超临界CO2萃取罗汉果渣油工艺研究及其油脂成分分析

王文成，饶建平，张远志，姚射月，尤惠君，林雅敏

(1.漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建 漳州 363000；2.大闽食品(漳州)有限公司福建省饮料用植物提取加工企业重点实验室，福建 漳州 363000)

综合利用

超临界CO2萃取罗汉果渣油工艺研究及其油脂成分分析

王文成1，饶建平2，张远志2，姚射月2，尤惠君2，林雅敏2

(1.漳州职业技术学院食品与生物工程系，福建 漳州 363000；2.大闽食品(漳州)有限公司福建省饮料用植物提取加工企业重点实验室，福建 漳州 363000)

以罗汉果渣为原料，采用单因素实验和响应面实验优化超临界CO2萃取罗汉果渣油工艺。得到超临界CO2萃取罗汉果渣油最佳工艺参数为：萃取压力26.5 MPa，萃取温度45℃，萃取时间2.33 h，CO2流量20 L/h，分离釜Ⅰ温度40℃。在最佳工艺条件下，超临界CO2萃取罗汉果渣油萃取率6.68%。采用GC-MS对超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂进行成分分析，结果表明，超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂中亚油酸含量(30.78%)最高，其次是角鲨烯(16.81%)，具有较大的开发价值。

超临界CO2萃取；罗汉果渣油；成分；气质联用

罗汉果，葫芦科罗汉果属多年生藤本植物，性凉，味甘，归大肠、肺经[1]，主要功能为化痰止咳[2]、润肠通便[3]，其主要的化学成分为葫芦烷型三萜类、黄酮类[4]。

目前，行业内对罗汉果的研究基本上集中在罗汉果甜甙的提取，对提取后的废渣研究较少。在提取罗汉果甜甙过程中，罗汉果鲜果提取前处理仅是粗破碎，排出的罗汉果废渣中还含有大量保存良好的罗汉果籽及其他仍可高值化利用的物质，没有进行合理的回收和利用，造成资源的浪费。

本文采用超临界CO2萃取技术萃取罗汉果渣中油脂，并用GC-MS对萃取所得油脂进行了成分分析。与传统油脂提取工艺相比，超临界CO2萃取技术对油脂成分破坏较小、提取溶剂CO2无毒且具有很好的溶解性，目前已被用于天然植物有效成分的提取[5-7]。陈全斌等[8]对罗汉果种仁油脂进行提取并做相关性质研究，孔祥勇等[9]采用超临界CO2萃取罗汉果并分析其挥发性成分，较少有对于萃取罗汉果甜甙后的罗汉果渣的研究。本文采用单因素实验和响应面实验对超临界CO2萃取罗汉果渣油工艺进行研究，以期获得超临界CO2萃取罗汉果渣油的最佳工艺，从而为提高罗汉果的综合利用率、提高罗汉果产品的附加值、带动罗汉果产业的发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

提取甜甙后的罗汉果渣，大闽食品(漳州)有限公司；纯度99.5%的CO2，厦门弘华工业气体有限公司；氢氧化钾、盐酸、乙醇、碘、冰醋酸、氢氧化钠、柠檬酸与柠檬酸钠，均为分析纯。

6890N气相色谱/5973i质谱联用仪(配有电子轰击离子源(EI))，美国 Agilent 公司；HA220-50-06型超临界萃取装置，江苏省南通市华安超临界萃取有限公司；BL-300电子天平；FW-135中草药粉碎机，江苏金坛江南仪器厂；ATH-209A安太牌茶叶烘焙机9层烘盘烘干机，安太电子有限公司；HB43-S快速水分测定仪，长沙市秋龙仪器设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 罗汉果渣油的萃取

罗汉果渣→干燥→粉碎、过筛→超临界CO2萃取→收集萃取物→无水硫酸钠干燥后得罗汉果渣油。

提取甜甙后的罗汉果渣经晒干或烘干至水分含量小于10%，粉碎过30目筛，不同条件下进行超临界CO2萃取，减压分离后得萃取物，萃取物经无水硫酸钠干燥后得罗汉果渣油，称重，按下式计算罗汉果渣油萃取率。

萃取率=罗汉果渣油质量/罗汉果渣的质量×100%

1.2.2 罗汉果渣油成分分析

采用GC-MS对超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂进行成分分析[9]。

1.2.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2003和Design-Expert V 8.0.6软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 萃取压力对超临界CO2萃取罗汉果渣油的影响

