檳榔籽油的超臨界CO2萃取及其成分分析

朱 莉，羅士數，張海德,*，李遠頌

(1. 海南大學材料與化工學院，海南 海口 570228；2.海南大學食品學院，海南 海口 570228；3.海南大學研究生處，海南 海口 570228)

檳榔籽油的超臨界CO2萃取及其成分分析

朱 莉1，羅士數2，張海德2,*，李遠頌3

(1. 海南大學材料與化工學院，海南 海口 570228；2.海南大學食品學院，海南 海口 570228；3.海南大學研究生處，海南 海口 570228)

目的：從檳榔籽中提取檳榔籽油，并測定其成分。方法：采用超臨界CO2流體技術萃取檳榔籽油，對其工藝條件進行優化，并用氣相色譜-質譜法(GC-MS)對檳榔籽油所含的脂肪酸種類及含量進行測定。結果：超臨界萃取的最優條件為萃取溫度45℃、萃取壓力20MPa、CO2流量20L/h，檳榔籽油的萃取得率為17.81%。結論：檳榔籽油中主要含棕櫚酸(9.10%)、亞油酸(15.46%)和油酸(11.26%)。

超臨界CO2萃取；檳榔籽油；成分分析

檳榔是棕櫚科植物檳榔(Areca catechu Linn.)的干燥成熟種子，位居我國著名的四大南藥(檳榔、益智、砂仁、巴戟)之首。檳榔是我國熱帶、亞熱帶地區僅次于橡膠的第二大產業[1]，在我國海南、云南、臺灣等地廣泛種植。檳榔味苦、辛，性溫，歸胃、大腸經，具有驅蟲、抗菌、促消化、延緩衰老、降低膽固醇、抗抑郁等作用[2-4]。檳榔還有抗流感病毒的作用，素以“長壽食品”和“微型營養庫”著稱[5-6]。檳榔多為長橢圓形，像一個小橄欖，長3～6cm，大者可達10cm以上，含有較多蛋白質、還原糖、脂肪等能量物質[7-8]。

檳榔加工一般是以檳榔殼為原料，而將檳榔籽作為廢物拋棄，既污染環境，又浪費資源，也無產品附加值。我國熱帶地區的檳榔種質資源豐富，利用檳榔籽提取脂肪酸，原料廉價，利用率高，具有巨大的商業潛力[9]。

在功能性油脂的開發利用上，國內外己有很多關于超臨界CO2萃取技術的應用報告，但利用超臨界CO2萃取檳榔籽油尚未見報道。因此，本研究以食品企業加工后廢料中的檳榔籽為原料，采用超臨界CO2萃取技術提取其中的油脂，確定超臨界CO2萃取的最佳工藝參數。本研究對促進檳榔的綜合開發利用，加快檳榔加工產業鏈的延伸，提高企業的經濟效益，具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

檳榔籽(已經過冷凍干燥處理) 海南椰皇檳榔食品有限公司；CO2(純度≥99%) 海口金厚特種氣體有限公司；無水乙醚為國產分析純。

1.2 儀器與設備

CQ01LB00CSM型超臨界CO2萃取裝置 德陽四創科技有限公司；CS-200型中碎機 江陰市瑞祥機械制造有限公司；PL303型電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；A11 basic分析型研磨機 德國IKA儀器公司；HP6890/5973MS氣相色譜-質譜儀 美國Hewlett-Packark公司。

1.3 方法

1.3.1 檳榔籽預處理

取已經進行過冷凍干燥處理的檳榔籽，將其粉碎，過20～40目篩，備用。

1.3.2 檳榔籽油的超臨界提取

工藝流程：檳榔籽→粉碎過篩→稱量→裝料→超臨界CO2萃取→減壓分離→檳榔籽油。

原料中粗脂肪含量測定：采用索氏抽提法，粗脂肪含量為13.36%。

超臨界萃取：分別精確稱取100g左右的樣品置于超臨界CO2流體萃取儀的萃取釜中，通過單因素試驗初步獲得萃取溫度、萃取壓力、CO2流量3個參數的大致范圍，在此基礎上確定每個因素的3個水平，利用L9(33)進行正交試驗。其中萃取時間均為1.5h，分離釜Ⅰ的溫度和壓力分別為50℃、7MPa。

