洛党参超临界CO2萃取工艺优化及其萃取物在洛党参酱香露酒中的应用

王先桂，郑 艳，曾 丹，许华杰，姚玉霖，张昌发，胡鹏刚

（1.茅台学院 实验实训教学中心，贵州 遵义 564501；2.贵州大学 酿酒与食品工程学院，贵州 贵阳 550025；3.贵州珍酒酿酒有限公司，贵州 遵义 563000）

洛党参因初产于贵州遵义市道真县洛龙镇而得名，为桔梗科党参（Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf.）属植物，是道真县地方特色中药材[1]。党参属植物具有多种药理作用，如党参多糖能够起到降低血糖[2]、抗肿瘤等作用[3]；党参乙醇提取物具有显著的抑菌作用[4]，此外，党参属植物还具有抗应激、抗氧化、消炎、改善生长性能和提高记忆力等功能[4-5]。2014年04月08日，原国家质检总局批准对洛党参实施地理标志产品保护，产地范围为贵州省道真县现辖行政区域[6]。关于洛党参的研究目前主要集中在栽培技术[7-12]、贮藏保鲜[13]、质量评价[14-15]和产业发展[16]上，对提高洛党参应用价值的研究还较少。

超临界流体萃取技术是一种新型萃取技术，具有选择性强、萃取率高、能耗少、无试剂污染、活性成分保留完好等特点，特别适用于食材或药材的提取[17]。刘同举等[18-20]对超临界CO2萃取党参工艺进行了相关研究，而目前利用超临界CO2萃取洛党参的工艺及萃取物应用的研究较少。将洛党参萃取物添加到酱香型白酒中一方面可以为洛党参的应用提供一个新的参考方向，另一方面可为其在酱香型白酒勾调技术应用上提供一个新的选择。

本研究以洛党参为研究对象，使用超临界CO2萃取技术对洛党参进行萃取，采用单因素试验和响应面分析优化萃取工艺，并将洛党参萃取物与酱香型基酒融合成露酒，为洛党参的应用研究提供基础和一定的方向，有利于提高洛党参产业附加值，拓宽应用途径，助力乡村振兴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

洛党参：贵州省遵义市道真县洛龙镇；53%vol酱香型白酒半成品：茅台镇购买；食品级CO2：遵义市望江气体有限公司；无水乙醇（分析纯）：重庆万盛川东化工有限公司；党参炔苷（纯度≥98%）：北京索莱宝科技有限公司；乙腈（色谱级）：上海阿拉丁生化科技有限公司。其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

SFE-2超临界CO2萃取系统：美国ASI公司；1260高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）仪：美国Agilent公司；ME204E电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；FW400A高速万能粉碎机：北京科伟永兴仪器有限公司；TDL-80-2B低速离心机：上海安亭科学仪器厂；CU-420恒温水浴锅：上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

选择品相饱满、无蛀虫、无腐烂、干燥的洛党参，清理干净附着在其表面的残留尘土，然后切成长度1～2 cm的根块，经粉碎机破碎，过筛分级，通过不同目数的筛子得到相应物料的粒径，分装待用。

1.3.2 洛党参的萃取

准确称取一定质量、一定粒度的样品装入萃取釜中，装填量为萃取釜的90%，在萃取温度55 ℃、压强25 MPa、CO2流速3 L/min的条件下萃取60 min，由于洛党参为干燥样品，故采用无水乙醇作为夹带剂在0.2 mL/min的流速条件下进行萃取，在超临界CO2通过样品的萃取作用下使洛党参的成分被尽可能的萃取出来，最后减压使之两者分离得到萃取物，称其质量，计算萃取率[18]，其计算公式如下：

1.3.3 洛党参萃取工艺优化单因素试验

采用单因素轮换法依次考察物料粒度（10目、20目、40目、60目）、萃取温度（40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃）、萃取压强（20 MPa、25 MPa、30MPa、35MPa、40 MPa、45MPa）及萃取时间（40 min、50 min、60 min、70 min、80 min、90 min）对洛党参物质萃取率的影响。

