黑果腺肋花楸果实抗氧化物质超临界二氧化碳流体萃取研究

王鹏(辽宁省干旱地区造林研究所,辽宁 朝阳 122000)

黑果腺肋花楸(Aroniamelanocarpa)属于蔷薇科植物[1]，该树种不但可以作为观赏绿化树种，而且果实中富含多种抗氧化物质，具有很高的保健价值[3-6]。利用超临界流体萃取技术，可以将黑果腺肋花楸果实中的抗氧化物质萃取出来，通过进一步精细加工，形成初级工业产品，可应用于保健食品、医药、化妆品、天然色素等多个领域。本研究以黑果腺肋花楸果实为原料，利用超临界萃取技术，提取抗氧化物质。通过对各影响因素的研究，总结出最佳提取条件，为黑果腺肋花楸抗氧化物质规模化提取和生产作必要的前期技术储备。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料及试剂 黑果腺肋花楸果实由辽宁省干旱地区造林研究所提供；二氧化碳为食品级，购自北京市氧利来气体器材销售中心；无水乙醇为分析纯，购自沈阳爱发化工产品有限公司。

1.1.2 仪器与设备 鼓风干燥箱、粉碎机、超临界二氧化碳萃取设备、旋转蒸发仪、电子天平。

1.2 试验方法

1.2.1 试验流程 果实→挑选→清洗→沥干→干燥→粉碎→过筛→萃取→分离→旋转蒸发→计算产品得率

1.2.2 果粉细度对抗氧化物质得率的影响 选择黑果腺肋花楸果粉的细度分别为：10目、20目、30目、40目、50目、60目，其他条件为萃取釜温度40 ℃、压力40 MPa、时间2 h、二氧化碳流量为10 Lh-1、夹带剂为80%酒精溶液，添加比例为1∶8，分别测定不同物料细度条件下的抗氧化物质得率，得出最佳果粉细度。

1.2.3 温度对抗氧化物质得率的影响 设置萃取釜的温度分别为：35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃，果粉细度为最佳物料细度，其他条件同1.2.2，分别测定不同温度条件下的抗氧化物质得率，得出最佳温度。

1.2.4 压力对抗氧化物质得率的影响 设置萃取釜的压力分别为：25、30、35、40和45 MPa，萃取釜的温度为最佳温度，其他条件同1.2.3，分别测定不同压力条件下的抗氧化物质的得率，得出最佳压力。

1.2.5 萃取时间对抗氧化物质得率的影响 设置萃取时间分别为：1、1.5、2、2.5和3 h，萃取釜的压力为最佳压力，其他条件同1.2.4，分别测定抗氧化物质得率，得出最佳萃取时间。

1.2.6 流体流量对抗氧化物质得率的影响 设置流体流量分别为：5、10、15、20和25 Lh-1，萃取时间为最佳萃取时间，其他条件同1.2.5，分别测定不同流体流量条件下的抗氧化物质得率，得出最佳流体流量。

1.2.7 夹带剂添加比例对抗氧化物质得率的影响 设置夹带剂与物料比例分别为：1∶6、1∶8、1∶10、1∶12，流体流量为最佳流量，其他条件同1.2.6，分别测定不同夹带剂添加比例条件下的抗氧化物质得率，得出最佳夹带剂添加比例。

1.2.8 产品得率计算公式

2 结果与分析

2.1 物料细度对抗氧化物质得率的影响

黑果腺肋花楸果粉细度对抗氧化物质得率的影响如图1所示。

图1物料细度对抗氧化物质得率的影响

从图1可知，黑果腺肋花楸果粉细度不同，抗氧化物质得率也不同。当果粉细度从10目增加到40目时，抗氧化物质得率也随之增加，这是因为超临界流体与物料的接触面积增加，促使抗氧化物析出效率增加；当果粉细度从40目增加到60目时，抗氧化物质得率反而降低了。这是因为随之物料细度的增加，物料颗粒间的空隙变小，使得超临界流体的流动效率降低，故而萃取效率降低了。因此，最佳物料细度为40目。

2.2 温度对抗氧化物质得率的影响

设置果粉细度为40目，温度对抗氧化物质得率的影响如图2所示。

图2 萃取温度对抗氧化物质得率的影响

从图2可知，当温度从35 ℃增加到45 ℃时，抗氧化物质得率随温度的增加而逐渐变大；当温度从45 ℃增加到55 ℃时，抗氧化物质得率变化不明显，因此温度为45 ℃时，抗氧化物质的析出效率已经达到最大，该温度为最佳温度。

2.3 压力对抗氧化物质得率的影响

设置温度为45 ℃，压力对抗氧化物质得率的影响如图3所示。

图3 萃取压力对抗氧化物质得率的影响

从图3可知，抗氧化物质得率随压力的增大而逐渐增加。当压力达到40 MPa时，抗氧化物质得率达到最大，此状态下的二氧化碳超临界流体最适合萃取黑果腺肋花楸果粉中的抗氧化物质。继续增加压力到45 MPa，抗氧化物质得率基本保持不变。因此选择40 MPa为最佳压力。

2.4 萃取时间对抗氧化物质得率的影响

设置萃取釜的压力为40 MPa，萃取时间对抗氧化物质得率的影响如图4所示。

从图4可知，抗氧化物质得率随着萃取时间的增加而不断增大。当萃取时间为2 h，抗氧化物质得率到达最大。继续增加萃取时间，抗氧化物质得率变化不明显。因此，选择2 h为最佳萃取时间。

图4 萃取时间对抗氧化物质得率的影响

2.5 流体流量对抗氧化物质得率的影响

设置萃取时间为2h，流体流量对抗氧化物质得率的影响如图5所示。

图5 二氧化碳流量对抗氧化物质得率的影响

2.6 夹带剂添加比例对抗氧化物质得率的影响

图6 夹带剂添加比例对抗氧化物质得率

从图6可知，当夹带剂与果粉添加比例在1∶6与1∶10之间时，抗氧化物质得率基本保持不变。当夹带剂与果粉添加比例为1∶12时，抗氧化物质得率开始下降，因此选择夹带剂与果粉添加比例1∶10为最佳夹带剂添加比例。

3 讨论和结论

在超临界二氧化碳流体萃取过程中，一方面物料越细，超临界流体与物料接触面积越大，萃取效率越高；另一方面，物料颗粒过于细小，在相同压力条件下，超临界流体的渗透性和流动性会下降，因此选择合适的果粉细度，有利于提高抗氧化物质得率。

利用超临界二氧化碳流体萃取黑果腺肋花楸果实中的抗氧化成分，所得萃取物为花青素、黄酮、三萜类化合物等具有抗氧化性质的混合物。在分离过程中，通过提高分离釜的温度，降低分离压力的方式将萃取的混合物同时析出。如果希望得到某类高纯的抗氧化物质，需要对分离温度和压力进行研究，使得在分离釜中得到高纯度单一物质。

最佳萃取工艺条件为：物料细度40目，萃取温度45 ℃，萃取压力40 MPa，萃取时间2 h，二氧化碳流量20 Lh-1，夹带剂添加比例为1∶10，此条件下抗氧化物质得率达到0.9%。