全 文 ：收稿日期:2009-08-11
基金项目:林业公益性行业科研专项资助项目(200704007);
国家“十一五”科技支撑计划资助项目(2006BAD18B04)
作者简介:段琼芬(1954), 女 , 副研究员 , 在读博士 , 主要
从事天然产物加工利用方面的研究工作。
检 化 验
辣木籽油的超临界 CO2萃取及其化学成分分析
段琼芬1 , 2 ,刘 飞 2 ,罗金岳 2 ,马李一1 ,王有琼 1 ,张重权1 ,赵 虹 1
(1.中国林业科学研究院 资源昆虫研究所 , 昆明 650224;
2.南京林业大学 化学工程学院 , 南京 210037)
摘要:研究了超临界 CO2流体萃取辣木籽油的工艺条件并对其化学成分进行了分析 。考察了在超
临界 CO2条件下 ,萃取时间 、萃取压力 、萃取温度 、CO2流量和分离温度等因素对出油率的影响 ,并
通过正交试验优化得到最佳工艺条件 ,最后用 GC-MS法测定辣木籽油的化学组成。结果显示最
佳工艺条件为:萃取时间 180mm,萃取压力 20MPa, CO2流量 20kg/h,萃取温度 35℃,分离温度 40
℃,在此条件下出油率为 36.3%,提取率为 97%。 GC-MS测定结果显示辣木籽油主要由脂肪酸
组成 ,总的质量分数为 92%,其中含油酸 65.63%;此外还含有 1% ～ 3%的饱和烃(1.07%)、醛和
醚(1.76%)、酯(2.85%), 1.95%的菜油甾醇 、豆甾醇 、β -谷甾醇和岩藻甾醇。揭示了用超临界
CO2法萃取辣木籽油是可行的;辣木籽油是一种富含油酸 、甾醇等功能性成分的植物油。
关键词:辣木籽油;萃取;超临界 CO2;GC-MS
中图分类号:TQ644.1;TQ646.4 文献标志码:A 文章编号:1003-7969(2010)02-0076-04
ExtractionofMoringaoleifearseedoilbySCF-CO2 and
analysisofitsconstituent
DUANQiongfen1, 2 , LIUFei2 , LUOJinyue2 , MALiyi1 , WANGYouqiong1 ,
ZHANGZhongquan1 , ZHAOHong1
(1.ResearchInstituteofResourceInsects, CAF, Kunming650224, China;2.ColegeofChemical
Engineering, NanjingForestryUniversity, Nanjing210037, China)
Abstract:Moringaoleifearseedoilwasextractedbysupercriticalfluid-CO2(SCF-CO2)anditscon-
stituentswereanalyzedbyGC-MS.Theefectsofextractiontime, pressure, temperature, CO2 flowrate
andseparatetemperatureontheoilyieldwerestudiedandtheoptimalconditionsweredeterminedbyor-
thogonalexperiments.Theoptimalconditionswereasfolows:extractiontime180min, extractionpressure
20 MPa, CO2 flowrate20kg/h, extractiontemperature35℃ , separatetemperature40℃.Atthecondi-
tions, theoilyieldwas36.3%andtheoilyieldeficiencywas97%.GC-MSanalysisrevealedthatthe
mainconstituentoftheoilwasfatyacidamountedto92%, amongwhicholeicacidwas65.63%.Inad-
dition, theoilcontained1%-3% saturatedhydrocarbons, 1.76% carbonylsandether, 2.85% ester,
and1.95% campesterol, β -sitosterolandfucosterol.ThisstudyshowedthatMoringaoleifearseedoil
wasrichinfunctionalcomponentssuchasoleicacidandsterol.
