全 文 ：Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术
2012年第22期
超临界CO2萃取冷破碎苹果皮蜡质
工艺优化及其成分分析
李 卓，郭玉蓉*，闫玉培
（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安 710062）
摘 要：以冷破碎苹果皮渣为原料，研究超临界CO2萃取苹果皮蜡质的工艺条件，并用气相色谱-质谱联用技术（GC-
MS）分析苹果皮蜡质的化学组成。 结果表明：超临界CO2萃取苹果皮蜡质的最佳工艺条件为：萃取压力35MPa，萃取温
度50℃，萃取时间1.5h，原料粒度＞100目，该条件下萃取率为2.081%；用GC-MS检测到萃取物中36种化合物，其中主要
成分是饱和烷烃和酯类，这两类物质的相对含量分别为41.44%和37.41%；其次，苹果皮蜡质还含有醇类、脂肪酸、酮
类、β-谷甾醇、木栓酮等成分。
关键词：超临界CO2萃取，蜡质，成分，GC-MS
Optimization of extracting process of waxes from cold-break apple peel
by supercritical CO2 and analysis of the composition
LI Zhuo，GUO Yu-rong*，YAN Yu-pei
（College of Food Engineering and Nutritional Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China）
Abstract：The extraction condition of waxes from cold -break apple peel by supercritical CO2 extraction
technology was studied and the composition of apple waxes was analyzed by GC-MS. The optimum condition
of supercritical CO2 were as follows：extraction pressure 35MPa，extraction temperature 50℃ ，raw material
particle size＞100 mesh，extraction time 1.5h. Under optimal conditions，the yield of apple waxes was 2.081%.
36 compounds of apple waxes were detected. Main ingredients were hydrocarbons and esters which account
for 41.44% and 37.41% respectively of all the detected compounds. Alcohols，fatty acids，ketones，β-sitosterol
and friedelin were also detected.
Key words：supercritical CO2 extraction；waxes；composition；GC-MS
中图分类号：TS201.2 文献标识码：B 文 章 编 号：1002-0306（2012）22-0312-04
收稿日期：2012－05－23 * 通讯联系人
作者简介：李卓（1988-），女，研究生，研究方向：食品生物技术。
基金项目：现代苹果产业技术体系专项资金资助（CARS-28）。
苹果果皮上覆盖着一层疏水性的蜡质，可防止
微生物、昆虫等对果实的侵害及果实非气孔性水分
散失[1]。除了对果实的生理性保护作用，苹果皮蜡质
还可用于护发和护肤品中，国外已有公司将苹果皮
蜡质作为一种天然保护剂和调理剂用于洗发剂、清
洗剂和护发剂中[2]。我国是浓缩苹果汁的出口大国，
在其生产过程中会产生大量的果渣副产物，若能提
取出苹果皮渣中的蜡质，对其加以研究利用，不仅可
避免资源浪费、防止环境污染，也可提高果渣的附加
值。冷破碎榨汁技术 [3]是一种在榨汁前将果实的果
皮、果核与果肉部分分离，只用果肉榨汁的技术，可
得到分离较完全的皮渣、肉渣、果籽，为果渣不同部
分的研究利用提供良好原料。超临界CO2萃取技术[4]
是一种新型分离技术，溶剂超临界CO2具有良好的传
质能力，且具有安全、价廉、环境友好、可循环利用等
优点，可对目标成分进行高效提取，萃取速度快，萃
取物纯度高，利于后继的成分分析，得到的产品无溶
剂残留，可作为纯天然植物提取物应用于化妆品、食
品等行业中。CO2是非极性溶剂，因此可高选择性地
萃取苹果皮上的疏水性蜡质。国外有学者以苹果整
果上的蜡质为研究对象，对某些苹果品种的皮蜡成
分做过较全面的研究[5-7]，而国内关于苹果皮蜡质的
研究较少；也有学者利用超临界CO2萃取技术提取其
他植物天然蜡质的报道[8-9]，但未见使用榨汁剩余的
苹果皮渣为原料对蜡质进行提取和分析的相关研
究。本实验利用冷破碎苹果皮渣为原料，研究了超临
界CO2萃取苹果皮蜡质的工艺条件，并对最佳萃取条
件下的萃取物用GC-MS进行了成分分析，旨在为全
面了解苹果皮渣及探索苹果皮渣资源开发利用的新
