超临界CO2流体提取洛阳牡丹籽油工艺研究

邓瑞雪，刘 振，秦琳琳，王 莉，刘雪琴，刘 普*

(河南科技大学化工与制药学院，河南 洛阳 471003)

超临界CO2流体提取洛阳牡丹籽油工艺研究

邓瑞雪，刘 振，秦琳琳，王 莉，刘雪琴，刘 普*

(河南科技大学化工与制药学院，河南 洛阳 471003)

采用单因素和正交试验法讨论超临界CO2萃取牡丹籽油过程中萃取温度、压力、时间及CO2的流量因素对牡丹籽油脂的萃取率及不饱和萃取液中脂肪酸的含量的影响。并采用GC-MS技术对油脂成分进行分析。结果表明，采用超临界CO2流体技术可以萃取牡丹籽中的油脂成分，其最佳工艺条件为压力30MPa、萃取温度40℃、萃取时间2.5h、二氧化碳流量25kg/h。此时油脂的萃取率为30.7%，萃取液中不饱和脂肪酸的相对含量可达70.81%。

牡丹籽油；超临界流体萃取；正交试验；气相色谱-质谱法(GC-MS)

牡丹(Paeonia suffruticosa Sndr)属毛茛科芍药属灌木，在我国有着广泛的栽培历史，河南洛阳、山东菏泽、安徽铜陵、陕西汉中、四川彭县等都是牡丹的主要产地。洛阳种植牡丹历史悠久，洛阳牡丹始于隋朝，盛于唐朝，甲天下于宋朝。有“洛阳地脉花最宜，牡丹尤为天下奇”之说。据统计，目前我国牡丹的种植面积已经达到30万亩以上，牡丹作为药用的主要部位是牡丹的根皮，其根皮又名丹皮，具有清热凉血、活血散瘀的功效[1-5]。牡丹籽是牡丹生产丹皮的主要副产物，每年牡丹籽的产量可以达到3万吨。文献报道[6-8]，牡丹籽含有丰富脂肪酸，其中不饱和脂肪酸的含量尤为丰富，如亚麻酸、亚油酸以及奇数碳原子的脂肪酸。亚麻酸和亚油酸是对人体健康具有特别重要作用的必须的脂肪酸，在人体内不能够自己合成，只能通过从外界摄取获得。超临界CO2萃取技术是一种新型分离技术，该技术适用于脂溶性，高沸点，热敏性物质的提取，在生物、食品、药物等许多产物的提取和纯化中有着广泛应用。本实验研究超临界CO2萃取技术提取牡丹籽中的油脂类成分的工艺条件，并通过GC-MS进行化学成分分析，以油脂的收率为依据考察萃取压力、温度、时间以及夹带剂对提取工艺条件的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牡丹籽(2007年10月采自河南洛阳牡丹园，自然干燥后，备用)。95%乙醇(分析纯)。

1.2 仪器与设备

HA221-50-06 型超临界萃取装置(由供汽系统、超临

界CO2发生系统、萃取系统和分离系统4部分组成) 江苏南通华安超临界设备公司；H P6 8 90气相色谱仪、HP5973N质谱仪(GC-MS气质联用) 美国安捷伦公司；粉碎机 河北黄骅市实验机械厂；BP210S电子分析天平德国赛多利斯有限公司。

1.3 方法

1.3.1 色谱条件

色谱柱：HP-5MS 石英毛细柱(30m×0.25mm，0.25μm)；升温程序：80℃保持1min，以8℃/min升至250℃；载气(He)流速0.8mL/min，压力2.4kPa，进样量0.5μL；分流比20:1。

1.3.2 质谱条件

电子轰击(EI)离子源；电子能量70eV；传输线温度250℃；离子源温度230℃；母离子m/z 285；激活电压1.3V；质量扫描范围m/z 27～460。

1.4 牡丹籽油脂成分的提取

将100.0g牡丹籽粉碎，过60目筛，装入萃取釜中，开启二氧化碳气瓶，用高压泵对系统加压，设置一定的萃取压力、温度、时间。收集分离釜中淡黄色半透明油状萃取物，用乙酸乙酯萃取。挥出乙酸乙酯后，用无水硫酸钠干燥过夜，得淡黄色油状物，称量，计算萃取率。

研究以萃取压力、萃取时间、萃取温度和二氧化碳的流量为因素。首先对萃取压力、时间、温度和二氧化碳的流量等因素进行单因素分析。再对这些因素设计正交试验，最后确定最佳萃取工艺参数。

2 结果与分析

2.1 萃取压力对油脂萃取率的影响

图1 萃取压力对牡丹籽油萃取率的影响Fig.1 Effect of extraction pressure on peony seed oil yield

选择萃取温度40℃、萃取时间2h、二氧化碳流量在20kg/h的条件下，考察不同萃取压力对牡丹籽油萃取率的影响。从图1可以看出，开始萃取率随着压力的增大而增加，当压力增加到30MPa时，此时萃取率达到最高，再增大压力，萃取率反而下降。原因可能是由于二氧化碳的密度会随着压力的增大而增大，同时压力增大也可以减少传质距离，增加了溶质与溶剂的传质效率，牡丹籽油的萃取率会增大。随着压力的进一步增大(超过30MPa)时，萃取率增势趋于稳定，并且压力越高，油的纯度会降低，同时增大了设备运行的成本，因此，最佳压力应选择30MPa。

