超臨界CO2萃取栝樓籽油工藝條件優(yōu)化

顧仁勇，銀永忠

（吉首大學化學化工學院，湖南吉首 416000）

超臨界CO2萃取栝樓籽油工藝條件優(yōu)化

顧仁勇，銀永忠

（吉首大學化學化工學院，湖南吉首 416000）

利用超臨界CO2萃取技術對栝樓籽油的萃取條件進行了研究.采用單因素試驗和正交試驗分析了栝樓籽粉碎細度、萃取溫度、萃取壓力和萃取時間對萃取得率的影響，確定了萃取栝樓籽油的最佳工藝條件.結果表明，利用超臨界CO2萃取栝樓籽油的最佳工藝條件為栝樓籽粉碎細度90目、萃取溫度50℃、萃取壓力30 MPa、萃取時間3 h，萃取得率可達39.6%.

栝樓籽油；超臨界CO2萃取；提取工藝

栝樓（Trichosanthes kirilowii Maxim）是一種葫蘆科栝樓屬多年生宿根攀援草本植物，又名瓜蔞、吊瓜、野葫蘆、天瓜、苦瓜、藥瓜，其果實、皮、籽、根均可入藥，是一種重要的藥食兼用植物資源［1］.栝樓籽為栝樓的種子，中藥名栝樓仁.栝樓產(chǎn)籽量多，大而飽滿，富含油脂且營養(yǎng)豐富.據(jù)報道［2－3］，栝樓仁內(nèi)含14種氨基酸、三萜皂苷、多種維生素及磷、鋅、錳等微量元素.《本草綱目》記載，栝樓仁具有潤肺、止咳、滑腸之功效.現(xiàn)代科學研究［4－6］結果顯示，栝樓籽油脂組成中不飽和脂肪酸比例很高，占油脂總量的89%以上，不飽和脂肪酸主要是亞油酸、α－亞麻酸和油酸等.亞油酸和α－亞麻酸都是維持人體機能正常運轉的必需脂肪酸，具有降低血脂，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等重要生理功能，對現(xiàn)代“三高”等富貴病療效極佳［7－8］.因此，栝樓籽油作為保健油脂具有重要的開發(fā)利用價值.

超臨界CO2萃取技術（SFE）是20世紀90年代迅速發(fā)展起來的高新科技分離技術，因其萃取效率高、對萃取產(chǎn)品影響小、無化學殘留等優(yōu)點，在植物油脂提取領域得到廣泛應用，并已逐步開始實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)［9－11］.目前，有關栝樓籽油超臨界CO2萃取技術的研究只有少量文獻報道［12－13］，對萃取條件的研究也不夠深入和完善.筆者栝樓籽油的超臨界CO2萃取技術進行了深入而全面的研究探討，以期對栝樓籽油的提取及精深加工提供技術借鑒.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

栝樓，湖南省湘西地區(qū)種植戶提供；二氧化碳（純度99.9%），岳陽市開誠石化物資有限公司.

1.2 儀器與設備

HA121－50－01型半連續(xù)超臨界CO2萃取裝置（江蘇南通華安超臨界萃取有限公司），HK－15型連續(xù)式粉碎機（廣州佳農(nóng)機械設備廠），TMP－2型上皿式電子天平（湘儀天平儀器設備有限公司），GZV－9246 MBE電熱恒溫鼓風干燥箱（上海博迅事業(yè)有限公司）.

1.3 方法

1.3.1 栝樓籽的預處理 新采的栝樓籽放入干燥箱，于45℃下烘制6～7 h，烘制期間翻動數(shù)次，使栝樓籽水分低于10%.干燥完成后，用粉碎機粉碎，過篩控制不同的粉碎細度.

1.3.2 栝樓籽油萃取得率的測定 稱取栝樓籽粉約500 g（精確至0.1 g），利用超臨界CO2萃取裝置，按所設計試驗方案萃取栝樓籽油，稱重（精確至0.1 g）.栝樓籽油萃取得率（%）計算公式如下：

萃取得率（%）＝［栝樓籽油質(zhì)量（g）／栝樓籽原料質(zhì)量（g）］×100.

1.3.3 萃取條件優(yōu)選的單因素試驗 影響超臨界CO2萃取栝樓籽油得率的主要因素為物料粉碎細度、萃取溫度、萃取壓力、萃取時間和CO2流量.參考有關文獻資料［12－17］及預備試驗結果，在固定CO2流量為20 kg／h的前提下，采用單因素試驗方法，以栝樓籽油萃取得率為試驗結果評價指標，初步優(yōu)選物料粉碎細度、萃取溫度、萃取壓力和萃取時間的參數(shù)范圍.

