尹愛國 劉興龍 周天 黃迎娣 劉杰鳳

摘要：以荔枝果核為材料，考察萃取壓力、萃取溫度、解析溫度對超臨界CO2流體萃取荔枝果核精油提取量的影響。在此基礎上，利用響應面優(yōu)化果核精油提取的最佳工藝為萃取壓力20.09 MPa、萃取溫度41.50 ℃、解析溫度 45.03 ℃，此時精油提取量的最大值為1.34 g，提取率為2.68%。同時利用氣相色譜-串聯(lián)質譜（GC-MS）對精油成分進行初步的定性和定量分析，發(fā)現(xiàn)其含有26種化合物，主要成分為醇、脂肪酸、酯、烷烴類及烯類化合物，其中醇類、烯烴類化合物是其主要成分，含量分別約為45%、25%。

關鍵詞：荔枝果核;超臨界CO2流體萃取;精油;響應面;GC-MS;定性;定量

中圖分類號： TQ420.6+6;TS255.36 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2019）23-0212-05

荔枝為“南國四大果品”之一[1]，為無患子科植物，其種類繁多，主要分布于熱帶、亞熱帶地區(qū)。在我國主要分布在兩廣、福建地區(qū)[2]。因其具有豐富的營養(yǎng)價值及滋補和藥用價值而深受人們喜愛[3-4]。近年來，隨著荔枝種植面積的擴增，其產量迅速升高，荔枝的深加工規(guī)模也逐步擴大，同時也使荔枝果核堆積如山，但一直沒有得到合理的利用或者加工處理[2]。近期有研究表明，荔枝果核富含多種生理活性物質，為溫性藥材，具有很高的藥用價值[3]。除此之外，荔枝果核提取物還具有抑菌的效果[2]。但對荔枝果核精油的提取及其成分分析一直鮮有報道。

植物精油是植物體的次生代謝產物，化學成分較為復雜，因其有美容護膚、健體等特點，被廣泛應用于醫(yī)療保健、生物化工、食品工業(yè)等領域[5-6]。植物精油的提取有多種手段，傳統(tǒng)的溶劑浸提法和一些新型的提取法，如超臨界CO2流體萃取法（SFE）、超聲波萃取法、微波萃取法等[6-7]。其中超臨界CO2流體萃取技術是近50年來發(fā)展出現(xiàn)的一種新的提取分離技術，其原理是在低溫無氧環(huán)境下，利用超臨界流體CO2為萃取劑提取樣品中的有效成分，適合用于提取脂溶性、高沸點、熱敏性的樣品。同時萃取劑無毒，且回收方便，便于去除，方便簡捷[8]。

目前，國內對于植物精油的研究仍停留在細胞水平和單一性能上，無法對有效成分的具體作用給出正確的結論，且對植物精油的臨床應用及生產應用相對薄弱[5]。氣相色譜-串聯(lián)質譜（GC-MS）是目前聯(lián)用技術中較為精確的一種分析儀器，可準確地分離樣品中的各種有效成分，并進行定性和定量分析[9-11]。本研究主要通過響應面法優(yōu)化超臨界CO2流體萃取荔枝果核精油的工藝條件，并通過GC-MS分析荔枝果核精油中的有效化學成分，以期為加強荔枝果核的開發(fā)利用和深加工奠定堅實的研究基礎，為植物精油的進一步綜合開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗材料與試劑 新鮮荔枝采于廣東省茂名市化州市荔枝園，品種名為黑葉。

