全 文 :Vol.22,2015,No.6
粮食与食品工业
Cereal and Food Industry
粮油工程
收稿日期:2015-09-09
基金项目:湖南省科技计划项目(项目编号:2013NK3002)。
作者简介:周 娜,女,1991年出生,硕士研究生,研究方向
为分析化学与食品分析。
*通讯作者:张 玲,zhanglinghn@126.com。
芫荽籽精油的超临界CO2萃取工艺
研究及其成分解析
周 娜,张 玲*,易翠平,冯 雪,李佑达
长沙理工大学化学与生物工程学院 (长沙 410114)
摘 要:通过正交实验考察了超临界二氧化碳萃取中萃取压力、萃取温度、萃取时间对芫荽籽
精油萃取率的影响。结果表明各因素的影响顺序为:萃取时间>萃取温度>萃取压力;萃取的最
佳工艺条件为:萃取压力18 MPa,萃取温度42℃,萃取时间140 min。此条件下芫荽籽精油的萃
取率达到4.735%。并用GC/MS对其进行分离,首次对芫荽籽精油GC/MS色谱分离条件进行了
探索,鉴定出36种化合物,共占芫荽籽精油含量的89.467%,其主要成分为芳樟醇、油酸、萜品烯、
左旋-α-蒎烯、十六酸、樟脑等。
关键词:超临界CO2;萃取;芫荽籽精油;GC-MS
中图分类号:TS224.4 文献标识码:A 文章编号:1672-5026(2015)06-013-05
The process study and component analytical of coriander seed essential oil
with supercritical CO2fluid extraction
Zhou Na,Zhang Ling*,Yi Cuiping,Feng Xue,Li Youda
Changsha University of Science and Technology,School of Chemistry and Biology Engineering(Changsha 410114)
Abstract:The orthogonal experiment was used to investigate the influence of extraction pres-
sure,extraction temperature and extraction time on the extraction rate of coriander seed essential
oil during the extraction of supercritical carbon dioxide.Results show that the influences of vari-
ous factors in order are as folows:extraction time>extraction temperature>extraction pres-
sure;the optimum technological conditions of extraction are as folows:extraction pressure:
18 MPa,extraction temperature:42℃,extracting time:140 min.Under the condition,the ex-
traction rate of coriander seed essential oil reaches 4.735%.Separated by GC/MS,the GC/MS
chromatography separation condition of coriander seed essential oil was explored for the first
time,36 compounds were identified,89.467%of the content of coriander seed essential oil.The
main ingredients are linalool,oleic acid,terpinene,sinistrogyration-α-pinene,palmitic acid,
camphor,etc.
Key words:supercritical CO2;extraction;coriander seed essential oil;GC-MS
芫荽为一年或两年生草本植物,在我国广有栽 培,其茎叶可作香味蔬菜食用,种子可用于提取精
油,是一种理想的具有保健功能的食用辛香原料[1]。
挥发油的萃取一般采用水蒸气蒸馏法[2]和超临界萃
取法[3],超临界CO2 流体萃取是近年发展起来的一
