牡丹籽油超临界CO2萃取工艺优化及抗氧化活性的研究史国安pdf

1、2013 年 4 月中国粮油学报Vol 28，No 4第 28 卷第 4 期Journal of the Chinese Cereals and Oils AssociationApr. 2013本文出自牡丹杂志社牡丹籽油超临界 CO2 萃取工艺优化及抗氧化活性的研究史国安1郭香凤1金宝磊1，2黄海霞1王玮1张淑霞3王凤楼3( 洛阳市牡丹生物学重点实验室 河南科技大学1 ，洛阳 471003) ( 中山大学生命科学学院2 ，广州 510275)( 国家牡丹种质资源鉴定及检疫重点实验室 洛阳出入境检验检疫局3 ，洛阳471003)摘 要 以牡丹籽为原料，利用超临界 CO2 萃取法提取牡丹籽油。采

2、用单因素试验对影响牡丹籽油萃取 率的 3 个因素( 温度、压力和时间) 进行了考察; 以萃取率为响应值，以温度、压力和时间 3 个主要影响因素设 计正交试验( L934 ) ，对提取条件较为温和、对油脂抗氧化性成分破坏较小的超临界提取工艺进行了优化; 采用DPPH 法和亚铁离子( Fe2 + ) 诱导的过氧化体系法，以油酸为对照，研究了压榨法和超临界 CO2 萃取法两种工艺 提取的牡丹籽油清除 DPPH 自由基和抗脂质过氧化能力的差异。结果表明，萃取时间对萃取率影响最大，其次为萃取温度，萃取压力对萃取率影响最小; 超临界 CO2 萃取法提取牡丹籽油的优化工艺条件为: 温度 35 、压力 30

3、MPa、时间 60 min，牡丹籽油的萃取率为 28 86% ; 牡丹籽油的不饱和脂肪酸质量分数高达 90% ，其抗 氧化性质与脂溶性抗氧化剂类似; 超临界油清除 DPPH 自由基的能力明显高于压榨油，而经 Fe2 + 诱导的脂质 过氧化程度则低于压榨油，说明超临界 CO2 提取的牡丹籽油品质优于压榨油，建议采用超临界 CO2 萃取技术提取高附加值牡丹籽油。关键词牡丹籽油超临界 CO2 萃取 脂肪酸组成抗氧化活性中图分类号:TS225 1文献标识码:A文章编号:1003 0174(2013)04 0047 05牡丹( Peonia Suffruticosa Andr ) 属芍药科( Paeo-

4、传统的油脂萃取技术相比，具有显著的优势，表现出niaceae) 、芍药属 ( Paeonia ) 、牡丹组 ( sectMoutan工艺简单、环境友好、保护生理活性物质和产品质量DC) ，1。凤高的特点，目前已经广泛应用于葡萄籽、南瓜籽、胡落叶灌木 是原产中国的一种名贵花卉丹是野生种杨山牡丹的变种1，广泛栽植于河南、山麻籽、亚麻籽、紫苏籽、茶籽、杏仁、玉米胚芽等植物东、安徽、陕西、四川、重庆、湖南等地，传统以采收根5。试验研究了牡丹籽油的超临界 CO2皮药用为多。凤丹种子产量较高，一般能够达 150 油脂的提取萃取工艺以及抗氧化活性，为更好地开发利用牡丹200 kg /666 7 m2 。牡丹

5、籽仁含油量高达 30% ，并且资源提供技术和理论支持。富含不饱和脂肪酸2 3，可广泛用于医药工业、保健食品、高级化妆品、润滑油等行业，作为新木本油料 资源具有重要的开发利用价值。牡丹籽油具有很高 的营养价值，已经通过国家卫生部的毒理学安全性评 价，卫生部 2011 年第 9 号公告批准牡丹籽油作为新资 源食品，为牡丹籽油的食用开发提供了法律基础。超临界 CO2 ( SC CO2 ) 萃取技术是目前国内外 竞相研究开发的新一代高效分离及分析技术，因其 具有良好的溶剂性质，被广泛地应用于植物油脂的提取4。利用 SC CO作为溶剂萃取植物油脂，与2基金项目: 河南省重大科技专项( 091100110

