牡丹籽油亞臨界流體萃取工藝優化

姚茂君，李 靜

（吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000）

牡丹籽油亞臨界流體萃取工藝優化

姚茂君，李 靜

（吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000）

采用亞臨界流體技術萃取牡丹籽油，通過正交試驗對制油工藝進行優化，并對此法所得牡丹籽油的脂肪酸組成及理化性質進行分析。結果表明，最優萃取工藝條件為萃取溫度50 ℃、萃取壓強0.5 MPa、每次萃取30 min、萃取3 次，該條件下牡丹籽出油率達24.16 %。所得牡丹籽油共鑒定出12 種脂肪酸，主要為亞麻酸（45.412 2%）、亞油酸（38.119 9%）、棕櫚酸（11.124 6%）和硬脂酸（3.648 9%）。其理化指標為：相對密度0.901 3、折光指數1.474 2、酸值3.25 mg KOH/g、碘值175 g I2/100 g、皂化值176 mg KOH/g、過氧化值1.48 meq/kg。

牡丹籽油；理化性質；脂肪酸組成；亞臨界流體

牡丹籽為毛莨科芍藥屬牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.）的成熟種子，牡丹籽中不僅含有蛋白質、碳水化合物等營養成分，還含有大量的脂肪酸，其中粗脂肪含量達27%～33%[1-2]。牡丹籽油已于2011年3月22日獲批為新資源食品，它具有降低膽固醇、預防心腦血管疾病、增強免疫力等保健功效。據報道[3-4]牡丹籽油中不飽和脂肪酸含量占總油量的92.60%，人體必需脂肪酸亞麻酸和亞油酸的含量分別為67.13%、24.57%，遠高于常見市售植物油。

目前制備牡丹籽油的方法主要有壓榨法、溶劑浸出法、超臨界CO2法[5-8]。壓榨法提油率低，副產物利用率低；溶劑浸出法工藝較復雜且存在環境污染等安全問題；超臨界CO2法所得油脂色澤、品質較好，但設備較昂貴。亞臨界萃取是根據相似相容的原理，以特定萃取劑為溶媒，來提取目標組分的一項新型分離技術[9-12]。該法回收率高、生產周期短，已被廣泛應用于食品、化工等領域[13-15]，較超臨界萃取而言，其顯著的特點是萃取壓強低，運行成本低，工業化大規模生產可行性高。

目前尚未見亞臨界流體萃取牡丹籽油方面的報道。故本實驗以牡丹籽為原料，以出油率為評價指標，采用亞臨界法萃取牡丹籽油，分析、檢測所得油脂的脂肪酸組成及理化性質，以期為牡丹籽油的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牡丹籽（含油率為30.23%） 湖南本草制藥有限公司。

丁烷（純度99.99%） 深圳深巖燃氣有限公司；鹽酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀、石油醚、冰乙酸、硫代硫酸鈉、三氯甲烷、淀粉、碘化鉀、95%乙醇、一氯化碘、酚酞、濃硫酸、無水硫酸鈉（均為國產分析純） 天津市科密歐化學試劑有限公司；甲醇、正己烷（均為色譜純） 天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

亞臨界萃取裝置 珠海共同機械有限公司；F2102型植物粉碎機 天津泰斯特儀器有限公司；GZX-9246MBE數顯鼓風干燥箱 上海博迅實業有限公司醫療設備廠；RE-52AA旋轉蒸發儀 金壇市成輝儀器廠；7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司；WSL-2型羅維朋比色計 杭州麥哲儀器有限公司；WYA阿貝折光儀 上海精密科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牡丹籽油萃取方法

稱取一定量粉碎后過40 目篩的牡丹籽粉于亞臨界的萃取罐中，采用丁烷為萃取溶劑，在設置的萃取條件下進行萃取，萃取物與萃取劑流經解吸釜，通過減壓、升溫使萃取劑變為氣體，氣體經即時壓縮為液體后再次流經萃取釜對物料進行循環萃取，萃取結束后經減壓分離得牡丹籽油，牡丹籽出油率的計算方法如下：

