牡丹籽油超臨界CO2萃取工藝優(yōu)化及抗氧化活性的研究史國(guó)安pdf

1、2013 年 4 月中國(guó)糧油學(xué)報(bào)Vol 28，No 4第 28 卷第 4 期Journal of the Chinese Cereals and Oils AssociationApr. 2013本文出自牡丹雜志社牡丹籽油超臨界 CO2 萃取工藝優(yōu)化及抗氧化活性的研究史國(guó)安1郭香鳳1金寶磊1，2黃海霞1王瑋1張淑霞3王鳳樓3( 洛陽(yáng)市牡丹生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南科技大學(xué)1 ，洛陽(yáng) 471003) ( 中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院2 ，廣州 510275)( 國(guó)家牡丹種質(zhì)資源鑒定及檢疫重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 洛陽(yáng)出入境檢驗(yàn)檢疫局3 ，洛陽(yáng)471003)摘 要 以牡丹籽為原料，利用超臨界 CO2 萃取法提取牡丹籽油。采

2、用單因素試驗(yàn)對(duì)影響牡丹籽油萃取 率的 3 個(gè)因素( 溫度、壓力和時(shí)間) 進(jìn)行了考察; 以萃取率為響應(yīng)值，以溫度、壓力和時(shí)間 3 個(gè)主要影響因素設(shè) 計(jì)正交試驗(yàn)( L934 ) ，對(duì)提取條件較為溫和、對(duì)油脂抗氧化性成分破壞較小的超臨界提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化; 采用DPPH 法和亞鐵離子( Fe2 + ) 誘導(dǎo)的過(guò)氧化體系法，以油酸為對(duì)照，研究了壓榨法和超臨界 CO2 萃取法兩種工藝 提取的牡丹籽油清除 DPPH 自由基和抗脂質(zhì)過(guò)氧化能力的差異。結(jié)果表明，萃取時(shí)間對(duì)萃取率影響最大，其次為萃取溫度，萃取壓力對(duì)萃取率影響最小; 超臨界 CO2 萃取法提取牡丹籽油的優(yōu)化工藝條件為: 溫度 35 、壓力 30

3、MPa、時(shí)間 60 min，牡丹籽油的萃取率為 28 86% ; 牡丹籽油的不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 90% ，其抗 氧化性質(zhì)與脂溶性抗氧化劑類似; 超臨界油清除 DPPH 自由基的能力明顯高于壓榨油，而經(jīng) Fe2 + 誘導(dǎo)的脂質(zhì) 過(guò)氧化程度則低于壓榨油，說(shuō)明超臨界 CO2 提取的牡丹籽油品質(zhì)優(yōu)于壓榨油，建議采用超臨界 CO2 萃取技術(shù)提取高附加值牡丹籽油。關(guān)鍵詞牡丹籽油超臨界 CO2 萃取 脂肪酸組成抗氧化活性中圖分類號(hào):TS225 1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003 0174(2013)04 0047 05牡丹( Peonia Suffruticosa Andr ) 屬芍藥科( Paeo-

4、傳統(tǒng)的油脂萃取技術(shù)相比，具有顯著的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)出niaceae) 、芍藥屬 ( Paeonia ) 、牡丹組 ( sectMoutan工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、保護(hù)生理活性物質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量DC) ，1。鳳高的特點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于葡萄籽、南瓜籽、胡落葉灌木 是原產(chǎn)中國(guó)的一種名貴花卉丹是野生種楊山牡丹的變種1，廣泛栽植于河南、山麻籽、亞麻籽、紫蘇籽、茶籽、杏仁、玉米胚芽等植物東、安徽、陜西、四川、重慶、湖南等地，傳統(tǒng)以采收根5。試驗(yàn)研究了牡丹籽油的超臨界 CO2皮藥用為多。鳳丹種子產(chǎn)量較高，一般能夠達(dá) 150 油脂的提取萃取工藝以及抗氧化活性，為更好地開(kāi)發(fā)利用牡丹200 kg /666 7 m2 。牡丹