6、100) ，洛阳市科技支 撑计划( 1101073A) ，河南科技大学重大前期预研项 目( 2011CX004)收稿日期: 2012 07 09作者简介: 史国安，男，1963 年出生，教授，博士，牡丹生物学与资 源利用1 材料与方法1 1 试验材料牡丹籽: 洛阳牡丹科技有限公司。2008 年采收的牡丹凤丹白种子，经干燥、拣选、去壳、粉碎后制 成 40 60 目籽粉备用。用超临界 CO2 萃取技术生产 的牡丹油简称超临界油，用常规压榨技术生产的牡丹油简称压榨油。1 2主要试剂与仪器油酸、1，1 二苯基苦基苯肼( DPPH) : 美国 Sig-ma 公司; 三氯乙酸( TCA) : 天津市科密欧

7、化学试剂有 限公司; 硫代巴比妥酸( TBA) : 上海试剂二厂; 其他 试剂等均为分析纯。LD4 2 型低速离心机: 北京医用离心机厂;48中国粮油学报2013 年第 4 期TU 1810型紫外可见分光光度计: 北京普析通用仪器有限责任公司; 小型三用水浴箱: 北京西城区医用器械厂; HD 121 40 11L 型超临界萃取装置: 泰州华达制药技术开发有限公司; 7890 气相色谱仪:上海天美科学仪器有限公司。1 3 牡丹籽油超临界 CO2 萃取条件的优化 正交试验的因素水平见表 1。在单因素预试验的基础上，固定 CO2 流量 30 L /h，选择对牡丹籽油超 临界 CO2 萃取效果影响较大

8、萃取温度、萃取压力和萃 取时间进行三因素三水平的 L9 ( 34 ) 正交试验，确定 最优的牡丹籽油超临界 CO2 萃取条件，以萃取得率评 价试验效果，萃取得率 = 分离釜收集的油脂质量 / 萃取釜装料质量 × 100% 。表 1正交试验因素水平表水平因素A( 萃取温度 / )B( 萃取压力 /MPa) C( 萃取时间 /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; 过氧化值: GB /T 5009 372003;色值: 罗维朋比色法; 苯并 ( ) 芘: GB /T 225092008; 相对密度: NY /T 7512007。1 5牡丹籽油抗氧化活性分析1 5 1对 DPPH 自由基清除能力的测定参考 Larrauri 等6和彭长连等7 的方法加以改进。把 2 5 mL 120 mol /L DPPH 的乙醇溶液和 0 5mL 待测牡丹籽油试样混合，用无水乙醇作空白。室温( 25 ) 下反应 90 min 后，测定 517 nm 处的吸光值，重复 3 次。结果以清除率( %

10、) 表示。清除率 = ( 对照管 A517 样品管 A517 )/ 对照管A517 × 100%1 5 2卵黄脂蛋白 PUFA 过氧化体系中过氧化活性的测定8，2 +按照张尔贤等方法 建立以 Fe诱发卵黄磷脂 C 2 上的极低密度脂蛋白和低密度脂蛋白 PUFA的过氧化模型。取新鲜的鸡蛋黄加等体积的无菌蒸 馏水，搅拌均匀制备蛋黄悬浮液。在 2 0 mL 反应体系中，包含 1 5 mL PBS ( 磷酸盐缓冲液，pH 7 0 ) ， 0 2 mL蛋黄悬浮液，0 1 mL 25 mmol·L 1 FeSO4 ，0 1 mL dH2 O，0 05 mL 牡丹籽油样品。将试管置于 3

11、7 水浴中温浴 60 min，然后加入 2 0 mL 0 5% TBA 20% TCA 溶液，沸水浴 15 min，迅速冷却，于 3 500 r·min 1 离心 5 min，以空白管调零( 以等量的无水乙醇代替) ，测定 532 nm 处的吸光值。对照管以等量的提取介质代替，其他同样品管。样品过氧化率 = ( 样品管 A532 对照管 A532 ) / 对照管 A532 × 100% 。2 结果与分析2 1 超临界 CO2 萃取牡丹籽油条件的优化由表 2 可以看出，在 CO2 流量为 30 L /h 的条件 下，因素 C( 萃取时间) 对牡丹籽油的萃取得率的影 响最大且影