式中：m1為牡丹籽油的質量/g；m0為牡丹籽原料的質量/g。

1.3.2 牡丹籽油理化性質的測定

相對密度、折光指數、酸值、碘值、皂化值、過氧化值的理化指標測定方法，參見文獻[16]。

1.3.3 單因素試驗

在預實驗的基礎上，參照1.3.1節，以萃取次數、萃取溫度、萃取時間、萃取壓強為考察因素，以牡丹籽出油率為評價指標，探討諸因素對牡丹籽出油率的影響，因素、水平見表1。

表1 單因素試驗因素水平Table 1 Factors and levels used in single factor design

1.3.4 正交試驗

在單因素試驗基礎上，以萃取溫度、萃取壓強、萃取時間、萃取次數為自變量，以牡丹籽出油為評價指標，通過L9（34）正交試驗考察諸因素對牡丹籽出油率的影響，通過直觀分析法確定最優萃取工藝。

1.3.5 牡丹籽油甲酯化方法

稱取所得牡丹籽油1 g于圓底燒瓶中，加入10 mL CH3OH-H2SO4（9∶1，V/V）溶液，于70 ℃恒溫水浴鍋中加熱反應1 h，冷卻后，用正己烷萃取2 次，合并兩次萃取液，蒸餾水洗滌3 次，無水硫酸鈉干燥，取上清液待測[17]。

1.3.6 色譜條件

色譜柱：Agilent 190191S-433型石英毛細管柱（325 ℃，30 m×250 μm，0.25 μm）；載氣為高純度的氦氣（99.999%）；柱前壓69.8 kPa，柱內載氣流速2 mL/min；升溫程序：80 ℃保留2 min，以6 ℃/min速率升溫至180 ℃，保持2 min，再以8 ℃/min速率升溫到250 ℃，保持2 min；載氣流速1 mL/min，分流比50∶1，進樣量1 μL。

1.3.7 質譜條件

電子電離源230 ℃，溶劑延遲4 min，電子能量70 eV，四極桿溫度150 ℃，質量掃描范圍m/z 40～550 u，分辨率1 000，傳輸線溫度250 ℃，采用NIST標準譜庫進行檢索。

2 結果與分析

2.1 萃取次數對牡丹籽出油率的影響

在萃取時間25 min、萃取溫度45 ℃、萃取壓強0.5 MPa的條件下，考察萃取次數對牡丹籽出油率的影響，結果見圖1。

圖1 萃取次數對牡丹籽出油率的影響Fig.1 Effect of number of repeated extractions on the yield of tree peony seed oil

由圖1可知，隨著萃取次數的增加，出油率逐漸升高，萃取3 次后，牡丹籽出油率增幅趨于平緩，繼續增加萃取次數對出油率貢獻不大。故萃取3 次較為適宜。

2.2 萃取溫度對牡丹籽出油率的影響

圖2 萃取溫度對牡丹籽出油率的影響Fig.2 Effect of extraction temperature on the yield of tree peony seed oil

在萃取時間25 min、萃取次數3 次、萃取壓強0.5 MPa的條件下，考察萃取溫度對牡丹籽出油率的影響，結果見圖2。

由圖2可知，牡丹籽出油率隨溫度的升高而升高，當溫度升高到50 ℃時，出油率達最高值，繼續升高溫度，出油率略有降低，這是因為升高溫度時，油脂的溶解度增大，利于油脂的溶出。但過高的溫度會導致萃取釜中丁烷氣化，不利于反應的進行，故50 ℃較為適宜[18]。

2.3 萃取時間對牡丹籽出油率的影響

在萃取溫度50 ℃、萃取次數3 次、萃取壓強0.5 MPa的條件下，考察萃取時間對牡丹籽出油率的影響，結果見圖3。

分析：根據題意觀察，考慮可用輔助角公式a sin x+b cos x=（x+φ）將（f x）化為“一名一角”的三角函數形式sin2x+a cos2x=（2x+φ），其中tanφ=a.