Keywords:Moringaoleifearseedoil;extraction;SCF-CO2;GC-MS
辣木(MoringaoleifearLam.)为辣木科辣木属 热带植物 ,原产于印度及非洲 [ 1] 。近几十年的研究
发现 ,辣木中含有许多营养及药用价值的成分 ,具有
良好的开发利用前景 ,目前已有 30多个国家引种栽
培 ,我国也从印度 、缅甸等地引进种子和栽培技术 ,
在广东 、广西 、海南 、四川和云南等地大规模种植 ,已
形成了规模化的原料种植基地。
辣木籽油取自于辣木种子。用压榨法 [ 2, 3] 、溶
76 CHINAOILSANDFATS 2010Vol.35No.2
剂法[ 4, 5] 、超声波法 [ 6] 、水酶法 [ 7]等提取辣木籽油的
研究已有报道 ,但用超临界 CO2流体萃取的研究还
很少 ,开展超临界 CO2流体萃取辣木籽油的技术研
究 ,是因为该技术具有常温 、无毒 、无溶剂残留 、环
保 、使用安全简便 、萃取时间短 、产品质量高等特
点 [ 8, 9] 。本研究拟通过单因素试验和正交试验优化
超临界 CO2流体萃取辣木籽油的工艺条件 ,并采用
GC-MS法对其化学成分进行分析 ,为开发辣木籽
油产品提供科学依据 。
1 材料与方法
1.1 原料 、仪器
辣木 (MoringaoleiferaLam.)种子 , 云南元江
产 。HA120 -50 -01 超临界萃取装置 , Agilent
7890A气相色谱仪 , Agilent5975C质谱仪。石油醚
(沸程 30 ～ 60℃),二氧化碳(纯度 >99.5%),植物
甾醇标样(总甾醇含量 >95%)。
1.2 试验方法
1.2.1 原料预处理 参考文献 [ 10]处理得辣木种
仁全粉样品 。
1.2.2 索氏抽提法测定辣木种仁的含油率 参考
文献 [ 6]进行测定 。
1.2.3 超临界 CO2萃取法提取辣木籽油 根据预试
验的经验 ,选择萃取时间 、萃取压力 、萃取温度 、CO2流
量 、分离温度 5个因素进行单因素试验 ,评价各因素水
平影响的强弱 ,再通过正交试验确定最佳工艺条件。
具体操作:每次称取 50g辣木种仁全粉 ,装入料筒中并
装进萃取罐 ,旋紧密封。根据超临界流体萃取装置的
操作规程进行试验 ,收集各因素试验所得的萃取物油
脂 ,称重 ,计算出油率。
1.2.4 GC-MS分析 采用 GC-MS对辣木籽油
的化学成分进行分析 ,采用面积归一化法处理数据 ,
通过检索谱库以及人工解谱等方法 ,分析图谱中质
量分数超过 0.1%的化学成分 。
分析条件:HB-5毛细管柱(30m×0.25 mm×
0.25μm);载气为氦气 ,纯度 99.999%,流量 1 mL/
min;进样口温度为 285℃;升温条件:50℃(2 min)
10℃/min
260℃(30 min)。质谱条件:离子源温度
为 230℃, EI源电子能量 70 eV,分流比 50∶1 ,进样
量 1.0μL,扫描范围 45 ～ 450 amu。
1.3 数据处理
采用 Excel统计软件对试验数据进行计算 、作
图等处理。采用 SPSS软件对正交试验结果进行极
差分析和方差分析 ,设定显著性水平 α为 0.05。
2 结果与分析
2.1 辣木种仁的含油率
索氏抽提法测定辣木种仁含油率为 37.4%。
2.2 单因素试验
2.2.1 萃取时间对出油率的影响 在萃取压力 25
MPa,萃取温度 45℃, CO2 流量 25 kg/h,分离温度
45℃条件下 ,改变萃取时间 ,测得出油率如图 1所
示。
图 1 萃取时间对出油率的影响
由图 1可以看出 ,在其他萃取条件一定的情况
下 ,随着萃取时间的延长辣木籽油的出油率不断提
高 ,特别是在 30 ～ 60 min这段时间里提高最快 , 180
min时出油率为 33.7%,提取率达到了 90%。超过
180min后其出油率提高不明显。因此 ,在以下的单
因素和正交试验中 ,萃取时间取 180 min。
2.2.2 萃取压力对出油率的影响 在 CO2流量 25
kg/h,萃取温度 50℃,分离温度 45℃条件下 ,改变