5、籽仁含油量高達(dá) 30% ，并且資源提供技術(shù)和理論支持。富含不飽和脂肪酸2 3，可廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)、保健食品、高級(jí)化妝品、潤(rùn)滑油等行業(yè)，作為新木本油料 資源具有重要的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。牡丹籽油具有很高 的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，已經(jīng)通過(guò)國(guó)家衛(wèi)生部的毒理學(xué)安全性評(píng) 價(jià)，衛(wèi)生部 2011 年第 9 號(hào)公告批準(zhǔn)牡丹籽油作為新資 源食品，為牡丹籽油的食用開(kāi)發(fā)提供了法律基礎(chǔ)。超臨界 CO2 ( SC CO2 ) 萃取技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外 競(jìng)相研究開(kāi)發(fā)的新一代高效分離及分析技術(shù)，因其 具有良好的溶劑性質(zhì)，被廣泛地應(yīng)用于植物油脂的提取4。利用 SC CO作為溶劑萃取植物油脂，與2基金項(xiàng)目: 河南省重大科技專項(xiàng)( 091100110

6、100) ，洛陽(yáng)市科技支 撐計(jì)劃( 1101073A) ，河南科技大學(xué)重大前期預(yù)研項(xiàng) 目( 2011CX004)收稿日期: 2012 07 09作者簡(jiǎn)介: 史國(guó)安，男，1963 年出生，教授，博士，牡丹生物學(xué)與資 源利用1 材料與方法1 1 試驗(yàn)材料牡丹籽: 洛陽(yáng)牡丹科技有限公司。2008 年采收的牡丹鳳丹白種子，經(jīng)干燥、揀選、去殼、粉碎后制 成 40 60 目籽粉備用。用超臨界 CO2 萃取技術(shù)生產(chǎn) 的牡丹油簡(jiǎn)稱超臨界油，用常規(guī)壓榨技術(shù)生產(chǎn)的牡丹油簡(jiǎn)稱壓榨油。1 2主要試劑與儀器油酸、1，1 二苯基苦基苯肼( DPPH) : 美國(guó) Sig-ma 公司; 三氯乙酸( TCA) : 天津市科密歐

7、化學(xué)試劑有 限公司; 硫代巴比妥酸( TBA) : 上海試劑二廠; 其他 試劑等均為分析純。LD4 2 型低速離心機(jī): 北京醫(yī)用離心機(jī)廠;48中國(guó)糧油學(xué)報(bào)2013 年第 4 期TU 1810型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì): 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司; 小型三用水浴箱: 北京西城區(qū)醫(yī)用器械廠; HD 121 40 11L 型超臨界萃取裝置: 泰州華達(dá)制藥技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司; 7890 氣相色譜儀:上海天美科學(xué)儀器有限公司。1 3 牡丹籽油超臨界 CO2 萃取條件的優(yōu)化 正交試驗(yàn)的因素水平見(jiàn)表 1。在單因素預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，固定 CO2 流量 30 L /h，選擇對(duì)牡丹籽油超 臨界 CO2 萃取效果影響較大

8、萃取溫度、萃取壓力和萃 取時(shí)間進(jìn)行三因素三水平的 L9 ( 34 ) 正交試驗(yàn)，確定 最優(yōu)的牡丹籽油超臨界 CO2 萃取條件，以萃取得率評(píng) 價(jià)試驗(yàn)效果，萃取得率 = 分離釜收集的油脂質(zhì)量 / 萃取釜裝料質(zhì)量 × 100% 。表 1正交試驗(yàn)因素水平表水平因素A( 萃取溫度 / )B( 萃取壓力 /MPa) C( 萃取時(shí)間 /min)1352545240306034535751 4牡丹籽原料和籽油理化成分分析水分: GB /T 147691993; 灰分: GB /T 147701993; 粗蛋白: GB /T 147711993; 粗脂肪: GB /T 147722008; 脂 肪 酸

