： 毛梾籽（山东济南万路达园

10、林有限公司提供）；蒸馏水（济南普利斯公司）；正己烷（天津迪博化工股份有限公司）；邻苯二甲酸氢钾（天津迪博化工股份有限公司） 2.1.2仪器： HA120-50-01型超临界萃取装置（江苏南通华安超临界萃取设备有限公司）；GCMS-QP2010型气相色谱质谱联用仪(SHIMADZU)；GZX-QF101-3S型电热鼓风干燥箱（上海跃进医疗器械厂）；LXJ-HQ 型低速离心机（上海医用分析仪器厂）；SHz-D()型循环水真空泵（巩义市予华仪器有限责任公司）；DF-101C型磁力搅拌器（上海一基实业有限公司）2.2超临界CO2萃取的操作要点 选取无虫害、饱满的毛梾籽洗净，于鼓风式恒温箱中50 干燥至

11、恒重，用粉碎机适当粉碎毛梾籽，粉碎时应采取间歇性粉碎，防止持续粉碎引起的过热对粉末造成氧化性损坏。 超临界萃取流程如图1所示，操作步骤如下： （1）打开面板开关；（2）打开萃取、分离1、分离2开关；（3）打开制冷开关，再打开制冷箱开关；（4）打开钢瓶（逆时针为开），拧开球阀；（5）打开2号阀门（开到最大）；（6）装料，取500 g左右的毛梾籽粉末(40目)置于萃取釜中，摆好料，由底向上为细密封圈、通气环、粗密封圈；（7）关闭排气3号阀门，慢慢打开4号阀门，开至萃取1压力=贮罐压力，然后将4号阀门全部打开；（8）按调频开关，开泵（9）即将到所需压力的时候关闭6号阀，打开5号阀；（10）调节8号阀

12、门，调至810 MPa；（11）在设备后边的携带剂箱中注入无水乙醇，再开携带剂泵将液体引入； 半小时放一次料，放到料放不出来为止。连在一起排，每步之间要用分号隔开 图1 图中有些文字不够清楚，请把原图单独作为附件发过来 HA120-50-01型超临界萃取装置流程简图2.3单因素试验 乙醇具有吸附色素的作用，它的加入可使得油脂的提取与脱色同时进行，简化了油脂精炼的步骤。因此毛梾籽油的超临界CO2萃取提取以乙醇为携带剂，在适当的萃取温度、萃取压力、CO2的频率、分离压力、分离温度下进行提取。一般将分离压力设为810 MPa，本次试验由于加入了携带剂，故将分离压力升高为9MPa，分离温度设为58 。

13、 将萃取温度、萃取压力、高压泵频率、物料与携带剂的比例设为单因素，分别进行14 、16 、18 、20、22 、24 MPa的压力单因素试验，30、35、40、45、50 的温度单因素试验，20、20.5、21、21.5、22 Hz的高压泵频率单因素试验，0、10.5、11、11.5、12、12.5 g/mL的料液比单因素试验，以提取率为指标选出适宜的条件后在进行正交优化，再综合考虑油脂的色泽确定工艺最佳参数。2.4正交优化毛梾籽油提取工艺条件 在单因素试验结果的基础上，以乙醇添加量、温度、压力、泵频率为考察变量，以毛梾籽油提取率为指标，综合考虑油脂的色泽、吸光度等确定最优参数。2.5 提取率

14、及油脂色泽的测定2.5.1最佳波长的确定 实验常用分光光度法来判定油脂的色泽及脱色效果，测定固定波长下的透光率来判定。固定波长随着油脂品种的变化而变化，一般处于300600 nm7。 用分析纯正己烷将毛梾油样品稀释成体积分数为1.0%的溶液，以正己烷作参比在紫外可见光分光光度计上用1 cm石英比色皿200600 nm范围内扫描，来确定样品的最大吸收波长。2.5.2毛梾油最佳稀释倍数的确定 用正己烷将待测毛梾油分别稀释成体积分数为0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，1.0%的溶液，在最大吸收波长范围测量吸光度，使其吸光度的值控制在0.40.7之间。 确定毛梾油的最佳稀释倍数为50倍，在527

