罗汉果超临界CO2萃取工艺及挥发性成分分析

2011-12-02孔祥勇刘煜宇郑琳邹由李学杉

食品研究与开发 2011年11期

孔祥勇，刘煜宇，郑琳，邹由，李学杉

（云南瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南昆明 650106）

罗汉果 [Siraitia grosvenorii（Swingle）C.Jeffrey]为葫芦科（cucurbitaceae）罗汉果属植物，其果实又名拉汉果、红毛果、罗幌子、假苦瓜等，是我国特有药用植物，为卫生部首批公布的药食两用名贵中药材，为传统中药和出口商品之一，是我国特有的珍贵葫芦科植物，素有良药佳果之称。含大量葡萄糖和一种比砂糖甜300倍的罗汉果甙（三萜甙类），还含有D-甘露醇有清肺止咳作用[1-3]。主要产于广西省桂林市临桂县和永福县的山区，是桂林名贵的土特产。目前的相关文献报导均主要是对其常规化学成分及提取的研究[4-7]，但鲜见采用超临界CO2萃取优化工艺，并分析其化学成分的报道。

超临界流体萃取技术（Supercritical fluid extraction，SFE）是近20多年发展起来的一项新型分离精制技术，工艺简单，操作方便。超临界CO2萃取在萃取植物有效成分时克服了溶剂提取法在分离过程中需蒸馏加热，易氧化、酸败等缺点，同时，具有萃取时间短，对萃取物选择性高，无溶剂残留等优点，广泛应用于天然产物的提取中，特别适合于食品工业生物活性物质和热敏性物质的分离提取。

本文以罗汉果提取率为考察指标，采用超临界CO2萃取法，通过正交设计优化[8-11]确定了罗汉果有效成分的最佳提取条件，可为罗汉果的综合开发发展提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 供试材料

罗汉果（市售）,过20目筛的粗粉。

1.1.2 仪器

HA211-50-06超临界流体萃取装置：江苏省南通市海安超临界萃取有限公司；Agilent 6890N／5975气相色谱－质谱联用仪：美国安捷伦公司；HXC576血液冷藏箱：青岛海尔特种电器有限公司；电子天平：上海梅特勒－托利多仪器有限公司；粉碎机：NK－505，中山市龙的电器实业有限公司；BUCHIR－3000型旋转蒸发仪：瑞士BUCHI公司；SHZ－D（Ⅲ）循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限责任公司。

1.1.3 试剂

CO2（纯度99.5%）：昆明梅塞尔公司；φ（乙醇）=95%（食品级）；无水硫酸钠（AR）：广东汕头市西陇化工厂；二氯甲烷（AR）：天津市博迪化工有限公司。

1.2 方法

1.2.1 超临界CO2萃取工艺

称取罗汉果粉末500 g并将其置于萃取釜中，夹带溶剂为100 g φ（乙醇）=95%，设定萃取温度，温度稳定后通入CO2气体，分别试验萃取压力、萃取温度、CO2流量和萃取时间对罗汉果萃取物得率的影响。萃取结束后收集分离釜中的萃取物，使用旋转蒸发仪减压蒸馏，浓缩物即为罗汉果萃取物。

计算公式：萃取得率/%=罗汉果萃取物质量（g）/罗汉果粉末原料质量（g）×100。

1.2.2 正交试验设计

超临界CO2萃取罗汉果时，既要考虑产品的得率，又要考虑萃取速率和成本等因素，因此需要考察的工艺参数有萃取压力、萃取温度、萃取时间、CO2流量和原料粒径等。根据有关资料和预备单因素试验，试验选择萃取压力、萃取温度、CO2流量和萃取时间作为主要影响因素，以测得罗汉果样品得率为考察指标，进行L9（34）四因素三水平正交试验，确定了对提取率影响最显著的水平见表1，每次试验重复2次。

