超临界CO2+乙醇混合体系萃取玫瑰茄籽油及其品质分析研究

本研究采用超临界流体萃取（SFE）技术，结合响应面法（RSM）优化玫瑰茄（Hibiscus sabdariffa L.）籽油的提取工艺，系统比较了超临界CO2（sc-CO2）与正己烷溶剂萃取（CSE）对油脂得率、脂肪酸组成、α-生育酚（α-tocopherol）、总酚含量（TPC）及抗氧化活性（DPPH）的影响。结果表明，sc-CO2在20 MPa、45°C、165分钟、粒径400 μm条件下可获得16.28%的油脂得率，且其不饱和脂肪酸（74.08%）、TPC（28.60 mg GAE/g）及α-生育酚（68.03 mg/100 g）含量显著优于传统溶剂法，为绿色高效提取功能性植物油提供了重要技术参考。

　　

1. 引言

玫瑰茄（Hibiscus sabdariffa L.）作为一年生草本植物，其种子富含蛋白质、碳水化合物及功能性成分，如α-生育酚和油酸-亚油酸类不饱和脂肪酸。传统上，种子常随花萼收获后被废弃，但其营养价值与生物活性成分（如多酚、磷脂等）使其成为功能性食品原料的理想来源。在油脂提取工艺中，超临界流体萃取（SFE）因具有低温、高效、无溶剂残留等优势，逐渐成为替代正己烷溶剂萃取（CSE）的绿色技术。本研究旨在通过响应面法（RSM）系统优化sc-CO₂萃取玫瑰茄籽油的工艺参数，并全面评估其理化特性与生物活性，为产业应用提供理论依据。

2. 材料与方法

2.1. 样品与试剂

实验所用玫瑰茄种子采集自印度那加兰邦Wokha地区，经干燥、粉碎后过筛分级为400、600、800 μm三种粒径。化学试剂包括甲醇、正己烷、Folin–Ciocalteu试剂、没食子酸、DPPH（2,2-二苯基-1-苦基肼）及α-生育酚标准品，均为分析纯。

2.2. 萃取方法

2.2.1. 传统溶剂萃取（CSE）

采用索氏提取法，以正己烷为溶剂，在8小时内对5 g样品进行萃取，后经旋转蒸发去除溶剂。

2.2.2. sc-CO₂萃取

使用实验室级超临界流体萃取仪，以乙醇（99%）为夹带剂（流速1 mL/min），CO₂流速为5 mL/min。通过中心复合设计（CCD）考察压力（10–20 MPa）、时间（150–180分钟）、温度（45–65°C）及粒径（400–800 μm）对油脂得率的影响，共进行30组实验。

2.3. 理化分析

油脂得率按公式（1）计算：

Y(%)=(Woil/Ws)×100

脂肪酸组成通过GC-MS分析；总酚含量（TPC）采用Folin–Ciocalteu法测定；抗氧化活性以DPPH自由基清除率评估；α-生育酚含量通过紫外分光光度法测定；傅里叶变换红外光谱（FTIR）与差示扫描量热法（DSC）用于分析油脂结构与热特性。

3. 结果与讨论

3.1. 方差分析（ANOVA）

ANOVA表明，压力、时间、温度及粒径对油脂得率均有显著影响（p < 0.05），其中压力与时间的交互作用显著。模型回归系数（R2）为0.955，拟合良好。最终得率经验模型为：

Y=16.32+2.89x1+0.41x2?0.63x3?1.02x4+0.58x1x2?0.31x42

3.2. 萃取参数对得率的影响

sc-CO₂萃取得率范围为4.85%–16.52%，最高得率出现在20 MPa/180分钟/45°C/400 μm条件，而CSE得率为21.36%。压力升高可提高CO₂密度，增强油脂溶解度；低温（45°C）有利于保持油脂稳定性，避免热降解；较小粒径（400 μm）增加比表面积，促进扩散；延长时间虽能提高得率，但影响幅度较小。

3.3. 工艺标准化与验证

通过数值优化确定最佳条件为20 MPa、165分钟、45°C、400 μm，预测得率16.32%，实验验证值为16.28% ± 1.07%，吻合度高。

3.4. sc-CO₂与CSE方法对比

3.4.1. 脂肪酸组成

两种方法提取的油脂均以不饱和脂肪酸为主（sc-CO₂: 74.08%; CSE: 74.39%），其中油酸与亚油酸占比最高，符合油酸-亚油酸类油脂特征。饱和脂肪酸含量无显著差异（约25.9%）。

3.4.2. α-生育酚含量

sc-CO₂萃取油中α-生育酚含量（68.03 mg/100 g）显著高于CSE（52.57 mg/100 g），归因于乙醇夹带剂对极性成分的增强溶解作用。

3.4.3. TPC与抗氧化活性

sc-CO₂油的TPC（28.60 mg GAE/g）与DPPH清除率（67.93%）均显著优于CSE（17.14 mg GAE/g; 55.35%），体现其更好的生物活性保留能力。

3.4.4. FTIR分析

光谱显示油脂特征峰：2859–3014 cm^?1为甲基/亚甲基伸缩振动，1736 cm^?1为酯羰基峰，1457 cm^?1和1377 cm^?1分别为CH₂弯曲振动与CH₃对称变形，3411 cm^?1为羟基伸缩振动。

3.4.5. 热特性

DSC升温曲线呈现三个吸热峰：峰值a（-33.5°C）对应低熔点三酰甘油（TAG）晶体，峰值b（-10.8°C）为不饱和TAG熔化，峰值c（-0.1°C）指示高饱和度TAG。降温曲线中峰值d（-15.8°C）为油脂结晶过程，sc-CO₂油的热焓变化与CSE相近，但结晶行为略有差异。

4. 结论

sc-CO₂萃取技术可高效提取玫瑰茄籽油，并在最佳工艺下获得高不饱和脂肪酸含量、富集α-生育酚与多酚的优质油脂。其绿色、低温的操作特性优于传统溶剂法，在功能性食品与化妆品领域具有广阔应用前景。未来需进一步探索工艺放大与成本优化，推动该技术的产业化应用。