12、响显著( P0 05) ( 表 3) ，因素 A( 萃取 温度) 其次，因素 B( 萃取压力) 影响最小，A 因素和 B因素对牡丹籽油超临界 CO2 萃取得率的影响均不显 著; 牡丹籽油超临界 CO2 萃取的最佳工艺条件为: A1 B2 C2 ，即萃取温度 35 ，萃取压力 30 MPa，萃取时 间 60 min，在此条件下的牡丹籽油的萃取得率为28 86% ，萃取效率达 98 2% 。表 2正交试验直观分析表处理号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极差 R0 740 660 85因素影响顺序C A B最优组合A1 B2 C2表 3 方差分析结果表明，在试验范围内，萃取时间 C 对萃取量有显著性影响，而萃取温度 A、萃取压力 B 对萃取量影响不显著。表明在一定的超临界温 度和超临界压力范围内，控制适宜的萃取时间是提 高牡丹籽油的萃取效率的关键因素。表 3正交试验方差分析变异来源平方和自由度均方F 值P 值区组0 321 120 160 5萃取温度 / 2 526 521 263 23 054 90 075 2萃取压力 /MPa2 266

14、 421 133 22 740 50 094 7萃取时间 /min4 250 422 125 25 139 40 018 9误差6 616 2160 413 5总和18 302 5第 28 卷第 4 期史国安等牡丹籽油超临界 CO2 萃取工艺优化及抗氧化活性的研究492 2牡丹种仁和籽油理化成分2 2 1 牡丹种仁基本营养成分 牡丹种子基本营养成分见表 4。牡丹种籽脱壳后获得种仁，其水分含量接近大豆; 粗蛋白含量显著 高于油茶; 粗脂肪含量高于大豆，略低于油茶; 灰分 含量与花生等作物接近8。表明牡丹种子是一种高油脂含量、高蛋白的木本油料作物。表 4牡丹种仁基本营养成分水分粗蛋白粗脂肪灰分质量

15、分数 /%10 0220 1729 382 382 2 2籽油理化成分牡丹籽油理化特性见表 5、表 6。超临界 CO2 萃取的牡丹籽油呈浅黄色，具有独特牡丹芳香、富含人体必需不饱和脂肪酸，并且未检出有害的苯并 ( ) 芘。牡丹籽油的营养价值超过橄榄油和茶油9 10。表 5牡丹籽油理化特性相对密度 /酸值过氧化值色泽苯并( ) 芘d2020/mg /g/mmol /kg红色黄色蓝色g /kg0 928 80 902 01 010 00未检出表 6牡丹籽油脂肪酸组成成分 /%牡丹籽仁牡丹籽油棕榈酸5 465 54硬脂酸1 891 82油酸22 9222 44亚油酸28 5528 88亚麻酸39 8

16、240 86其他1 350 592 3超临界油和压榨油抗氧化活性的比较2 3 1清除 DPPH 自由基的效应超临界油、压榨油和油酸对 DPPH 抑制的时间 效应变化见图 1。体系中存在 3 mg /mL 油样的条件 下，三者对 DPPH 抑制率均随着时间的延长先急剧 增加而后趋于平稳。超临界油对 DPPH 自由基的清图 1牡丹籽油清除 DPPH 自由基的时间效应曲线除能力明显高于压榨油和油酸，清除率超过了 50% ，表明超临界油相对于压榨油具有更高的抗氧化能 力; 超临界油和油酸的达到反应平衡所需时间为 90 min，而压榨油的反应平衡时间为 60 min。3 种样品达到反映平衡的时间均超过了

17、 60 min，与脂溶性抗 氧化剂的特性一致11 13。图 2 显示，在相同的浓度下，超临界油具有更高的抑制率，体系中 5 mg /mL 的超临界油抑制率接近90% ，而压榨油仅达 50% 。IC50 ( 达到最大抑制活性 一半时的底物用量) 的值与某种物质的抗氧化性能呈反比，IC50 值越小，该种物质的抗氧化性能越强。 超临界油和压榨油清除 DPPH 自由基的 IC50 分别为1 98 mg /mL 和 4 61 mg /mL，表明超临界油的抗氧化性显著强于压榨油。说明超临界油与压榨油相比，超临界油具有更高的自由基清除能力，超临界 CO2 萃取生产技术保留了牡丹油中更多的抗氧化成分。图 2牡

