黑果腺肋花楸果實抗氧化物質(zhì)超臨界二氧化碳流體萃取研究

王鵬(遼寧省干旱地區(qū)造林研究所,遼寧 朝陽 122000)

黑果腺肋花楸(Aroniamelanocarpa)屬于薔薇科植物[1]，該樹種不但可以作為觀賞綠化樹種，而且果實中富含多種抗氧化物質(zhì)，具有很高的保健價值[3-6]。利用超臨界流體萃取技術(shù)，可以將黑果腺肋花楸果實中的抗氧化物質(zhì)萃取出來，通過進(jìn)一步精細(xì)加工，形成初級工業(yè)產(chǎn)品，可應(yīng)用于保健食品、醫(yī)藥、化妝品、天然色素等多個領(lǐng)域。本研究以黑果腺肋花楸果實為原料，利用超臨界萃取技術(shù)，提取抗氧化物質(zhì)。通過對各影響因素的研究，總結(jié)出最佳提取條件，為黑果腺肋花楸抗氧化物質(zhì)規(guī)模化提取和生產(chǎn)作必要的前期技術(shù)儲備。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料及試劑 黑果腺肋花楸果實由遼寧省干旱地區(qū)造林研究所提供；二氧化碳為食品級，購自北京市氧利來氣體器材銷售中心；無水乙醇為分析純，購自沈陽愛發(fā)化工產(chǎn)品有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備 鼓風(fēng)干燥箱、粉碎機(jī)、超臨界二氧化碳萃取設(shè)備、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、電子天平。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗流程 果實→挑選→清洗→瀝干→干燥→粉碎→過篩→萃取→分離→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→計算產(chǎn)品得率

1.2.2 果粉細(xì)度對抗氧化物質(zhì)得率的影響 選擇黑果腺肋花楸果粉的細(xì)度分別為：10目、20目、30目、40目、50目、60目，其他條件為萃取釜溫度40 ℃、壓力40 MPa、時間2 h、二氧化碳流量為10 Lh-1、夾帶劑為80%酒精溶液，添加比例為1∶8，分別測定不同物料細(xì)度條件下的抗氧化物質(zhì)得率，得出最佳果粉細(xì)度。

1.2.3 溫度對抗氧化物質(zhì)得率的影響 設(shè)置萃取釜的溫度分別為：35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃，果粉細(xì)度為最佳物料細(xì)度，其他條件同1.2.2，分別測定不同溫度條件下的抗氧化物質(zhì)得率，得出最佳溫度。

1.2.4 壓力對抗氧化物質(zhì)得率的影響 設(shè)置萃取釜的壓力分別為：25、30、35、40和45 MPa，萃取釜的溫度為最佳溫度，其他條件同1.2.3，分別測定不同壓力條件下的抗氧化物質(zhì)的得率，得出最佳壓力。

1.2.5 萃取時間對抗氧化物質(zhì)得率的影響 設(shè)置萃取時間分別為：1、1.5、2、2.5和3 h，萃取釜的壓力為最佳壓力，其他條件同1.2.4，分別測定抗氧化物質(zhì)得率，得出最佳萃取時間。

1.2.6 流體流量對抗氧化物質(zhì)得率的影響 設(shè)置流體流量分別為：5、10、15、20和25 Lh-1，萃取時間為最佳萃取時間，其他條件同1.2.5，分別測定不同流體流量條件下的抗氧化物質(zhì)得率，得出最佳流體流量。

1.2.7 夾帶劑添加比例對抗氧化物質(zhì)得率的影響 設(shè)置夾帶劑與物料比例分別為：1∶6、1∶8、1∶10、1∶12，流體流量為最佳流量，其他條件同1.2.6，分別測定不同夾帶劑添加比例條件下的抗氧化物質(zhì)得率，得出最佳夾帶劑添加比例。

1.2.8 產(chǎn)品得率計算公式

2 結(jié)果與分析

2.1 物料細(xì)度對抗氧化物質(zhì)得率的影響

黑果腺肋花楸果粉細(xì)度對抗氧化物質(zhì)得率的影響如圖1所示。

圖1物料細(xì)度對抗氧化物質(zhì)得率的影響

從圖1可知，黑果腺肋花楸果粉細(xì)度不同，抗氧化物質(zhì)得率也不同。當(dāng)果粉細(xì)度從10目增加到40目時，抗氧化物質(zhì)得率也隨之增加，這是因為超臨界流體與物料的接觸面積增加，促使抗氧化物析出效率增加；當(dāng)果粉細(xì)度從40目增加到60目時，抗氧化物質(zhì)得率反而降低了。這是因為隨之物料細(xì)度的增加，物料顆粒間的空隙變小，使得超臨界流體的流動效率降低，故而萃取效率降低了。因此，最佳物料細(xì)度為40目。

