沙葱籽油的超临界CO2萃取及成分分析

张君萍，侯喜林,*，董海艳，俞 阗，马志虎

(1.南京农业大学 作物遗传与种质创新国家重点实验室，江苏 南京 210095；2.农业部南方蔬菜遗传改良重点开放实验室，江苏 南京 210095)

沙葱籽油的超临界CO2萃取及成分分析

张君萍1,2，侯喜林1,2,*，董海艳1,2，俞 阗1，马志虎1,2

(1.南京农业大学 作物遗传与种质创新国家重点实验室，江苏 南京 210095；2.农业部南方蔬菜遗传改良重点开放实验室，江苏 南京 210095)

以野生沙葱种子为原料，利用超临界CO2流体萃取沙葱籽油。在单因素试验基础上，采用正交试验设计，考察压力、温度、萃取时间、CO2流量4因素对沙葱籽油萃取率的影响。研究得出最佳萃取条件为压力35MPa、温度45℃、萃取时间120min、CO2流量35kg/h，在此条件下油脂萃取率为15.00%。利用GC-MS对沙葱籽油分析，发现沙葱籽油中不饱和脂肪酸主要为亚油酸(63.24%)和油酸(15.99%)，占脂肪酸总量的86.65%；饱和脂肪酸以棕榈酸(7.93%)为主，占脂肪酸总量的13.35%。用常规方法对沙葱籽油的理化性质进行测定，结果表明超临界CO2流体萃取法得到的沙葱籽油各项理化指标均良好，产物纯度高、品质好。

超临界CO2流体萃取；沙葱籽油；气相色谱-质谱分析；理化性质

沙葱为百合科(Liliaceae)葱属(Allium)植物，学名蒙古韭(Allium mongolicum Regel)，是一种多年生鳞茎草本植物，多生长于荒漠地带的砂地或干旱山坡。分布于蒙古国南部、俄罗斯和哈萨克斯坦以及我国西北的内蒙古、甘肃、新疆等地[1-2]。沙葱是一种可食用的野生蔬菜，富含各种营养成分[3]和葱属植物特有的活性物质[4]，而且地上部分可入蒙药，主治消化不良、不思饮食、秃疮、青腿病等[5]。近年来，国内外开展沙葱研究与利用的报道还比较少，而有关沙葱籽的研究更是少见。为数不多的报道主要集中在沙葱的植物学特征及分布、营养价值、饲用价值、沙葱多糖和挥发油的提取分析及药理作用等方面，而对沙葱籽的研究仅限于沙葱种子的营养价值与生理方面，其化学成分及药理活性方面的研究未见报道。目前，从植物种子中提取油脂的方法有溶剂回流提取法、冷浸法、热榨法、超临界CO2流体萃取法、超声波萃取法等。但从提取效率、产物纯度、溶剂残留问题等角度综合考虑，超临界CO2流体萃取技术具有操作方便、能耗低、提取效率高、产品纯度高等优点，已经应用于生物医药、食品等领域，尤其在油脂提取中得到较好的应用[6]。国内超临界CO2流体萃取已涉及大部分油料作物，并且对一些蔬菜、药用等特种植物开展油脂研究，但关于沙葱籽油的超临界CO2流体萃取及其成分等方面的研究尚未见报道。沙葱籽含油量15%，其中富含亚油酸、油酸等不饱和脂肪酸以及多种功能性成分，是一种很好的保健植物油，具有很高的研究与开发价值。本研究利用超临界CO2流体萃取对野生沙葱籽的油脂类成分进行萃取，利用正交试验法研究萃取工艺参数(萃取压力、温度、时间和CO2流量)对沙葱籽油萃取得率的影响，同时利用GC-MS分析萃取的沙葱籽油的组成成分，用常规方法对沙葱籽油的理化性质进行测定，旨在为沙葱资源的进一步开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

沙葱籽为野生沙葱(Allium mongolicum Regel)的干燥成熟种子，购自内蒙古阿拉善左旗沙产研究所，由南京农业大学园艺学院侯喜林教授鉴定。将沙葱种子过粗筛去除尘土和杂质，清水漂洗，于40～50℃鼓风干燥6～10h或自然晾干(含水量小于6%)，粉碎过筛备用。

