朱 莉，罗士数，张海德,*，李远颂
(1. 海南大学材料与化工学院，海南 海口 570228；2.海南大学食品学院，海南 海口 570228；3.海南大学研究生处，海南 海口 570228)
槟榔籽油的超临界CO2萃取及其成分分析
朱 莉1，罗士数2，张海德2,*，李远颂3
(1. 海南大学材料与化工学院，海南 海口 570228；2.海南大学食品学院，海南 海口 570228；3.海南大学研究生处，海南 海口 570228)
目的：从槟榔籽中提取槟榔籽油，并测定其成分。方法：采用超临界CO2流体技术萃取槟榔籽油，对其工艺条件进行优化，并用气相色谱-质谱法(GC-MS)对槟榔籽油所含的脂肪酸种类及含量进行测定。结果：超临界萃取的最优条件为萃取温度45℃、萃取压力20MPa、CO2流量20L/h，槟榔籽油的萃取得率为17.81%。结论：槟榔籽油中主要含棕榈酸(9.10%)、亚油酸(15.46%)和油酸(11.26%)。
超临界CO2萃取；槟榔籽油；成分分析
槟榔是棕榈科植物槟榔(Areca catechu Linn.)的干燥成熟种子，位居我国着名的四大南药(槟榔、益智、砂仁、巴戟)之首。槟榔是我国热带、亚热带地区仅次于橡胶的第二大产业[1]，在我国海南、云南、台湾等地广泛种植。槟榔味苦、辛，性温，归胃、大肠经，具有驱虫、抗菌、促消化、延缓衰老、降低胆固醇、抗抑郁等作用[2-4]。槟榔还有抗流感病毒的作用，素以“长寿食品”和“微型营养库”着称[5-6]。槟榔多为长椭圆形，像一个小橄榄，长3～6cm，大者可达10cm以上，含有较多蛋白质、还原糖、脂肪等能量物质[7-8]。
槟榔加工一般是以槟榔壳为原料，而将槟榔籽作为废物抛弃，既污染环境，又浪费资源，也无产品附加值。我国热带地区的槟榔种质资源丰富，利用槟榔籽提取脂肪酸，原料廉价，利用率高，具有巨大的商业潜力[9]。
在功能性油脂的开发利用上，国内外己有很多关于超临界CO2萃取技术的应用报告，但利用超临界CO2萃取槟榔籽油尚未见报道。因此，本研究以食品企业加工后废料中的槟榔籽为原料，采用超临界CO2萃取技术提取其中的油脂，确定超临界CO2萃取的最佳工艺参数。本研究对促进槟榔的综合开发利用，加快槟榔加工产业链的延伸，提高企业的经济效益，具有重要的意义。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
槟榔籽(已经过冷冻干燥处理) 海南椰皇槟榔食品有限公司；CO2(纯度≥99%) 海口金厚特种气体有限公司；无水乙醚为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
CQ01LB00CSM型超临界CO2萃取装置 德阳四创科技有限公司；CS-200型中碎机 江阴市瑞祥机械制造有限公司；PL303型电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；A11 basic分析型研磨机 德国IKA仪器公司；HP6890/5973MS气相色谱-质谱仪 美国Hewlett-Packark公司。
1.3 方法
1.3.1 槟榔籽预处理
取已经进行过冷冻干燥处理的槟榔籽，将其粉碎，过20～40目筛，备用。
1.3.2 槟榔籽油的超临界提取
工艺流程：槟榔籽→粉碎过筛→称量→装料→超临界CO2萃取→减压分离→槟榔籽油。
原料中粗脂肪含量测定：采用索氏抽提法，粗脂肪含量为13.36%。
超临界萃取：分别精确称取100g左右的样品置于超临界CO2流体萃取仪的萃取釜中，通过单因素试验初步获得萃取温度、萃取压力、CO2流量3个参数的大致范围，在此基础上确定每个因素的3个水平，利用L9(33)进行正交试验。其中萃取时间均为1.5h，分离釜Ⅰ的温度和压力分别为50℃、7MPa。
1.3.3 槟榔籽油的成分分析
样品甲酯化[10]：取2滴槟榔籽油于10mL具塞试管中，加入2.0mL 5%氢氧化钾-甲醇溶液摇匀，于60℃恒温水浴皂化至油珠消失，冷却至室温后加入2.0mL 14%三氟化硼-甲醇溶液，摇匀，于60℃恒温水浴3min，冷却至室温，加入2mL正己烷，饱和氯化钠1mL，摇匀、静置，离心后取其上层溶液用于气相色谱-质谱分析。
气相色谱条件：石英毛细管柱HP-FFAP(30m× 0.25mm，0.25μm)，程序升温：从60℃开始，以6℃/min升到150℃，再以8℃/min升到250℃，保持5min；载气为He，柱流量1.0mL/min，进样口温度250℃，分流比50:1。
质谱条件：EI源；电离电压70eV，离子源温度230℃，扫描范围10～500u，进样量1.0μL。
2 结果与分析
2.1 槟榔籽粉碎粒度的选择
为减少CO2流体在槟榔籽中的扩散距离，槟榔籽在投入超临界CO2流体萃取装置前，必须先粉碎、过筛。在一定的范围内，物料粉碎越细，可以大大降低母体对溶质(油脂)的束缚，增加传质面积，减少传质距离和传质阻力，有利于提高萃取率[11]。事实上，槟榔籽粉碎过粗或过细都会对传质效果产生较大的影响。若槟榔籽粉碎过粗，则会造成萃取时间延长和萃取不完全，从而增加生产成本，产生不必要的浪费；若槟榔籽粉碎过细，则物料在高压下易被压实，传质阻力增大，同时易堵塞滤网，降低萃取效率，不利于萃取操作[12]。故本实验选取槟榔籽粒的粉碎度以20～40目为宜。
