全 文 ：收稿日期:2008-05-08;修回日期:2009-03-09
基金项目:湖南省科技厅项目(05FJ4037、2007SK3094);吉首
大学引进人员科研资助项目
作者简介:雷华平(1979), 男 , 讲师 , 在读博士 , 主要从事超
临界 CO2 萃取与天然产物开发方面的研究工作(E-mail)
audenlei@163.com。
新 油 源
五叶瓜藤种子油超临界 CO2 萃取及其质量评价
雷华平 1, 2 ,田启建 2 ,卢成英2 ,阳 剑 2 ,苏薇薇1
(1.中山大学 广州现代中药质量研究开发中心 ,广州 510275;2.吉首大学 , 湖南 吉首 416000)
摘要:研究了五叶瓜藤种子油的超临界 CO2萃取工艺 ,探讨了萃取压力 、萃取温度 、分离釜Ⅰ压力 、CO2
流量等参数对油收率的影响 。确定的最佳超临界 CO2萃取工艺条件为:萃取压力 25MPa、萃取温度
35℃、分离釜Ⅰ压力 9 MPa、分离釜Ⅰ温度 55℃、分离釜 Ⅱ压力 5MPa、分离釜 Ⅱ温度 40℃、CO2流量
20L/h、萃取时间 2h。最佳条件下超临界 CO2萃取的五叶瓜藤种子油的收率为 28.35%;油的理化指
标为:折光率 1.468 1、酸值(KOH)9.65mg/g、碘值(Ⅰ)66.74g/100g、过氧化值 14.56mmol/kg、不皂化
物1.93%、水分及挥发物 0.28%。GC-MS分析显示五叶瓜藤种子油的主要脂肪酸组成为棕榈酸 、亚
油酸 、油酸和硬脂酸 ,其中不饱和脂肪酸油酸和亚油酸占 65%以上。
关键词:五叶瓜藤种子油;超临界 CO2萃取;质量评价;GC-MS
中图分类号:TS224;TQ645.6 文献标志码:A 文章编号:1003-7969(2009)05-0071-04
SupercriticalcarbondioxideextractionofHolboeliafargesiReaub
seedoilanditsqualityassessment
LEIHuaping1, 2 , TIANQijian2 , LUChengying2 , YANGJian2 , SUWeiwei1
(1.GuangzhouQualityResearchandDevelopmentCenterofTraditionalChineseMedicine,
SunYat-senUniversity, Guangzhou510275, China;2.JishouUniversity, Jishou416000, Hunan, China)
Abstract:TheseedoilwasextractedfromHolboeliafargesiReaubseedusingsupercriticalcarbondiox-
ide.Theinfluencesonoilyieldofextractionpresure, extractiontemperature, separationpressure, carbon
dioxidefluxandsoonwerestudied.Theresultsshowedthattheoptimizedconditionswereasfolows:
extractionpressure25 MPa, extractiontemperature35℃, presureofseparationvesselⅠ 9 MPa,
temperatureofseparationvesselⅠ 55℃, pressureofseparationvesselⅡ 5 MPa, temperatureofsepara-
tionvesselⅡ 40℃, flowrateofcarbondioxide20 L/h, extractiontime2 h.Theoilyieldwas28.35%
undertheoptimalconditions.Thecharactersoftheoilwere:refractiveindex1.468 1, acidvalue9.65
mgKOH/g, iodinevalue66.74g/100g, peroxidevalue14.56 mmol/kg, unsaponifiablematers1.93%,
moistureandvolatilematers0.28%.Themainfatyacidsintheoilwerepalmiticacid, stearicacid, oleic
acidandlinoleicacid, andthetotalcontentofoleicacidandlinoleicacidwasmorethan65%.