1.3.4 萃取條件優(yōu)選的正交試驗 在單因素試驗結果的基礎上，以栝樓籽粉碎細度、萃取壓力、萃取溫度、萃取時間為四因素，各取三水平，采用L9（34）正交表進行正交試驗，以栝樓籽油萃取得率為評價指標，優(yōu)選最佳萃取條件.

2 結果與討論

2.1 栝樓籽油萃取條件優(yōu)選單因素試驗結果

2.1.1 栝樓籽粉碎細度與栝樓籽油萃取得率的關系 采用單因素試驗優(yōu)選最佳原料粉碎細度，即固定超臨界萃取壓力為30 MPa、萃取溫度為45℃、萃取時間為2.0 h，栝樓籽原料粉碎細度分別取30，50，70，90，110，130目共6個水平.栝樓籽原料粉碎細度與栝樓籽油萃取得率關系如圖1所示.

由圖1可以看出，栝樓籽原料粉碎細度由30目增大到90目時，栝樓籽油萃取得率由19.7%增加到36.5%，粉碎細度至90目時達到最大值；栝樓籽原料碎粉細度在90～130目之間，隨目數(shù)的增大，栝樓籽油萃取得率反而呈下降趨勢.以籽油萃取得率為評價指標，栝樓籽原料最佳碎粉細度取90目.

2.2.2 萃取溫度與栝樓籽油萃取得率的關系 采用單因素試驗優(yōu)選最佳萃取溫度條件，即根據(jù)2.1.1節(jié)試驗結果，確定栝樓籽原料粉碎細度為90目，另固定超臨界萃取壓力為30 MPa、萃取時間為2.0 h，萃取溫度分別取35，40，45，50，55，60℃共6個水平.不同萃取溫度與栝樓籽油萃取得率關系如圖2所示.

由圖2可以看出，萃取溫度在35～50℃的范圍內(nèi)，隨著萃取溫度的升高，栝樓籽油萃取得率也隨之增加，萃取溫度為50℃時籽油萃取得率達到最大值37.6%；萃取溫度超過50℃時，隨溫度升高栝樓籽油萃取得率反而呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢.因此，以栝樓籽油萃取得率為評價指標，最佳萃取溫度條件為50℃.

圖1 粉碎細度對萃取得率的影響

圖2 萃取溫度對萃取得率的影響

2.2.3 萃取壓力與栝樓籽油萃取得率的關系 采用單因素試驗優(yōu)選最佳超臨界萃取壓力條件，即根據(jù)2.1.1節(jié)和2.1.2節(jié)試驗結果，分別確定栝樓籽原料粉碎細度為90目、萃取溫度為50℃，另固定超臨界萃取時間為2.0 h，萃取壓力分別取15，20，25，30，35，40 MPa共6個水平.萃取壓力與栝樓籽油萃取得率關系如圖3所示.

由圖3可以看出，超臨界萃取壓力在15～25 MPa的變化范圍內(nèi)，隨萃取壓力的逐漸增大，栝樓籽油萃取得率也隨之而增加，萃取壓力至25 MPa時籽油得率達到最大值35.8%；萃取壓力處于25～30 MPa之間，萃取得率為35.8%～36.2%，變化不大；壓力大于30 MPa，萃取得率反而降低.因此，以栝樓籽油萃取得率為評價指標，最佳萃取壓力為25～30 MPa.

2.2.4 萃取時間與栝樓籽油萃取得率的關系 采用單因素試驗優(yōu)選最佳超臨界萃取時間條件，即根據(jù)2.

1.1 節(jié)、2.1.2節(jié)和2.1.3節(jié)的試驗結果，分別確定栝樓籽原料粉碎細度為90目、超臨界萃取溫度為50℃、萃取壓力為25 Mpa，超臨界萃取時間分別取0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 h共6個水平.不同萃取時間下栝樓籽油萃取得率見圖4.

由圖4可以看出，隨萃取時間的延長栝樓籽油萃取得率也一直隨之增加.萃取時間在0.5～2.5 h范圍內(nèi)增加，栝樓籽油萃取得率增加明顯；而萃取時間由2.5 h延長至3.0 h，栝樓籽油萃取得率由37.4%增加到37.8%，增幅僅為0.4%.繼續(xù)延長萃取時間，從生產(chǎn)效率和經(jīng)濟成本方面考慮已經(jīng)不夠合理，因此，萃取時間取2.5 h較為合理.