檸檬酸、氯化鈉、碳酸鈉、大孔樹脂、無水乙醇、正己烷均為化學分析純試劑，購自天津光復精細化工有限公司。

1.1.2 儀器與設備 GZX-9070MBE電熱鼓風干燥箱，購自上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠;JJ224BC型電子天平，購自常熟市雙杰測試儀器廠;國家標準檢驗篩（30、60目），購自浙江飛達金屬砂篩廠;XFB-200高速中藥粉碎機，購自吉首市中誠制藥機械廠;HA120-50-01超臨界萃取裝置，購自江蘇南通華安超臨界萃取有限公司;GC-MS-QP2010 Plus，購自日本島津公司;MB23紅外線水分測定儀，購自昆山巨天儀器設備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 荔枝果核的預處理 荔枝去除果肉后，將果核置于含有2%Na2CO3、1%檸檬酸和2% NaCl的混合溶液中浸泡 2 min，用蒸餾水反復淘洗去表面含有的荔枝果肉殘留物[5]。將洗凈的果核放入烘箱中，40 ℃熱風烘烤，烘干至恒質量，取出自然冷卻，常溫儲存?zhèn)溆肹12]。

1.2.2 荔枝果核的粉碎過篩 將常溫儲存?zhèn)溆玫睦笾朔湃胫兴幏鬯闄C中粉碎成干粉，過30目（孔徑0.6 mm）和60目（孔徑0.3 mm）的篩子，取顆粒大小在0.3～0.6 mm之間的荔枝核粉裝袋并放入儲物柜中待用。

1.2.3 荔枝果核精油提取工藝的單因素試驗 準確稱取 50 g 荔枝果核粉（干基），以萃取溫度40 ℃、萃取壓力 20 MPa、解析溫度44 ℃、解析壓力5.5 MPa為基本萃取條件，考察各單因素對荔枝果核精油提取率的影響，以明確最佳萃取參數(shù)范圍。各單因素變動設置如下：萃取溫度為36、38、40、42、44 ℃;萃取壓力為18、19、20、21、22 MPa;解析溫度為40、42、44、46、48 ℃;解析壓力為4.5、5.0、5.5、6.0、6.5 MPa。

1.2.4 響應面法優(yōu)化提取方法的試驗設計 為了求出更優(yōu)的荔枝果核精油提取的工藝條件，根據(jù)中心組合設計原理，在單因素試驗的基礎上，選取萃取溫度（A，℃）、萃取壓力（B，MPa）和解析溫度（C，℃）為參試因子，以果核精油提取量（Y，g）為評價指標，設計3因素3水平的響應面分析方法，具體的試驗設計如表1所示。

1.2.5 荔枝果核精油的化學成分鑒定 按照最佳萃取工藝萃取荔枝果核精油，得到的揮發(fā)油用正己烷溶解，然后用50%乙醇混融、靜置，取上清，用GC-MS進行鑒定分析。GC-MS色譜條件[13]：HP-5 MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），進樣口溫度220 ℃，接口溫度280 ℃。柱溫：起始溫度60 ℃，以10 ℃/min升至150 ℃，保留1 min，再以 5 ℃/min 升至280 ℃，保留4 min。載氣：99.999%氦氣。樣品進樣量為1 μL。質譜條件：接口溫度為280 ℃;四極桿溫度為 150 ℃;離子源溫度為230 ℃;溶劑延遲時間為2 min;電離方式為電子電離（electron ionization，簡稱EI）源;電離能量為70 eV;全掃描方式。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 萃取溫度對荔枝果核精油提取量的影響 如圖1所示，荔枝果核精油提取量隨著萃取溫度的升高先增加后下降，萃取溫度為40 ℃時的提取量最高。萃取溫度低于 40 ℃ 時，果核精油提取量隨溫度的升高而增加;而高于 40 ℃ 時，隨溫度的升高而減少?？赡苁且驗檩腿囟葘司吞崛×康挠绊懹姓拓撔?種作用。萃取溫度增加，物料中溶質的壓力增加，有利于提高果核精油的提取量，稱之為正效應;同時萃取溫度的增加，也可使超臨界CO2流體的密度降低，使果核精油提取量降低，稱之為負效應。因此，對于超臨界CO2流體萃取荔枝果核精油的工藝，在萃取溫度低于 40 ℃時，溫度對果核精油提取量影響的正效應起主要作用;在萃取溫度高于40 ℃時，溫度對果核精油提取量影響的負效應起主要作用，溫度為40 ℃時有最高的提取量。