项新型分离技术。由于该分离过程温度接近于室
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粮油工程 周 娜 等:芫荽籽精油的超临界CO2 萃取工艺研究及其成分解析
温,溶解能力强,无毒、无溶剂残留污染、产品纯度高
等,因而特别适合辛香料的萃取与精制。有文
献[4-8]报道不同产地芫荽籽的精油成分,但采用超
临界CO2 萃取芫荽籽并气相质谱检测的报道少见。
刘玉平[9]等仅仅对超临界CO2 萃取法所得精油进
行了脂肪酸组成成分分析。
本文采用超临界CO2 萃取法对芫荽籽进行了
萃取工艺研究,首次对芫荽籽精油GC/MS色谱分
离条件进行了探索,并在最佳条件下对芫荽籽油进
行了分离和鉴定。
1 材料与方法
1.1 仪器及材料
HA121-50-01-C型超临界CO2 萃取仪,江
苏南通华安超临界设备有限公司;FZW102型微孔
植物粉碎机,博欧特化工贸易有限公司;E300-1型
电子天平,常熟市双杰仪器厂;芫荽籽,长沙市红星
种子店;分析纯乙醇,国药集团化学试剂有限公司;
二氧化碳气体,裕丰公司。
1.2 试验方法
1.2.1 工艺流程
CO2 钢瓶→冷却系统→高压泵→1 L萃取罐→
分离器Ⅰ→分离器Ⅱ→冷却系统(循环)
称取芫荽籽m 克用粉碎机粉碎,置于萃取罐
中,密封系统。采用控制变量法选择分离Ⅰ和分离
Ⅱ的温度与压力。待萃取温度达到指定的温度后开
始进行萃取实验,待达到不同萃取时间,萃取结束
后由分离Ⅰ所得产物总量m1 计算得油率W,筛选
得到每个因素的最佳值。并设计正交实验,获得最
佳萃取工艺条件。
计算公式:得油率W(%)=m1/m×100%
1.2.2 GC-MS仪器及分析条件
仪器型号:美国安捷伦6890/5973型气相色谱
-质谱联用仪。
质谱条件:标准电子轰击(EI)离子源,电子能量
70 eV,离子源温度为230℃;四级杆温度150℃,接
口温度为280℃;电子倍增器电压1.812 kV;检测
质量范围为30~450 amu,溶剂延迟为3.0min。
定性分析:取芫荽精油∶正己烷为1∶1的溶液
lμL进样,用气相色谱-质谱联用仪进行分析鉴
定。通过检索NIST02谱图库,结合有关文献,确认
其各化学成分。
2 结果与讨论
2.1 单因素实验
2.1.1 萃取温度对芫荽籽精油萃取率的影响
称取芫荽籽粉80 g,萃取压力20 MPa,萃取时
间120 min,改变萃取温度,考察萃取温度对芫荽籽
精油萃取率的影响,得图1。
图1 不同萃取温度对芫荽精油萃取率的影响
从图1中可以看出,芫荽精油萃取率随萃取温
度的增加,先升高而降低。当萃取温度达到42℃
时,芫荽精油的萃取率达到最大值。因此,本实验最
佳提取温度为42℃。
2.1.2 萃取压力对芫荽籽精油萃取率的影响
称取芫荽籽粉80 g,萃取温度42℃,萃取时间
120 min,改变萃取压力,考察萃取压力对芫荽籽精
油萃取率的影响,得图2。
图2 不同萃取压力对芫荽精油萃取率的影响
从图2中可以看出,芫荽籽精油萃取率在
20 MPa时有最大值。这是因为当压力增加时二氧
化碳的密度也增加,其溶解能力增强,则萃取率随压
力的增大而增大。但当压力大于20 MPa后,随着
萃取压力的升高传质速率降低,影响了二氧化碳的
溶解能力,导致萃取率的下降。因此,本实验最佳萃
取压力为20 MPa。
2.1.3 萃取时间对芫荽籽精油萃取率的影响
称取芫荽籽粉80 g,萃取温度42℃,萃取压力
20 MPa,改变萃取时间,考察萃取时间对芫荽籽精
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粮食与食品工业 Cereal and Food Industry Vol.22,2015,No.6
油萃取率的影响,得图3。
图3 不同萃取时间对芫荽精油萃取率的影响
从图3可以看出,芫荽精油萃取率随着时间延
长,先升高后降低。当时间设置为120 min时,得油
率达 到 最 佳。因 此,本 实 验 最 佳 萃 取 时 间 为
120 min。
2.2 正交试验
根据单因素实验结果,对萃取温度、萃取压力、
萃取时间三因素各取三水平,采用L9(34)表进行正
交实验,以芫荽精油的含量为考察指标,实验因素水
平设计见表1,正交试验结果见表2。
表1 正交实验因素水平表
水平
A萃取
温度/℃
B萃取
压力/MPa
C萃取
时间/min
1 40 18 100
2 42 20 120
3 44 22 140
表2 正交试验设计表
序号
萃取压力
/MPa
萃取温度
/℃
萃取时间
/min
得油率
