超臨界二氧化碳萃取天然迷迭香抗氧化劑有效成分工藝的研究

樂振竅,劉文美

(1.福建達利食品集團有限公司,福建惠安 362100; 2.廣東匯香源生物科技股份有限公司,廣東廣州 510663)

超臨界二氧化碳萃取天然迷迭香抗氧化劑有效成分工藝的研究

樂振竅1,劉文美2

(1.福建達利食品集團有限公司,福建惠安 362100; 2.廣東匯香源生物科技股份有限公司,廣東廣州 510663)

利用水蒸氣蒸餾法提取迷迭香精油后的迷迭香殘渣,通過超臨界二氧化碳工藝提取殘渣中抗氧化劑的有效成分,以鼠尾草酸、鼠尾草酚含量作為產物的主要質量指標,以產品的物性和得率衡量工藝參數的優(yōu)劣,通過L9(33)正交實驗發(fā)現,在壓力40MPa、溫度80℃、萃取時間2.5h狀況下可以達到較好的得率和有效成分含量,產品總得率7.2%,鼠尾草酸含量 32%,鼠尾草酚含量 8.1%,產品呈粉末狀、氣味淡,有利于工業(yè)化生產和應用。

迷迭香殘渣,抗氧化劑,超臨界二氧化碳,鼠尾草酸,鼠尾草酚

1 材料與方法

1.1 材料與設備

迷迭香 1年生,海南產;CO2、蒸餾水 市場購買。

超臨界流體設備 華安 HA130-50-02,帶萃取釜 1個,分離釜 3個;粉碎機 海南嘉惠食品機械有限公司。

1.2 實驗方法

迷迭香原料經自然干燥后,采用水蒸氣蒸餾提取迷迭香精油后,迷迭香殘渣經干燥、粉碎后裝入超臨界萃取裝置中,采用二氧化碳作為萃取劑,通過添加提攜劑和不添加提攜劑,設定壓力和時間進行萃取提取原料中的抗氧化劑產品,并用高壓液相分析產品中的鼠尾草酸和鼠尾草酚含量。提取工藝見圖 1。

圖1 提取工藝路線

1.3 有效成分鼠尾草酸、鼠尾草酚分析

鼠尾草酸和鼠尾草酚分析根據呂岱竹[3]等人報道的HPLC方法進行測試,方法如下：樣品處理：精密稱取 0.5g樣品,加入甲醇 25mL,超聲提取 30min后,用甲醇定容 50mL,根據含量高低稀釋成上機液,過0.45μm微孔濾膜。流動相為 52%乙腈-10mmol/L冰乙酸;采用等度洗脫,流速為 0.8mL/min;色譜柱：Nova pak C18柱 (150mm×3.9mm);柱溫：室溫;波長：285nm;靈敏度：0.5AUFS。

2 結果與分析

2.1 正交實驗設計

迷迭香經過水蒸氣蒸餾提取迷迭香精油后,將迷迭香殘渣于 60℃烘干至水分 5%～7%左右,經粉碎機粉碎至 60～80目,填裝到超臨界萃取釜中進行萃取,萃取物在分離釜 1、分離釜 2、分離釜 3中收集,匯總,計算產品得率。

萃取釜壓力、溫度和時間影響按照L9(33)即三水平三因素的正交設計方案,壓力以 20、30、40MPa作為三個水平;溫度以 40、60、80℃作為三個水平;時間以2、2.5、3h作為三個水平。具體實驗次數和參數見表 1。為了便于觀察和匯總,每次實驗,分離釜各壓力和溫度均保持不變。即分離釜 1的壓力設置為 9MPa,溫度 35℃;分離釜 2的壓力設置為 7MPa,溫度 30℃;分離釜 3的壓力和儲罐壓力相同,溫度為32℃。

表1 正交實驗因素水平表

2.2 正交分析

2.2.1 正交實驗直觀分析 由于分離收集的產品為膏狀類產品,產品無法從分離釜中完全排除,每次實驗做 6組平行實驗,實驗完畢后清除分離釜內的萃取物,總得率計算數據見表 2。從表 2可以看出,隨著壓力的上升,得率顯著增加;溫度升高,得率雖然也加大,但上升幅度沒有壓力變化時明顯;時間因素對產品得率影響不大。

2.2.2 顯著性分析 通過表3顯著性分析可以看出,壓力對得率有顯著性影響,溫度對得率有影響但不是很顯著。時間對得率最不顯著。故在設備能夠承受范圍內,提高壓力和溫度可以提高產品的得率,但考慮到溫度提高可能破壞抗氧化劑的有效成分,因此實驗選擇壓力為 40MPa,溫度為 80℃,萃取時間為2.5h為萃取的最佳工藝。

表2 正交實驗直觀分析表

表3 正交實驗顯著性分析

2.3 水作為攜帶劑單因素分析工藝與結果分析

2.3.1 水作為攜帶劑單因素工藝設計 正交實驗中雖然確定了萃取釜的壓力、溫度和萃取時間,但收集到的產品均為膏狀物,而該物質粘性很大,內含大量樹脂類和萜類物質,產品有濃厚的異味,在油脂及各種產品的抗氧化應用中受到很大的局限;同時產品無法從分離釜中很好的分離,給工業(yè)化生產帶來一定的困難,為了解決產品形成膏狀問題和優(yōu)化產品工藝,采用水作為攜帶劑對產品的物性和得率進行單因素研究和改進,并對鼠尾草酸和鼠尾草酚進行分析比對。

