檳榔籽油的超臨界CO2萃取及其成分分析

朱 莉，羅士數(shù)，張海德,*，李遠(yuǎn)頌

(1. 海南大學(xué)材料與化工學(xué)院，海南 ?？?570228；2.海南大學(xué)食品學(xué)院，海南 ?？?570228；3.海南大學(xué)研究生處，海南 ?？?570228)

檳榔籽油的超臨界CO2萃取及其成分分析

朱 莉1，羅士數(shù)2，張海德2,*，李遠(yuǎn)頌3

(1. 海南大學(xué)材料與化工學(xué)院，海南 ?？?570228；2.海南大學(xué)食品學(xué)院，海南 ?？?570228；3.海南大學(xué)研究生處，海南 ?？?570228)

目的：從檳榔籽中提取檳榔籽油，并測(cè)定其成分。方法：采用超臨界CO2流體技術(shù)萃取檳榔籽油，對(duì)其工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，并用氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)對(duì)檳榔籽油所含的脂肪酸種類及含量進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果：超臨界萃取的最優(yōu)條件為萃取溫度45℃、萃取壓力20MPa、CO2流量20L/h，檳榔籽油的萃取得率為17.81%。結(jié)論：檳榔籽油中主要含棕櫚酸(9.10%)、亞油酸(15.46%)和油酸(11.26%)。

超臨界CO2萃取；檳榔籽油；成分分析

檳榔是棕櫚科植物檳榔(Areca catechu Linn.)的干燥成熟種子，位居我國(guó)著名的四大南藥(檳榔、益智、砂仁、巴戟)之首。檳榔是我國(guó)熱帶、亞熱帶地區(qū)僅次于橡膠的第二大產(chǎn)業(yè)[1]，在我國(guó)海南、云南、臺(tái)灣等地廣泛種植。檳榔味苦、辛，性溫，歸胃、大腸經(jīng)，具有驅(qū)蟲、抗菌、促消化、延緩衰老、降低膽固醇、抗抑郁等作用[2-4]。檳榔還有抗流感病毒的作用，素以“長(zhǎng)壽食品”和“微型營(yíng)養(yǎng)庫(kù)”著稱[5-6]。檳榔多為長(zhǎng)橢圓形，像一個(gè)小橄欖，長(zhǎng)3～6cm，大者可達(dá)10cm以上，含有較多蛋白質(zhì)、還原糖、脂肪等能量物質(zhì)[7-8]。

檳榔加工一般是以檳榔殼為原料，而將檳榔籽作為廢物拋棄，既污染環(huán)境，又浪費(fèi)資源，也無(wú)產(chǎn)品附加值。我國(guó)熱帶地區(qū)的檳榔種質(zhì)資源豐富，利用檳榔籽提取脂肪酸，原料廉價(jià)，利用率高，具有巨大的商業(yè)潛力[9]。

在功能性油脂的開發(fā)利用上，國(guó)內(nèi)外己有很多關(guān)于超臨界CO2萃取技術(shù)的應(yīng)用報(bào)告，但利用超臨界CO2萃取檳榔籽油尚未見報(bào)道。因此，本研究以食品企業(yè)加工后廢料中的檳榔籽為原料，采用超臨界CO2萃取技術(shù)提取其中的油脂，確定超臨界CO2萃取的最佳工藝參數(shù)。本研究對(duì)促進(jìn)檳榔的綜合開發(fā)利用，加快檳榔加工產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

檳榔籽(已經(jīng)過(guò)冷凍干燥處理) 海南椰皇檳榔食品有限公司；CO2(純度≥99%) ?？诮鸷裉胤N氣體有限公司；無(wú)水乙醚為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

CQ01LB00CSM型超臨界CO2萃取裝置 德陽(yáng)四創(chuàng)科技有限公司；CS-200型中碎機(jī) 江陰市瑞祥機(jī)械制造有限公司；PL303型電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；A11 basic分析型研磨機(jī) 德國(guó)IKA儀器公司；HP6890/5973MS氣相色譜-質(zhì)譜儀 美國(guó)Hewlett-Packark公司。

1.3 方法

1.3.1 檳榔籽預(yù)處理

取已經(jīng)進(jìn)行過(guò)冷凍干燥處理的檳榔籽，將其粉碎，過(guò)20～40目篩，備用。

1.3.2 檳榔籽油的超臨界提取

工藝流程：檳榔籽→粉碎過(guò)篩→稱量→裝料→超臨界CO2萃取→減壓分離→檳榔籽油。

原料中粗脂肪含量測(cè)定：采用索氏抽提法，粗脂肪含量為13.36%。

超臨界萃?。悍謩e精確稱取100g左右的樣品置于超臨界CO2流體萃取儀的萃取釜中，通過(guò)單因素試驗(yàn)初步獲得萃取溫度、萃取壓力、CO2流量3個(gè)參數(shù)的大致范圍，在此基礎(chǔ)上確定每個(gè)因素的3個(gè)水平，利用L9(33)進(jìn)行正交試驗(yàn)。其中萃取時(shí)間均為1.5h，分離釜Ⅰ的溫度和壓力分別為50℃、7MPa。

