全 文 ：研究探讨
螺旋藻油的超临界提取及GC MS 分析
程　霜　崔庆新　刘　敏
(聊城师范学院化学系 ,山东聊城 252059)
摘　要　研究了超临界 CO2 流体萃取螺旋藻油的条件 ,着重研究了萃取压力 、温度 、萃取时间和 CO2 流量对油脂
萃取率的影响 ,优化了萃取工艺条件:即萃取压力 25MPa ,温度 40℃,时间 2h , CO2 流量 30kg h ,并利用GC/MS 分析了最
佳条件下萃取的螺旋藻油成分组成。
关键词　超临界 CO2 流体萃取　螺旋藻油　GC MS 分析　γ-亚麻酸
Abstract　Extraction technique of spirulina oil with supercritical carbon dioxidewas studied in this paper.The effects of extrac-
tion pressure , temperature , time and the flow rate of carbon dioxide on the extraction yield were investigated.The pressure , tempera-
ture , time and carbon dioxide optima for the maximal extraction yield were at 25MPa , 40℃, 2.0h , 30kg h respectively.The compo-
nents of spirulina oil were determined by GC MS.
Key words　supercritical carbon dioxide extraction;spirulina oil;GC MS;γ-linolenic acid
　　螺旋藻(Spirulina)是地球上最早出现的一种产
氧和光合作用的单细胞原核生物 ,属蓝藻门颤藻科 ,
生长条件同一般生物不同 ,嗜碱(pH9 ～ 11)和高温(25
～ 36℃)。螺旋藻中富含机体所需的多种维生素 ,其
蛋白质含量高达干重的 70%,氨基酸组成合理 ,且功
效比值(PER)很高 ,消化率高达86%。螺旋藻多糖也
是一种免疫活性多糖 ,有抑制肿瘤 、防止辐射的功效 ,
因而被称为是“二十一世纪食品” 。
我们利用超临界 CO2 流体萃取技术 ,对螺旋藻
中类脂成分的提取进行了初步研究 ,着重考查了萃取
压力 、温度 、时间和 CO 2 流量对萃取率的影响 ,同时
利用GC/MS分析了超临界CO2 流体萃取的螺旋藻油
组成成分 。
1　材料与方法
1.1　材料与设备
粉末状钝顶螺旋藻　江苏江阴某公司提供;CO2
　纯度>99.5%。
121-50-02型超临界 CO2 萃取设备　设备为一萃
二分式超临界 CO2 流体萃取装置 ,最高萃取压力为
50MPa 。它由三部分组成:a.CO2 气瓶 、过滤器 、冷
箱 、储罐和调频泵组成的供气系统;b.由萃取釜 、两个
分离釜和精馏柱及相应的管路 、附件组成的萃取—分
离系统;c.萃取釜 、分离釜和精馏柱的独立热交换装
置和控制仪表 ,工艺流程见图 1。
HP6890GC/5973MSD气-质联用分析仪(美国惠
普公司)　附GC/MS ChemStation软件。
1.2　工艺简介
从 CO 2钢瓶出来的 CO2 气体经净化器净化后进
入冷箱(0℃)液化后 ,由高压调频柱塞泵送入预热器
预热 ,经净化再进入萃取釜 ,升压到预定设置值使
CO2成超临界流体 ,对粉末状钝顶螺旋藻物料进行萃
取 ,CO2 经分离釜减压后循环使用。
图 1　超临界 CO2 萃取工艺流程图
1.3　实验方法
1.3.1　将200g螺旋藻粉末样品加入萃取釜中 ,考查
萃取压力 、温度 、时间和 CO2 流速对萃取率的影响 ,
在最佳提取工艺条件下得油样 1。
1.3.2　油样的 GC/MS 分析　分析条件　色谱:HP-
弹性石英 5%苯甲基硅烷毛细管柱(30m×0.25mm×
0.25μm),进样口温度 250℃,柱温 100℃ ,保持 3min ,
第一阶升温速率 10℃ min升至 260℃,保持 10min ,第
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《食品工业科技》 Science and Technology of Food Industry Vol.22 ,No.5 ,2001
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2001.05.002
二阶升温速率10℃ min升至280℃,保持 10min ,氦气
流速 1ml min ,柱前压 71kPa ,分流比 15∶1;质谱:EI
源 ,电子能量70ev ,发射电流 300μm ,电子倍增器电压
1635V ,质量扫描范围 10 ～ 550amu ,接口温度 280℃,
离子源温度250℃,四极杆温度 130℃。
1.3.3　样品处理　取 0.1g 萃取油样甲酯化后 3μl
进样分析 。
2　结果与讨论
2.1　萃取压力的影响
萃取压力是超临界 CO2 流体萃取工艺最重要的
参数之一 。在一定的温度条件下 , 随超临界 CO2 压
力增大 , CO2 流体的溶解能力增大 ,图 2为萃取压力
与萃取率的关系曲线 。实验结果表明 ,螺旋藻油在
CO2 中的溶解度是萃取压力的函数 ,萃取初始阶段螺
旋藻油的萃取率对压力的变化十分敏感 ,几乎呈正比