在萃取压力分别为10、15、20、25、30 MPa，萃取温度40℃，萃取时间2 h，分离釜Ⅰ温度40℃，CO2流量20 L/h条件下，考察萃取压力对超临界CO2萃取罗汉果渣油萃取率的影响。结果见图1。

图1 萃取压力对萃取率的影响

由图1可以看出，当萃取压力在10～25 MPa之间时，随着萃取压力的增大，罗汉果渣油的萃取率显著增加，曲线呈明显的上升趋势，当萃取压力大于25 MPa时，随着萃取压力的增大，萃取率略微降低。分析可能原因：萃取压力增大，超临界CO2流体的密度会增大，罗汉果渣中油脂的溶解能力增大，但是当萃取压力增大到一定程度后，超临界CO2流体的密度增加的同时，溶质的扩散系数减小，同时萃取压力增大，物料受到挤压，易结块，导致溶剂与溶质之间的相互作用减弱，溶质溶解能力降低[10]。而且随着压力升高，对设备要求提高，生产的成本增加。综合考虑，选择萃取压力在25 MPa左右。

2.1.2 萃取温度对超临界CO2萃取罗汉果渣油的影响

在萃取温度分别为35、40、45、50、55℃，萃取压力25 MPa，萃取时间2 h，分离釜Ⅰ温度40℃，CO2流量20 L/h条件下，考察萃取温度对超临界CO2萃取罗汉果渣油萃取率的影响。结果见图2。

图2 萃取温度对萃取率的影响

由图2可以看出，当萃取温度在35～45℃之间时，随着萃取温度的升高，罗汉果渣油的萃取率呈上升的趋势，但是其中前半段上升的趋势比后半段快。当萃取温度超过45℃时，罗汉果渣中油的萃取率有下降的趋势。分析可能原因：一方面，随着温度的升高，分子运动加快，CO2蒸气压和扩散系数增大，油脂的溶解能力也会相应的增大；但是另一方面，等压条件下，随着温度的升高，会造成CO2流体的密度减小，这样就会造成对油脂的溶解能力降低[11]，在这两种因素的共同作用下，出现了上面的曲线变化。综合考虑，选择萃取温度在45℃左右。

2.1.3 萃取时间对超临界CO2萃取罗汉果渣油的影响

在萃取时间分别为1、1.5、2、2.5、3 h，萃取压力25 MPa，萃取温度40℃，分离釜Ⅰ温度40℃，CO2流量20 L/h条件下，考察萃取时间对超临界CO2萃取罗汉果渣油萃取率的影响。结果见图3。

图3 萃取时间对萃取率的影响

由图3可以看出，随着萃取时间的延长，罗汉果渣油的萃取率逐渐增加，尤其在1～2 h之间时，曲线呈明显的上升趋势。但是当萃取时间超过2 h后，萃取率增加缓慢。分析可能原因：在萃取1～2 h之间时，溶剂CO2由物料表面由外而内进入物料内，并将物料内溶质溶解，由内而外扩散至物料表面，最后扩散至溶剂中，随着时间的推移逐渐完成萃取，在萃取2 h后，罗汉果渣中的可萃取油脂越来越少，表现为萃取率增加缓慢。因此，从控制生产成本的角度考虑，确定合适的萃取时间为2 h。

2.1.4 CO2流量对超临界CO2萃取罗汉果渣油的影响

在CO2流量分别为10、15、20、25、30 L/h，萃取压力25 MPa，萃取温度40℃，萃取时间2 h，分离釜Ⅰ温度40℃条件下，考察CO2流量对超临界CO2萃取罗汉果渣油萃取率的影响。结果见图4。

由图4可以看出，CO2流量在10～20 L/h之间时，随着CO2流量的增加，罗汉果渣油的萃取率逐渐增加，但是当CO2流量大于20 L/h后，萃取率略微下降。分析可能原因：在罗汉果渣中油脂的萃取过程中，随着CO2流量的增加，CO2中的溶质浓度相对减小，根据萃取过程传质机理，传质动力增大，萃取率即增大，但CO2流量过大，CO2与物料的接触时间会相对缩短，有可能会导致萃取率的降低，同时CO2流量过大，会导致萃取过程能耗增加，CO2损耗加快。综合考虑，选择CO2流量为20 L/h。

图4 CO2流量对萃取率的影响

2.2 响应面优化实验

2.2.1 超临界CO2萃取罗汉果渣油工艺回归模型的建立

结合单因素实验结果，以罗汉果渣油的萃取率(Y)为考察指标，选取萃取压力(X1)、萃取温度(X2)、萃取时间(X3)为考察因素，每个因素设计3个水平，进行响应面优化实验。响应面因素水平见表1，实验设计及结果见表2。