2.1.2 萃取壓力對荔枝果核精油提取量的影響 萃取壓力對于果核精油提取量來說是一個非常重要又較為復雜的因素，萃取壓力對超臨界狀態(tài)下CO2流體的密度、黏度、擴散系數(shù)等物理性質的影響非常大，隨著萃取壓力的增加，會使CO2流體密度增加，會提高果核精油的溶解效果，從而提高精油提取量。但在萃取壓力持續(xù)增加的同時，又使CO2流體黏度增加，擴散系數(shù)也會降低，果核精油的提取量降低。如圖2所示，荔枝果核精油提取量隨著萃取壓力的升高先增加后下降，

萃取壓力為20 MPa時提取量最高。當萃取壓力在20 MPa以下時，隨著萃取壓力的增加，CO2流體密度也隨之增加，提高了果核精油的溶解度，精油提取量伴隨壓力的增加而增加。當壓力大于20 MPa時，CO2流體黏度和擴散系數(shù)的變化明顯，此時與萃取壓力呈負相關關系，精油提取量伴隨壓力的增加而降低，因此，在萃取壓力為20 MPa時有最高的精油提取量。

2.1.3 解析溫度對荔枝果核精油提取量的影響 如圖3所示，荔枝果核精油提取量隨著解析溫度的升高先增加后下降，解析溫度為44 ℃時，提取量最高，解析溫度低于44 ℃時，果核精油提取量隨溫度的升高而增加;而解析溫度高于44 ℃，果核精油提取量隨溫度的升高而減小?？赡苁怯捎诮馕鰷囟冗m度地升高將降低超臨界CO2流體對溶質的溶解能力，有利于解析;但解析溫度過高時，溶質的承受壓力升高，揮發(fā)量增加，不利于提高果核精油提取量。

2.1.4 解析壓力對荔枝果核精油提取量的影響 如圖4所示，當儲罐壓力較大時，解析壓力也較大，所以選取解析壓力分別為4.5、5.0、5.5、6.0、6.5 MPa的條件進行超臨界萃取試驗，得出荔枝果核精油提取量分別為1.29、1.30、1.33、1.31、1.30 g，說明解析壓力在4.5～6.5 MPa的范圍內對荔枝果核精油提取量的影響不大，故在后續(xù)響應面分析法中將不再考慮。

2.2 超臨界CO2萃取荔枝果核精油工藝條件的響應面優(yōu)化

為了求出更優(yōu)的荔枝果核精油萃取工藝條件，根據(jù)中心組合設計原理，在單因素試驗的基礎上，選取萃取溫度、萃取壓力和解析溫度為參試因子，以果核精油提取量（Y，g）為評價指標，設計3因素3水平的響應面分析方法，共17個試驗點，其中編號1～12為析點，即自變量A、B和C所構成的三維頂點;編號13～17為零點，即區(qū)域的中心點，重復試驗，用以估算試驗誤差。響應面試驗結果見表2。

2.2.1 回歸方程的建立 利用Design Expert 8.0.6統(tǒng)計分析軟件對表2的試驗結果進行回歸分析，得到方差分析結果（表3）和二次回歸方程：

Y=1.31+0.048×A+0.13×B+0.032×C-7.500×10-3×A×B-0.032×A×C-2.500×10-3×B×C-0.065×A2-0.21×B2-0.13×C2。

由表3可知，二次回歸模型的F值為49.85，P<0.000 1，極顯著，且R2=0.964 9，RAdj2=0.845 5，說明該模型與實際結果相擬合，并且檢驗結果顯著;失擬項F值為1.90，P=0270 2（P>0.05），R=0.984 6。由此可見，該模型的擬合程度比較好，適用于荔枝果核精油的提取分析與計算。由F值可看出，各單因素對荔枝果核精油提取率的影響順序為 B>A>C，即萃取壓力>萃取溫度>解析溫度。