9、: GB /T 173772008; 酸 值:GB /T 55302005; 過(guò)氧化值: GB /T 5009 372003;色值: 羅維朋比色法; 苯并 ( ) 芘: GB /T 225092008; 相對(duì)密度: NY /T 7512007。1 5牡丹籽油抗氧化活性分析1 5 1對(duì) DPPH 自由基清除能力的測(cè)定參考 Larrauri 等6和彭長(zhǎng)連等7 的方法加以改進(jìn)。把 2 5 mL 120 mol /L DPPH 的乙醇溶液和 0 5mL 待測(cè)牡丹籽油試樣混合，用無(wú)水乙醇作空白。室溫( 25 ) 下反應(yīng) 90 min 后，測(cè)定 517 nm 處的吸光值，重復(fù) 3 次。結(jié)果以清除率( %

10、) 表示。清除率 = ( 對(duì)照管 A517 樣品管 A517 )/ 對(duì)照管A517 × 100%1 5 2卵黃脂蛋白 PUFA 過(guò)氧化體系中過(guò)氧化活性的測(cè)定8，2 +按照張爾賢等方法 建立以 Fe誘發(fā)卵黃磷脂 C 2 上的極低密度脂蛋白和低密度脂蛋白 PUFA的過(guò)氧化模型。取新鮮的雞蛋黃加等體積的無(wú)菌蒸 餾水，攪拌均勻制備蛋黃懸浮液。在 2 0 mL 反應(yīng)體系中，包含 1 5 mL PBS ( 磷酸鹽緩沖液，pH 7 0 ) ， 0 2 mL蛋黃懸浮液，0 1 mL 25 mmol·L 1 FeSO4 ，0 1 mL dH2 O，0 05 mL 牡丹籽油樣品。將試管置于 3

11、7 水浴中溫浴 60 min，然后加入 2 0 mL 0 5% TBA 20% TCA 溶液，沸水浴 15 min，迅速冷卻，于 3 500 r·min 1 離心 5 min，以空白管調(diào)零( 以等量的無(wú)水乙醇代替) ，測(cè)定 532 nm 處的吸光值。對(duì)照管以等量的提取介質(zhì)代替，其他同樣品管。樣品過(guò)氧化率 = ( 樣品管 A532 對(duì)照管 A532 ) / 對(duì)照管 A532 × 100% 。2 結(jié)果與分析2 1 超臨界 CO2 萃取牡丹籽油條件的優(yōu)化由表 2 可以看出，在 CO2 流量為 30 L /h 的條件 下，因素 C( 萃取時(shí)間) 對(duì)牡丹籽油的萃取得率的影 響最大且影

12、響顯著( P0 05) ( 表 3) ，因素 A( 萃取 溫度) 其次，因素 B( 萃取壓力) 影響最小，A 因素和 B因素對(duì)牡丹籽油超臨界 CO2 萃取得率的影響均不顯 著; 牡丹籽油超臨界 CO2 萃取的最佳工藝條件為: A1 B2 C2 ，即萃取溫度 35 ，萃取壓力 30 MPa，萃取時(shí) 間 60 min，在此條件下的牡丹籽油的萃取得率為28 86% ，萃取效率達(dá) 98 2% 。表 2正交試驗(yàn)直觀分析表處理號(hào)ABC萃取得率 /%111126 80212228 86313327 63421226 79522327 57623126 72731327 72832126 86933227 2

