接骨木籽油的超临界二氧化碳萃取及其挥发性组分的分析

王明强，田树新，么宏伟，刘克武*

(1.黑龙江省林业科学院，哈尔滨 150081；2.黑龙江省林科院牡丹江分院，黑龙江 牡丹江 157010)

接骨木是生长在我国东北地区的一种乡土树种，其性味甘、平、苦，无毒，可以接骨续筋、活血止痛、祛风利湿[1]，有着悠久的药用历史，药用价值极其广泛。其种子含油量很高，达35%～44%[2]，且籽油中ɑ-亚麻酸含量较高，利于抗高血脂。且该油脂中n-3和n-6系列的脂肪酸配比比较合理，益于人体健康，故开发利用接骨木籽油资源具有重要的意义。

油脂通常采用压榨法、有机溶剂萃取法、水蒸气蒸馏法或者超临界二氧化碳萃取法等方法提取。但传统的压榨法油脂得率低，劳动的强度大，且生产效率很低，有机溶剂浸出法提取出来的毛油会出现杂质多、色泽深、质量较差的问题，且不安全。超临界CO2萃取是一种高效的分离以及分析技术[3]，能够有效得克服上述传统提取技术的缺点，它的萃取分离是通过利用介于临界温度和压力以上的流体所具有的特异增溶能力实现的[4]，其具备良好的溶剂性质，所以该技术被广泛用于提取植物油。目前许多油脂的提取大多数都采用超临界CO2萃取因其具有萃取工艺简单，能力强，速度快，污染少等优点[3-6]。

本章采用超临界二氧化碳萃取接骨木籽油，通过正交试验和方差分析得到提取接骨木籽油的最佳工艺。然后采用GC-MS分析接骨木籽油的挥发性组分。

1 实验材料

黑龙江省牡丹江市江山娇实验林场接骨木籽，粉碎40目备用。

2 实验试剂

CO2气体和氮气，上海利旦工业气体有限公司。

3 主要仪器和设备

Spe-ed SFE-2 型超临界二氧化碳萃取仪，江苏海安华安超临界设备有限公司；

安捷伦6890/5973N型GC-MS气质联用仪，美国安捷伦公司。

4 实验方法

4.1 接骨木籽油的超临界CO2萃取

称取10 g已经粉碎好的接骨木籽粉末并置于萃取釜中，设置萃取釜的压力为20～40 MPa，温度为30～50 ℃，通入CO2，待达到设定条件后，先静态萃取15 min，然后设置连续动态萃取的时间为1.5～3.5 h，CO2气化后循环使用，接骨木籽油从分离釜底部放出，收集萃取到的接骨木籽油，称质量，并计算接骨木籽油的萃取得率，计算公式如下：萃取得率(%)= 萃取得到的接骨木籽油/原料质量×100%

4.2 正交试验

在本实验中选取了萃取压力、温度和时间作为变量，以油脂的提取得率为衡量指标，确定影响超临界CO2萃取接骨木籽油的主要影响因素及影响程度。

以萃取压力、萃取温度以及萃取时间三个因素作三个水平的正交试验，选用L9(34)正交表试验设计(表1)，按照因素水平表进行正交试验，计算接骨木籽油的萃取得率，再进行极差分析，得出各因素对萃取得率的影响，并确定出萃取的最佳工艺配方。

表1 影响超临界CO2萃取接骨木籽油L9(34)因素水平表

4.3 方差分析

根据正交试验的结果，对萃取压力、萃取时间和萃取温度这三个影响因素进行方差分析，并对各因素进行显著性检验，采用SPSS 9.0软件分析数据，以确定各因素对萃取得率影响的显著性。

4.3.1 接骨木籽油的挥发性组分测定。采用顶空固相微萃取技术(SPME)提取接骨木籽油中的挥发性物质，并采用气相色谱和质谱联用法(GC-MS)对挥发性物质进行了定性分析和峰面积相对含量的测定。