1.3.4 洛党参萃取工艺优化响应面试验

在单因素试验的基础上，以物料粒度（A）、萃取温度（B）、萃取压强（C）、萃取时间（D）为自变量，以萃取率（Y）为响应值，采用Design Expert 10.0.7软件设计4因素3水平的响应面试验[21-23]，试验因素与水平见表1。

表1 洛党参超临界CO2萃取工艺优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface tests for supercritical CO2 extraction technology optimization of Luolong Codonopsis pilosula

1.3.5 洛党参萃取物酱香露酒的制备

以53%vol酱香型白酒为基酒，称取洛党参萃取物0.407 g溶于50 mL基酒，离心去除不溶性物质后得到质量浓度为8.140mg/mL的洛党参萃取物配制液，按表2的比例将洛党参萃取物配制液和基酒行进配制得到洛党参萃取物酱香露酒。

表2 洛党参萃取物配制液与基酒的比例Table 2 Ratio of preparation liquid of Luolong Codonopsis pilosula extracts and base liquor

1.3.6 洛党参萃取物酱香露酒的感官评定

参考GB/T 27588—2011《露酒》[24]设计洛党参萃取物酱香露酒的感官评分标准，在白酒专业品酒室，由3名省级白酒评委和2名长期从事品酒工作的人员组成品评组，对洛党参萃取物酱香露酒的外观、香气、口感及风格进行感官评定，满分100分，具体评价标准见表3。

表3 洛党参萃取物酱香露酒的感官评分标准Table 3 Sensory evaluation standards of Luolong Codonopsis pilosula extracts sauce-flavor Lujiu

1.3.7 洛党参萃取物酱香露酒品质分析

根据GB/T 27588—2011《露酒》[24]要求测定洛党参萃取物酱香露酒的理化和卫生指标，并采用高效液相色谱法测定露酒中党参炔苷含量[25-26]。

2 结果与分析

2.1 超临界CO2萃取洛党参工艺优化单因素试验

2.1.1 物料粒度对萃取率的影响

不同物料粒度对洛党参萃取率的影响见图1。由图1可知，在物料粒度10～40目范围内，洛党参萃取率会随着物料粒度目数的增大而增大，分析原因可能是，随着洛党参颗粒越来越小，萃取时越有助于CO2流体进入到颗粒的内部，从而带出更多的膏体物质[18]；当物料粒度＞40目时，萃取率开始下降，分析原因可能是，颗粒过小导致颗粒之间的间隙变小，增大了传质阻力反而不利于萃取[18]。当物料粒度为40目时，洛党参萃取物的萃取率最高，为1.681%，超过了刘同举等[18]在该物料粒度条件下1.250%的党参萃取率，因此，确定最佳的物料粒度为40目。

图1 物料粒度对萃取率的影响Fig.1 Effect of material particle size on extraction rate

2.1.2 萃取温度对萃取率的影响

CO2处于超临界状态时的临界温度是31.1 ℃，故试验的萃取温度不能低于该温度值，同时超临界CO2萃取的物质一般为热敏感性物质，萃取釜的温度设置最好在35～60℃[27]。不同萃取温度对洛党参萃取率的影响见图2。

图2 萃取温度对萃取率的影响Fig.2 Effect of extraction temperature on extraction rate

由图2可知，在萃取温度40～55 ℃范围内，升温可以提高萃取率，但当萃取温度高于55 ℃之后，升温反而会降低萃取率。分析原因可能是，升温能提高萃取物的饱和蒸气压从而提高其在超临界流体中的溶解度，同时增加了流体的扩散速率利于传质，但萃取温度过高会降低超临界流体的密度从而影响其溶解能力，CO2流体与萃取物的结合能力和携带能力下降从而使得萃取率下降[18-19]。当萃取温度为55 ℃时，萃取率最高为1.694%，这与刘同举等[18-20]的研究结果一致，因此，确定最佳萃取温度为55 ℃。