圖3 萃取時間對牡丹籽出油率的影響Fig.3 Effect of extraction time on the yield of tree peony seed oil

由圖3可知，隨著時間的延長，出油率明顯升高，25 min后出油率趨于平穩，增幅較小，繼續延長萃取時間意義不大。這是由于溶劑與物料需要接觸一定的時間，溶解才能達到平衡[19]。綜合考慮確定萃取時間為25 min。

2.4 萃取壓強對牡丹籽出油率的影響

在萃取溫度50 ℃、萃取次數3 次、萃取時間25 min的條件下，考察壓強對牡丹籽出油率的影響，結果見圖4。

圖4 萃取壓強對牡丹籽出油率的影響Fig.4 Effect of extraction pressure on the yield of tree peony seed oil

由圖4可知，隨著壓強的增加，出油率升高，壓強為0.5 MPa時，出油率達24.07%，超過此壓強值后，出油率變化不大。原因是在其他參數不變的情況下，隨著壓強的升高，萃取溶劑丁烷的傳質效率升高，出油率升高。當壓強達到一定值時，丁烷對于牡丹籽油的溶解趨于飽和，繼續升高壓強，對其傳質效率影響不大[12]，故適宜的萃取壓強在0.5 MPa左右。

2.5 亞臨界流體萃取牡丹籽油的正交試驗

在單因素試驗基礎上，采用L9（34）正交試驗優化亞臨界流體萃取牡丹籽油的工藝。試驗因素水平見表2，試驗設計及結果見表3，方差分析見表4。

表2 正交試驗因素與水平Table 2 Factors and levels used in orthogonal array design

表3 正交試驗設計及結果Table 3 Orthogonal array design and results for the yield of tree peony seed oil

表4 方差分析Table 4 Analysis of variance

由表3直觀極差分析R值可知，各考察因素對牡丹籽出油率影響順序為：A萃取次數＞B萃取溫度＞D萃取時間＞C萃取壓強；由表4可知，萃取次數（P＜0.05）及萃取溫度（P=0.007＜0.05）對出油率有顯著影響，萃取時間及萃取壓強對出油率的影響不顯著。直觀分析法表明A3B2C3D3為最優工藝，綜合生產成本與設備能耗考慮，確定A2B2C2D3即萃取溫度50 ℃、萃取壓強0.5 MPa、萃取3 次、每次萃取30 min為最優工藝條件，在此條件下進行驗證實驗，牡丹籽平均出油率達24.16%。

2.6 牡丹籽油脂肪酸成分分析

亞臨界萃取所得牡丹籽油甲酯化后，應用氣相色譜-質譜（gas chromatograph-mass spectrometry，GC-MS）分析檢測其脂肪酸組成。利用NIST 08標準譜庫進行定性分析，并采用峰面積歸一法測定各組分的相對含量，總離子流色譜圖見圖5，脂肪酸組成分析見表5。由圖5和表5可知，該法所得牡丹籽油共檢測出12 種脂肪酸，已鑒定組分占總量的99.90%，其中飽和脂肪酸6 種，以棕櫚酸（11.124 6%）和硬脂酸（3.648 9%）為主，不飽和脂肪酸含量為84.535 4%，以多不飽和脂肪酸亞油酸（38.119 9%）和亞麻酸（45.412 2%）為主，其二者是人體必需脂肪酸，亞油酸具有抗氧化、抗癌、抑制人體內膽固醇合成等功效[20]；亞麻酸具有改善血液循環、促進肝細胞再生、增強記憶、延緩衰老等作用[21]。在牡丹籽油中還檢測出具有較強抗癌活性的奇數碳脂肪酸[22]如C15、C17等，可見牡丹籽油不僅具有豐富的營養價值還具有獨特的保健作用。