根據正交實驗的結果,設定萃取釜的壓力為40MPa,溫度 80℃,時間 2.5h;分離釜 1的壓力設置為9MPa,溫度 35℃;分離釜 2的壓力設置為 7MPa,溫度30℃;分離 3的壓力和儲罐壓力相同,溫度為 32℃為選擇實驗的條件。通過在萃取釜中添加 0%、10%、20%的水分(水分均勻噴灑在迷迭香原料中,混合均勻后用萃取釜填裝),調整各單元參數進行萃取和收集,每次實驗做 6組平行實驗,收集各分離釜的萃取物進行觀察。

2.3.2 水作為攜帶劑單因素實驗結果分析 從表 4可以看出,水攜帶劑對產品的物性影響很大,隨著水添加量增大,產品由原來的膏狀物轉化為粉末狀物質,產品味道由濃厚逐漸變?yōu)榍宓?產品得率隨著水攜帶劑的不斷添加,總得率增加。分析原因可能由于二氧化碳在超臨界狀態(tài)下介電常數較低,基本上和正已烷 (介電常數 1.88)的極性相同,相當于弱酸性的非極性親脂類溶劑。一般萃取極性較低的物質如酯、醚、內酯和類脂有機化合物;對極性基團羥基(-OH)、羧基 (-COOH)不容易萃取,特別對苯的衍生物,具有三個酚羥基或一個羧基和兩個羥基的化合物在高壓下可以被萃取,但效果不理想[2]。由于水的介電常數為 78.5,通過添加水分,增加了二氧化碳的極性,對極性化合物的溶解度增加,對樹脂、烴類的溶解度減少,從而改變了產品的形狀。

表4 水攜帶劑對產品的影響

2.4 有效成分鼠尾草酸、鼠尾草酚分析結果

實驗數據見表 5。

表5 鼠尾草酸和鼠尾草酚含量

從表 5分析可以看出,增大壓力、添加水分可以有效增加二氧化碳的極性,增加極性較大化合物鼠尾草酸和鼠尾草酚的含量。提高產品的得率也增加了產品的抗氧化效果。

3 結論

迷迭香抗氧化劑中的主要成分為鼠尾草酸和鼠尾草酚,其中這兩種成分的高低直接影響著產品的抗氧化效果[4]。通過添加水攜帶劑可以有效改變產品的外觀和氣味,增加產品的抗氧化活性。采用超臨界二氧化碳提取迷迭香中的抗氧化成分的最佳參數為萃取釜的壓力為 40MPa,溫度 80℃,水添加量20%,萃取時間 2.5h為最佳工藝條件。

[1]Carlo Bicchi.Deter mination of Phenolic Diterpene Antioxidantsin Rosemary(Rosemarinusofficinalis L.)with Different Methods of Extraction and Analysis[J].Phytochem Anal,2000(11)：236-242.

[2]張鏡澄 .超臨界流體萃取 [M].北京：化學工業(yè)出版社,2004.

[3]呂岱竹 .高效液相色譜法測定迷迭香超臨界提取物中的鼠尾草酸和鼠尾草酚[J].分析測試學報,2006,25(3)：37-39.

Study on extration of native antioxidant from rosemary by supercritical carbon dioxide

LE Zhen-qiao1,L IUW en-mei2
(1.Fujian Dali foods group Co.,Ltd.,Hui’an 362100,China; 2.Guangzhou H-B IO Biotech Co.,Ltd.,Guangzhou 510663,China)

Afte r the s team d is tilla tion extrac tion rosem a ry vola tile oil’s rosem a ry res idua l,res idua l in the oxida tion inhib itor effec tive comp onentwas extrac ted through the sup e rc ritica l ca rbon d ioxide c raft.Taking the ca rnos ic ac id, ca rnosol content asthe p roduc t the m a in qua lita tiveindex,the p roduc t na ture and ra te we ight technolog ica l p a ram e te r’s fit and unfit qua lity was m easured as the technology p a ram e te rs.It d iscove red through L9(33) orthogona l exp e r im ent：in p ressure40M Pa,the temp e ra ture80℃,unde r the extrac t t im e2.5h cond ition good ra te and the effec tive comp onent contentm ay achieve,the p roduc tm us t lead7.2%,the ca rnos ic ac id content32%,the ca rnosol content8.1%,the p roduc t assum es p owde ry,the sm e ll to be p a le,is advantageous to the indus tria liza tion p roduc tion and the app lica tion.

rosem a ry;antioxidant;sup e rc ritica l ca rbon d ioxide;ca rnos ic ac id;ca rnosol

TS202.3

B

1002-0306(2010)02-0283-03

迷迭香 (Rosm arinus officinalis L.),別名艾菊,為唇形花科多年生草本植物,原產于地中海沿岸,目前在我國云南、貴州、福建、海南等地區(qū)成功進行引種。從迷迭香中提取的天然抗氧化劑,主要成分為鼠尾草酸 (Carnosic acid)、鼠尾草酚 (Carnosol)、迷迭香酚(Ros masol)、異迷迭香酚 (Isoros manol)、迷迭香酸(Rosemarinic acid)和迷迭香雙醛 (Ros madial),由于鼠尾草酸比較不穩(wěn)定,容易氧化轉化成鼠尾草酚[1],采用常規(guī)的溶劑提取法很難提取鼠尾草酸,而二氧化碳在超臨界狀態(tài)下 (臨界壓力 Pc7.32MPa,臨界溫度 tc31.1℃,臨界比容 VC95.5cm3/mol)提取過程中沒有氧氣的參與,可以最大限度保存鼠尾草酸的存在。同時,使用二氧化碳為溶劑的超臨界萃取具有有機溶劑能力強,選擇性好、便宜、易得、無毒、惰性和容易分離等特點,在萃取過程中不會殘留萃取物和萃余物中。本法采用正交實驗優(yōu)化和單因素實驗對提取產品的抗氧化成分和物性進行研究。

2009-07-08

樂振竅(1978-),男,工程師,研究方向：食品加工。