羅由萍 崔勝華 鄧鵬飛 于長(zhǎng)江 吳秀寧

摘要：使用國(guó)產(chǎn)超臨界CO2萃取中試裝置，利用均勻設(shè)計(jì)法研究了香草蘭（Vanilla planifolia Andrews）的超臨界萃取工藝。以萃取壓力、萃取溫度、夾帶劑乙醇用量和萃取時(shí)間為考察因素，確定最佳萃取工藝條件為萃取壓力30.9 MPa、萃取溫度53.1 ℃、夾帶劑乙醇用量1.53 mL/g、萃取時(shí)間135 min，此條件下香蘭素的萃取率為19.56 mg/g。

關(guān)鍵詞：香草蘭（Vanilla planifolia Andrews）；超臨界CO2萃?。痪鶆蛟O(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TQ654 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）08-1899-02

香草蘭（Vanilla planifolia Andrews）又名香子蘭、香莢蘭、香果蘭，屬于蘭科（Orchidaceae）植物[1]。作為最受歡迎的食用香料之一，其廣泛應(yīng)用于食品、飲料、香水和制藥工業(yè)[2]。香草蘭含有200多種揮發(fā)性芳香族香氣成分，其中只有26種成分含量超過1 mg/kg，主要香氣成分為香蘭素（Vanillin），含量為1.0%～2.0%。雖然合成的香蘭素可以廉價(jià)得到，但由于天然的香蘭素?fù)碛歇?dú)特的風(fēng)味，此外還有一定的抗菌、抗毒活性，故天然香蘭素具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為了提高香蘭素的萃取率，科學(xué)家們付出了不懈的努力。傳統(tǒng)的提取方法是用乙醇或乙醇的水溶液萃取，或輔以微波或超聲波強(qiáng)化萃取。超臨界CO2流體萃取法（Supercritical CO2 fluid extraction，SFE）是一種新型的分離方法，它結(jié)合了溶劑萃取和蒸餾兩種功能特點(diǎn)。這種方法利用壓力和溫度對(duì)超臨界流體溶解能力的影響對(duì)不同成分進(jìn)行萃取，而后改變體系的壓力或溫度，將已提取的成分基本上或完全地析出，最終達(dá)到提取和分離的目的。由于超臨界流體具有較低的黏度和較高的擴(kuò)散系數(shù)，比傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑能更有效地穿透多孔性的物質(zhì)，故能得到更高的萃取率。試驗(yàn)采用國(guó)產(chǎn)超臨界CO2萃取中試裝置，利用均勻設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，對(duì)香草蘭中香蘭素的超臨界CO2萃取工藝進(jìn)行研究，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，以得到最優(yōu)的萃取工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料

香草蘭豆莢由中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所提供，香蘭素標(biāo)準(zhǔn)品（99%）購(gòu)自Acros公司，丁香酚（99%）購(gòu)自Acros公司，CO2（99.9%）購(gòu)自海南佳騰化工氣體有限公司，HA121-50-01（02）型超臨界流體萃取裝置購(gòu)自南通市華安超臨界萃取有限公司，RT-02A型粉碎機(jī)購(gòu)自臺(tái)灣泓荃制藥機(jī)械公司，BT124S型電子天平購(gòu)自賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司，HP6890/5973MSD型氣質(zhì)聯(lián)用儀購(gòu)自美國(guó)惠普公司。

1.2 方法

1.2.1 超臨界CO2萃取工藝 將香草蘭豆莢低溫干燥，用粉碎機(jī)粉碎，取10 g粉末置于2 L萃取釜中進(jìn)行萃取。萃取完成后，將萃取物用無水乙醇定容至250 mL，用氣相色譜分析香蘭素的含量。選擇萃取壓力、萃取溫度、夾帶劑乙醇用量及萃取時(shí)間為工藝條件，利用均勻設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，考察不同工藝條件下香蘭素的萃取率，并求得最佳工藝條件。固定的工藝參數(shù)為分離溫度為40 ℃，分離壓力分別為12 MPa（分離釜1）和7 MPa（分離釜2），萃取劑流量為15 L/h。