途径提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料与设备
冷破碎苹果皮渣 使用自行研发设计的冷破碎
设备削取红富士苹。
超临界CO2萃取装置Spe-ed SFE－2美国应用分
离公司Aplied Separations Inc.；HP6890/MS5973气相
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DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2012.22.076
工 艺 技 术
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Vol . 33 , No . 22 , 2012
色谱-质谱联用仪 美国安捷伦公司；石英毛细管柱
HP-5MS（30m×0.25mm×0.25μm）；高速万能粉碎机
北京科伟永兴仪器有限公司；标准检验筛（筛孔大
小：40、60、80、100目） 上虞市大亨桥化验仪器厂；
电子分析天平 Sartorius公司；冷破碎设备 陕西鼎
合机械有限责任公司。
1.2 实验方法
1.2.1 材料预处理 冷破碎苹果皮渣于60℃烘干、
粉碎、过筛，分别得到粒度为40~60目、60~80目、80~
100目、＞100目的皮渣。
1.2.2 超临界CO2萃取苹果皮蜡质的工艺研究 称
取约40g处理好的苹果皮渣，准确记录其质量，记为
M1；将其置于超临界CO2萃取设备的萃取釜中，密封
严实，打开CO2钢瓶和高压泵送气并开启设备，设定
萃取温度和压力，待设备升温升压至特定萃取条件
后进行超临界流体萃取，萃取一定时间后于放料口
接收得到的萃取物，用分析天平称量并计算其质量，
记为M2。分别在不同的萃取压力、萃取温度、萃取时
间、原料粒度[10]条件下以苹果皮蜡质的萃取率为指标
进行单因素实验，计算公式：苹果皮蜡质萃取率（%）
=M2/M1×100。
根据单因素实验结果，选取萃取压力（A），萃取
温度（B），萃取时间（C）及原料粒度（D）四个因素的
合适水平进行L9（34）正交实验，因素水平表见表1。
1.2.3 苹果皮蜡质的GC-MS分析 色谱条件：色谱
柱：HP-5MS柱（30m×250mm×0.25μm）；程序升温：初
温 70℃，保持 1min，以 15℃ /min升至 220℃，再以
5℃/min升至280℃，保持8min；进样口温度260℃；载
气为高纯氦气（0.9999），流速1.0mL/min；分流比20∶1；
进样量1μL。
质谱条件：电离方式为电子轰击（EI）；电子能量
70eV；离子源温度230℃；传输线温度290℃；扫描范
围35~650m/z，采用全扫描工作方式。
1.2.4 统计分析 应用DPS和Microsoft Excel 2003软
件处理正交实验数据，确定超临界CO2萃取苹果皮蜡
质的最佳工艺参数。根据总离子流图利用标准MSD
版本数据分析软件分析提取物的组成。
2 结果与分析
2.1 超临界CO2萃取苹果皮蜡质的单因素实验结果
2.1.1 萃取压力对萃取率的影响 在萃取温度35℃，
萃取时间2h，原料粒度40~60目实验条件下，选取不
同萃取压力进行超临界CO2萃取，苹果皮蜡质萃取率
与萃取压力间的关系见图1。由图1可看出，苹果皮蜡
质萃取率随着萃取压力的升高而增大，但萃取压力超
过30MPa后萃取率变化不明显。这是因为压力升高
时，CO2流体的密度增大，溶解能力随之增大，使萃取
率升高；但当压力超过一定值后，可能会使CO2的粘度
增加，扩散系数降低，从而对萃取过程产生不利影响。
2.1.2 萃取时间对萃取率的影响 固定萃取压力
30MPa，萃取温度35℃，原料粒度40~60目，选取不同
萃取时间为研究对象，探讨苹果皮蜡质萃取率与萃
取时间间的关系。由图2可看出，萃取时间由1h增至
1.5h，萃取率有一定提高；延长萃取时间至2h，萃取率
稍有增加，而2.5和2h得到的萃取率几乎相同。这是由
于延长萃取时间有利于溶质充分溶解于超临界CO2
中，从而可以在一定程度上提高萃取率；当溶质溶解
完全后，萃取率不再随萃取时间的延长而升高。
2.1.3 萃取温度对萃取率的影响 在萃取压力
30MPa，萃取时间2h，原料粒度40~60目实验条件下，
研究不同萃取温度对苹果皮蜡质萃取率的影响，结
果见图3。由图3可知，萃取温度升高，苹果皮蜡质萃
取率呈上升趋势，但萃取温度高于45℃之后萃取率
增加不明显。萃取温度对萃取效果的影响有正负两
种效应，一方面萃取温度升高，可提高溶质的蒸汽
压，有利于溶质的溶解和扩散系数的提高；另一方面
又会使超临界流体的密度降低，不利于萃取。本实验
图2 萃取时间对萃取率的影响
Fig.2 Effect of extraction time on extraction rate
1 1.5 2 2.5
1.26
1.24
1.22
1.2
1.18
1.16
1.14
1.12
萃
取
率
（
%）
萃取时间（h）
图3 萃取温度对萃取率的影响
Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction rate
35 40 45 50 55
2.4
2.2