圖3 萃取壓力對萃取得率的影響

圖4 萃取時間對萃取得率的影響

2.2 栝樓籽油萃取條件優(yōu)選正交試驗結果

依據(jù)2.1節(jié)單因素試驗結果，確定栝樓籽油萃取條件優(yōu)選正交試驗因素水平見表1.以萃取得率為評價指標，對正交試驗結果進行直觀分析，結果見表2.

表1 栝樓籽油萃取條件優(yōu)選正交試驗因素水平

表2 萃取條件優(yōu)選正交試驗結果

由表2中極差（R）可知，4個因素對栝樓籽油萃取得率影響的主次順序為B＞D＞C＞A，即萃取溫度對栝樓籽油萃取得率影響最大，萃取時間影響第二，萃取壓力影響第三，栝樓籽粉碎細度影響最小.由指標均值（k）得出產(chǎn)品最優(yōu)化組合為A2B2C2D3，即栝樓籽粉碎細度90目、萃取溫度50℃、萃取壓力30 MPa、萃取時間3 h.

以上述萃取條件進行栝樓籽油萃取試驗，栝樓籽油萃取得率為39.6%.

3 結語

目前，采用超臨界CO2流體萃取技術提取栝樓籽油的研究已有少數(shù)文獻報道，但研究者各自所得的研究結論卻存在一定的差異.彭書明［12］報道結果為：萃取時間5 h、原料粉碎度0.42 mm、萃取溫度45℃、萃取壓力30 MPa，栝樓籽油提取率可達56.38%；馬志虎［13］報道的條件為：萃取溫度45.1℃、萃取壓力29.75 MPa、萃取時間175.8 min，萃取得率為32.82%.筆者的研究結果與上述文獻報道的研究結論也存在一定的差異.筆者分析認為，導致研究結論不一致的主要原因是，超臨界CO2萃取條件對產(chǎn)品萃取得率結果的影響是比較復雜的［17］.比如萃取溫度和萃取壓力就具有協(xié)同作用的效果，即在較高的萃取壓力下超臨界CO2流體密度較大，可壓縮性變小，提高萃取溫度對CO2密度影響較小，但卻能極大地增加物質(zhì)的擴散系數(shù)而使溶解度增加，從而對萃取得率的影響也更大；相反，在較低的萃取壓力下，超臨界CO2流體密度較小，可壓縮性大，提高萃取溫度所造成的CO2密度下降遠遠大于擴散系數(shù)的增加，從而導致對萃取得率的影響不如高壓下大［17］.各研究者在試驗中選取了不同組和的萃取條件，如彭書明選取的是溫度、壓力、時間和原料粉碎度；馬志虎等則只考慮溫度、壓力和時間，筆者除選取原料粉碎細度、萃取溫度、萃取壓力和萃取時間外，同時對CO2的流量進行了控制.正是因為不同萃取條件間存在著較為復雜的交互影響效果，致使研究結果出現(xiàn)了一定差異.

以超臨界CO2萃取技術提取栝樓籽油，控制CO2流量為20 kg／h，同時選取栝樓籽粉碎細度90目、萃取溫度50℃、萃取壓力30 MPa及萃取時間3h，萃取得率最高，可達39.6%.

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Optimized Techniques for Extraction of Trichosanthes Kirilowii Maxim Seed Oil by Supercritical CO2Fluid Extraction

GU Ren－yong，YIN Yong－zhong
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Jishou University，Jishou 416000，Hunan China）

The extraction process of Trichosanthes kirilowii Maxim seed oil by supercritical CO2extraction was studied.The effect of the factors on extracting ratio such as grinding fineness of Trichosanthes kirilowii Maxim seed，extracting temperature，extracting pressure and extracting time were investigated by using single factor test and orthogonal test.The results showed that the optimal conditions for the extraction were 90 mesh，50℃，30 MPa and 3.0 h.Under such conditions，the extracting ratio was 39.6%.Key words：Trichosanthes kirilowii Maxim seed oil；supercritical CO2fluid extraction；extraction technique

book=99,ebook=1

TQ644.14

B

10.3969／j.issn.1007－2985.2012.02.023

（責任編輯 向陽潔）

1007－2985（2012）02－0099－04

2012－01－07

顧仁勇（1972－），男，吉首大學化學化工學院副教授，碩士，主要從事食品加工與保藏研究.