13、6k127 7627 1026 79k227 0327 7627 64k327 2827 2027 64極差 R0 740 660 85因素影響順序C A B最優(yōu)組合A1 B2 C2表 3 方差分析結(jié)果表明，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，萃取時(shí)間 C 對(duì)萃取量有顯著性影響，而萃取溫度 A、萃取壓力 B 對(duì)萃取量影響不顯著。表明在一定的超臨界溫 度和超臨界壓力范圍內(nèi)，控制適宜的萃取時(shí)間是提 高牡丹籽油的萃取效率的關(guān)鍵因素。表 3正交試驗(yàn)方差分析變異來(lái)源平方和自由度均方F 值P 值區(qū)組0 321 120 160 5萃取溫度 / 2 526 521 263 23 054 90 075 2萃取壓力 /MPa2 266

14、 421 133 22 740 50 094 7萃取時(shí)間 /min4 250 422 125 25 139 40 018 9誤差6 616 2160 413 5總和18 302 5第 28 卷第 4 期史國(guó)安等牡丹籽油超臨界 CO2 萃取工藝優(yōu)化及抗氧化活性的研究492 2牡丹種仁和籽油理化成分2 2 1 牡丹種仁基本營(yíng)養(yǎng)成分 牡丹種子基本營(yíng)養(yǎng)成分見(jiàn)表 4。牡丹種籽脫殼后獲得種仁，其水分含量接近大豆; 粗蛋白含量顯著 高于油茶; 粗脂肪含量高于大豆，略低于油茶; 灰分 含量與花生等作物接近8。表明牡丹種子是一種高油脂含量、高蛋白的木本油料作物。表 4牡丹種仁基本營(yíng)養(yǎng)成分水分粗蛋白粗脂肪灰分質(zhì)量

15、分?jǐn)?shù) /%10 0220 1729 382 382 2 2籽油理化成分牡丹籽油理化特性見(jiàn)表 5、表 6。超臨界 CO2 萃取的牡丹籽油呈淺黃色，具有獨(dú)特牡丹芳香、富含人體必需不飽和脂肪酸，并且未檢出有害的苯并 ( ) 芘。牡丹籽油的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值超過(guò)橄欖油和茶油9 10。表 5牡丹籽油理化特性相對(duì)密度 /酸值過(guò)氧化值色澤苯并( ) 芘d2020/mg /g/mmol /kg紅色黃色藍(lán)色g /kg0 928 80 902 01 010 00未檢出表 6牡丹籽油脂肪酸組成成分 /%牡丹籽仁牡丹籽油棕櫚酸5 465 54硬脂酸1 891 82油酸22 9222 44亞油酸28 5528 88亞麻酸39 8

16、240 86其他1 350 592 3超臨界油和壓榨油抗氧化活性的比較2 3 1清除 DPPH 自由基的效應(yīng)超臨界油、壓榨油和油酸對(duì) DPPH 抑制的時(shí)間 效應(yīng)變化見(jiàn)圖 1。體系中存在 3 mg /mL 油樣的條件 下，三者對(duì) DPPH 抑制率均隨著時(shí)間的延長(zhǎng)先急劇 增加而后趨于平穩(wěn)。超臨界油對(duì) DPPH 自由基的清圖 1牡丹籽油清除 DPPH 自由基的時(shí)間效應(yīng)曲線除能力明顯高于壓榨油和油酸，清除率超過(guò)了 50% ，表明超臨界油相對(duì)于壓榨油具有更高的抗氧化能 力; 超臨界油和油酸的達(dá)到反應(yīng)平衡所需時(shí)間為 90 min，而壓榨油的反應(yīng)平衡時(shí)間為 60 min。3 種樣品達(dá)到反映平衡的時(shí)間均超過(guò)了

17、 60 min，與脂溶性抗 氧化劑的特性一致11 13。圖 2 顯示，在相同的濃度下，超臨界油具有更高的抑制率，體系中 5 mg /mL 的超臨界油抑制率接近90% ，而壓榨油僅達(dá) 50% 。IC50 ( 達(dá)到最大抑制活性 一半時(shí)的底物用量) 的值與某種物質(zhì)的抗氧化性能呈反比，IC50 值越小，該種物質(zhì)的抗氧化性能越強(qiáng)。 超臨界油和壓榨油清除 DPPH 自由基的 IC50 分別為1 98 mg /mL 和 4 61 mg /mL，表明超臨界油的抗氧化性顯著強(qiáng)于壓榨油。說(shuō)明超臨界油與壓榨油相比，超臨界油具有更高的自由基清除能力，超臨界 CO2 萃取生產(chǎn)技術(shù)保留了牡丹油中更多的抗氧化成分。圖 2牡