2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
0.8
萃
取
率
（
%）
萃取温度（℃）
水平
因素
A 萃取压力
（MPa）
B 萃取温度
（℃）
C 萃取时间
（h）
D 原料粒度
（目数）
1 25 45 1.5 60~80
2 30 50 2 80~100
3 35 55 2.5 >100
表1 超临界CO2萃取苹果皮蜡质正交实验因素水平表
Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment
图1 萃取压力对萃取率的影响
Fig.1 Effect of extraction pressure on extraction rate
10 20 30 40
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
萃
取
率
（
%）
萃取压力（MPa）
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中，萃取温度对萃取率的影响主要体现了正效应，但
可看出温度升至一定范围后，正效应作用表现不再
明显。
2.1.4 原料粒度对萃取率的影响 固定萃取压力
30MPa，萃取时间1h，萃取温度35℃，选取不同粒度的
原料进行超临界CO2萃取，原料粒度对苹果皮蜡质萃
取率的影响见图4。由图4可知，减小原料粒度在一定
程度上可提高萃取率；当原料粒度为80~100目时，萃
取率最高；继续减小粒度，萃取率下降。分析可能原
因为：减小原料粒度可增大颗粒群的比表面积，从而
增大原料与超临界流体的接触面积，提高萃取率；若
原料粒度过小，可能会减小原料颗粒床层的空隙率
及降低有效传质面积，反而降低萃取率。
2.2 超临界CO2萃取苹果皮蜡质的正交实验结果
以苹果皮蜡质萃取率为指标，超临界CO2萃取冷
破碎苹果皮蜡质正交实验结果及极差分析见表2，方
差分析见表3。由表2比较各因素极差大小得到影响
苹果皮蜡质提取率的主次顺序：萃取压力＞原料粒度＞
萃取时间＞萃取温度。最佳工艺参数组合为A3B2C1D3，
即萃取压力35MPa，萃取温度50℃，萃取时间1.5h，原
料粒度＞100目；在此条件下苹果皮蜡质提取率为
2.081%。由方差分析结果可看出，萃取压力（A）对苹
果皮蜡质萃取率的影响为极显著，萃取时间（C）和原
料粒度（D）对萃取率影响为显著。
2.3 苹果皮蜡质的GC-MS分析结果
采用气相色谱-质谱联用技术分析超临界CO2萃
取的苹果皮蜡质成分，总离子流图见图5。对照标准
谱库初步定性出36种物质，见表4。分析结果显示，苹
果皮蜡质中烷烃成分所占比例最高，相对含量占到
了41.44%；其中，含量最高的成分为二十九烷，相对
含量达37.14%。Els A. Veraverbeke等[6]在研究三个不
同苹果品种在储藏过程中蜡质化学组成变化时曾发
现二十九烷是其中含量最高的物质，本研究结果与
其相一致。酯类是苹果皮蜡中另一类主要物质，其相
对含量达37.41%。除此之外，检测结果还显示苹果皮
蜡含有少量醇类、脂肪酸、酮类、β-谷甾醇、木栓酮等
成分。其中，β-谷甾醇为四环三萜类化合物，具有降
血脂、抗癌、抗炎等生理功能 [11]；木栓酮为五环三萜
类化合物，具有抗炎及抑制真菌生长活性[12]；可推测
苹果皮超临界萃取物可能具有一定的生理活性。苹
果皮蜡质是成分复杂的混合物，不同品种、外界环境
的诱导等因素都会造成蜡质成分的差异[13]，另外，检
测所用的仪器及分析条件等也会造成分析结果的一
定差异；这可能是本研究结果与前人研究结果[7]不完
全相同的原因。
3 结论
3.1 采用超临界CO2萃取技术，研究影响超临界流
体萃取苹果皮蜡质的工艺条件，以苹果皮蜡质的萃
取率为指标，得到4个实验因素对萃取率影响大小的
主次顺序为：萃取压力＞原料粒度＞萃取时间＞萃取温
度；最佳工艺条件为：萃取压力35MPa，萃取温度
50℃，萃取时间1.5h，原料粒度＞100目；在最佳工艺条
件下苹果皮渣粗蜡质提取率为2.081%。
3.2 采用气相色谱-质谱联用技术分析超临界CO2
萃取苹果皮蜡质的组成，初步分离定性了36种化合
物，结果显示，饱和烷烃和酯类是其主要成分，这两
类物质的相对含量分别占41.44%和37.41%；所有成
分中，二十九烷的相对含量明显高于其他物质，达
37.14%；此外还含有醇类、脂肪酸、酮类、β-谷甾醇、
木栓酮等成分。
图5 超临界CO2萃取苹果皮蜡的总离子流图
Fig.5 Total ion chromatogram of SFE apple peel waxes
6.00 10.00 14.00 18.00 22.00 26.00 30.00
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
丰
度
（
×1
05 ）
时间（min）
实验号 A B C D 萃取率（%）
1 1 1 1 1 1.613
2 1 2 2 2 1.417
3 1 3 3 3 1.547
4 2 1 2 3 1.718
5 2 2 3 1 1.834
6 2 3 1 2 1.771
7 3 1 3 2 1.619
8 3 2 1 3 2.081
9 3 3 2 1 1.842
k1 1.526 1.650 1.822 1.763
k2 1.775 1.777 1.659 1.602