2.2.2 響應面及等高線分析 由回歸模型轉換并作出各個因素之間交互作用的響應面圖，考察所擬合的響應面形狀，分析萃取壓力、萃取溫度和解析溫度對荔枝果核精油提取量的影響，其響應面3D圖和等高線圖見圖5至圖7。

圖5顯示了解析溫度為0水平時，萃取壓力和萃取溫度交互作用對荔枝果核精油提取量的影響。綜合響應面圖和等高線圖可以看出，萃取壓力上升的幅度比萃取溫度稍大，說明萃取壓力對荔枝果核精油提取量的影響較萃取溫度稍大。

圖6顯示了萃取壓力為0水平時，萃取溫度和解析溫度交互作用對荔枝果核精油提取量的影響。綜合響應面圖和等

高線圖可以看出，解析溫度上升的幅度比萃取溫度稍大，說明解析溫度對荔枝果核精油提取量的影響比萃取溫度稍大。

圖7顯示了萃取溫度為0水平時，解析溫度和萃取壓力交互作用對荔枝果核精油提取量的影響。綜合響應面圖和等高線圖可以看出，解析溫度和萃取壓力的交互作用較弱。

對回歸方程求解可得，當A=41.50 ℃、B=20.09 MPa、C=45.03 ℃時，即萃取壓力為20.09 MPa、萃取溫度為 41.50 ℃、解析溫度為45.03 ℃時，荔枝果核精油提取量有最大值，為1.34 g，提取率為2.68%。

2.3 荔枝果核精油化學成分的鑒定

利用GC-MS對荔枝果核精油進行成分分析，發(fā)現(xiàn)荔枝果核精油含有26種化學成分（圖8）。通過數(shù)據(jù)庫檢索與質譜標準圖譜的核對，如表4所示，明確了這26種化合物，其主要成分為醇、脂肪酸、酯、烷烴類以及烯類化合物，其中醇類、烯烴類化合物是其主要成分，含量分別約為45%、25%，其他化合物含量較少。

3 結論與討論

本研究通過單因素試驗和中心組合設計探討了超臨界CO2流體萃取中萃取溫度、萃取壓力和解析溫度對荔枝果核精油提取量的影響，并利用響應面分析法建立了超臨界CO2流體萃取荔枝果核精油提取量的二次多項數(shù)學模型，并且檢驗證明模型是合理可靠的。利用模型的響應面圖對影響超臨界萃取荔枝果核精油提取量的關鍵因素及其相互作用進行了探討。得到了超臨界萃取荔枝果核精油的最佳工藝： 萃取壓力為20.09 MPa、萃取溫度為41.50 ℃、解析溫度為 45.03 ℃，荔枝果核精油提取量有最大值，為1.34 g，提取率為2.68%。與其他報道中關于超臨界萃取荔枝果核精油的最佳工藝條件[13]基本一致，但精油提取率偏低，可能與本研究所選用的荔枝品種、產地有關。

另外利用GC-MS[14-15]對荔枝果核精油化學成分進行了鑒定，結果顯示荔枝果核精油中共有26種化合物，其主要成分為醇、脂肪酸、酯、烷烴類以及烯類化合物，其中醇類、烯烴類化合物占其主要成分，含量分別約為45%、25%，其他化合物含量較少。這些結果有利于荔枝果核的進一步開發(fā)利用和深加工，且荔枝果核精油的明確將為植物精油的進一步綜合開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

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收稿日期：2018-09-15

基金項目：廣東省科技計劃（編號：2014B090908007、2016A020227005）;廣東高校果蔬加工與貯藏工程技術開發(fā)中心（編號：2012gczxB001）。

作者簡介：尹愛國（1975—），男，湖北麻城人，博士，副教授，主要從事食品生物技術方面的研究。E-mail：240523958@qq.com。