圖5 牡丹籽油GC-MS總離子流圖Fig.5 GC-MS total ion current chromatogram of tree peony seed oil

表5 牡丹籽油的脂肪酸組成及相對含量Table 5 Fatty acid composition of tree peony seed oil

2.7 牡丹籽油理化指標分析結果

表6 亞臨界流體萃取所得牡丹籽油的理化性質Table 6 Physicochemical properties of tree peony seed oil

由表6可知，牡丹籽油的碘值為175 g I2/100 g，表明牡丹籽油屬于干性油脂，不飽和度高，故其應盡量在低溫、避光、密封的條件下保存，以防止其發生氧化酸敗。折光指數隨脂肪酸雙鍵和共軛程度的增大而增大[23]，牡丹籽油折光指數為1.474 2，較一般植物油大，表明其含有大量的不飽和雙鍵，這與GC-MS檢測結果相吻合。過氧化值較低，表明牡丹籽油在亞臨界萃取過程中氧化程度低。酸值小于4.0 mg KOH/g，滿足GB 2716—2005《食用植物油衛生標準》對于植物原油酸值的要求但不符合食用植物油的標準，這可能是受牡丹籽原料質量的影響，所以對采收后的新鮮原料應及時干燥、妥善保藏[24-25]。亞臨界流體萃取所得牡丹籽油的色澤較深，需進行脫色處理。

3 結 論

各考察因素對牡丹籽出油率影響順序為A萃取次數＞B萃取溫度＞D萃取時間＞C萃取壓強，最優工藝條件為萃取溫度 50 ℃、萃取壓強0.5 MPa、萃取3 次、每次萃取30 min，該條件下的平均出油率為24.16%。牡丹籽油中主要含有亞麻酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸4 種脂肪酸，不飽和脂肪酸達84.535 4%，以亞油酸和亞麻酸為主，未檢測出油酸，這與易軍鵬等[2]的實驗結論一致但與白喜婷[1]、周海梅[20]等的測定結果有所差異，這可能與牡丹籽的品種和生長環境有關。亞臨界萃取所得牡丹籽油具有獨特的香味，相對密度為0.901 3，酸值為3.25 mg KOH/g，碘值為175 g I2/100g，過氧化值為1.48 meq /kg，皂化值為176 mg KOH/g，折光指數為1.474 2。

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Optimization of Subcritical Fluid Extraction of Oil from Tree Peony (Paeonia suffruticosa Andr.) Seeds

YAO Mao-jun, LI Jing
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Jishou University, Jishou 416000, China)

An orthogonal array design was employed to optimize the subcritical fluid extraction of seed oil from tree peony (Paeonia suffruticosa Andr.). The fatty acid composition and physicochemical properties of the seed oil were analyzed. The results showed that the optimum extraction conditions were determined to be extraction at 50 ℃ and 0.5 MPa performed three times for 30 min each, resulting in an oil yield of 24.16%. Twelve fatty acids were identified in the extracted seed oil and the major fatty acids were linolenic acid (45.412 2%), linoleic acid (38.119 9%), palmitic acid (11.124 6%) and stearic acid (3.648 9%). The physicochemical indexes were as follows: relative density 0.901 3, index of refraction 1.474 2, acid value 3.25 mg/g, iodine value 175 g/100 g, saponification value 176 mg/g, and peroxide value 1.48 meq/kg.

tree peony seed oil; physicochemical properties; fatty acid composition; subcritical fluid extraction

TS224.4

A

1002-6630（2014）14-0053-05

10.7506/spkx1002-6630-201414010

2014-01-12

國家發改委國家生物醫藥高技術產業化項目（發改委高技[2007]2490號）

姚茂君（1968—），男，教授，碩士，研究方向為天然產物化學。E-mail：yaomaojun@126.com