2.2 溫度對抗氧化物質(zhì)得率的影響

設(shè)置果粉細(xì)度為40目，溫度對抗氧化物質(zhì)得率的影響如圖2所示。

圖2 萃取溫度對抗氧化物質(zhì)得率的影響

從圖2可知，當(dāng)溫度從35 ℃增加到45 ℃時，抗氧化物質(zhì)得率隨溫度的增加而逐漸變大；當(dāng)溫度從45 ℃增加到55 ℃時，抗氧化物質(zhì)得率變化不明顯，因此溫度為45 ℃時，抗氧化物質(zhì)的析出效率已經(jīng)達(dá)到最大，該溫度為最佳溫度。

2.3 壓力對抗氧化物質(zhì)得率的影響

設(shè)置溫度為45 ℃，壓力對抗氧化物質(zhì)得率的影響如圖3所示。

圖3 萃取壓力對抗氧化物質(zhì)得率的影響

從圖3可知，抗氧化物質(zhì)得率隨壓力的增大而逐漸增加。當(dāng)壓力達(dá)到40 MPa時，抗氧化物質(zhì)得率達(dá)到最大，此狀態(tài)下的二氧化碳超臨界流體最適合萃取黑果腺肋花楸果粉中的抗氧化物質(zhì)。繼續(xù)增加壓力到45 MPa，抗氧化物質(zhì)得率基本保持不變。因此選擇40 MPa為最佳壓力。

2.4 萃取時間對抗氧化物質(zhì)得率的影響

設(shè)置萃取釜的壓力為40 MPa，萃取時間對抗氧化物質(zhì)得率的影響如圖4所示。

從圖4可知，抗氧化物質(zhì)得率隨著萃取時間的增加而不斷增大。當(dāng)萃取時間為2 h，抗氧化物質(zhì)得率到達(dá)最大。繼續(xù)增加萃取時間，抗氧化物質(zhì)得率變化不明顯。因此，選擇2 h為最佳萃取時間。

圖4 萃取時間對抗氧化物質(zhì)得率的影響

2.5 流體流量對抗氧化物質(zhì)得率的影響

設(shè)置萃取時間為2h，流體流量對抗氧化物質(zhì)得率的影響如圖5所示。

圖5 二氧化碳流量對抗氧化物質(zhì)得率的影響

2.6 夾帶劑添加比例對抗氧化物質(zhì)得率的影響

圖6 夾帶劑添加比例對抗氧化物質(zhì)得率

從圖6可知，當(dāng)夾帶劑與果粉添加比例在1∶6與1∶10之間時，抗氧化物質(zhì)得率基本保持不變。當(dāng)夾帶劑與果粉添加比例為1∶12時，抗氧化物質(zhì)得率開始下降，因此選擇夾帶劑與果粉添加比例1∶10為最佳夾帶劑添加比例。

3 討論和結(jié)論

在超臨界二氧化碳流體萃取過程中，一方面物料越細(xì)，超臨界流體與物料接觸面積越大，萃取效率越高；另一方面，物料顆粒過于細(xì)小，在相同壓力條件下，超臨界流體的滲透性和流動性會下降，因此選擇合適的果粉細(xì)度，有利于提高抗氧化物質(zhì)得率。

利用超臨界二氧化碳流體萃取黑果腺肋花楸果實中的抗氧化成分，所得萃取物為花青素、黃酮、三萜類化合物等具有抗氧化性質(zhì)的混合物。在分離過程中，通過提高分離釜的溫度，降低分離壓力的方式將萃取的混合物同時析出。如果希望得到某類高純的抗氧化物質(zhì)，需要對分離溫度和壓力進(jìn)行研究，使得在分離釜中得到高純度單一物質(zhì)。

最佳萃取工藝條件為：物料細(xì)度40目，萃取溫度45 ℃，萃取壓力40 MPa，萃取時間2 h，二氧化碳流量20 Lh-1，夾帶劑添加比例為1∶10，此條件下抗氧化物質(zhì)得率達(dá)到0.9%。