超临界CO2萃取黑莓籽油及其成分分析

周鸣谦，刘云鹤，林春梅

(淮海工学院食品科学与工程学院，江苏 连云港 222005)

超临界CO2萃取黑莓籽油及其成分分析

周鸣谦，刘云鹤，林春梅

(淮海工学院食品科学与工程学院，江苏 连云港 222005)

目的：以黑莓籽为原料，用超临界CO2萃取法提取黑莓籽油，并测定其成分。方法：采用超临界CO2萃取方法提取黑莓籽油，通过正交试验对影响提取过程的参数进行优化，确定黑莓籽油提取的最佳工艺条件，并用气相色谱-质谱法分析黑莓籽油的脂肪酸组成。结果：超临界CO2流体萃取黑莓籽油的最佳工艺条件为萃取温度35℃、萃取压力30MPa、分离压力12MPa、分离温度55℃，此条件下黑莓籽油的得率达16.10%，其脂肪酸组成为软脂酸5.38%、硬脂酸3.53%、油酸13.70%、亚油酸60.48%、亚麻酸11.16%，总不饱和脂肪酸含量85.34%。

超临界CO2；萃取；黑莓籽油；气相色谱-质谱；脂肪酸

黑莓又名美国塔斯洲黑树莓、美国赫尔黑莓，是蔷薇科悬钩子属的浆果类多年生亚灌木，其结果早、收益快，果实风味佳，含有镁、锰、钙、锌等矿物质及糖类、有机酸、蛋白质、维生素等，营养价值高。此外，黑莓中还富含黄酮、花青素、VC等抗氧化成分，对ROO·、O2－·、H2O2、·OH等有较强的清除能力。因此，黑莓具有较高的医疗保健作用，是近年来发展较为迅速，集营养、保健于一身的一代新兴水果[1-2]。

黑莓籽是黑莓果酒、黑莓汁等加工产品的副产物，黑莓籽油中不饱和脂肪酸的含量较高，有极高的营养价值。提取黑莓籽油的方法有溶剂浸提法，超声波辅助溶剂萃取法[3-4]等。溶剂法工艺复杂，得到的产品中溶剂残留难以控制，萃取纯度不高。近年来，发展出一种新型萃取分离技术，即超临界流体萃取法。这种方法具有操作方便、能耗低、无污染、纯度高、无溶剂残留等特点，且萃取过程在常温下CO2惰性介质中进行，能保持产物的纯天然特性，在许多领域有实际应用[5-9]。目前，在超临界CO2植物油脂提取领域，国内外已经有提取槟榔籽油[10]、芹菜籽油[11]、大豆油[12]、沙棘油[13]、八角茴香油[14]、月见草油[15]、葡萄籽油[16]、猕猴桃籽油[17]等的研究报道[18-19]。本研究以黑莓果酒加工副产品黑莓籽为原料，采用超临界CO2萃取法提取黑莓籽油，考察萃取温度、萃取压力、分离温度以及分离压力对黑莓籽油得率的影响，优化超临界CO2萃取法提取黑莓籽油的工艺参数，并采用气质联用(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)法分析黑莓籽油的脂肪酸组成[20]，其结果对提高黑莓的综合利用价值，促进黑莓产业的健康发展有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑莓籽：连云港市润豪黑莓酒业有限公司生产所得黑莓皮渣中分离得到；CO2(纯度＞99.0%) 连云港特殊气体有限公司；氢氧化钾、无水乙醚、氯仿、无水硫酸钠均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

HA 221-50-06型超临界萃取装置 南通市华安超临界萃取设备有限公司；BS323S电子分析天平 赛多利斯科学仪器北京有限公司；XFB-400小型粉碎机 长沙市雨花区中诚制药机械厂；ZFD-5040电热鼓风干燥箱 上海绿宇精密仪器制造有限公司；6890N/5973i气相色谱-质谱仪 美国Agilent科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黑莓籽预处理

将黑莓酒过程中产生大量的皮渣进行分离清洗，得到黑莓籽，置电热鼓风干燥箱中50℃烘干，粉碎，过40目筛，备用。

1.3.2 超临界萃取工艺流程

黑莓籽→粉碎过筛→称量→装料→超临界CO2萃取→减压分离→黑莓籽油

1.3.3 单因素试验

在萃取温度35℃、分离压力14MPa、分离温度 60℃、CO2流量10L/h、装料量200g、萃取时间50min、萃取压力30MPa条件下，考察单因素对黑莓籽油得率的影响。

单因素水平设置：萃取压力：20、25、30、35、40MPa；萃取温度：30、35、40、45、50℃；分离温度：45、50、55、60、65℃；分离压力：8、10、12、14、16MPa。

1.3.4 正交试验

根据单因素试验结果，结合文献资料报道[15,17,20]，以及设备条件与工业化生产的可操作性，进行工艺优化试验。选择萃取温度(A)、萃取压力(B)、分离温度(C)、分离压力(D)为变量，进行四因素三水平正交试验(表1)，每次装料200g，萃取流量10L/h、萃取时间50min，以得率为评价指标，评价各号试验的萃取效果。

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

样品处理：参考文献[21]对黑莓籽油进行皂化；再进行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℃下加热衍生化1h，冷却后水洗去杂，加入3mL氯仿振摇1min，再加入5mL水，放置分层后取氯仿层于10mL具塞试管中，加入无水硫酸钠，充氮气保存于冰箱备用。上述操作保证避光并尽可能在氮气保护下进行。