1.3.3 檳榔籽油的成分分析

樣品甲酯化[10]：取2滴檳榔籽油于10mL具塞試管中，加入2.0mL 5%氫氧化鉀-甲醇溶液搖勻，于60℃恒溫水浴皂化至油珠消失，冷卻至室溫后加入2.0mL 14%三氟化硼-甲醇溶液，搖勻，于60℃恒溫水浴3min，冷卻至室溫，加入2mL正己烷，飽和氯化鈉1mL，搖勻、靜置，離心后取其上層溶液用于氣相色譜-質譜分析。

氣相色譜條件：石英毛細管柱HP-FFAP(30m× 0.25mm，0.25μm)，程序升溫：從60℃開始，以6℃/min升到150℃，再以8℃/min升到250℃，保持5min；載氣為He，柱流量1.0mL/min，進樣口溫度250℃，分流比50:1。

質譜條件：EI源；電離電壓70eV，離子源溫度230℃，掃描范圍10～500u，進樣量1.0μL。

2 結果與分析

2.1 檳榔籽粉碎粒度的選擇

為減少CO2流體在檳榔籽中的擴散距離，檳榔籽在投入超臨界CO2流體萃取裝置前，必須先粉碎、過篩。在一定的范圍內，物料粉碎越細，可以大大降低母體對溶質(油脂)的束縛，增加傳質面積，減少傳質距離和傳質阻力，有利于提高萃取率[11]。事實上，檳榔籽粉碎過粗或過細都會對傳質效果產生較大的影響。若檳榔籽粉碎過粗，則會造成萃取時間延長和萃取不完全，從而增加生產成本，產生不必要的浪費；若檳榔籽粉碎過細，則物料在高壓下易被壓實，傳質阻力增大，同時易堵塞濾網，降低萃取效率，不利于萃取操作[12]。故本實驗選取檳榔籽粒的粉碎度以20～40目為宜。

2.2 超臨界CO2萃取工藝參數的確定

2.2.1 分離壓力與溫度的確定

由于分離條件是處于臨界狀態(CO2的臨界溫度Tc=304.13K，臨界壓力Pc=7.375MPa)以下，所以分離溫度與壓力只要在臨界溫度與壓力之下即可，它們對萃取效率的影響不大。溫度對分離的影響與對萃取的影響一般是相反的，多數情況下升高分離溫度對產物的完全分離有利。考慮到要將檳榔籽中色素等物質與檳榔油分離，故分離溫度的選擇以50℃左右較為適宜；分離壓力也應與后路的壓力相平衡，控制在7MPa左右。

2.2.2 萃取時間的確定

實驗證明，萃取0.5、1h均無產品，而當萃取至1.5h基本萃取完畢，若再延長萃取時間不但會增加能源的消耗，且對提高萃取產率貢獻不大，故在實際生產中，選擇萃取時間1.5h較為適宜。

2.2.3 超臨界CO2萃取正交試驗優化

在超臨界CO2萃取過程中，萃取壓力、萃取溫度、CO2流量是影響萃取效率的重要因素。為確定實驗的最合理工藝參數，以萃取壓力、萃取溫度、CO2流量為變量因素，進行三因素三水平的正交試驗L9(33)。正交試驗的因素水平取值見表1，試驗結果及數據處理見表2。

表1 超臨界CO2萃取正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

由表2正交試驗數據處理結果和極差R值可知，影響檳榔籽油萃取效率的因素主次順序為：萃取壓力＞CO2流量＞萃取溫度，工藝參數優化組合為A1B2C1，即超臨界CO2萃取檳榔籽油的最佳工藝參數為萃取壓力20MPa、萃取溫度45℃、CO2流量20L/h。由于A1B2C1的組合工藝在試驗中并未出現，因此采用A1B2C1組合工藝進行驗證實驗，此條件下檳榔籽油的萃取得率可達17.81%。