关系 ,40℃时当压力为 12.5MPa 的条件下 ,其萃取率
仅为 9.5%左右;当压力增至 25MPa 时 ,螺旋藻油的
萃取率高达 95.3%;在 25MPa以上萃取率增幅很小 ,
40℃和 50℃下萃取线相交于 21.63MPa处 ,该点便是
螺旋藻油在超临界 CO2 中的交迭压力。说明 CO2 的
临界压力到 21.63MPa ,CO2 高压缩性很大 ,溶解度随
CO2 密度增长而提高的速率也大;超过 21.63MPa ,
CO2的压缩性变小 ,密度变化速度下降 ,溶解度随压
力的提高 ,在更高的压力下才有明显表现。在等温条
件下 , 从 21.63MPa 增加到 25MPa , 萃取效率略有提
高。从实验结果得出 ,螺旋藻油 SC -CO2 流体萃取
压力应在 25MPa以上 ,考虑到生产的实用性 ,建议萃
取压力确定为 25MPa。
图 2　萃取压力对萃取率的影响
2.2　温度的影响
萃取温度也是超临界萃取工艺的最重要的参数
之一 。总的来讲 ,升高温度有利于萃取率的提高。温
度对超临界 CO2流体待萃取物溶解行为的影响有两
方面 ,其一是温度升高 ,CO2 分子之间的作用力减小 ,
降低其液体行为 ,从而使待取成分的溶解度降低;另
一方面温度升高 ,CO2 分子之间的热运动加强 ,有利
于透过物料表层进入深层 ,加速待取成分的溶解 ,提
高萃取率。但这两方面的最终影响要由萃取压力来
平衡 ,压力较大时 ,CO2 分子之间的距离减小 ,作用力
增大 ,溶质的气压起主导作用 ,升高温度 ,溶解度增
大 。后一种影响是 CO2 分子之间的热运动加强 ,加
速了待取成分的溶解 ,提高萃取率;压力较低时 ,超临
界 CO2流体的密度起主导作用 ,升高温度 ,溶解度下
降 。总的趋势是在相同的压力条件下升高温度(超临
界点以上),萃取能力都有所增大 ,压力较低时 ,温度
的影响更明显(图 3)。
图 3　萃取温度对萃取率的影响
2.3　CO2 流量的影响
超临界 CO2 流量主要影响萃取时间 ,一般而言
流量越大 ,萃取速率越大 ,反之亦然。图 4是萃取压
力为 25MPa ,温度 40℃,不同 CO2 流量对螺旋藻油萃
取 2h萃取率的影响关系曲线 ,由图 4中可以看出 ,随
CO2流量的增大 ,萃取率逐渐增大。当 CO2 流量达到
30kg/h 时 ,萃取率可达 95.3%。CO2 流量再增大 ,对
萃取率的影响不明显 ,且流量增大时分离循环设备要
求更加严格 ,故实验流量选择为 30kg h。
图 4　CO2 流量对萃取率的影响
2.4　时间的影响
一般来说 ,萃取时间与萃取率呈正比关系 ,时间
延长 ,萃取率也相应提高 ,但这种影响只是在萃取初
始阶段非常明显 ,当萃取到一定时间后 ,萃取时间对
萃取率提高的影响变得很小 。图 5是选定 CO2 流体
流量 30kg h ,萃取压力 25MPa ,温度 40℃时 ,萃取时间
对螺旋藻油萃取率的影响。由图可以看出 ,流量 、压
力 、温度一定时 ,萃取时间越长 ,萃取率越高;但当萃
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《食品工业科技》 Science and Technology of Food Industry Vol.22 ,No.5 ,2001
取时间达到 2h后 ,螺旋藻油基本上被萃取完毕 ,萃取
时间的确定应综合考虑设备能耗与萃取率的平衡关
系 ,一味延长时间无疑是浪费能量和 CO2 流体 ,根据
实验结果选择萃取时间为 2h。
图 5　萃取时间对螺旋藻油萃取率的影响
2.5　螺旋藻油的成分
经超临界 CO2 流体萃取而得的螺旋藻油经 GC/
MS分析 ,共鉴定出 8 种主要化学成分(如表 1)。由
表1可以看出 ,超临界 CO2萃取螺旋藻油主要由脂肪
酸组成且含有丰富的γ-亚麻酸(含量高达油脂总量
的 26.78%)。螺旋藻油中除了富含 γ-亚麻酸外 ,还
含有丰富的维生素 E(含量为 340 mg 100g 油)和植物
醇类 。
表 1　螺旋藻油中的主要成分
序号 保留时间(min) 化合物名称 含量(%)
1 18.34 棕榈油酸 2.63
2 18.64 棕榈酸 49.53
3 19.75 十七碳酸 0.06
4 20.46 γ-亚麻酸 26.78
5 20.60 亚油酸 7.44
6 20.62 油酸 1.63
7 20.84 植物醇 9.63
8 20.92 硬脂酸 1.60
9 34.53 维生素 E 0.34
3　结论
3.1　螺旋藻含油率为 10.02%,其中 γ-亚麻酸为脂
肪酸组成的 26.78%,是目前所发现的油源中含 γ-亚
麻酸最多的 。
3.2　螺旋藻油超临界 CO2 流体萃取的最佳工艺条
件是:萃取压力 25MPa ,温度 40℃,时间 2h ,CO2 流量
30kg h ,在此条件下螺旋藻油的萃取率是 95.3%。与
传统溶剂的萃取工艺相比 ,超临界 CO 2 流体萃取工
艺简单 ,步骤少 ,耗时短 ,无溶剂残留 ,惰性无氧 、低温
还避免了生物活性成分 ———γ-亚麻酸的遇氧氧化和
热分解 , 最大程度地保持γ-亚麻酸的生物活性 , 同
时 ,也有利于螺旋藻蛋白的开发利用 。
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《食品工业科技》 Science and Technology of Food Industry Vol.22 ,No.5 ,2001