石油醚、9 5%乙醇、丙酮、氢氧化钾、硫代硫酸钠、碘化钾、一氯化碘、三氯甲烷(均为分析纯)。

1.2 仪器与设备

HA121-50-01型超临界二氧化碳萃取装置 南通华安超临界萃取有限公司；BS423-S精密天平 北京Sartorius有限公司；DHG-9070型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司；FW100型高速万能粉碎机(2000r/ min) 天津市泰斯特仪器有限公司；RE-52A旋转蒸发仪上海比朗仪器有限公司；5975 inert-GC/MSD型气相色谱-质谱联用仪、DB-5MS毛细管柱(30m×0.32mm×0.25 μm) 美国Agilent公司；WYA阿贝折光仪 上海精密科学仪器有限公司；WSL-2罗维朋比色计 南京娇子藤科学器材有限公司；HH·511-4电热恒温水浴锅 北京长安科学仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 沙葱籽油的超临界CO2萃取工艺流程

沙葱籽→粉碎过筛(粗粉、细粉)→称量→装料→密封→升温升压至设定值→超临界条件下萃取→分离釜分离→接收沙葱籽油

1.3.2 单因素试验

分别以原料粉碎粒度、一次性投料量、萃取压力、萃取温度、萃取时间、CO2流量等为变量，以沙葱籽油萃取得率为评价指标，确定影响沙葱籽油得率的主要因素。

1.3.3 正交试验设计

以沙葱籽油的萃取得率为指标，根据单因素试验结果，选取对沙葱籽油得率影响最大的4个因素(萃取压力、萃取温度、萃取时间、CO2流量)为变量，设计四因素三水平的正交试验(表1)，每个处理做3个重复，计算出每个处理的平均萃取率。

表1 沙葱籽油超临界CO2萃取正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for optimizing the supercritical fluid CO2 extraction of Allium mongolicum seed oil

1.3.4 油样的甲酯化

称取上述方法获得的萃取物5g，加1mol/L KOH/ EtOH 30mL进行皂化处理，得脂肪酸的皂化物。取此皂化物5g溶于质量百分数2%的H2SO4/MeOH 30mL中进行甲酯化，得到脂肪酸的甲酯化物，进行GC-MS分析。

1.3.5 GC-MS条件

采用直接进样法，GC条件：DB-5MS毛细管柱，初始温度100℃，保持1min，以8℃/min升至290℃，保持15min，进样口温度280℃，载气为氦气，载气流速0.8mL/min，进样量1μL，分流比30:1；MS条件：EI离子源，电子能量70eV，FID检测器，离子源温度230℃，接口温度280℃，质量扫描范围20～550u，全离子扫描，按峰面积归一化法对各组分进行定量分析，对GC-MS分离出的各组分质谱图，检索NIST 02(US national institute of standards and technology)谱图数据库，再进行沙葱籽分离组分成分比对分析(上述分析由南京大学现代分析中心协助完成)。

1.3.6 沙葱籽油理化性质的测定

色泽的测定，参照GB/T 5525—1985《植物油脂检验：透明度、色泽、气味、滋味鉴定法》罗维朋色调计法；相对密度的测定，参照GB/T 5526—1985《植物油脂检验：比重测定法》比重瓶法；折光指数的测定，参照GB/T 5527—1985《植物油脂检验：折光指数测定法》方法；酸值的测定，参照GB/T 5530—1985《植物油脂检验：酸价测定法》酸碱中和滴定法；碘值的测定，参照GB/T 5532—1985《植物油脂检验：碘价测定法》韦氏(Wijis)方法；皂化值的测定，参照GB/T 5534—1995《动植物油脂皂化值的测定》方法；过氧化值的测定，参照GB/T 5538—2005《动植物油脂：过氧化值测定》方法。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