Keywords:HolboeliafargesiReaubseedoil;supercriticalcarbondioxideextraction;qualityassessment;
GC-MS
五叶瓜藤(HolboeliafargesiReaub)为木通科
八月瓜属多年生常绿木质藤本植物 ,别名野人瓜 、紫
花牛姆瓜 、八月果 、预知子等 。五叶瓜藤主要分布在
福建 、广东 、云南 、湖北 、陕西等地 。其根 、茎和成熟
果实可以入药 ,有利湿 、通乳 、解毒 、止痛之疗效。五
叶瓜藤果实中含有较多种子 ,种子中含有近 30%的
油脂 ,其中人体必需脂肪酸亚油酸的含量相当高 ,是
一种值得开发的保健食用油 。至今只有对五叶瓜藤
三萜皂苷类化学成分的研究报道[ 1] 。本文采用超
临界 CO2萃取五叶瓜藤种子油 ,并采用 GC-MS对
其脂肪酸组成进行了分析 ,同时对其理化指标进行
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了测定 ,为五叶瓜藤种子及果实的综合开发利用提
供依据 。
1 材料与方法
1.1 实验材料 、试剂
五叶瓜藤种子:五叶瓜藤果实产自湖南张家界
天门山 ,经吉首大学城乡资源与规划学院廖博儒副
教授鉴定为木通科八月瓜属的五叶瓜藤(Holboelia
fargesiReaub)。将五叶瓜藤果实的果皮与果肉除
去 ,收集种子 ,将种子烘干 ,测得含水量为 5.3%,粉
碎 ,备用。
CO2:99.9%,食品级 ,购于长沙鑫湘气体化工
有限责任公司。其他试剂均为分析纯 。
1.2 实验仪器
HA121-50-02超临界 CO2萃取装置(江苏南
通华安), PolarisQ气质联用分析仪(美国)。
1.3 实验方法
1.3.1 五叶瓜藤种子油的提取
1.3.1.1 超临界 CO2萃取 将粉碎的五叶瓜藤种
子装入萃取釜 ,对萃取釜 、分离釜Ⅰ和分离釜Ⅱ分别
加热 ,并启动冷机制冷 。当萃取釜 、分离釜和冷机储
罐的温度都达到实验要求时 ,从 CO2气瓶出来的
CO2经冷机储罐冷凝后 ,通过高压泵打入萃取釜和
2个分离釜。当萃取釜和分离釜的压力都达到实验
设定值时 ,开始循环萃取。每间隔 30min,从分离釜
Ⅰ和分离釜 Ⅱ放料 ,称重并计算收率 。
1.3.1.2 石油醚提取 将一定量粉碎的五叶瓜藤
种子用滤纸包好放入索氏萃取柱 ,加入一定量石油醚
于圆底烧瓶 ,然后加热并通水冷凝 ,溶剂在索氏提取
器内反复地蒸发和冷凝 ,直至回流液完全澄清后停止
加热 。最后将含有五叶瓜藤种子油的溶剂进行旋转
蒸发得金黄色油状液体 ,称重并计算收率。
1.3.2 分析方法
1.3.2.1 五叶瓜藤种子油脂肪酸组成分析 采用
GC-MS法分析脂肪酸组成 , 具体操作如下:称取
100mg五叶瓜藤种子油 ,装入 10 mL具塞试管中 ,
加 2 mL石油醚 -乙醚(4∶11)稍微振摇 ,待油样溶
解后 ,再加入 0.4mol/L氢氧化钾 -甲醇溶液 3mL,
在室温下放置 30 min后 ,加蒸馏水至刻度。静置 ,
待分层后吸取上清液 0.5 ～ 2.0 μL,进行 GC-MS
分析。
GC-MS联用仪分析条件:PolarisQ离子阱气
质联用仪。色谱柱:DB-1弹性石英毛细管柱(30
m×0.25 mm×0.25μm);程序升温:柱初温 100℃,
以 5℃/min升温速率升至 250℃,保温 20min;进样