表2 超臨界CO2萃取L9(33)正交試驗結果及分析Table 2 Results of orthogonal experiments

2.3 檳榔籽油成分氣相色譜-質譜分析

按1.3.3節氣相色譜-質譜條件測定樣品，得色譜圖(圖1)，并計算各脂肪酸相對含量。

圖1 檳榔油的氣相色譜-質譜聯用圖譜Fig.1 GC-MS chromatogram of betel nut oil

2.4 檳榔油的脂肪酸組成

檳榔籽在壓力20MPa、萃取溫度45℃、CO2流量20L/h條件下萃取的檳榔油通過氣相色譜-質譜(GC-MS)對其進行脂肪酸分析，從中檢出18種成分并通過譜圖庫鑒定出15種物質，萃取的檳榔油中的脂肪酸組成及其相對含量見表3。

由表3可以看出，含量比較高的脂肪酸分別是十六烷酸(棕櫚酸)9.10%、十八碳烯酸(油酸)11.26%和十八碳二烯酸(亞油酸)15.46%。本研究結果與文獻[12]對照，無論成分及含量均有明顯差異，文獻中含肉豆蔻酸為26.08%；棕櫚酸、油酸、亞油酸含量均比本研究高，分別為14.09%、24.20%、22.70%，這可能與檳榔品種、預處理方法、提取方法等差別有關。

表3 檳榔油中各脂肪酸成分與含量Table 3 Chemical compositions and contents of fatty acids in betel nut oil

目前文獻報道的檳榔油提取方法多為有機溶劑萃取法，其主要特點是簡便、快捷、分離效果好，應用廣泛，但萃取工藝復雜，溶劑消耗量大、易揮發、易燃，產品中存在有機溶劑殘留。與傳統的提取方法相比，超臨界流體萃取具有明顯的優勢，它可以通過控制體系的壓力和溫度使其選擇性地萃取其中的某一組分。然后通過溫度或壓力的變化，使溶解于超臨界流體中的溶質因其密度的下降溶解度降低而析出，從而實現特定溶質的分離，并讓超臨界流體循環使用[13-14]。萃取過程易于調節、萃取效率高、能耗低、產物易與溶劑分離、無溶劑殘留等優點，在食品、醫藥、生物工程、化工、環保等領域得到了廣泛應用[15-16]。尤其是應用CO2作為萃取溶劑，能實現低溫、無毒、無溶劑殘留的苛刻要求，特別適合于食品工業分離精制風味特征物質、熱敏性物質和生理活性物質。超臨界CO2流體萃取的油脂無論酸價、過氧化值還是色澤都優于溶劑萃取的油脂，磷脂含量也較溶劑萃取的低[17-20]。

3 結 論

3.1 用超臨界CO2萃取檳榔籽油的工藝是可行的，萃取壓力、萃取溫度、CO2流量是重要的影響因素。在本實驗條件下，較適宜的工藝參數：原料粒度20～40目、一次投料量100g、萃取壓力20MPa、萃取溫度45℃、CO2流量20L/h、分離溫度50℃、分離壓力7MPa，在此條件下檳榔籽油的萃取得率為17.81%。

3.2 超臨界CO2萃取經冷凍干燥處理過的檳榔籽，所得檳榔籽油中含有較高的十六烷酸(棕櫚酸)9.10%、十八碳烯酸(油酸)11.26%和十八碳二烯酸(亞油酸)15.46%。

[1]黃永華. 檳榔有效化學成分分析測定[J]. 食品與機械, 2002, (3): 38-39.

[2]GUPTA P C, WARNAKULASURIYA S. Global epidemiology of areca nut usage[J]. Addiction Biology, 2002, 7(1): 77-83.

[3]國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典[M]. 北京: 化學工業出版社, 2005: 254.

[4]鄭錦星. 檳榔提取物功能評價的研究[D]. 長沙: 中南林業科技大學, 2007.

[5]國家醫藥管理局中草藥情報中心站. 植物藥有效成分手冊[M]. 北京:人民衛生出版社, 1986: 77-78.

[6]全國中草藥匯編編寫組. 全國中草藥匯編: 上冊[M]. 北京: 人民衛生出版社, 1978: 898-899.