1.3.3 檳榔籽油的成分分析

樣品甲酯化[10]：取2滴檳榔籽油于10mL具塞試管中，加入2.0mL 5%氫氧化鉀-甲醇溶液搖勻，于60℃恒溫水浴皂化至油珠消失，冷卻至室溫后加入2.0mL 14%三氟化硼-甲醇溶液，搖勻，于60℃恒溫水浴3min，冷卻至室溫，加入2mL正己烷，飽和氯化鈉1mL，搖勻、靜置，離心后取其上層溶液用于氣相色譜-質(zhì)譜分析。

氣相色譜條件：石英毛細(xì)管柱HP-FFAP(30m× 0.25mm，0.25μm)，程序升溫：從60℃開始，以6℃/min升到150℃，再以8℃/min升到250℃，保持5min；載氣為He，柱流量1.0mL/min，進(jìn)樣口溫度250℃，分流比50:1。

質(zhì)譜條件：EI源；電離電壓70eV，離子源溫度230℃，掃描范圍10～500u，進(jìn)樣量1.0μL。

2 結(jié)果與分析

2.1 檳榔籽粉碎粒度的選擇

為減少CO2流體在檳榔籽中的擴(kuò)散距離，檳榔籽在投入超臨界CO2流體萃取裝置前，必須先粉碎、過(guò)篩。在一定的范圍內(nèi)，物料粉碎越細(xì)，可以大大降低母體對(duì)溶質(zhì)(油脂)的束縛，增加傳質(zhì)面積，減少傳質(zhì)距離和傳質(zhì)阻力，有利于提高萃取率[11]。事實(shí)上，檳榔籽粉碎過(guò)粗或過(guò)細(xì)都會(huì)對(duì)傳質(zhì)效果產(chǎn)生較大的影響。若檳榔籽粉碎過(guò)粗，則會(huì)造成萃取時(shí)間延長(zhǎng)和萃取不完全，從而增加生產(chǎn)成本，產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)；若檳榔籽粉碎過(guò)細(xì)，則物料在高壓下易被壓實(shí)，傳質(zhì)阻力增大，同時(shí)易堵塞濾網(wǎng)，降低萃取效率，不利于萃取操作[12]。故本實(shí)驗(yàn)選取檳榔籽粒的粉碎度以20～40目為宜。

2.2 超臨界CO2萃取工藝參數(shù)的確定

2.2.1 分離壓力與溫度的確定

由于分離條件是處于臨界狀態(tài)(CO2的臨界溫度Tc=304.13K，臨界壓力Pc=7.375MPa)以下，所以分離溫度與壓力只要在臨界溫度與壓力之下即可，它們對(duì)萃取效率的影響不大。溫度對(duì)分離的影響與對(duì)萃取的影響一般是相反的，多數(shù)情況下升高分離溫度對(duì)產(chǎn)物的完全分離有利?？紤]到要將檳榔籽中色素等物質(zhì)與檳榔油分離，故分離溫度的選擇以50℃左右較為適宜；分離壓力也應(yīng)與后路的壓力相平衡，控制在7MPa左右。

2.2.2 萃取時(shí)間的確定

實(shí)驗(yàn)證明，萃取0.5、1h均無(wú)產(chǎn)品，而當(dāng)萃取至1.5h基本萃取完畢，若再延長(zhǎng)萃取時(shí)間不但會(huì)增加能源的消耗，且對(duì)提高萃取產(chǎn)率貢獻(xiàn)不大，故在實(shí)際生產(chǎn)中，選擇萃取時(shí)間1.5h較為適宜。

2.2.3 超臨界CO2萃取正交試驗(yàn)優(yōu)化

在超臨界CO2萃取過(guò)程中，萃取壓力、萃取溫度、CO2流量是影響萃取效率的重要因素。為確定實(shí)驗(yàn)的最合理工藝參數(shù)，以萃取壓力、萃取溫度、CO2流量為變量因素，進(jìn)行三因素三水平的正交試驗(yàn)L9(33)。正交試驗(yàn)的因素水平取值見表1，試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)處理見表2。

表1 超臨界CO2萃取正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

由表2正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果和極差R值可知，影響檳榔籽油萃取效率的因素主次順序?yàn)椋狠腿毫Γ綜O2流量＞萃取溫度，工藝參數(shù)優(yōu)化組合為A1B2C1，即超臨界CO2萃取檳榔籽油的最佳工藝參數(shù)為萃取壓力20MPa、萃取溫度45℃、CO2流量20L/h。由于A1B2C1的組合工藝在試驗(yàn)中并未出現(xiàn)，因此采用A1B2C1組合工藝進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，此條件下檳榔籽油的萃取得率可達(dá)17.81%。

表2 超臨界CO2萃取L9(33)正交試驗(yàn)結(jié)果及分析Table 2 Results of orthogonal experiments

2.3 檳榔籽油成分氣相色譜-質(zhì)譜分析

按1.3.3節(jié)氣相色譜-質(zhì)譜條件測(cè)定樣品，得色譜圖(圖1)，并計(jì)算各脂肪酸相對(duì)含量。

圖1 檳榔油的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用圖譜Fig.1 GC-MS chromatogram of betel nut oil