单因素试验结果表明，影响超临界CO2流体萃取沙葱籽油得率的主要因素是萃取压力、萃取温度、萃取时间和CO2流量。各单因素试验所得最佳条件分别为原料粉碎粒度20～40目、一次性投料量150g、萃取压力29～31MPa、萃取温度44～46℃、萃取时间70～90min、CO2流量38～42kg/h、分离釜Ⅰ压力控制在8～10MPa、分离釜Ⅰ温度44～46℃、分离釜Ⅱ压力4～6MPa、分离釜Ⅱ温度34～36℃。在该条件下沙葱籽油得率较高，为14.5%，且油色呈淡黄色、油质清亮、无杂质、具有沙葱籽油特殊的风味。因此，选取萃取压力2 5～35MPa、萃取温度40～50℃、萃取时间40～120min、CO2流量35～45kg/h进行后续的正交试验设计，优化沙葱籽油的超临界CO2流体萃取工艺参数。

2.2 正交试验

依据单因素试验结果，进行四因素三水平正交试验，试验设计与数据分析见表2。

表2 沙葱籽油超临界CO2萃取正交试验设计及结果Table 2 Design and results of orthogonal tests for optimizing the supercritical fluid CO2 extraction of Allium mongolicum seed oil

用超临界CO2流体萃取沙葱籽油，压力是影响萃取油得率的主要因素。根据试验，油脂在CO2中的溶解度随着压力的增加而增大。但压力较高，导致设备投资和不安全因素增加，故在沙葱籽油的超临界CO2萃取中萃取压力选在30～35MPa。萃取温度对萃取得率具有双重作用[7]，温度在一定范围内由低温向高温逐渐过渡时，萃取得率迅速增加；但在较高温度条件下，CO2流体密度显著降低，使油脂的溶解度下降，萃取得率又随温度的持续增加而下降。综合考虑，萃取温度在45℃是比较理想的。萃取时间对沙葱籽油萃取得率的影响比较简单，随着萃取时间的延长，萃取得率逐渐增加，但增加幅度逐渐减少，即萃取时间对萃取率提高的影响逐渐减小。本试验得出的最佳时间为120min。CO2流量过大时，CO2流体在萃取釜中的停留时间相对减少，与溶质来不及充分作用就被循环走，因此从本试验所选的流量范围来看，CO2流量不宜过大，一般控制在35～40kg/h就可以了。试验结果(表2)表明：在所选定的实验范围内，4因素主次关系为：萃取压力对沙葱籽油的萃取影响最大，萃取时间和萃取温度次之，CO2流量对沙葱籽油的萃取影响最小。由此得出超临界CO2流体萃取沙葱籽油的最佳工艺参数组合为A3B2C3D1，即萃取压力35MPa、萃取温度45℃、萃取时间120min、CO2流量35kg/h，萃取效果最佳，在此工艺条件下，沙葱籽油的萃取率可达15.00%。

2.3 沙葱籽油的GC-MS分析

图1 超临界CO2萃取沙葱籽油中脂肪酸甲酯的总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of fatty acid methyl ester in Allium mongolicum seed oil extracted by supercritical fluid CO2

表3 沙葱籽油脂肪酸组成Table 3 Fatty acid compositions of Allium mongolicum seed oil

经GC-MS分析得总离子流色谱图(图1)，排除溶剂峰影响，用峰面积归一法对各组分进行定量分析，共鉴定出10个组分(表3)。结果显示利用超临界CO2萃取的沙葱籽油的主要成分为脂肪酸，饱和脂肪酸以棕榈酸(7.933%)、硬脂酸(4.145%)为主，占脂肪酸总量的13.35%，不饱和脂肪酸以亚油酸(63.244%)、油酸(15.991%)为主，另外检出单不饱和脂肪酸7-十八碳烯酸(2.06%)、11-二十碳烯酸(2783%)，不饱和脂肪酸占脂肪酸总量的86.65%。沙葱籽含油量(15%)与韭菜籽[8]、大豆[9]、玉米[10]的含油量相近。不饱和脂肪酸的量和人体必需的亚油酸含量是评价油脂营养价值的重要指标。沙葱籽油不饱和脂肪酸相对含量为86.65%，高于豆油(84.5%)和花生油(78%)。亚油酸相对含量为63.24%，远远高于花生油(22%)、菜籽油(14.70%)、香椿籽油(54.73%)和芝麻油(47.65%)[11]。亚油酸是人体重要的必需脂肪酸，可与胆固醇结合，对防治心血管疾病有良好效果，也是合成前列素的前体物质，有相当重要的生理功能[12]，可见沙葱籽油的营养价值很高，是很好的保健植物油的来源。

