摘要：采用超臨界CO2法萃取廢棄煙葉中類胡蘿卜素，以類胡蘿卜素提取率為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken響應(yīng)面法對萃取工藝的關(guān)鍵因素萃取壓力、萃取溫度、萃取時間和CO2流速進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，萃取溫度、萃取壓力和CO2流速的交互作用對煙葉中類胡蘿卜素的提取率影響極顯著；萃取壓力的影響顯著。優(yōu)化得到超臨界CO2法提取煙葉中類胡蘿卜素的最優(yōu)條件為萃取壓力23.53 MPa、萃取時間1.72 h、萃取溫度50.00 ℃、CO2流速8.05 L/h，此條件下煙葉中類胡蘿卜素的提取率為285.1 μg/100 g。
　　關(guān)鍵詞：煙草；類胡蘿卜素；超臨界CO2萃��；響應(yīng)面法
　　中圖分類號：S572；R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）03-0654-05
　　煙草中的類胡蘿卜素主要包括胡蘿卜素和葉黃素，此外還有少量胡蘿卜素的含氧衍生物。類胡蘿卜素作為煙草中許多重要致香成分的前體物，對煙氣香味品質(zhì)的形成具有重要作用。同時，類胡蘿卜素具有抗氧化、抗癌、保護(hù)心血管和增強(qiáng)免疫力等多種生物學(xué)功能[1-3]。中國是煙草生產(chǎn)大國，每年有450萬～500萬t出產(chǎn)，產(chǎn)生90萬～150萬t煙草廢棄物[4]。如何充分發(fā)揮這些“廢棄物”的潛在價值，變廢為寶，提高煙葉的利用率是目前亟待解決的問題。
　　超臨界流體萃取技術(shù)是一項(xiàng)基于高于臨界溫度和壓力的流體對被萃取物具有很好的溶解能力的性能，對物質(zhì)進(jìn)行分離和提取的新型分離技術(shù)，具有無毒、無害、無污染等優(yōu)點(diǎn)。采用超臨界萃取技術(shù)提取類胡蘿卜素，所得產(chǎn)品中無溶劑殘留，可在較低溫度下操作，為類胡蘿卜素的提取提供了有效的方法[5-10]。
　　本研究在超臨界CO2法萃取廢棄煙葉中類胡蘿卜素的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken響應(yīng)面法對萃取條件進(jìn)行優(yōu)化，對煙草廢棄物的綜合利用和卷煙加香減害具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　1 材料與方法
　　1.1 材料與儀器
　　本試驗(yàn)所用廢棄煙葉取自青島卷煙廠。將廢棄煙葉在50 ℃下烘干，用植物粉碎機(jī)粉碎，過40目篩，將煙粉裝袋，貼上標(biāo)簽作為待測樣品。
　　主要試劑包括石油醚（沸程60～90 ℃，天津凱通化學(xué)試劑有限公司）、無水Na2SO4與無水乙醇（分析純，天津凱通化學(xué)試劑有限公司）、CO2氣體（洛陽氮肥廠）等；主要儀器有植物樣品粉碎機(jī)、試驗(yàn)篩（孔徑0.42 mm）、TC-6K型電子天平（常熟雙杰測試儀器廠）、752N紫外可見分光光度計(jì)（上海儀電分析儀器有限公司）、HL-（5+1）L/50-ⅢBQ型超臨界流體（CO2）萃取裝置（杭州華黎泵業(yè)有限公司）等。
　　1.2 試驗(yàn)方法
　　1.2.1 超臨界CO2法提取煙葉中類胡蘿卜素 準(zhǔn)確稱取粉碎得到的煙粉100 g，裝入萃取器中，使煙末充分溶于超臨界CO2中，設(shè)定超臨界流體（CO2）萃取裝置的萃取溫度、萃取壓力、CO2流速等條件，萃取一定的時間。
　　1.2.2 萃取液分析 將接收瓶中萃取液經(jīng)漏斗過濾，取下部透明濾液裝入小燒杯中待用。向小燒杯中加入適量無水Na2SO4，充分吸收濾液中的水分后過濾，將濾液移入50 mL的容量瓶中。向容量瓶中加入適量石油醚，定容。溶液混合均勻后，取適量分裝入3個比色皿，以石油醚作對照，在450 nm波長處測定溶液的吸光度，并記錄數(shù)據(jù)。計(jì)算類胡蘿卜素提取率。
　　提取率=A1×C/（A0×m）×V
　　式中，A1為樣品在450 nm處的吸光度；C為β-胡蘿卜素石油醚標(biāo)準(zhǔn)液的濃度，試驗(yàn)采用10 mg/mL β-胡蘿卜素石油醚溶液作為標(biāo)準(zhǔn)液；A0為10 mg/mL β-胡蘿卜素石油醚溶液在450 nm處的吸光度，試驗(yàn)中測得為2 500；m為煙葉粉末樣品質(zhì)量（g）；V為樣品中總胡蘿卜素萃取液的體積（mL）。
　　1.2.3 單因素試驗(yàn) 設(shè)置單因素試驗(yàn)分別考察超臨界CO2萃取時萃取壓力、萃取溫度、萃取時間和CO2流速對類胡蘿卜素提取率的影響。①萃取壓力。萃取溫度50 ℃、CO2流速8 L/h、萃取時間2.0 h，萃取壓力分別為10、15、20、25、30 MPa。②萃取溫度。CO2流速8 L/h、萃取時間2.0 h、萃取壓力20 MPa，萃取溫度分別為35、40、45、50、55 ℃。③萃取時間。CO2流速8 L/h、萃取時間2.0 h、萃取壓力20 MPa、萃取溫度50 ℃，萃取時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h。④CO2流速。萃取壓力20 MPa、萃取溫度50 ℃、萃取時間1.5 h，CO2流速分別為6、7、8、9、10 L/h。
　　1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn) 采用Design-Expert軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果確定響應(yīng)面試驗(yàn)各因素的水平范圍，選用Box-Behnken模型，以煙葉中類胡蘿卜素的提取率為響應(yīng)值，做四因素三水平共29個試驗(yàn)點(diǎn)的二次回歸正交組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)。
　　2 結(jié)果與分析
　　2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果
　　2.1.1 萃取壓力對類胡蘿卜素提取率的影響 在超臨界萃取過程中，壓力是影響溶解度的主要因素之一，不同萃取壓力對煙葉中類胡蘿卜素提取率的影響結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，試驗(yàn)范圍內(nèi)類胡蘿卜素提取率隨著萃取壓力的增大而升高，萃取壓力從10 MPa增大至20 MPa，提取率大幅度升高；當(dāng)萃取壓力從25 MPa增大到30 MPa時，提取率增加緩慢�？紤]到壓力過大會增加設(shè)備投資，故萃取壓力選擇20 MPa。
　　2.1.2 萃取溫度對類胡蘿卜素提取率的影響 不同萃取溫度對類胡蘿卜素提取率的影響結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，類胡蘿卜素提取率隨萃取溫度的升高先上升，萃取溫度為45 ℃時達(dá)到最高，繼續(xù)升高溫度，提取率反而略有下降。萃取溫度升高時溶質(zhì)的飽和蒸汽壓上升，會使溶解度增加，但溫度上升也會引起CO2密度下降，導(dǎo)致溶解度下降。此外，萃取溫度過高會造成類胡蘿卜素有效成分的分解，含量下降，因此萃取溫度不宜過高。

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