1.2.2 萃取工藝條件的設(shè)計(jì) 使用均勻設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案[3]。選取萃取壓力（x1）、萃取溫度（x2）、夾帶劑乙醇用量（x3）及萃取時(shí)間（x4）為考察因素，以香蘭素萃取率（y）為考察指標(biāo)。試驗(yàn)因素與水平見表1。

1.2.3 氣相色譜分析 將HP-5MS型毛細(xì)管柱（30 m×250 μm×0.25 μm）程序升溫，起始溫度為50 ℃，保持1 min，以10 ℃/min升溫到240 ℃，保持至分析完成。載氣為He（99.99%），進(jìn)樣口溫度為280 ℃，壓力為26.4 kPa，總流量為44 mL/min，分流比為40∶1。以丁香酚作內(nèi)標(biāo)物[4]。

1.2.4 氣質(zhì)分析 采用全掃描采集模式和電子倍增器電壓模式，增益系數(shù)為1.00，結(jié)果EM電壓為1 282 V，離子源溫度為230 ℃，四級(jí)桿溫度為150 ℃，溶劑遲緩2.0 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 超臨界CO2萃取工藝的回歸模型

利用超臨界CO2萃取香草蘭豆莢中的香蘭素，9個(gè)水平下的香蘭素萃取率分別為7.28、10.51、10.11、8.95、10.89、18.37、15.40、9.18和6.41 mg/g。使用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行逐步回歸分析，得到如下二次多項(xiàng)式回歸模型： ■=-160.893+6.574x1+2.712x2+1.690x3-0.023x4-0.048x12+0.009x22-0.087x1x2。此回歸模型的R2為0.967，說明回歸的擬合度非常高；回歸部分的F為41.78，模型整體的P為0，小于顯著水平0.05，說明所建立的回歸方程是顯著的[5]；模型中常數(shù)項(xiàng)和4個(gè)自變量系數(shù)的P分別為0.001、0.008、0.005、0.011、0.001，其都小于0.05顯著性水平。利用所得模型在相應(yīng)區(qū)間求極值，利用Excel線性規(guī)劃求解，得到最優(yōu)條件為：x1=30.9 MPa，x2=53.1 ℃，x3=1.53 mL/g，x4=135 min。此時(shí)，根據(jù)所得回歸方程，香草蘭豆莢中香蘭素理論萃取率為22.53 mg/g。

2.2 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述得到的最佳工藝參數(shù)，按照相同的試驗(yàn)方法和步驟，3次重復(fù)，得到實(shí)測(cè)萃取率的平均值為19.56 mg/g，與預(yù)測(cè)值相差不大，說明該均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)比較成功。

2.3 萃取物氣相色譜-質(zhì)譜研究結(jié)果

所得香草蘭萃取物為淡黃色液體，比用普通溶劑萃取的產(chǎn)物顏色淺。將萃取物用氣相色譜-質(zhì)譜進(jìn)行成分鑒定，所得結(jié)果與NIST08.L譜圖庫(kù)進(jìn)行檢索比對(duì)，結(jié)合已知文獻(xiàn)[6，7]，鑒定出6個(gè)主要成分，結(jié)果如表2所示。香草蘭的超臨界CO2萃取物組分總離子流圖見圖1。

3 結(jié)論

利用均勻設(shè)計(jì)法，使用國(guó)產(chǎn)超臨界CO2萃取中試裝置，萃取香草蘭中的芳香成分。優(yōu)化的工藝參數(shù)為萃取壓力30.9 MPa，萃取溫度53.1 ℃，夾帶劑乙醇用量1.53 mL/g，萃取時(shí)間135 min，每克香草蘭豆莢中能得到香蘭素19.56 mg，萃取率為19.56 mg/g。為利用國(guó)產(chǎn)超臨界CO2萃取裝置從香草蘭中萃取香蘭素的工業(yè)化打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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