2.1.3 萃取压强对萃取率的影响

不同萃取压强对洛党参萃取率的影响见图3。由图3可知，压强是影响超临界萃取率的重要因素之一，萃取压强增大有利于洛党参的超临界萃取，压强太小，当萃取压强为20 MPa时，萃取率仅有1.522%；当萃取压强上升至30 MPa时，萃取率可以达到1.695%；压强继续增大，萃取率基本保持不变。这有可能是由于CO2流体的溶解能力与其密度有关，当萃取温度一定时，CO2流体的密度与压强为正相关关系，压强增大会使CO2流体密度增大，其溶解能力也就增强，所以萃取率逐渐升高[18-20]；当萃取压力增加到一定值时，CO2流体的溶解能力达到平衡，增加萃取压强，萃取率将基本保持不变。当萃取压强为30 MPa时，萃取率已基本达到最高，萃取率为1.695%，超过了刘同举等[18，20]在该条件下的党参萃取率。综合考虑经济合理、设备稳定和实现最大产量3个方面，确定最佳萃取压强为30 MPa。

图3 萃取压强对萃取率的影响Fig.3 Effect of extraction pressure on extraction rate

2.1.4 萃取时间对萃取率的影响

萃取时间对洛党参萃取率的影响见图4。由图4可知，随着萃取时间的延长，萃取率呈先升高后趋于稳定的趋势，分析原因可能是萃取时间＜60 min前，萃取物不断累积，到60 min左右时到达萃取平衡状态，萃取率达到最大值，萃取60 min之后萃取率基本保持不变；当萃取时间为60 min时，萃取率已基本达到最高，萃取率为1.696%，超过了刘同举等[18，20]在该条件下的萃取率。达到萃取平衡后继续萃取可能对萃取物成分有所影响，同时增加CO2流体消耗，综合考虑经济合理、工作效率和实现最大产量3个方面，故选择最佳的萃取时间为60 min。

图4 萃取时间对萃取率的影响Fig.4 Effect of extraction time on extraction rate

2.2 洛党参萃取条件优化响应面结果与分析

2.2.1 响应面试验结果与分析

响应面试验设计及结果见表4，方差分析结果见表5。

表4 洛党参超临界CO2萃取工艺优化Box-Behnken试验设计及结果Table 4 Design and results of Box-Behnken experiments for supercritical CO2 extraction technology optimization of Luolong Codonopsis pilosula

续表

表5 回归模型的方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

运用Design Expert 10.0.7软件对表4试验结果进行多元回归拟合，得到萃取率响应面的回归方程为：

由表5可知，模型的P＜0.01，极显著；失拟项的P=0.507 1，不显著；说明回归模型拟合性好，用于分析萃取压强、物料粒度、萃取温度和萃取时间对洛党参萃取率的影响是有意义的。模型决定系数R2为0.979 1，调整决定系数R2Adj为0.991 0，说明该模型拟合程度较好。由表5亦可知，一次项A、B、C、D，交互项AB、AC、BC、BD、CD及二次项A2、B2、C2、D2对结果影响极显著（P＜0.01），交互项AD对结果影响不显著（P＞0.05）。

各因素间交互作用对萃取率影响的响应面及等高线见图5。由图5可知，在交互作用中，萃取压强与物料粒度、萃取压强与萃取温度、物料粒度与萃取温度、萃取温度与萃取时间交互作用对萃取率影响的响应曲面走势相对较陡，说明其影响显著；萃取压强与萃取时间交互作用对萃取率影响的响应面走势相对平滑，说明其影响不显著；该结果与方差分析结果一致。

图5 各因素间交互作用对萃取率影响的响应面及等高线Fig.5 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between each factor on extraction rate