18、丹籽油清除 DPPH 自由基的劑量效應(yīng)曲線2 3 2Fe2 + 誘導(dǎo)的蛋黃過(guò)氧化體系中的過(guò)氧化能力差異在 Fe2 + 誘導(dǎo)的蛋黃過(guò)氧化體系中，超臨界油和 壓榨油的過(guò)氧化能力不同( 表 7) 。以油酸為陽(yáng)性對(duì) 照，超臨界油的過(guò)氧化率最低，而壓榨油最高。油酸 所含不飽和鍵較低，故而其對(duì)丙二醛產(chǎn)生的貢獻(xiàn)也 較小。壓榨油的過(guò)氧化率高于油酸，說(shuō)明在 Fe2 + 在誘導(dǎo)的蛋黃過(guò)氧化的同時(shí)，也誘導(dǎo)了壓榨油中不飽 和脂肪酸的過(guò)氧化過(guò)程，從而產(chǎn)生了更多的丙二醛， 過(guò)氧化率增高; 超臨界油的過(guò)氧化率卻低于油酸，表明溫育過(guò)程中，超臨界油中豐富的抗氧化劑發(fā)揮了 重要作用，對(duì)蛋黃和油樣中不飽和脂肪酸的過(guò)氧化 起到了一定

19、的抑制作用。表 7不同樣品的過(guò)氧化能力差異樣品CK超臨界油壓榨油油酸A5321 140 ± 0 031 276± 0 011 572± 0 05 1 456 ± 0 03過(guò)氧化率 /%011 937 927 750中國(guó)糧油學(xué)報(bào)2013 年第 4 期3 結(jié)論超臨界萃取法牡丹籽油可以保護(hù)活性物質(zhì)的生理活性，制取的牡丹籽油含磷少，色澤淺，后處理可以省去脫膠脫色工藝，避免營(yíng)養(yǎng)成分在精煉過(guò)程中的損失。經(jīng)優(yōu)化的牡丹籽油超臨界萃取工藝為: 在流量為 30 L /h 條件下，溫度 35 、壓力 30 MPa、時(shí)間60 min，牡丹籽油的萃取得率為 28 86% ，萃取效

20、率達(dá) 98 2% 。鑒于牡丹籽油易氧化的特性，建議用超臨界萃取技術(shù)制取牡丹籽油14 17，開(kāi)發(fā)出高檔牡丹食用油，以及保健品和化妝品用油，充分利用我國(guó)的牡丹特色資源。參考文獻(xiàn)1洪德元，潘開(kāi)玉 芍藥屬牡丹組的分類歷史和分類處理J 植物分類學(xué)報(bào)，1999，37( 4) : 351 3682戚軍超，周海梅，馬錦琦，等 牡丹籽油化學(xué)成分 GC MS分析J 糧食與油脂，2005( 11) : 22 233周海梅，馬錦琦，苗春雨，等 牡丹籽油的理化指標(biāo)和脂肪 酸成分分析J 中國(guó)油脂，2009，34( 7) : 72 744倪培德 油脂加工技術(shù)M 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，20075任飛，韓發(fā)，石麗娜，等 超臨

21、界 CO2 萃取技術(shù)在植物油脂 提取中的應(yīng)用J 中國(guó)油脂，2010，35( 5) : 14 196Larrauri JA，Sanchez Moreno C，Saura Calixto F Effect of temperature on the free radical scavenging capacity of extracts from red and white grape pomace peelsJ Journal Agricul-tural Food Chemistry，1998，46( 7) : 2694 26977彭長(zhǎng)連，陳少薇，林植芳，等 用清除有機(jī)自由基 DPPH 法評(píng)價(jià)植

