超臨界二氧化碳萃取紅花籽油的研究

紅花籽油是從菊科植物紅花(CarthamustinctoriusL.)的種子中提取的植物油，其亞油酸含量是所有植物油中最高的，而亞油酸是一種人體必需卻又不能在體內(nèi)自行合成的脂肪酸，能夠明顯減少人體血漿中膽固醇的含量，可防治心、腦血管疾病[1]，紅花籽油因此被認(rèn)為是世界上最好的食用油之一。目前，提取紅花籽油的方法主要為壓榨法或抽提法。壓榨法收率較低，抽提法所得紅花籽油純度不高，且有溶劑殘留，效果均不理想。而超臨界CO2對脂溶性物質(zhì)溶解性較好，作為萃取介質(zhì)可提高萃取量，同時實現(xiàn)產(chǎn)物自行分離，無任何殘留[2]。作者在此考察了超臨界CO2萃取工藝參數(shù)對紅花籽油萃取的影響，以闡明過程的控制因素，獲得高質(zhì)量的紅花籽油。

1 實驗

1.1 原料和試劑

紅花籽(含水率5.6%、含油率26.7%)，產(chǎn)自新疆吉木薩爾。

二氧化碳(純度99.5%)，太原市化肥廠。

1.2 裝置

實驗采用自制的半連續(xù)超臨界萃取裝置。萃取器和分離器的容積分別為0.5 L和0.2 L。萃取溫度可在室溫到353 K之間調(diào)節(jié)，最大萃取壓力32 MPa，流量在0～4.5 L·h-1范圍內(nèi)可調(diào)。

1.3 方法

CO2從鋼瓶經(jīng)過濾進(jìn)入冷凝器變成液體，由柱塞泵計量注入萃取器中，對粉碎的紅花籽進(jìn)行萃取，由節(jié)流閥控制逐級降壓，將攜帶有紅花籽油的CO2流體依次送到分離器Ⅰ和Ⅱ，超臨界CO2密度降低，紅花籽油與CO2自行分離。采用GC7890型氣相色譜儀(天美)對紅花籽油進(jìn)行檢測分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取壓力對紅花籽油萃取量的影響

裝料量為50 g、萃取溫度為323 K、CO2流量為4.5 L·h-1，在12 MPa/313 K、(5～6) MPa/313 K的條件下兩級分離(下同)，考察萃取壓力(20～28 MPa)對紅花籽油萃取量的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 萃取壓力對萃取量的影響

由圖1可見，在萃取溫度恒定的情況下，萃取達(dá)到平衡的時間隨萃取壓力的升高而縮短，同時紅花籽油的萃取量明顯上升。當(dāng)萃取時間為120 min、萃取壓力從20 MPa提高到28 MPa時，紅花籽油的萃取量由5.73 g到11.95 g，提高約1倍，表明較高的萃取壓力有利于紅花籽油萃取量的提高，這與其它種籽油的超臨界CO2萃取結(jié)果類似[3]。這是因為，壓力的升高使得超臨界CO2的密度增大，故油脂的溶解度增大，萃取達(dá)到平衡的時間相對縮短。

2.2 萃取溫度對紅花籽油萃取量的影響

萃取壓力為28 MPa,其它條件同2.1，考察萃取溫度(308～323 K)對紅花籽油萃取量的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 萃取溫度對萃取量的影響

由圖2可知，在308～318 K之間，隨著萃取溫度的升高，萃取量增大；當(dāng)萃取溫度由318 K升高到323 K時，萃取量略有下降。這與其它種籽油的超臨界CO2萃取結(jié)果類似[3～5]。

溫度對油脂在CO2流體中的溶解有兩方面的影響。一方面，升高溫度導(dǎo)致油脂分子的擴(kuò)散系數(shù)增大，CO2流體的粘度下降，傳質(zhì)系數(shù)增加，使油脂在其中的溶解度增大；另一方面，超臨界CO2流體的密度隨溫度的升高而減小，導(dǎo)致CO2流體的溶劑化效應(yīng)降低，使油脂在CO2中的溶解度下降。總的影響取決于以上兩個方面的綜合作用。萃取溫度在308～318 K之間，前者為主導(dǎo)因素，導(dǎo)致萃取量增大；在318～323 K之間，后者的影響較明顯，導(dǎo)致萃取量略有下降。