口温度:290℃。 MS条件:EI离子源 ,电子能量 70
eV,离子源温度 200℃, GC-MS连接线温度
250℃,扫描范围 35.0 ～ 500.0u。
1.3.2.2 理化指标测定 按 2005版中华人民共和
国药典附录相关方法操作。
2 结果与分析
2.1 超临界 CO2萃取参数对油收率的影响
2.1.1 萃取压力对收率的影响 萃取压力是超临
界 CO2萃取的主要影响因素之一。图 1是在原料粒
度 20 ～ 40目 、原料含水量 5.3%、分离釜 Ⅰ压力 9
MPa、分离釜Ⅰ温度 55℃、分离釜 Ⅱ压力 5MPa、分离
釜 Ⅱ温度 40℃、CO2流量 20L/h、萃取时间 2h条件
下 ,萃取压力对不同萃取温度下收率的影响。由图 1
可以看出 ,在不同萃取温度下 ,随着萃取压力的升高 ,
油的收率都在提高。这是由于压力的升高使超临界
CO2密度增大 ,对物质的溶解能力增强 ,更多的组分
被萃取出来 。萃取压力也不是越高越好 ,萃取压力越
高 ,更多萃取出来的物质中可能有些是不需要的影响
产品品质的杂质。综合考虑油的收率 、品质和设备投
资等因素 ,确定较好的萃取压力为 25MPa。
图 1 萃取压力对收率的影响
2.1.2 萃取温度对收率的影响 温度是影响超临
界 CO2萃取的又一重要因素。其影响较为复杂 ,与
萃取压力有着密切的关系。图 2是在原料粒度 20 ～
40目 、原料含水量 5.3%、分离釜 Ⅰ压力 9 MPa、分
离釜 Ⅰ温度 55℃、分离釜 Ⅱ压力 5 MPa、分离釜 Ⅱ
温度 40℃、CO2流量 20 L/h、萃取时间 2 h条件下 ,
萃取温度对不同萃取压力下收率的影响 。由图 2可
以看出 ,在萃取压力为 25 MPa时 ,收率随萃取温度
的升高而下降;在萃取压力为 30 MPa时 ,收率随萃
取温度升高先上升再下降;而在萃取压力为 35 MPa
时 ,收率随萃取温度的升高而升高 。收率随温度变
化所表现出的这种现象 ,可能是由于温度与压力的
耦合作用造成的 。一方面温度升高 , CO2流体的密
度下降 ,超临界 CO2溶解能力下降;另一方面温度
升高 ,被萃取溶质的溶解性提高 、扩散系数增大 ,使
得油收率增加 [ 2] 。总体上讲 ,萃取温度对五叶瓜藤
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种子油收率的影响不如萃取压力显著 。对于油料萃
取 ,萃取温度太高 ,萃取出来的油含水较多 ,使油品
质下降 。因此 ,萃取温度 35℃较好。
图 2 萃取温度对收率的影响
2.1.3 CO2流量对收率的影响 在原料粒度 20 ～
40目 、原料含水量 5.3%、分离釜 Ⅰ压力 9 MPa、分离
釜 Ⅰ温度 55℃、分离釜 Ⅱ压力 5MPa、分离釜 Ⅱ温度
40℃条件下 ,考察了萃取温度为 35℃时不同萃取压
力和萃取压力为 25 MPa时不同萃取温度下 CO2流
量与收率的关系 ,结果如图 3、图 4所示。
图 3 不同萃取压力下 CO
2
流量与收率的关系
图 4 不同萃取温度下 CO2流量与收率的关系
由图 3可见 ,萃取压力提高可使收率提高 。这
是因为提高压力会增加超临界 CO2的密度 ,从而提
高超临界流体的萃取能力 。而适当提高温度可提供
待萃成分克服其解离时的动能势垒所必需的热能 ,
同时也有利于提高其溶解和扩散能力 ,从而提高油
的收率(见图 4)。因而 ,一定 CO2流量下适当提高
压力或温度有利于提高五叶瓜藤种子油的收率 。