萃取压力 ,测得出油率如图 2所示 。
图 2 萃取压力对出油率的影响
从图 2可以看到 ,当萃取压力增大时 ,出油率增
加 ,尤其是在 10 ～ 20MPa时 ,出油率增加较快 ,这说
明萃取温度一定时 ,随着萃取压力的增大 ,溶剂 CO2
的密度增大 ,溶解辣木籽油的能力相应提高 ,在这期
间萃取压力对出油率的影响最大。当压力从 20
MPa增加到 30 MPa时 ,出油率增加速率比较缓慢。
可见对出油率影响较大的萃取压力是在 30 MPa以
内。此外 ,由于设备的限制 , 压力不容易达到 30
MPa,压力太高 ,对设备的加工和操作运行要求苛
刻 ,反而会使生产成本上升。因此 ,考虑到设备投
772010年第 35卷 第 2期 中 国 油 脂
资 ,操作压力选择 25 MPa左右为宜。可选择单因素
萃取压力的 3个优水平 20、25、30 MPa用于正交试
验 。
2.2.3 萃取温度对出油率的影响 在萃取压力 25
MPa, CO2流量 25kg/h,分离温度 45℃的条件下 ,改
变萃取温度 ,测得出油率如图 3所示 。
图 3 萃取温度对出油率的影响
由图 3可见 ,当萃取温度从 35℃上升到 40℃
时 ,出油率从 30.5%提高到 35.9%,并达到最大值 ,
此时提取率达到了 96%。但当温度升高到 40℃以
后 ,出油率反而下降 ,这是因为温度升高超临界流体
密度降低 ,溶解能力下降 ,从而使辣木籽油的溶解度
减小 ,导致萃取量减少。因此 ,萃取温度不宜太高 ,
可选择 35 、40 、45℃用于正交试验。
2.2.4 CO2流量对出油率的影响 在萃取压力 25
MPa,萃取温度 40℃,分离温度 45℃条件下 ,改变
CO2流量 ,测得出油率如图 4所示。
图 4 CO2流量对出油率的影响
由图 4可见 ,在 CO2流量较小时 ,出油率较小 ,
但随着 CO2流量的增加 ,出油率开始增加 , 当 CO2
流量在 20 ～ 35 kg/h之间时 ,出油率增加的速度较
为缓慢 ,最大达到了 36.3%,提取率为 97%。CO2
流量太大 ,会造成萃取器内 CO2流速增加 , CO2停
留时间缩短 ,与辣木种仁粉的接触时间减少 ,不利于
提取率的提高 ,且过高的 CO2流量会增大成本 ,因
此正交试验的水平选 20、25、30 kg/h为宜。
2.2.5 分离温度对出油率的影响 在萃取压力 25
MPa, CO2流量 25kg/h,萃取温度 40℃条件下 ,改变
分离温度 ,测得出油率如图 5所示 。
图 5 分离温度对出油率的影响
由图 5可见 ,随着分离温度的增加 ,出油率呈先
升后降趋势 , 45℃时辣木籽油的出油率为 35.9%,
提取率为 96%, 60℃时出油率为 29.8%,提取率为
80%。这是因为分离温度越高 ,辣木籽油在 CO2气
相中的溶解度增加 ,从而使出油率降低 ,正交试验时
可选择 40、45、50℃ 3个水平 。
2.3 正交试验
为选择超临界 CO2最佳萃取条件 ,采用 L9(34)
设计 9次试验 ,萃取时间定为 180 min,以出油率为
考察指标 ,试验结果见表 1,方差分析见表 2。
表 1 正交试验结果及极差分析
试验号萃取压力/MPa
CO2流量
/(kg/h)
萃取温度
/℃
分离温度
/℃
出油率
/%
1 20 20 35 40 31.6
2 20 25 40 45 25.6
3 20 30 45 50 25.4
4 25 25 35 50 30.6
5 25 30 40 40 33.2
6 25 20 45 45 22.5
7 30 30 35 45 33.2
8 30 20 40 50 22.9
9 30 25 45 40 31.2
k1 27.5 25.7 31.8 32.0
k2 28.8 29.1 27.2 27.1
k3 29.1 30.6 26.4 26.3
R 1.6 4.9 5.4 5.7
表 2 正交试验方差分析
变异来源 df MS F p
萃取压力 1 3.68 0.83 0.41
CO2流量 1 36.51 8.27 0.45