表1 响应面因素水平

表2 实验设计及结果

采用Design-Expert V 8.0.6软件对表2的实验结果进行回归分析，得到超临界CO2萃取罗汉果渣油萃取率的回归方程：

2.2.2 超临界CO2萃取罗汉果渣油工艺回归模型方差分析

表3 回归模型方差分析

利用Design-Expert V 8.0.6软件进行优化分析，得到超临界CO2萃取罗汉果渣油的最佳工艺条件为萃取压力26.48 MPa、萃取温度44.84℃、萃取时间2.33 h、CO2流量20 L/h、分离釜Ⅰ温度40℃，在此条件下，罗汉果渣油萃取率6.72%。

考虑到实际操作的方便，将超临界CO2萃取罗汉果渣油的最佳工艺条件调整为：萃取压力26.5 MPa，萃取温度45℃，萃取时间2.33 h，CO2流量20 L/h，分离釜Ⅰ温度40℃。在最佳条件下进行3次重复验证性实验，取平均值，得超临界CO2萃取罗汉果渣油萃取率 6.68%，实验值与预测值接近，验证了该模型的可靠性。

2.3 超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂GC-MS成分分析

对超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂进行GC-MS分析，鉴定出超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂的主要成分见表4。

表4 超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂主要成分

由表4可以看出，已鉴定出的主要成分含量约占总油脂的89.37%，超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂中主要成分有亚油酸(30.78%)、角鲨烯(16.81%)等。亚油酸是人类公认的必需脂肪酸，具有降低胆固醇、预防动脉粥样硬化和心脑血管的作用。角鲨烯又称鱼肝油萜，具有提高体内超氧化物歧化酶(SOD)活性、增强机体免疫能力、改善性功能、抗衰老、抗疲劳、抗肿瘤等多种生理功能，是一种无毒性的具有防病治病作用的活性物质。由此可见，超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂有效成分较多，营养价值丰富，具有较大开发价值。

3 结 论

(1)采用单因素实验和响应面实验对超临界CO2萃取罗汉果渣油工艺进行研究，获得超临界CO2萃取罗汉果渣油的最佳工艺条件为：萃取压力26.5 MPa，萃取温度45℃，萃取时间2.33 h，CO2流量20 L/h，分离釜Ⅰ温度40℃。在最佳工艺条件下，超临界CO2萃取罗汉果渣油萃取率6.68%。影响超临界CO2萃取罗汉果渣油萃取率的主次因素为萃取压力>萃取时间>萃取温度。

(2)对最佳萃取工艺条件下超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂进行GC-MS分析可知，超临界CO2萃取罗汉果渣所得油脂中亚油酸含量(30.78%)最高，其次是角鲨烯(16.81%)，具有较大的开发价值。

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Extraction ofSiraitiagrosvenoriiresidue oil by supercritical CO2and its composition analysis

WANG Wencheng1，RAO Jianping2，ZHANG Yuanzhi2，YAO Sheyue2，YOU Huijun2，LIN Yamin2

(1.Food and Biological Engineering Department，Zhangzhou Institute of Technology，Zhangzhou 363000，Fujian，China; 2.Fujian Provincial Key Laboratory for Extracting & Processing Technology of Edible Plant，DAMIN Foodstuff (Zhangzhou) Co.，Ltd.，Zhangzhou 363000，Fujian，China)

The extraction conditions of oil fromSiraitiagrosvenoriiresidue by supercritical CO2.were optimized by single factor experiment and response surface methodology.The results showed that the optimal extraction conditions ofSiraitiagrosvenoriiresidue oil by supercritical CO2were obtained as follows：extraction pressure 26.5 MPa，extraction temperature 45℃，extraction time 2.33 h，flow rate of CO220 L/h and separation kettle Ⅰ temperature 40℃.Under the optimal conditions，the extraction rate was 6.68%.The composition ofSiraitiagrosvenoriiresidue oil was analyzed by GC-MS，and the results demonstrated that the content of linoleic acid (30.78%) inSiraitiagrosvenoriiresidue oil was the highest，followed by squalene (16.81%)，which showed a great development value.

supercritical CO2extraction;Siraitiagrosvenoriiresidue oil; composition; GC-MS

2016-03-21；

2016-09-21

王文成(1982)，男，讲师，硕士，研究方向为农产品加工及贮藏(E-mail)75621278@qq.com。

张远志，高级工程师(E-mail)turelife@163.com。

TS209;TS222

A

1003-7969(2017)01-0125-05