2.2 原料预处理方式对油收率的影响
2.2.1 原料粉碎度对收率的影响 为了增加 CO2
流体与被萃取溶质的接触 ,减少 CO2和被萃取溶质
在生物基质中的传质阻力和扩散距离 ,必须将原料
粉碎到适宜的粒度 。图 5是在原料含水量5.3%、萃
取压力 25 MPa、萃取温度 35℃、分离釜 Ⅰ 压力 9
MPa、分离釜 Ⅰ 温度 55℃、分离釜 Ⅱ 压力 5 MPa、
分离釜 Ⅱ 温度 40℃、CO2流量 20 L/h、萃取时间 2
h条件下 ,原料粒度与收率的关系。由图 5可知 ,五
叶瓜藤种子粒度在 20 ～ 40目之间时 ,随粒度增加油
的收率增加 ,而粒度大于 40目时 ,随粒度增加油的
收率下降 。所以 ,原料宜粉碎成一定粒度 ,以增加其
与超临界 CO2的接触 ,改善萃取传质。但若粉碎过
细 ,原料间的空隙太小 , 容易结块 , 不利于 CO2 传
质 ,收率反而下降。因此 ,原料以粉碎成 20 ～ 40目
为宜 。
图 5 原料粒度与收率的关系
2.2.2 原料水分对萃取结果的影响 对含水量为
11.0%和 5.3%的原料萃取发现 ,含水量较高的原
料所萃取的油中除含有较多水分外 ,还含有一些高
熔点物质 ,使五叶瓜藤种子油变得浑浊;而含水量
5.3%的原料所萃取的油基本上清澈透明。因此 ,含
水量低(5.3%)的原料较好。
2.3 分离条件对油收率和品质的影响
分离压力对油的收率和品质有较大影响。表 1
是在原料粒度 20 ～ 40目 、原料含水量 5.3%、萃取
压力 25MPa、萃取温度 35℃、分离釜 Ⅰ温度 55℃、
分离釜Ⅱ压力 5MPa、分离釜Ⅱ温度 40℃、CO2流量
20 L/h、萃取时间 2 h条件下 ,分离釜 Ⅰ压力对油的
收率和品质的影响 。由表 1可见 ,随着分离釜 Ⅰ压
力的升高 ,更多的油从分离釜 Ⅱ出来 。其原因在于
分离釜Ⅰ压力升高时 , CO2在分离釜 Ⅰ中对种子油
具有较高的溶解能力 ,从而使更多的油被带到分离
釜Ⅱ中 ,当压力降低时才解吸出来 ,因此从分离釜 Ⅰ
中萃取出的油量相对减少 。由表 1可知 ,分离釜 Ⅰ
的最佳压力为 9 MPa。
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表 1 分离釜Ⅰ与分离釜Ⅱ相对出油率和品质比较
分离釜Ⅰ压
力 /MPa
分离釜Ⅰ
相对出油率 /% 性状
分离釜Ⅱ
相对出油率 /% 性状
13 75.13 金黄色油 ,清亮 24.87 黄色油和浅黄色乳液
11 76.88 金黄色油 ,清亮 23.12 黄色油和浅黄色乳液
9 81.91 金黄色油 ,清亮 18.09 黄色油和浅黄色乳液
表 3 不同工艺样品的品质比较
样 品 折光率 酸值(KOH)/(mg/g)
碘值(Ⅰ )
/(g/100 g)
过氧化值 /
(mmol/kg)
不皂化物
/%
水分及挥发物
/%
超临界 CO2一次萃取油 1.468 1 9.65 66.74 14.56 1.93 0.28
超临界 CO2二次萃取油 1.468 0 10.29 69.27 19.30 1.96 0.17
石油醚提取油 1.470 8 6.33 64.52 9.85 1.80 0.40
2.7 五叶瓜藤种子油脂肪酸组成(见表 4)
表 4 五叶瓜藤种子油脂肪酸组成
项 目 棕榈酸 亚油酸 油酸 硬脂酸
保留时间 /min 21.12 24.19 24.37 24.79