k3 1.847 1.720 1.667 1.782
R 0.321 0.127 0.162 0.180
表2 L9（34）正交实验结果
Table 2 Results of orthogonal experiment
变异来源 平方和 自由度 均方 F p 显著性
A 0.341 2 0.171 17.031 0.001 **
B 0.049 2 0.024 2.434 0.143
C 0.101 2 0.050 5.033 0.034 *
D 0.117 2 0.058 5.833 0.024 *
误差 0.090 9 0.010
表3 方差分析
Table 3 Analysis of variance
注：**表示差异显著水平p<0.01；*表示差异显著水平p<0.05。
图4 原料粒度对萃取率的影响
Fig.4 Effect of raw material particle size on extraction rate
40~60 60~80 80~100 ＞100
1.4
1.35
1.3
1.25
1.2
1.15
1.1
1.05
萃
取
率
（
%）
原料粒度（目数）
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工 艺 技 术
2012年第22期
Vol . 33 , No . 22 , 2012
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峰号 保留时间（min） 分子式 化合物 分子量 相对含量（%）
1 7.828 C13H20O2 3-羟基-π-大马酮 208 0.07
2 8.603 C16H26O2 3，7，11-三甲基-1，6，10-十二碳三烯-3醇甲酸酯 250 0.08
3 9.556 C18H36O 6，10，14-三甲基-2-十五烷酮 268 0.07
4 9.819 C26H34O4 邻苯二甲酸丁基十四烷基酯 418 0.08
5 10.521 C18H24O 雌甾-1，3，5（10）-三烯-17π醇 256 0.06
6 11.68 C26H54 11-（1-乙基丙基）-二十烷 366 0.28
7 12.072 C19H34O3 15-羟基-9，12-十八烷酸甲酯 310 0.47
8 12.132 C18H34O2 9-十四烯酸丁酯 282 0.32
9 12.951 C35H68O5 1，2-二棕榈酰甘油 568 0.29
10 13.871 C22H40O2 19’s，11，反-十八碳二烯酸丁酯 336 0.60
11 13.908 C22H42O2 9-十八碳烯酸丁酯 338 0.57
12 14.121 C22H44O2 硬脂酸丁酯 340 0.41
13 14.45 C21H38O2 亚油酸异丙酯 322 2.52
14 14.484 C21H40O2 油酸异丙酯 324 1.95
15 14.524 C19H34O2 E，E，Z-1，3，12-十九碳三烯-5，14-二醇 294 0.55
16 14.704 C24H42O7 L-抗坏血酸-6-硬脂酸酯 442 0.58
17 15.144 C26H54 3-乙基-5-（2-乙丁基）-十八烷 366 0.61
18 15.687 C22H40O2 9，12-十八碳烯酸丁酯 336 1.30
19 15.778 C21H36O4 甘油亚麻酸酯 352 0.52
20 15.955 C24H48O2 硬脂酸己酯 368 1.46
21 16.02 C23H46O4 2-羟基-1-（羟甲基）-二十烷酸 386 0.65
22 16.076 C18H34O 8-十八碳烯醛 266 1.50
23 16.489 C23H44O2 22-二十三烯酸 352 0.90
24 17.144 C27H56 二十七烷 380 3.40
25 18.039 C38H76O2 花生酸十八烷醇酯 386 2.40
26 18.165 C35H70 三十五烯 490 2.74
27 19.345 C29H60 二十九烷 408 37.14
28 19.751 C38H74O2 油酸二十烷醇酯 562 1.01
29 20.245 C31H62O2 二十二烷酸壬酯 466 2.30
30 20.89 C34H64O2 （Z，Z）-9-十六碳烯酸9-十八碳烯酯 504 2.13
31 21.666 C24H46O4 草酸异丁基十八基酯 398 18.71
32 23.51 C38H74O2 （Z，Z）-二-1，1’-[1，2-乙烷二基 [二（氧基）]-9-十八碳烯 562 1.57
33 25.017 C29H50O β-谷甾醇 414 4.28
34 25.982 C21H36O6 π-D-甘露糖呋喃糖金合欢醇苷 384 4.59
35 26.398 C27H44O3 24，25-二氢维生素D3 416 1.68
36 29.4 C30H50O 木栓酮 426 2.21
表4 超临界CO2萃取苹果皮蜡质组分GC-MS分析结果
Table 4 Composition of SFE apple peel waxes identified by GC-MS
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