2.4 檳榔油的脂肪酸組成

檳榔籽在壓力20MPa、萃取溫度45℃、CO2流量20L/h條件下萃取的檳榔油通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)對(duì)其進(jìn)行脂肪酸分析，從中檢出18種成分并通過(guò)譜圖庫(kù)鑒定出15種物質(zhì)，萃取的檳榔油中的脂肪酸組成及其相對(duì)含量見表3。

由表3可以看出，含量比較高的脂肪酸分別是十六烷酸(棕櫚酸)9.10%、十八碳烯酸(油酸)11.26%和十八碳二烯酸(亞油酸)15.46%。本研究結(jié)果與文獻(xiàn)[12]對(duì)照，無(wú)論成分及含量均有明顯差異，文獻(xiàn)中含肉豆蔻酸為26.08%；棕櫚酸、油酸、亞油酸含量均比本研究高，分別為14.09%、24.20%、22.70%，這可能與檳榔品種、預(yù)處理方法、提取方法等差別有關(guān)。

表3 檳榔油中各脂肪酸成分與含量Table 3 Chemical compositions and contents of fatty acids in betel nut oil

目前文獻(xiàn)報(bào)道的檳榔油提取方法多為有機(jī)溶劑萃取法，其主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)便、快捷、分離效果好，應(yīng)用廣泛，但萃取工藝復(fù)雜，溶劑消耗量大、易揮發(fā)、易燃，產(chǎn)品中存在有機(jī)溶劑殘留。與傳統(tǒng)的提取方法相比，超臨界流體萃取具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它可以通過(guò)控制體系的壓力和溫度使其選擇性地萃取其中的某一組分。然后通過(guò)溫度或壓力的變化，使溶解于超臨界流體中的溶質(zhì)因其密度的下降溶解度降低而析出，從而實(shí)現(xiàn)特定溶質(zhì)的分離，并讓超臨界流體循環(huán)使用[13-14]。萃取過(guò)程易于調(diào)節(jié)、萃取效率高、能耗低、產(chǎn)物易與溶劑分離、無(wú)溶劑殘留等優(yōu)點(diǎn)，在食品、醫(yī)藥、生物工程、化工、環(huán)保等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[15-16]。尤其是應(yīng)用CO2作為萃取溶劑，能實(shí)現(xiàn)低溫、無(wú)毒、無(wú)溶劑殘留的苛刻要求，特別適合于食品工業(yè)分離精制風(fēng)味特征物質(zhì)、熱敏性物質(zhì)和生理活性物質(zhì)。超臨界CO2流體萃取的油脂無(wú)論酸價(jià)、過(guò)氧化值還是色澤都優(yōu)于溶劑萃取的油脂，磷脂含量也較溶劑萃取的低[17-20]。

3 結(jié) 論

3.1 用超臨界CO2萃取檳榔籽油的工藝是可行的，萃取壓力、萃取溫度、CO2流量是重要的影響因素。在本實(shí)驗(yàn)條件下，較適宜的工藝參數(shù)：原料粒度20～40目、一次投料量100g、萃取壓力20MPa、萃取溫度45℃、CO2流量20L/h、分離溫度50℃、分離壓力7MPa，在此條件下檳榔籽油的萃取得率為17.81%。

3.2 超臨界CO2萃取經(jīng)冷凍干燥處理過(guò)的檳榔籽，所得檳榔籽油中含有較高的十六烷酸(棕櫚酸)9.10%、十八碳烯酸(油酸)11.26%和十八碳二烯酸(亞油酸)15.46%。

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Supercritical Fluid CO2Extraction and Fatty Acid Composition Analysis of Betel Nut Oil

ZHU Li1，LUO Shi-shu2，ZHANG Hai-de2,*，LI Yuan-song3
(1. College of Materials and Chemical Engineering, Hainan University, Haikou 570228, China；2. College of Food Science and Technology, Hainan University, Haikou 570228, China；3. Postgraduate Department, Hainan University, Haikou 570228, China)

Objective: To extract betel nut oil from betel nut seed and determine its compositions. Methods: The betel nut oil was extracted by supercritical fluid CO2extraction technology. The extraction processing parameters were optimized by orthogonal experiments and the fatty acid compositions of betel nut oil were determined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Results: The optimal extraction processing conditions were extraction temperature of 45 ℃, extraction pressure of 20 MPa and carbon dioxide flow rate of 20 L/h. Under the optimal conditions, the yield of betel nut oil was 17.81%. Conclusion: The major fatty acids are palmitic acid(9.10%), linoleic acid(15.46%) and oleic acid(11.26%).

supercritical fluid CO2 extraction；betel nut oil；composition analysis

O658.2；TS255.1

A

1002-6630(2010)24-0151-04

2010-09-19

“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2007BAD76B03)

朱莉(1982—)，女，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士研究生，主要從事天然產(chǎn)物的提取與分離研究。E-mail：zhuli966@126.com

*通信作者：張海德(1970—)，男，教授，博士，主要從事熱帶農(nóng)產(chǎn)品加工研究。E-mail：zhanghaide@163.com