15、 nm波长处.测定其吸光度。2.5.3 提取率的定义及测定方法 提取率是指实验所提取的油脂的质量占原材料质量的百分数。公式如下： 提取率 （1）其中，m=提取毛梾籽油的质量， M=毛梾籽粉末原材料的质量。2.6毛梾籽油的GC-MS成分分析2.6.1 样品预处理（甲酯化） 甲酯化的作用在于减少分子间形成氢键，降低分子极性，使其易于气化，以此来减少分析时间，保证峰与峰之间有效的分离度易于分辨。取1滴毛梾油于5 大写，全文亦同mL离心管中，加入色谱纯正己烷2 mL，加入0.5 mol/L的CH3OH-KOH溶液0.5 mL于震荡搅拌器上混合均匀，60 水浴30 min，取上清液1 mL，加入19 m

16、L色谱纯正己烷，用以保证稀释度在1000倍以上8。2.6.2脂肪酸的测定气质联用分析 色谱条件DB-1弹性石英毛细管柱，30 mm0.25 mm0.2 mm，载气为高纯氦气，柱前压47 kpa，分流比1:50，进样口温度250 ，接口温度230 ，三阶段程序升温5 /min 3 /min 8 /min120 -210 -225-270 质谱条件:EI离子源，电子能量:70 eV，电子倍增器1.5 V，溶剂延迟2 min，扫描范围33500 amu，进样量1 uL，全扫描方式9。3. 结果及讨论 经过大量的预实验发现，在无携带剂时，毛梾籽油的提取率随着压力的升高而升高，但随之颜色也越来越深。乙醇

17、作为携带剂再次进行超临界萃取，发现在较低压力时提取率明显升高，同时颜色也较为理想。这说明在萃取过程中，乙醇作为携带剂促进了萃取的进行，同时吸附了色素，达到了边提取边脱色的效果。3.1 单因素试验3.1.1 料液比的单因素实验 料液比单因素实验是在温度40 、压力15 MPa、频率22 Hz的条件下进行的。结果如表1所示 表1 乙醇添加量的单因素实验料液比（g/mL）010.51111.51212.5提取率（%）23.0%30.6%33.8%？34.0%34.2%34.2%吸光度0.7200.3430.3040.2890.3200.318状态及色泽黄褐色不透明灰黄色透明浅黄色透明浅黄色透明浅黄色

18、透明浅黄色透明左侧数值后面的%都删除，其他亦同图2纵坐标数值建议保留小数点后一位，全文都要统一，不要有的保留2位，有的一位都没有 乙醇添加量的单因素实验 由图2可以看出，料液比为0，即无携带剂时提取率为25%，料液比为10.5时迅速升高，之后缓慢上升，直至稳定，期间油脂颜色变化不大，初步确定料液比为11时最适合。 3.1.2 温度的单因素实验 温度单因素实验是在料液比11、压力15 MPa、频率21 小写，其他亦同Hz的条件下进行的。结果如表2所示 表2 温度的单因素实验温度（）3035404550提取率（%）35.0%35.8%36.8%36.6%37.5% 吸光度0.7200.3430.3

19、040.2890.380 状态、色泽浅黄色透明浅黄色透明浅黄色透明灰黄色透明褐黄色有少量杂质 图3 温度的单因素实验 由图3可得，在3045 内，随着温度的升高，提取率缓慢升高直至平稳，吸光度缓慢下降直至平稳。温度升至50 时提取率升高到37.5%，但油脂黄褐色且有少量杂质。综合考虑，40 时提取率最高且吸光度较低，因此认为40 最适合的温度条件。3.1.3 频率的单因素试验表3 频率的单因素试验频率(Hz)2020.52121.522提取率（%）34.5%34.8%35.0%35.5%34.8%吸光度0.4000.3850.3550.3040.308状态、色泽浅黄色透明浅黄色透明浅黄色透明浅

20、黄色透明褐黄色有少量杂质 图4 频率的单因素试验 由图4可以看出，随着频率变大吸光度缓慢降低后趋于稳定，而提取率随着高压泵频率的增大先递增后递减，在21.5 Hz时时达到最大值，且此时油脂颜色浅黄、透明。综合考虑，认为21.5 Hz为最适合的高压泵频率值。3.1.4 压力的单因素试验 表4 压力的单因素试验压力（MPa）141618202224提取率（%）35.0%36.9%36.8%36.6%36.8%36.8%吸光度0.2600.2050.3600.3850.3880.405状态、色泽浅黄色有杂质浅黄色透明浅黄色透明浅黄色透明褐黄色透明深棕色透明图5 压力的单因素试验 由图5可以看出，随着

