超臨界萃取花生中主要成分的研究

李躍金，汪林林

(1.濱州學(xué)院 化學(xué)工程系，山東 濱州 256603;2.濱州市液態(tài)污染物綜合利用技術(shù)重點實驗室，山東 濱州 256603)

花生是一種高含油油料，大量用于生產(chǎn)食用油?；ㄉ蜕?，味香，口感佳。其中不飽和脂肪酸的含量在80%左右，是一種較容易消化的食用油。目前，國內(nèi)外對于花生油的提取常采用溶劑浸出技術(shù)和高溫技術(shù)［1-2］。溶劑法優(yōu)點是溶劑殘留少，但是其工藝復(fù)雜，尤其是需要脫臭等;高溫壓榨法雖無溶劑污染問題，但生產(chǎn)的油品品質(zhì)和質(zhì)量均一般，屬于粗放型生產(chǎn)方法［3-4］。

超臨界CO2萃取技術(shù)克服了采用傳統(tǒng)工藝提取時對成分的損壞作用，而且消除了使用有機溶劑萃取法對人體和環(huán)境的危害，因此被喻為“綠色環(huán)保技術(shù)”［5-7］，其在化工、環(huán)保、香料、醫(yī)藥、石油、食品、香精、化妝品、生物工程等行業(yè)均得到了不同程度的應(yīng)用［8］，成為對物質(zhì)中各種成分進行提取和分離的最適宜的方法［9-15］。當(dāng)前我國該技術(shù)已開始從初級階段轉(zhuǎn)變到工業(yè)化生產(chǎn)［16］。

超臨界萃取技術(shù)［17］一般考慮萃取壓力、萃取溫度、原料顆粒度、萃取時間等因素，本研究根據(jù)單因素實驗的結(jié)果，采用正交實驗確定超臨界萃取的最佳工藝條件。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

花生;95% 乙醇，化學(xué)純;食用級CO2(純度99.9%)。

HA221-50-015 超臨界萃取裝置;AUY120 電子天平。

1.2 實驗方法

準(zhǔn)確稱取50 g 經(jīng)粉碎后的花生放于萃取釜中，萃取壓力為25 MPa，40 ℃萃取1.0 h，夾帶劑用量為20 mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 萃取溫度對花生油脂萃取率的影響

由圖1 可知，花生油脂的萃取率隨溫度的升高而增加，50 ℃時達到最大。由于溫度對物質(zhì)在超臨界CO2流體中的溶解度有正反兩方面影響:升高溫度，溶質(zhì)分子運動加劇，使其粘度下降，利于花生油脂的揮發(fā)，增加被萃取組分在超臨界流體中的濃度，有利于萃取;另一方面，由于溫度的升高，流體密度減小，溶質(zhì)的溶解度減小，不利于萃?。?8］。當(dāng)升溫增加花生油脂揮發(fā)能力對花生油脂萃取率的影響低于CO2流體溶解能力的下降對花生油脂萃取率的影響時，萃取率就會下降。另外，溫度過高可能會破壞花生中某些成分的活性。因此，萃取溫度不宜過高。

圖1 萃取溫度對花生油脂萃取率的影響Fig.1 The impact of extraction temperature on the extraction rate of peanut oil

2.2 萃取壓力對花生油脂萃取率的影響

圖2 萃取壓力對花生萃取率的影響Fig.2 The impact of the extraction pressure on the extraction rate of peanut oil

由圖2 可知，花生油脂萃取率隨萃取壓力的升高而顯著增加。主要原因是升高壓力可以提高CO2流體的密度，減少分子間的傳質(zhì)距離，增加溶劑間的傳質(zhì)效率，有利于萃取。35 MPa 時的萃取率略小于30 MPa時的萃取率，因為當(dāng)壓力增加到一定程度后，超臨界流體的密度增加緩慢(主要是因為分子間距變小，分子間斥力大于引力)，溶質(zhì)與溶劑的相互作用基本不變，溶解能力增加緩慢，甚至不再變化，萃取率也隨之變慢，甚至不再變化［19］。隨著壓力的增大，生產(chǎn)成本也會相應(yīng)增加，在有效成分萃取率提高的前提下，雜質(zhì)含量也會相應(yīng)增加。