/%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
R
1
1
1
2
2
2
3
3
3
12.250
12.125
12.125
0.125
1
2
3
1
2
3
1
2
3
12.625
11.875
12.000
0.75
1
2
3
2
3
1
3
1
2
11.875
11.875
12.750
0.875
4.000
4.125
4.125
4.000
4.000
4.125
4.625
3.750
3.750
从表2极差分析可知:影响香料成分萃取率大
小的主次因素为C>B>A,即影响因素对得油率影
响的先后顺序为:萃取时间>萃取温度>萃取压力。
在正交实验中的9个实验,得率最高的萃取工艺条
件为A3B1C3,其芫荽籽精油萃取得率为4.625%;
通过采用A1B1C3 工艺条件进行萃取实验,其萃取
率高于 A3B1C3 工艺条件下的萃取率,得率为
4.735%。最后确认最佳萃取工艺条件为 A1B1C3,
即萃取压力18 MPa,萃取温度40 ℃,萃取时间
140 min。
2.3 GC-MS分析结果
通过多次实验,对提取的芫荽籽精油色谱分离
条件进行了探索,得到最佳的气相色谱分离条件为:
美国安捷伦6890/5973型气相色谱-质谱联用仪,
色谱柱:A13003(30.0m×250μm×0.25μm DB-
5MS弹性石英毛细管柱)。升温程序:60℃保持
2 min,以4℃/min升温至120℃,然后以10℃/min
由120℃升温至260℃,保持15 min。进样口温度
250℃,载气为 He,载气流量为1.0mL/min(恒
流),进样量为1μL,分流比为5∶1。
按试验步骤对在萃取压力18 MPa,萃取温度
42℃,萃取时间140 min下提取的芫荽精油进行分
离鉴定,得芫荽籽精油中化学成分总离子流色谱图
如图4。
图4 超临界CO2 萃取芫荽籽精油总离子流色谱图
分析确定芫荽籽精油中各化学成分及各化学成
分在挥发油中的百分含量数据见表3。结果表明,
用GC/MS对芫荽籽精油进行分离,鉴定出36种
化合物,共占芫荽籽精油含量的89.467%,芫荽籽
精油的主要成分依次为芳樟醇、油酸、萜品烯、左旋
-α-蒎烯、十六酸、樟脑等。芳樟醇[10]具有抗菌、
抗病毒、镇静等生理活性作用,并且是合成柠檬醛、
乙酸芳樟酯的重要单离香料。芫荽籽精油中含有的
萜类、樟脑,油酸等物质有治疗呕吐,腹痛等功效。
其中醛类、烯醇类等芳香物质,是属于最重要和使用
最广泛的一种香料物质。另外,精油中含有相当量
的中性油脂和少量的游离脂肪酸,它们可以起到定
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粮油工程 周 娜 等:芫荽籽精油的超临界CO2 萃取工艺研究及其成分解析
香剂的作用。所以,芫荽籽精油可以作为一种理想
的具有保健功能的食用辛香原料,对开发一种新的
食用香料,有着很大的开发利用前景。
表3 芫荽籽精油的成分及相对含量
序号 保留时间/min 面积百分比/% 英文名称 中文名称
1 6.446 7 3.131 7 1S-.alpha.-Pinene 左旋-α-蒎烯
2 6.918 6 0.437 5 Camphene 莰烯
3 7.563 6 0.195 2
Bicyclo[3.1.0]hex-2-ene,4-methyl-1-(1
-methylethyl)-
4 7.728 1 0.281 3 (1S)-(1)-beta-Pinene 左旋-β-蒎烯
5 8.044 0 0.423 0 Myrcene 月桂烯
6 9.208 6 0.826 2 1-isopropyl-2-methylbenzene 邻异丙基甲苯
7 9.351 4 1.348 7 Limonene 双戊烯
8 10.342 8 6.498 9 g-Terpinene 萜品烯
9 11.234 5 0.368 0 Terpinolene 萜品油烯
10 11.987 8 35.021 9 Linalool 芳樟醇
11 13.450 9 2.461 5 alcanfor 樟脑
12 13.550 5 0.068 3 (+)-Citronelal (+)-香茅醛
13 14.619 7 0.116 9 Terpinen-4-ol 4-萜烯醇
14 15.156 5 0.277 7 p-menth-1-en-8-ol α-松油醇
15 17.022 3 1.516 1 3,7-dimethyl-6-octadien-1-ol
3,7-二甲基-2,6-辛二
烯-1-醇
16 20.238 7 1.197 2 Geranyl acetate 乙酸香叶酯