[7]曾琪. 檳榔化學成分的研究[D]. 長沙: 中南林業科技大學, 2007.

[8]林興理, 何和明, 周建強. 海南島不同生態型檳榔主要營養成分含量變化的分析[J]. 中國野生植物資源, 1998, 17(2): 8-12.

[9]周文化, 張海德, 何雙, 等. 檳榔油提取技術的研究[J]. 熱帶農業工程, 2008, 32(2): 1-4.

[10]馬立志. 均勻設計優選超臨界CO2萃取獼猴桃籽中α-亞麻酸[J]. 安徽農業科學, 2009, 37(9): 4265; 4332.

[11]BEGNA G, MOTONOBU G, AKIO K, et al. Supercritical carbon dioxide extraction of turmeric (Curcuma longa)[J]. J Agric Food Chem, 2000, 48(6): 2189-2192.

[12]張海德, 黃玉林, 韓林. 檳榔油的分離及GC-MS分析[J]. 食品科學, 2009, 30(20): 298-300.

[13]岳松, 馬力, 張國棟, 等. 超臨界流體萃取技術及其在食品工業中的應用[J]. 四川工業學院學報, 2002, 21(3): 73-75.

[14]WILLIMAS J R, CLIOFFDR A A, AL-SAIDI S H. Supercritical fluids and their application biotechnology and related areas[J]. Mol Biotechnol, 2002, 22(3): 263-286.

[15]歐陽建文, 王仁才, 王輝憲, 等. 超臨界流體萃取技術及其在植物資源上的應用[J]. 湖南農業大學學報, 2004, 30(5): 34-37.

[16]RAVNETOS M, DUARTE S, ALARCON R. Application and possibilities of supercritical CO2extraction in food processing industry: an overview[J]. Food Science and Technology International, 2002, 8(5): 269-284.

[17]楊柏崇. 超臨界CO2萃取稱猴桃籽油的研究[D]. 楊凌: 西北農林科技大學, 2003.

[18]歐陽建文. 超臨界CO2萃取技術提取刺葡萄籽油的研究[D]. 長沙: 湖南農業大學, 2006.

[19]楊柏崇, 李元瑞. 獼猴桃籽油的超臨界二氧化碳萃取研究[J]. 食品科學, 2003, 24(7): 104-108.

[20]LIST G R, FRIEDRICH J P. Oxidatative stability of seed oils extracted with supercritical carbondioxide[J]. Journal of the American Oil Chemists' Society, 1989, 66(1): 98-101.

Supercritical Fluid CO2Extraction and Fatty Acid Composition Analysis of Betel Nut Oil

ZHU Li1，LUO Shi-shu2，ZHANG Hai-de2,*，LI Yuan-song3
(1. College of Materials and Chemical Engineering, Hainan University, Haikou 570228, China；2. College of Food Science and Technology, Hainan University, Haikou 570228, China；3. Postgraduate Department, Hainan University, Haikou 570228, China)

Objective: To extract betel nut oil from betel nut seed and determine its compositions. Methods: The betel nut oil was extracted by supercritical fluid CO2extraction technology. The extraction processing parameters were optimized by orthogonal experiments and the fatty acid compositions of betel nut oil were determined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Results: The optimal extraction processing conditions were extraction temperature of 45 ℃, extraction pressure of 20 MPa and carbon dioxide flow rate of 20 L/h. Under the optimal conditions, the yield of betel nut oil was 17.81%. Conclusion: The major fatty acids are palmitic acid(9.10%), linoleic acid(15.46%) and oleic acid(11.26%).

supercritical fluid CO2 extraction；betel nut oil；composition analysis

O658.2；TS255.1

A

1002-6630(2010)24-0151-04

2010-09-19

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2007BAD76B03)

朱莉(1982—)，女，助理實驗師，碩士研究生，主要從事天然產物的提取與分離研究。E-mail：zhuli966@126.com

*通信作者：張海德(1970—)，男，教授，博士，主要從事熱帶農產品加工研究。E-mail：zhanghaide@163.com