2.4 沙葱籽油的理化性质分析

用常规方法对沙葱籽油的理化性质进行测定，测定结果见表4。结果表明超临界CO2流体萃取法得到的沙葱籽油的理化特征常数均符合国家有关标准。油色泽较浅，澄清透明，具有较低的酸值、过氧化值，较高的皂化值。沙葱籽油的碘值为98.18g I2/100g，表明沙葱籽油是一种不干性油[13]，含有大量不饱和双键，具有较高的开发价值。

表4 沙葱籽油的理化性质Table 4 Physico-chemical properties of Allium mongolicum seed oil

3 结论与讨论

在单因素试验基础上，通过正交试验设计法对超临界CO2流体萃取沙葱籽油工艺进行设计并优化。研究结果表明，萃取压力对沙葱籽油的萃取影响最大，萃取时间和萃取温度次之，CO2流量对沙葱籽油的萃取影响最小。超临界CO2萃取沙葱籽油的最佳工艺条件为萃取压力35MPa、萃取温度45℃、萃取时间120min、CO2流量35kg/h。在此条件下沙葱籽油萃取得率为15.00%。通过对超临界CO2萃取的沙葱籽油的理化性质及脂肪酸成分分析，沙葱籽油的理化特征常数均符合国家有关标准。沙葱籽油富含不饱和脂肪酸(86.65%)，其中亚油酸含量达63.24%。不饱和脂肪酸对人体具有多种生理有益的生化功能，可防止细胞衰老，降血脂，提高细胞的活性、增强记忆力，预防老年痴呆症、防癌等多种作用[14]。由于部分不饱和脂肪酸如亚油酸等无法由人体自身合成，须从食物中摄取，所以亚油酸含量的高低也是评价食用油质量的指标之一。因此，沙葱籽油是一种理想的营养保健食用油，开发此资源具有一定的应用价值。超临界CO2流体萃取沙葱籽油，不仅工艺流程简单，在萃取时间、萃取油质量上更适于食用油脂的提取，因此利用超临界CO2流体萃取沙葱籽油具有广阔的应用前景。

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Supercritical Fluid CO2Extraction and Composition Analysis of Allium mongolicum Seed Oil

ZHANG Jun-ping1,2，HOU Xi-lin1,2,*，DONG Hai-yan1,2，YU Tian1，MA Zhi-hu1,2
(1. State Key Laboratory of Crop Genetics and Germplasm Enhancement, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China；2. Key Laboratory of Southern Vegetable Crop Genetic Improvemen, Ministry of Agriculture, Nanjing 210095, China)

Supercritical fluid CO2 extraction was applied to extract oil from Allium mongolicum seeds. Based on single factor experiments, the effects of extraction pressure, extraction temperature, extraction time and CO2 flow rate on extraction rate of Allium mongolicum seed oil were explored by orthogonal design. The results indicated that the optimal extraction conditions were extraction pressure of 35 MPa, extraction temperature of 45 ℃, extraction time of 120 min and CO2 flow rate of 35 kg/h. Under the optimal extraction conditions, the extraction rate of Allium mongolicum seed oil was 15.00%. GC-MS analysis showed that fatty acids in Allium mongolicum seed oil were composed of 86.65% unsaturated fatty acids and 13.35% saturated fatty acids. Furthermore, linoleic acid (63.24%), oleic acid (15.99%) and palmitic acid (7.93%) were major fatty acids in Allium mongolicum seed oil. Therefore, supercritical fluid CO2 extraction can provide excellent physico-chemical properties, high purity and quality for Allium mongolicum seed oil.

supercritical fluid CO2 extraction；Allium mongolicum seed oil；GC-MS；physico-chemical property

S633.9

A

1002-6630(2011)06-0053-04

2010-06-17

国家公益性行业(农业)科研专项(200903018)

张君萍(1978—)，女，博士研究生，研究方向为天然药物化学。E-mail：xj2010zhangjp@sina.com

*通信作者：侯喜林(1960—)，男，教授，博士，研究方向为园艺与药用植物。E-mail：hxl@njau.edu.cn