色谱条件：色谱柱：122-7032DB-WAX柱(30m× 0.25mm，0.25μm)；升温程序：180℃保持3min，以3.0℃/min升至230℃保持15.0min；载气(He)流速0.8mL/ min，压力2.4kPa，进样量10μL；分流比10:1。

质谱条件：电子轰击(electron impact，EI)离子源；电子能量70eV；接口温度250℃；离子源温度200℃；扫描质量范围m/z 99～634，扫描速率120次/min；全扫描方式；四极杆质量分析器。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 萃取压力对萃取的影响

图1 萃取压力对超临界CO2萃取黑莓籽油的影响Fig.1 Effect of extraction pressure on the yield of blackberry seed oil

萃取压力是影响黑莓籽油萃取效率的重要因素，在萃取压力为20～35MPa范围内，随着萃取压力的升高，得率增加，但当萃取压力达到40MPa时得率有所下降，以35MPa萃取收率最高，萃取50min的得率达14.2%，而20MPa得率最低，仅8.5%(图1)。一般萃取压力越高，超临界CO2的密度增加越多，黑莓籽油溶解度提高越大，但萃取压力过高会加大设备的损耗，不利于设备的操作和维护。为此，黑莓籽油萃取压力以35MPa为宜。

2.1.2 萃取温度对萃取的影响

萃取温度对物质在CO2流体中的溶解能力具有较大的影响。结果表明，在萃取温度为30～50℃范围内，萃取温度对得率及油脂质量具有明显影响。萃取温度30℃时，得到的油脂浑浊；35℃的得率最高，油脂清亮；而萃取温度为50℃的得率低，油脂浑浊(图2)。因此，其适宜的萃取温度范围为35～45℃。

表2 超临界CO2萃取黑莓籽油正交试验设计及结果Table 2 Results of orthogonal tests

图2 萃取温度对超临界CO2萃取黑莓籽油的影响Fig. 2 Effect of extraction temperature on the yield of blackberry seed oil

2.1.3 分离温度对萃取的影响

图3 分离温度对超临界CO2萃取黑莓籽油的影响Fig.3 Effect of separation temperature on the yield of blackberry seed oil

在分离温度45～55℃范围内，黑莓籽油的得率随着分离温度的升高而增加，在分离温度55～65℃范围内，黑莓籽油的得率随着分离温度的升高而减小，其中以55℃分离温度的黑莓籽油得率最高，达14.7%，其次为60℃(13.0%)，且两者萃取的油脂清亮(图3)，其余条件下萃取的油脂浑浊。由于较低压力状态下，温度对CO2密度影响非常显著，温度升高导致CO2的密度减小，溶解能力下降，从而有利于油脂析出。因而，分离温度不仅影响油脂的得率，而且影响油脂外观质量，其适宜的分离温度范围为50～60℃。

2.1.4 分离压力对萃取的影响

如图4所示，在10～14MPa压力之间，分离压力对黑莓籽油的得率影响不大，当分离压力超过14MPa后，黑莓籽油的得率降低。由此可知，在一定的范围内，分离压力越低，越有利于产物完全析出，但低压时CO2中的水分会同油脂一起分离析出，从而影响油脂质量。因此认为，黑莓籽油适宜的分离压力为10MPa。

图4 分离压力对超临界CO2萃取黑莓籽油的影响Fig.4 Effect of separation pressure on the yield of blackberry seed oil

2.2 超临界CO2萃取黑莓籽油的正交试验

根据单因素的试验结果，选取L9(34)正交表进行正交试验，结果见表2。

正交试验数据的分析使用直观分析法，表2结果说明，各因素对黑莓籽油提取的影响程度依次为D＞C＞A＞B，即分离压力、分离温度、萃取温度、萃取压力。综合各因素的k值和直接比较，A1B2C2D1为最佳工艺条件，即萃取温度35℃、萃取压力30MPa、分离温度55℃、分离压力10MPa。由于A1B2C2D1组合在试验中未出现，故进行验实验，此条件下黑莓籽油的得率为16.1%。

图5 黑莓籽油脂肪酸的气相色谱-质谱联用图谱Fig.5 GC-MS chromatogram of blackberry seeds oil

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

2.3 黑莓籽油脂肪酸组成及含量分析由图5和表3可知，超临界CO2萃取黑莓籽油主要含有5种脂肪酸成分，含量分别为软脂酸5.38%、硬脂酸3.53%、油酸13.70%、亚油酸60.48%、亚麻酸11.16%，还有一种成分未确定。其中亚油酸含量最高，其次是亚麻酸，总不饱和脂肪酸含量为85.34%。

3 结 论

3.1 影响超临界CO2萃取黑莓籽油的因素有萃取温度、萃取压力、提取压力、提取温度。

3.2 4个因素对于黑莓籽油得率的影响大小分离压力＞分离温度＞萃取温度＞萃取压力。

3.3 通过正交试验，确定最佳的工艺条件为萃取压力30MPa、萃取温度35℃、分离温度55℃、分离压力10MPa，此条件下黑莓籽油的得率为16.1%。

3.4 超临界CO2萃取黑莓籽油主要含有5种脂肪酸成分，含量分别为软脂酸5.38%、硬脂酸3.53%、油酸13.70%、亚油酸60.48%、亚麻酸11.16%，还有一种成分未确定。其中亚油酸含量最高，其次是亚麻酸，总不饱和脂肪酸含量为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

江苏省产学研联合创新资金计划项目(BY2010127)；连云港市农业攻关计划项目(CN0905)

周鸣谦(1973—)，男，副教授，博士，研究方向为农产品精深加工。E-mail：linlin0174@sina.com