18、丹籽油清除 DPPH 自由基的剂量效应曲线2 3 2Fe2 + 诱导的蛋黄过氧化体系中的过氧化能力差异在 Fe2 + 诱导的蛋黄过氧化体系中，超临界油和 压榨油的过氧化能力不同( 表 7) 。以油酸为阳性对 照，超临界油的过氧化率最低，而压榨油最高。油酸 所含不饱和键较低，故而其对丙二醛产生的贡献也 较小。压榨油的过氧化率高于油酸，说明在 Fe2 + 在诱导的蛋黄过氧化的同时，也诱导了压榨油中不饱 和脂肪酸的过氧化过程，从而产生了更多的丙二醛， 过氧化率增高; 超临界油的过氧化率却低于油酸，表明温育过程中，超临界油中丰富的抗氧化剂发挥了 重要作用，对蛋黄和油样中不饱和脂肪酸的过氧化 起到了一定

19、的抑制作用。表 7不同样品的过氧化能力差异样品CK超临界油压榨油油酸A5321 140 ± 0 031 276± 0 011 572± 0 05 1 456 ± 0 03过氧化率 /%011 937 927 750中国粮油学报2013 年第 4 期3 结论超临界萃取法牡丹籽油可以保护活性物质的生理活性，制取的牡丹籽油含磷少，色泽浅，后处理可以省去脱胶脱色工艺，避免营养成分在精炼过程中的损失。经优化的牡丹籽油超临界萃取工艺为: 在流量为 30 L /h 条件下，温度 35 、压力 30 MPa、时间60 min，牡丹籽油的萃取得率为 28 86% ，萃取效

20、率达 98 2% 。鉴于牡丹籽油易氧化的特性，建议用超临界萃取技术制取牡丹籽油14 17，开发出高档牡丹食用油，以及保健品和化妆品用油，充分利用我国的牡丹特色资源。参考文献1洪德元，潘开玉 芍药属牡丹组的分类历史和分类处理J 植物分类学报，1999，37( 4) : 351 3682戚军超，周海梅，马锦琦，等 牡丹籽油化学成分 GC MS分析J 粮食与油脂，2005( 11) : 22 233周海梅，马锦琦，苗春雨，等 牡丹籽油的理化指标和脂肪 酸成分分析J 中国油脂，2009，34( 7) : 72 744倪培德 油脂加工技术M 北京: 化学工业出版社，20075任飞，韩发，石丽娜，等 超临

21、界 CO2 萃取技术在植物油脂 提取中的应用J 中国油脂，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彭长连，陈少薇，林植芳，等 用清除有机自由基 DPPH 法评价植

22、物抗氧化能力J 生物化学与生物物理进展，2000，27( 6) : 658 6618杨月欣，王光亚，潘兴昌 中国食物成分表M 北京: 北京大学医学出版社，20029龙正海，王道平 油茶籽油与橄榄油化学成分研究J 中国粮油学报，2008，23( 2) : 121 12310王亚萍，费学谦，陈焱，等 制油工艺对油茶籽油质量安 全的影响分析J 中国粮油学报，2012，27( 9) : 60 6311张尔贤，俞丽君，周意琳，等 Fe2 + 诱发脂蛋白 PUFA 过氧 化体系及对若干天然产物抗氧化作用的评价J 生物 化学与生物物理学报，1996，28( 2) : 218 22212冯志文，杨霞光，潘剑，

23、等 6 个品种牡丹花瓣的抗氧化活性 分析J 西北农林科技大学学报，2009，37( 1) : 205 21013张尔贤，方黎，张捷，等 菊花提取物的抗氧化活性研究J 食品科学，2000，21( 7) : 6 814易军鹏，朱文学，马海乐，等 牡丹籽油超临界二氧化碳 萃取工艺J 农业机械学报，2009，40( 12) : 144 15015王昌涛，张萍，董银卯 超临界 CO2 提取牡丹籽油的工艺 以及成分分析J 中国粮油学报，2009，24( 8) : 96 10016邓瑞雪，刘振，秦琳琳，等 超临界 CO2 流体提取洛阳牡丹 籽油工艺研究J 食品科学，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( 下转第 107 页)第 28 卷第 4 期李咏梅等共振光散射法测定食用油中铁含量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 页)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