表1 正交试验因素水平表L9（34）Table 1 Factors and levels of L9（34）orthogonal experiment

1.2.3 GC/MS分析条件

前处理：称取1.00 g样品，以10 mL二氯甲烷溶解，加入适量无水硫酸钠置于4℃冰箱脱水12 h后过滤，滤液使用气相色谱-质谱联用仪进行检测。

仪器检测：毛细管柱：HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25μm）；进样口温度：240℃；载气：He，恒压模式70kPa；程序升温：50℃（1 min）—8℃/min—160℃（2 min）—8 ℃/min—260 ℃（15 min）；进样量：0.5μL；分流比：25∶1；传输线温度：280 ℃；电离方式：EI；电离能量：70 eV；离子源温度：230℃；四级杆温度：160℃；质量范围35 aum～455 aum。溶剂延迟：2 min。

检测模式：SCAN和SIM同步。

谱图检索：所得图谱经计算机谱库（NIST05,Wiley275）检索，并结合标准质谱图和有关文献[12]，确定挥发性成分。并用色谱峰面积归一化法测定得各挥发性成分的峰面积。

2 结果与讨论

2.1 正交试验数据分析

正交试验结果见表2～表7。

表2 正交试验结果Table 2 Results of orthogonal experiment

表3 L9（34）正交试验方差分析Table 3 Variance analysis of L9（34）orthogonal experiment

表4 因素A多重比较表（LSD法）Table 4 Multiple Comparisons（LSD）of Factor A

表5 因素B多重比较表（LSD法）Table 5 Multiple Comparisons（LSD）of Factor B

表6 因素C多重比较表（LSD法）Table 6 Multiple Comparisons（LSD）of Factor C

表7 因素D多重比较表（LSD法）Table 7 Multiple Comparisons（LSD）of Factor D

2.1.1 正交试验结果的直观分析

根据极差R的大小，可以看出各因素对罗汉果萃取物得率的影响程度依次为：A（萃取压力）>C（CO2流量）>D（萃取时间）>B（萃取温度）。

根据平均萃取率k的大小，可以看出萃取压力A3时，萃取率最高。萃取温度B2时，萃取率最高。CO2流量C2时，萃取率最高。萃取时间D2时，萃取率最高。因此，可以确定最佳萃取条件为A3B2C2D2，即萃取压力30 MPa，萃取温度45℃，CO2流量25kg/h，萃取时间3.0h。

2.1.2 正交试验结果的方差分析和多重比较

方差分析结果表明，各因素对罗汉果萃取物得率的影响程度为：A（萃取压力）、B（萃取温度）、C（CO2流量）、D（萃取时间）影响都达到了极显著程度（P<0.01）。

多重比较结果表明，A（萃取压力）各水平之间差异极显著（P<0.01）。B（萃取温度）1和3水平之间差异不显著（P>0.05），其余水平之间差异极显著（P<0.01）。C（CO2流量）各水平之间差异极显著（P<0.01）。D（萃取时间）1和3水平之间差异不显著（P>0.05），其余水平之间差异极显著（P<0.01）。因此，可以确定最佳萃取条件为A3B2C2D2，即萃取压力30 MPa，萃取温度45 ℃，CO2流量25 kg/h，萃取时间3.0 h。

为了进一步验证该模型与测定可靠性，对最优实验条件进行3次试验验证。在此条件下得到的罗汉果萃取物提取率平均值为10.08%，这说明该模型条件是比较可靠的。

2.2 罗汉果萃取物样品的挥发性成分分析

2.2.1 罗汉果萃取物挥发性成分总离子流图

罗汉果萃取物GC-MS挥发性成分的总离子流图见图1。

2.2.2 GC-MS分离鉴定出的罗汉果萃取物挥发性成分

罗汉果萃取物GC－MS挥发性成分的结果见表8。

据表8可知，罗汉果萃取物的挥发性成分共鉴定出55种化合物，所得质谱图经计算机质谱数据库检测与标准图谱核对，利用归一化测定了各种成分的峰面积，其主要成分为：棕榈酸（19.15%）、亚油酸（15.81%）、糠醛（11.06%）、苯乙醛（9.51%）、甘菊蓝（3.32%）、4－环戊烯－1，3－二酮（3.28%）、2－乙酰基吡咯（3.17%）、5－甲基糠醛（2.04%）、亚油酸乙酯（1.87%）、邻苯二甲酸单丁酯（1.42%）、2－乙基己酸（1.33%）、1－甲基吡咯－2－甲醛（1.12%）等。