17 21.117 4 0.105 6 Caryophylene 石竹烯
18 21.896 6 0.036 5 2-Tridecenal,(E)- 反-2-十三(碳)烯醛
19 23.446 0 0.148 3 2-Dodecenal 2-十二烯醛醇
20 25.909 5 0.655 7 Tetradecanoic acid 十四酸
21 26.364 1 0.079 7 E-9-Tetradecenoic acid 反-9-十四碳烯酸
22 27.848 9 0.188 5 Z-7-Hexadecenoic acid 顺-7-十六碳烯酸
23 28.078 3 3.002 6 n-Hexadecanoic acid 十六酸
24 29.182 2 0.075 1 2-Heptadecenal 2-十七烯醇
25 29.277 4 0.0521 10,13-Octadecadienoic acid,methyl ester 10,13-十八碳二烯酸甲酯
26 29.338 0 0.130 0 Eicosane 二十烷
27 29.740 6 1.506 3 Linoleic acid 亚油酸
28 29.926 7 26.045 3 Oleic Acid 油酸
29 31.134 5 0.290 2 Octadec-9-enoic acid 十八-9-烯酸
30 31.532 8 0.101 1 Linoleic acid 亚油酸
31 31.710 3 0.096 3 6-Octadecenoic acid,(Z)- 顺-6-十八碳烯酸
32 32.091 2 0.097 7
Cyclohexane,1-(1,5-dimethylhexyl)-4-(4
-methylpentyl)-
33 32.355 3 0.239 5 2-Oleoylglycerol 2-十八烯酸单甘油酯
34 32.887 7 0.622 6 8-Octadecenoic acid,methyl ester,(E)-
反-8-十八碳烯酸,甲基
乙酯
35 33.420 2 0.066 9 6-Octadecenoic acid,(Z)- 顺-6-十八碳烯酸
36 33.563 0 0.808 8 Rishitin 日齐素
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3 结论
(1)超临界CO2 萃取芫荽籽精油萃取的最佳工
艺条件为萃取压力18 MPa,萃取温度40℃,萃取时
间140 min。此条件下的芫荽籽精油的得率为
4.735%。
(2)芫荽籽精油的成分多达36种化合物,主要为
芳樟醇、油酸、萜品烯、左旋-α-蒎烯、十六酸、樟脑等。
(3)芫荽籽精油的最佳色谱分离条件为:色谱
柱:A13003(30.0m ×250μm ×0.25μm DB-
5MS弹性石英毛细管柱);升温程序:60 ℃保持
2 min,以 4 ℃/min 升 温 至 120 ℃,然 后 以
10℃/min由120℃升温至260℃,保持15 min;进
样口温度250℃;载气为He;载气流量为1.0mL/min
(恒流);进样量为1μL;分流比为5∶1。
(4)芫荽籽精油成分丰富,可以作为一种新的食
用香料添加剂。
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檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹
.
(上接第12页)缺乏完整统一的热平衡计算,相关的
物性数据库没有建立起来。企业节能降耗减排,热
平衡是基础。从基本理论出发,结合工艺、设备特
点,确定节能途径是非常必要和可行的。本文选择
一定规模的具有代表性的热平衡单元进行计算并进
行了节能分析。但是,不同物料,不同工艺,不同生
产规模,会对热平衡的计算影响很大;因此,企业应
结合自身实际进行针对性的热平衡计算,以此找出
符合自身特点的节能途径,实现企业利润最大化。
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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檪檪
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殏
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殏
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