2.3 萃取時間對紅花籽油萃取量的影響

萃取壓力為28 MPa，萃取溫度為318 K，其它條件同2.1，考察萃取時間對紅花籽油萃取量的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 萃取時間對萃取量的影響

由圖3可知，萃取的前1 h萃取量呈線性增長，萃取1～2 h之間增幅減小；當(dāng)萃取時間為2 h時，產(chǎn)物累計達(dá)到12.32 g，萃取接近完全；萃取2 h后產(chǎn)物增加緩慢。因此，確定最佳萃取時間為2 h。

2.4 其它因素對紅花籽油萃取量的影響

CO2流量、原料的水分和粒度等也是影響超臨界CO2萃取過程的重要因素。在系統(tǒng)CO2最大流量(4.5 L·h-1)下，設(shè)定萃取壓力和萃取溫度分別為28 MPa、318 K，考察裝料量對萃取量的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 裝料量對萃取量的影響

由圖4可知，隨著裝料量的改變，單位時間內(nèi)萃取的紅花籽油絕對量差別不大，但裝料量越多，單位質(zhì)量原料的出油率越低。這是因為一定量的CO2的最大萃取能力是一定的，導(dǎo)致相對萃取量隨裝料量的增大而降低。

因水在高壓CO2中有一定的溶解度，如果原料的含水率高，水分將起夾帶劑的作用[4]。原料含水量對萃取量的影響見圖5。

圖5 原料含水量對萃取量的影響

由圖5可知，原料的烘干與否對產(chǎn)物總量的萃取影響很小，但烘干后油的收率相對較高，且可省去產(chǎn)物收集的油水分離過程。本實驗采用的原料含水率僅為5.6%。

此外，為提高萃取效率，原料一般需要破碎。但顆粒無需太小，以免堵塞篩孔或被帶出萃取器，而且紅花籽含油率高，粒度太小會粘在一起。本實驗采用的原料平均粒度為1.26 mm。

2.5 紅花籽油的成分分析

通過控制超臨界萃取的分離條件，從分離器Ⅰ收集到的紅花籽油約占產(chǎn)物總量的85%，室溫下為淺黃色透明液體，物理品質(zhì)明顯優(yōu)于溶劑抽提法制得的紅花籽油。油脂經(jīng)水解后再甲酯化，采用氣相色譜檢測分析其脂肪酸，外標(biāo)定性得出4種主要成分，用面積歸一法計算其相對含量，結(jié)果見表1。

由表1可知，分離器Ⅰ中紅花籽油的主要成分得到有效富集，亞油酸及不飽和脂肪酸的含量分別高達(dá)79.16%和91.37%，與溶劑抽提法相比，雜質(zhì)含量減少。

表1 紅花籽油中脂肪酸的組成及其含量

3 結(jié)論

(1)采用超臨界CO2流體萃取紅花籽油，萃取量隨著萃取壓力的增大而提高；與萃取壓力相比，萃取溫度的影響較小，且萃取量隨萃取溫度的升高出現(xiàn)最大值。

(2)超臨界CO2流體萃取紅花籽油，通過控制分離條件，可將其主要成分進(jìn)行有效富集。所得紅花籽油的亞油酸及不飽和脂肪酸含量明顯提高，是理想的保健食用油。

參考文獻(xiàn)：

[1] 海麗娜，陳業(yè)高，廖心榮．不同產(chǎn)地紅花籽油中的脂肪酸的比較[J].云南師范大學(xué)學(xué)報，2004，24(1)：53-54.

[2] 彭英利，馬承愚．超臨界流體萃取技術(shù)應(yīng)用手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

[3] 陳元，楊基礎(chǔ)．超臨界二氧化碳萃取亞麻籽油的研究[C].第三屆全國超臨界流體技術(shù)學(xué)術(shù)及應(yīng)用研討會論文集，西安，2000．

[4] Kiriamiti H K,Rascol E,Marty A.Extraction rates of oil from high oleic sunflower seeds with supercritical carbon dioxide[J].Chemical Engineering and Processing,2002,41(8)：711-718．

[5] 汪昌國，劉震．植物油脂的超臨界CO2萃取[J].中國油脂，1997，22(6)：3-6．