萃取温度 1 44.28 10.03 0.034
分离温度 1 48.74 11.04 0.029
误差 4
总和 9
从表 1可以看出 ,影响出油率因素的强弱顺序
为:分离温度 >萃取温度 >CO2流量 >萃取压力。
78 CHINAOILSANDFATS 2010Vol.35No.2
通过进一步的方差分析(见表 2)可知 ,萃取压力和
CO2流量对出油率的影响均没有达到显著差异(p>
0.05),而萃取温度和分离温度的影响均具有显著
性(p<0.05)。综合考虑 ,超临界 CO2流体萃取辣
木籽油的最佳条件为:分离温度 40℃, 萃取温度
35℃, CO2流量 20 kg/h,萃取压力 20MPa。
2.4 验证试验
按上述最佳条件 ,做 3次重复试验 ,出油率的平
均值为 36.3%,提取率为 97%,试验结果的重现性
较好。
2.5 辣木籽油的化学组成
经过 GC-MS分析 ,可以比较完整地了解辣木
籽油的化学组成(见表 3)。
表 3 辣木籽油的 GC-MS分析结果
序号 化合物名称 分子式 匹配率/%
相对含
量 /%
1 2-癸烯醛 C10H18O 90 0.20
2 二十碳烷 C20H42 98 0.18
3 9-十六碳烯酸 C16H30O2 78 0.78
4 棕榈酸 C16H32O2 95 5.66
5 棕榈酸乙酯 C18H36O2 55 0.80
6 二十一碳烷 C21H44 96 0.22
7 Z-9-十八碳烯酸 C18H34O2 93 65.63
8 十八烷酸 C18H36O2 89 13.12
9 E-9-十八碳烯酸 C18H34O2 95 3.34
10 2, 3-二羟丙基反油酸酯 C21H40O4 44 0.23
11 癸基油酸酯 C28H54O2 64 1.16
12 二十烷酸 C20H40O2 86 2.22
13 十八烷基乙烯基醚 C20H40O 55 0.40
14 Z-9-十八碳烯醛 C18H34O 92 1.16
15 2-甲基 -二十三烷 C24H50 58 0.15
16 十五烷二酸 C15H28O4 47 0.16
17 二十二烷酸 C22H44O2 87 0.98
18 十九烷酸乙酯 C21H42O2 94 0.44
19 未鉴定 0.22
20 未鉴定 0.12
21 15-羟基十五烷酸 C15H30O3 49 0.10
22 7-己基 -二十碳烷 C26H54 87 0.13
23 二十七碳烷 C27H56 64 0.15
24 十二烷二酸二甲酯 C14H26O4 38 0.22
25 二十八碳烷 C28H58 90 0.24
26 菜油甾醇 C28H48O 95 0.32
27 豆甾醇 C29H48O 93 0.52
28 β -谷甾醇 C29H50O 98 0.91
29 岩藻甾醇 C29H48O 72 0.20
由表 3可知 ,辣木籽油主要由脂肪酸组成 ,总的
含量约 为 92%, 其 次还 含有 少量 的饱 和烃
(1.07%)、醛和醚(1.76%)、酯(2.85%),总含量为
1.95%的菜油甾醇 、豆甾醇 、β -谷甾醇和岩藻甾醇 ,
另外还有约 0.4%的成分因数据库数据缺失未通过
鉴定 。在脂肪酸中 ,含量最多的是 Z-9-十八碳烯
酸即油酸 ,为 65.63%。
3 结 论
(1)云南元江产辣木籽仁的含油率为 37.4%。
(2)用超临界 CO2流体萃取辣木籽油 ,所得油品
清澈 ,呈淡黄色 ,味道纯正 ,无刺激性溶剂气味 ,使用
前无需精制 ,减少了工艺流程和设备 ,避免了溶剂残
留 ,特别适合于食用 、医药和化妆品用油的提取。本
试验得出的萃取辣木籽油的最佳工艺条件为:萃取时
间 180min,萃取温度 35℃, CO2流量 20kg/h,萃取压
力 20MPa,分离温度 40℃。在该条件下辣木籽油的
出油率平均为 36.3%,提取率高达 97%。
(3)辣木籽油中富含不饱和脂肪酸和甾醇等多
种功能性成分 ,可用于食品 、医药 、化妆品和润滑剂
等方面的产品开发 。
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