2.2 萃取温度对油脂萃取率的影响

图2 萃取温度对牡丹籽油萃取率的影响Fig.2 Effect of extraction temperature on peony seed oil yield

选择萃取压力30MPa、萃取时间2h、二氧化碳流量在20kg/h的条件下，考察不同萃取温度对牡丹籽油萃取率的影响。从图2可以看出，开始萃取率随着温度的增大开始缓慢增大，后来也稍有下降，总体上温度对萃取率的影响不大。由于一方面温度的升高会导致二氧化碳流体的密度下降，使二氧化碳的溶解能力下降；另外，温度升高又使溶质的挥发性和扩散速度增大，又有利于油脂的提取。因此，最佳温度应选择40℃。

2.3 萃取时间对油脂萃取率的影响

图3 萃取时间对牡丹籽油萃取率的影响Fig.3 Effect of length of extraction on peony seed oil yield

选择萃取压力为30MPa、萃取温度40℃、二氧化碳流量在20kg/h的条件下，考察不同萃取时间对牡丹籽油萃取率的影响。从图3可以看出，开始萃取率随着温

度的增大而增大，当温度增大到2.5h后，萃取率增速趋缓。综合考虑各方面的因素，最后选择萃取时间为2.5h。

2.4 二氧化碳流量对油脂萃取率的影响

图4 二氧化碳流量对牡丹籽油萃取率的影响Fig.4 Effect of CO2flow rate on peony seed oil yield

选择萃取压力30MPa、萃取温度40℃、萃取时间2.5h的条件下，考察二氧化碳流量对牡丹籽油萃取率的影响。从图4可以看出，牡丹籽油的萃取率随着二氧化碳流量的增大而增大，当流量增大到25kg/h后，萃取率增速趋缓。综合考虑各方面的因素，最后选择萃取二氧化碳流量为25kg/h。

2.5 萃取工艺优化

表1 试验因素与水平表Table 1 Factors and levels in the orthogonal array design

表2 正交试验结果Table 2 Orthogonal array design matrix and experimental results of peony seed oil yield

根据单因素试验结果，选择L9(34)进行四因素三水平(表1)，采用超临界CO2流体法萃取牡丹籽油，根据拟定的压力、时间、温度及夹带剂二氧化碳的流量等条件，每个试验重复3次，正交试验表及分析见表2。

从表2可以看出，影响萃取率主次因素是A＞D＞B＞C，最佳工艺条件为A2D3B2C3，即压力30MPa、萃取温度40℃、萃取时间2.5h、二氧化碳流量25kg/h。在此萃取条件下，提取的牡丹籽油萃取率可以达到30.7%。

2.6 牡丹籽油主要成分分析

采用气质法分析牡丹籽油主要成分，总离子流图如图5所示。用超临界CO2流体萃取法共从牡丹籽萃取油中鉴定出33种成分。采用面积归一法得到各个组分的相对含量，各个峰相应的质谱采用与标准谱图NIST对照进行检索，并逐个解析各个峰对应的质谱图。

图5 牡丹籽油总离子流色谱图Fig.5 Total ion current chromatograms of peony seed oil extracted in this study: a. close-up view; and b. partial enlarged view

从表3可以看出，超临界二氧化碳萃取牡丹籽油中共分析检索得到33种化学成分。牡丹籽油中中不饱和脂肪酸的相对含量为总油量的70.81%，其中亚麻酸占32.38%，亚油酸占20.57%，棕榈酸13.36%；饱和脂肪酸相对含量为10.13%，其他成分相对含量为19.06%。

表3 牡丹籽油脂成分组成Table 3 Chemical composition analysis of peony seed oil extracted in this study

3 结 论

超临界二氧化碳流体萃取可以用于牡丹籽中油脂成分的萃取，其萃取牡丹籽油最佳工艺条件为压力30MPa、萃取温度40℃、萃取时间2.5h、二氧化碳流量25kg/h，此时牡丹籽油的萃取率为30.7%。萃取物中不饱和脂肪酸的相对含量超过70%，其中其中亚麻酸32.38%、亚油酸20.57%、棕榈酸13.36%。

牡丹籽油不饱和脂肪酸的含量较为丰富，主要为亚麻酸、亚油酸和棕榈酸，这些都是具有一定生物活性保持人体健康必须的脂肪酸。因此，展开对牡丹籽油脂提取工艺及成分分析的研究，对于开发具有营养保健作用的功能油脂具有非常重要的意义。

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Optimization of Supercritical CO2Extraction and Analysis of Chemical Composition of Peony Seed Oil

DENG Rui-xue，LIU Zhen，QIN Lin-lin，WANG Li，LIU Xue-qin，LIU Pu*
(School of Chemical Engineering and Pharmaceutics, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China)

Single factor and orthogonal array design method were used to optimize the extraction of peony seed oil using supercritical carbon dioxide (SC-CO2) with respect to the effects of extraction pressure and temperature, length of extraction. Along with this, the chemical composition of the extracted peony seed oil was analyzed by GC-MS. The results showed that the optimized SC-CO2 extraction for 2.5 h at 40 ℃, 30 MPa and a CO2 flow rate of 25 kg/h resulted in a maximum oil yield of 30.7%. The total content of unsaturated fatty acids of the extracted peony seed oil was 70.81%.

peony seed oil；supercritical carbon dioxide (SC-CO2) extraction；orthogonal array design；gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

TQ420.66

A

1002-6630(2010)10-0142-04

2009-07-07

河南科技大学博士启动基金项目(09001334)；河南科技大学青年科学基金项目(2007QN018)；河南科技大学大学生训练计划项目(2008061)

邓瑞雪(1978—)，女，讲师，博士，研究方向为活性天然产物及其合成。E-mail：dengliu20022002@yahoo.com.cn

*通信作者：刘普(1978—)，男，副教授，博士，研究方向为天然产物及其开发。E-mail：liudeng20022002@yahoo.com.cn