21、压力变大吸光度先降低后缓慢升高，而提取率随着高压泵频率的增大先递增后有微量的变化，在16 MPa时达到最大值，且此时油脂颜色浅黄、透明。综合考虑，认为16 MPa为最适合的压力参数。3.2正交优化毛梾籽油提取工艺 以如表5所示的四因素三水平进行正交试验，以提取率为指标进行优化参数，再综合考虑油脂的色泽进行选择。 表5 四因素三水平序号 因素温度() 压力(MPa) 频率(Hz) 料液比（g/mL）1381521.310.92401621.5113421721.711.1 表6 正交试验结果及油脂色泽 序号 A 温度() B 压力(MPa) C 频率(Hz) D 料液比（g/mL）提取率（%）

22、吸光度 状态、 色泽1111136.60.280浅黄透明2122237.40.298浅黄透明3133336.80.304浅黄透明4212336.90.288浅黄透明5223138.80.324浅黄透明6231237.40.332浅黄透明7313236.80.276浅黄透明8321338.40.298浅黄透明9332137.80.276浅黄透明K136.9336.7637.2737.73K237.7038.2037.3737.20K337.6737.3337.4737.37R0.771.440.200.53 由表6可以看出，各因素对提取率影响顺序为压力温度乙醇添加量高压泵频率；以提取率为指标的最

23、佳的提取方案为B2A2D1C3 ，验证试验发现此时提取率为38.9%，大于正交试验最大提取率38.8%，吸光度为0.203，颜色浅黄，无杂质，透明，优质品质较好。综合考虑认为最优参数为压力16 MPa，温度为40 ，频率21.3 Hz，料液比为11.1。 3.3 毛梾籽油GC-MS成分分析图6标注横纵坐标表示的量和单位 GC-MS谱图结果 表7 气质分析结果序号相似度名称分子式含量（%）194棕榈烯酸C17H32O23.64297棕榈酸C17H34O230.12397亚油酸C19H34O229.00497油酸C19H36O227.84591反异油酸C19H36O26.38686硬脂酸C19H3

24、8O22.024、 结论毛梾籽油作为一种新的木本油料，其含油量高，种子产量高，油脂品质良好，具有广阔的市场前景。利用乙醇作为夹带剂进行超临界CO2萃取，利用乙醇对色素的吸附作用，不仅提高了提取率，同时实现了“边提取边脱色”，为深色油脂的工业生产提供了思路。各因素对提取率影响顺序为压力温度乙醇添加量高压泵频率，最佳的提取方案为B2A2D1C3 。综合考虑油脂色泽和提取率以及油脂状态，认为最优参数为压力16 MPa，温度40 ，频率21.3 Hz，料液比11.1 g/mL。经验证，此条件下提取率高达38.9%，大于正交试验最大提取率38.8%，且吸光度为0.203，颜色浅黄，无杂质，透明，品质较好

25、。GC-MS分析得到其主要成分有棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、反异油酸、亚油酸，其中棕榈油酸较为稀有，主要存在于鲸油和鱼肝油等贵重深海油脂中。参考文献1 梁栋.能源树种毛梾种质资源调查与优树选择研究D.山东农业大学.20132 张华新,庞小慧,刘涛.我国木本油料植物资源及其开发利用现状J.生物质化学工程,2006(1)：291-3013 宁杭.发展木本油料是实践科学发展观的创新探索J.现代管理.2014(8)：56-584 梁栋,吴德军,李善文,等.毛梾种质资源分布及其良种选育繁育研究进展J.山东林业科技,2013(2)：技 101-1035 黄敬怡,邓习金.江西省棶木属（Cornus L.

26、）种质资源及开发利用J.木本粮油产业化分会场交流论文.343-3466 Yon SK, Jin WH, Seo HK.Protective effects of Cornus walteri W. extracts on t-BHP-induced cell damage through antioxidant activityJ.Biotechnology and Bioprocess Engineering,2013(18)：819-8267 张军,岑新光,解强. 废食用油活性炭脱色工艺的研究J.环境工程学报.2008,2(05)：716-7208 奇达拉,闻茂,马兴,等.利用超临界CO2萃取技术提取纯化沙棘果油中的棕榈油酸J.内蒙古石油化工,2012(1)：121-1229 齐玉堂.深色油脂脱色工艺研究J.粮食与油脂,2004(7)：28-29