2.2 超临界CO2萃取工艺参数的确定
2.2.1 分离压力与温度的确定
由于分离条件是处于临界状态(CO2的临界温度Tc=304.13K，临界压力Pc=7.375MPa)以下，所以分离温度与压力只要在临界温度与压力之下即可，它们对萃取效率的影响不大。温度对分离的影响与对萃取的影响一般是相反的，多数情况下升高分离温度对产物的完全分离有利。考虑到要将槟榔籽中色素等物质与槟榔油分离，故分离温度的选择以50℃左右较为适宜；分离压力也应与后路的压力相平衡，控制在7MPa左右。
2.2.2 萃取时间的确定
实验证明，萃取0.5、1h均无产品，而当萃取至1.5h基本萃取完毕，若再延长萃取时间不但会增加能源的消耗，且对提高萃取产率贡献不大，故在实际生产中，选择萃取时间1.5h较为适宜。
2.2.3 超临界CO2萃取正交试验优化
在超临界CO2萃取过程中，萃取压力、萃取温度、CO2流量是影响萃取效率的重要因素。为确定实验的最合理工艺参数，以萃取压力、萃取温度、CO2流量为变量因素，进行三因素三水平的正交试验L9(33)。正交试验的因素水平取值见表1，试验结果及数据处理见表2。
表1 超临界CO2萃取正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments
由表2正交试验数据处理结果和极差R值可知，影响槟榔籽油萃取效率的因素主次顺序为：萃取压力＞CO2流量＞萃取温度，工艺参数优化组合为A1B2C1，即超临界CO2萃取槟榔籽油的最佳工艺参数为萃取压力20MPa、萃取温度45℃、CO2流量20L/h。由于A1B2C1的组合工艺在试验中并未出现，因此采用A1B2C1组合工艺进行验证实验，此条件下槟榔籽油的萃取得率可达17.81%。
表2 超临界CO2萃取L9(33)正交试验结果及分析Table 2 Results of orthogonal experiments
2.3 槟榔籽油成分气相色谱-质谱分析
按1.3.3节气相色谱-质谱条件测定样品，得色谱图(图1)，并计算各脂肪酸相对含量。
图1 槟榔油的气相色谱-质谱联用图谱Fig.1 GC-MS chromatogram of betel nut oil
2.4 槟榔油的脂肪酸组成
槟榔籽在压力20MPa、萃取温度45℃、CO2流量20L/h条件下萃取的槟榔油通过气相色谱-质谱(GC-MS)对其进行脂肪酸分析，从中检出18种成分并通过谱图库鉴定出15种物质，萃取的槟榔油中的脂肪酸组成及其相对含量见表3。
由表3可以看出，含量比较高的脂肪酸分别是十六烷酸(棕榈酸)9.10%、十八碳烯酸(油酸)11.26%和十八碳二烯酸(亚油酸)15.46%。本研究结果与文献[12]对照，无论成分及含量均有明显差异，文献中含肉豆蔻酸为26.08%；棕榈酸、油酸、亚油酸含量均比本研究高，分别为14.09%、24.20%、22.70%，这可能与槟榔品种、预处理方法、提取方法等差别有关。
表3 槟榔油中各脂肪酸成分与含量Table 3 Chemical compositions and contents of fatty acids in betel nut oil
目前文献报道的槟榔油提取方法多为有机溶剂萃取法，其主要特点是简便、快捷、分离效果好，应用广泛，但萃取工艺复杂，溶剂消耗量大、易挥发、易燃，产品中存在有机溶剂残留。与传统的提取方法相比，超临界流体萃取具有明显的优势，它可以通过控制体系的压力和温度使其选择性地萃取其中的某一组分。然后通过温度或压力的变化，使溶解于超临界流体中的溶质因其密度的下降溶解度降低而析出，从而实现特定溶质的分离，并让超临界流体循环使用[13-14]。萃取过程易于调节、萃取效率高、能耗低、产物易与溶剂分离、无溶剂残留等优点，在食品、医药、生物工程、化工、环保等领域得到了广泛应用[15-16]。尤其是应用CO2作为萃取溶剂，能实现低温、无毒、无溶剂残留的苛刻要求，特别适合于食品工业分离精制风味特征物质、热敏性物质和生理活性物质。超临界CO2流体萃取的油脂无论酸价、过氧化值还是色泽都优于溶剂萃取的油脂，磷脂含量也较溶剂萃取的低[17-20]。
3 结 论
3.1 用超临界CO2萃取槟榔籽油的工艺是可行的，萃取压力、萃取温度、CO2流量是重要的影响因素。在本实验条件下，较适宜的工艺参数：原料粒度20～40目、一次投料量100g、萃取压力20MPa、萃取温度45℃、CO2流量20L/h、分离温度50℃、分离压力7MPa，在此条件下槟榔籽油的萃取得率为17.81%。
3.2 超临界CO2萃取经冷冻干燥处理过的槟榔籽，所得槟榔籽油中含有较高的十六烷酸(棕榈酸)9.10%、十八碳烯酸(油酸)11.26%和十八碳二烯酸(亚油酸)15.46%。
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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”国家科技支撑计划项目(2007BAD76B03)
朱莉(1982—)，女，助理实验师，硕士研究生，主要从事天然产物的提取与分离研究。E-mail：zhuli966@126.com
*通信作者：张海德(1970—)，男，教授，博士，主要从事热带农产品加工研究。E-mail：zhanghaide@163.com