22、物抗氧化能力J 生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2000，27( 6) : 658 6618楊月欣，王光亞，潘興昌 中國(guó)食物成分表M 北京: 北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，20029龍正海，王道平 油茶籽油與橄欖油化學(xué)成分研究J 中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2008，23( 2) : 121 12310王亞萍，費(fèi)學(xué)謙，陳焱，等 制油工藝對(duì)油茶籽油質(zhì)量安 全的影響分析J 中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2012，27( 9) : 60 6311張爾賢，俞麗君，周意琳，等 Fe2 + 誘發(fā)脂蛋白 PUFA 過(guò)氧 化體系及對(duì)若干天然產(chǎn)物抗氧化作用的評(píng)價(jià)J 生物 化學(xué)與生物物理學(xué)報(bào)，1996，28( 2) : 218 22212馮志文，楊霞光，潘劍，

23、等 6 個(gè)品種牡丹花瓣的抗氧化活性 分析J 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，37( 1) : 205 21013張爾賢，方黎，張捷，等 菊花提取物的抗氧化活性研究J 食品科學(xué)，2000，21( 7) : 6 814易軍鵬，朱文學(xué)，馬海樂(lè)，等 牡丹籽油超臨界二氧化碳 萃取工藝J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2009，40( 12) : 144 15015王昌濤，張萍，董銀卯 超臨界 CO2 提取牡丹籽油的工藝 以及成分分析J 中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2009，24( 8) : 96 10016鄧瑞雪，劉振，秦琳琳，等 超臨界 CO2 流體提取洛陽(yáng)牡丹 籽油工藝研究J 食品科學(xué)，2010，31( 10) : 142 14

24、517Reverchon E，Marco ID Supercritical fluid extraction andfractionation of natural matter J The Journal of Supercriti-cal Fluids，2006，38( 2) : 146 166Optimization of Supercritical CO2 Extraction and Analysisof Antioxidation Activity of Peony Seed OilShi Guoan1Guo Xiangfeng1Jin Baolei1，2Huang Haixia1

25、Wang Wei1Zhang Shuxia3Wang Fenglou3( Luoyang Key Laboratory of Peony Biology Henan University of Science and Technology1 ，Luoyang471003)( School of Life Sciences，Sun Yat Sen University2 ，Guangzhou510275)( State Key Laboratory of Identification and Quarantine of Peony Germplasm Resource Luoyang Entry

26、 Exit Inspectionand Quarantine Bureau of P R China3 ，Luoyang471003)Abstract Take peony seeds as raw material，supercritical CO2 extraction method was used to extract peony seed oil To conduct single factor experiment，three factors( temperature，pressure and time) ，which influence extrac-tion rate were

27、 investigated Take extraction rate as effect size，orthogonal experiment( L933 ) was designed with 3 main influence factors，that is temperature，pressure and time，to optimize the supercritical extraction process whose extrac-tion condition is milder，and destroy to oxidation resistance component of oil

28、 is smaller By DPPH method and the fer-rous ions( Fe2 + ) induced by peroxidation system，with oleic acid as control，the differences of the capacity of peony( 下轉(zhuǎn)第 107 頁(yè))第 28 卷第 4 期李詠梅等共振光散射法測(cè)定食用油中鐵含量107RSD was less than 3% ，and recovery was in the range of 97 3% 102 5% This method was sensitive，accur

29、ate，sim-ple，rapid，precise，efficient and environmentally friendly，which could completely meet the analysis requirements of i-ron content in edible oilKey wordsresonance light scattering method，edible oil，iron檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪( 上接第 50 頁(yè))seed oil to scavenge DPPH free radicals and degree of peroxidation of two samples obtained by pressing and the super-critical CO2 extraction method respectiv