含量 /% 26.29 28.24 36.84 6.48
由表 4可知 ,五叶瓜藤种子油主要脂肪酸组成
为棕榈酸 、亚油酸 、油酸和硬脂酸 ,其中不饱和脂肪
酸油酸和亚油酸含量占 65%以上。
3 结 论
(1)超临界 CO2萃取五叶瓜藤种子油的最佳工
艺条件为:原料粒度 20 ～ 40目 ,原料含水量 5.3%,
萃取压力 25 MPa、萃取温度 35℃、分离釜 Ⅰ压力 9
MPa、分离釜Ⅰ温度 55℃、分离釜 Ⅱ压力 5 MPa、分
离釜Ⅱ温度 40℃、CO2流量 20 L/h、萃取时间 2 h。
在此条件下油收率可达 28.35%。分离釜 Ⅱ的油还
可以进行第二次超临界 CO2萃取精制 ,精制油的收
率较高 ,且品质与一次萃取得到的油的品质基本没
有差别。
(2)与石油醚提取比较 ,超临界 CO2萃取五叶
瓜藤种子油具有提取时间短 ,工艺简单 ,产品外观好
等优点。
(3)超临界 CO2萃取的五叶瓜藤种子油酸值比
石油醚提取的高 ,这可能是因为超临界 CO2 萃取
时 ,游离脂肪酸在 CO2中的溶解度比甘油三酯的溶
解度高 ,游离脂肪酸更容易被萃取出来所致。如果
在超临界 CO2萃取后用新型物理法分离游离脂肪
酸 ,可以大幅度降低油的酸值 。
参考文献:
[ 1] 龚苏晓.五叶瓜藤中的三萜皂苷五叶瓜藤苷 A～ E[ J] .
国外医学:中医中药分册 , 2002, 24(4):238-239.
[ 2] 陈元 , 杨基础.超临界二氧化碳萃取亚麻籽油的研究
[ J] .天然产物研究与开发 , 2001, 13(3):14-19.
此外 ,分离釜 Ⅰ的温度同样也能影响从 2个分
离釜出来的油的比例和品质 ,只是效果不如分离釜
Ⅰ压力明显 。实验显示 ,分离釜 Ⅰ温度降低 ,分离效
果不好 ,油的外观变差 。通过选择不同的分离压力
和分离温度可以实现水和游离脂肪酸等杂质的分
离 。在萃取的同时进行选择性分离是超临界 CO2
萃取的一个显著特点 。
2.4 分离釜 Ⅱ中油的二次超临界 CO2萃取
对分离釜Ⅱ得到的油乳混合液进行二次超临界
CO2萃取 ,在萃取压力 28 MPa、萃取温度 35℃、分离
釜 Ⅰ压力 9 MPa、分离釜 Ⅰ温度 55℃、分离釜 Ⅱ压
力 5 MPa、分离釜Ⅱ温度 40℃、CO2流量 20 L/h、萃
取时间 2 h条件下 ,萃取出来的油有 88.39%从分离
釜 Ⅰ分离出来 ,为金黄色清亮的油;从分离釜Ⅱ分离
的油约 11.61%,品质较差 ,为
浑浊的黄色 。二次萃取的油与
从原料中萃取出来的油基本没
有差别 。因此 ,可以将分离釜
Ⅱ出来的油进行第二次超临界
CO2萃取 ,对其进行精制。
2.5 超临界 CO2萃取法与石
油醚提取法的比较(见表 2)
由表 2可见 ,与石油醚提取法比较 ,超临界 CO2
萃取五叶瓜藤种子油收率略有降低 ,酸值较高 ,但是
产品外观好。
表 2 超临界 CO2萃取法与石油醚提取法的比较
项 目 超临界 CO2萃取 石油醚提取
性状 金黄色油状 液体 , 透明
金黄色油状
液体 ,半透明
收率 /% 28.35 31.35
提取时间 /h 2 6
酸值(KOH)/(mg/g) 9.65 6.33
2.6 五叶瓜藤种子油质量评价
超临界 CO2最佳工艺条件萃取 、二次超临界
CO2萃取和石油醚提取的五叶瓜藤种子油质量评价
结果如表 3所示。
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