2.2.2 最佳条件确定及验证

通过Design Expert 10.0.7软件对回归模型进行求解，得出最优萃取条件为：萃取压强31.2 MPa、物料粒度53.8目、萃取温度52.8 ℃、萃取时间63.5 min，预测的萃取率为1.691%。为便于实际操作，将最优萃取条件修定为萃取压强31 MPa、物料粒度50目、萃取温度53 ℃、萃取时间64 min，为了验证模型的预测值与实际试验得到的结果是否一致，在最优条件下重复试验3次，得到的萃取率为1.698%，重复试验的相对标准偏差为0.391%，这与试验模型的预测值相差不大，说明优化结果稳定可靠。

2.3 洛党参萃取物酱香露酒品质分析

2.3.1 洛党参萃取物酱香露酒的感官评定

洛党参萃取物酱香露酒的感官评分见表6。

表6 洛党参萃取物酱香露酒的感官评价结果Table 6 Sensory evaluation results of Luolong Codonopsis pilosula extracts sauce-flavor Lujiu

由表6可知，在外观色泽方面，1#露酒无色、清澈透明，2#～4#露酒呈清澈透明的微黄色，且随着洛党参萃取物含量的增加而逐渐加深，4#露酒呈现较为明显的微黄色，4个露酒酒体均无沉淀和杂质，无浑浊感；在香气感官方面，1#露酒酱香浓郁，但带有一点微弱的咸菜味，无洛党参特征香气，2#露酒酱香浓郁，同时还带有一种植物特殊清香及洛党参生青味，给酒体增加了清新感但洛党参特征香气不明显，3#露酒酱香浓郁，洛党参独有药香浓郁，香气协调自然，4#露酒酱香浓郁，洛党参药香味则过于突出，不愉快感觉明显，香气不够协调；在口感评价方面，4个酒体都具有醇厚感，1#露酒刺激感强烈，伴有轻微的苦涩味，2#露酒刺激感同样强烈，但苦涩味减弱，3#和4#露酒刺激感有减弱，苦涩味感觉轻微，吞咽后柔和回甜；在风格综合评价方面，2#和3#露酒都很协调，但两者侧重点不同，2#露酒为酱香中带有植物清香，3#露酒为酱香中带有洛党参独特药香，4#露酒回甜感较强但洛党参药香味过于突出显得香气不够协调。

通过评定，综合得分最高的为3#露酒，感官评分为93分，微黄透明、酱香浓郁，洛党参香舒适，入口醇厚微甜，回味悠长，风格突出。露酒在香气上赋予酱香酒特殊药香味，增加了香气的复杂性和层次感，在口感上增加了回甜可以减弱高度酒带来的刺激感，使酒体更加协调。对于露酒的最佳配制方案可根据受众人群偏好以3#露酒酒体为基础围绕洛党参萃取物添加量进行微调以达到不同人群的要求。

2.3.2 洛党参萃取物酱香露酒的理化及卫生指标

由表7可知，1#～4#露酒酒体的理化指标及卫生指标均符合GB/T 27588—2011《露酒》[24]要求，产品均合格，其中综合得分最高的3#露酒，其洛党参特征性指标党参炔苷含量为0.53 mg/L。

表7 洛党参萃取物酱香露酒的理化及卫生指标Table 7 Physicochemical and hygiene indicators of Luolong Codonopsis pilosula extracts sauce-flavor Lujiu

3 结论

通过单因素试验和响应面试验优化得到超临界CO2萃取洛党参最优工艺为：萃取压强31 MPa、物料粒度50目、萃取温度53 ℃、萃取时间64 min，在此条件下，洛党参萃取率为1.698%。超临界CO2萃取洛党参得到的萃取物与酱香型基酒配制成萃取物质量浓度为2.220 mg/mL的露酒，感官评分最高（93分），理化指标及卫生指标均满足国标要求，党参炔苷含量为0.53 mg/L，可以作为洛党参较好的一个应用方向。