4.3.2 顶空固相微萃取接骨木籽油的挥发性物质的条件。老化萃取头：新的萃取头在首次使用时，需要置于气相色谱进样口于310 ℃下老化2 h以上；在以后的使用中一般需要将其置于310 ℃下处理30 min以脱去萃取头上可能吸附的挥发性物质。

顶空固相微萃取工艺条件：将装有接骨木籽油的萃取瓶置于70 ℃水浴中恒温加热30 min。 将萃取头从瓶盖中插入，然后推动手柄杆使得萃取纤维头伸出针管，将纤维头置于样品上方即可，顶空萃取30 min。萃取结束后，将萃取头缩回并将针管拔出样品瓶，然后再将针管插入GC-MS的进样口，在250 ℃高温下解吸10 min，最后进行GC-MS的分离鉴定。

4.4.3 GC-MS分析条件。气相色谱条件：DB-5MS型色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；以高纯氦气为载气，流速1 mL/min；230 ℃的进样口温度；升温程序：起始温度60 ℃，保持5 min，再以5 ℃/min的升温速率由60 ℃升至220℃，保持1 min，最后以15 ℃/min的升温速率升至280 ℃，保持10 min；进样量为1 μL。

质谱条件：230 ℃的EI离子源，电子能量为70 eV，电子倍增为1.3 kV，接口温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，采用全扫描方式，扫描范围40～500 amu。

5 结果与讨论

5.1 超临界CO2萃取接骨木籽油的工艺优化

5.1.1 正交试验分析。超临界二氧化碳萃取接骨木籽油的正交试验结果如表2所示，从表2中可以看出RA>RC>RB，所以得知影响接骨木籽油超临界二氧化碳萃取得率的因素从大到小依次为萃取压力(A)>萃取温度(C)>萃取时间(B)。其中因素A的K3>K2>K1，因素B的K3>K2>K1，因素C的K3>K2>K1，所以优水平选择A3，B3，C3，萃取的最佳工艺组合为A3B3C3，即萃取压力为40 MPa，萃取时间为3.5 h，萃取温度为50 ℃。在此工艺条件下的验证试验结果是油脂的平均得率为29.64%。

表2 接骨木籽油超临界二氧化碳萃取的正交试验结果

5.1.2 方差分析。对萃取压力A、萃取时间B、萃取温度C三个影响因素的方差分析结果如表3所示。由表3可知，FA值远大于F0.05(2,2) = 19.00，FC高于F0.10(2,2) = 9.00，这表明因素A对萃取得率具有极大显著性影响，因素C具有显著性影响。因素B对萃取得率无显著性影响。所以结合正交试验结果，提取工艺中因素A和C应该选择A3和C3水平，B可以根据实际需要选取任意水平。

表3 方差分析表

5.2 接骨木籽油的挥发性成分

经过GC-MS测定，将得到的质谱图经NIST质谱库检索并与标准图谱对照，得出接骨木籽油中含有17种挥发性组分，然后采用面积归一法测出了各组分的含量，结果见图1和表4。

图1 接骨木籽油挥发性组分的GC-MS图谱

表4 接骨木籽油的挥发性成分

由图1和表4可知接骨木籽油中含有17种挥发性组分，其中含量较多的是正丁醛、正己醛、反式-2,4-庚二烯醛、1-戊烯-3-醇、反式-2-戊烯醛等。醛类物质占总量的81.57%。

6 结论

采用超临界CO2萃取得到的油脂呈橙黄色，清澈透明，无杂质，具有浓郁油香味，且此方法的油脂提取得率均高于传统提取方法。

本章通过采用正交试验和方差分析对萃取工艺进行优化，结合正交试验和方差分析结果，因素A和C选取A3和C3水平，因素B根据实际需要选取了B2水平，即接骨木籽油的超临界CO2萃取最佳工艺为：压力40 MPa，温度50 ℃，动态萃取时间2.5 h。此条件下的萃取得率为28.97%。

通过顶空萃取和GC-MS分析了接骨木籽油中的挥发性组分，可知接骨木籽油中含有17种挥发性组分，其中醛类物质为主要成分。

因此，超临界CO2萃取可以有效提取接骨木籽油，此工艺具有可行性。