2.3 萃取時間對花生油脂萃取率的影響

圖3 萃取時間對花生油脂萃取率的影響Fig.3 The impact of extraction time on the extraction rate of peanut oil

由圖3 可知，萃取率隨萃取時間的延長而增加，1.5 h 后花生油脂萃取率基本不再改變。萃取時間太短，無法將油脂萃取完全;萃取時間過長，則萃取所需成本就會相應(yīng)增加。

2.4 夾帶劑用量對花生油脂萃取率的影響

由圖4 可知，花生油脂的萃取率隨夾帶劑用量的增加先升高再下降，20 ～40 mL 時，夾帶劑與萃取率的關(guān)系基本成一條直線，這說明夾帶劑用量對花生萃取率的影響很小。

圖4 夾帶劑用量對花生油脂萃取率的影響Fig.4 The impact of the volume of entrainer on peanut oil extraction rate

2.5 正交實驗

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選出對花生油脂萃取率影響較大的因素進行正交實驗，因素水平見表1，結(jié)果見表2。

表1 正交實驗因素和水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 正交實驗結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test

由表2 可知，最佳工藝條件為A2B3C3，即萃取溫度45 ℃，萃取壓力30 MPa，提取時間2.0 h。影響提取率的主次因素為萃取壓力＞萃取時間＞萃取溫度。

在正交實驗所確定的最佳萃取條件下進行超臨界流體萃取花生油脂的驗證實驗，結(jié)果見表3。

表3 最佳工藝驗證實驗Table 3 The best process validation test

由表3 可知，在最佳萃取條件下，超臨界CO2萃取花生油脂的萃取率為50.39%。

3 結(jié)論

綜上所述，在CO2流量為10 ～12 L/h 條件下，超臨界CO2萃取花生油脂的最佳工藝條件為:萃取溫度45 ℃，萃取壓力30 MPa，萃取時間2.0 h，在最佳工藝條件下，花生油脂的萃取率可達到50.39%。并由3 個因素的極差得出影響花生油脂萃取率的主次因素為萃取壓力＞萃取時間＞萃取溫度。

天然產(chǎn)物中的主要成分種類繁多，各種成分的化學(xué)性質(zhì)差異很大，各成分在超臨界CO2中的溶解性有很大差異，單純依靠調(diào)節(jié)以上幾個因素是不能很好地提高萃取率的。所以，在進一步的研究中，我們應(yīng)將多方面多角度考慮，并進行研究分析，以達到更優(yōu)的萃取效果。

［1］ Mahmoud E Y，Ibrahim M M，Essa T A A. Efficacy of plant essential oils in controlling damping-off and root rots diseases of peanut as fungicides alternative［J］.Journal of Applied Sciences Research，2013，9(3):1612-1622.

［2］ 王章存，康艷玲.花生油制取技術(shù)研究進展［J］.糧油食品科技，2007，15(6):40-41.

［3］ 銀建中，孫獻文，李志義，等.超臨界CO2流體萃取植物油的實驗研究［J］.現(xiàn)代化工，2001，10(10):26-27.

［4］ Wejnerowska G，Heinrich P，Gaca J. Separation of squalene and oil from Amaranthus seeds by supercritical carbon dioxide［J］.Separation and Purification Technology，2013，110(7):39-43.

［5］ 李利民，孔欣欣，賀素姣.超臨界技術(shù)在改善食品品質(zhì)中的應(yīng)用［J］.食品工業(yè)科技，2013，34(1):385-388.

［6］ 王文俠，張慧君，任健，等. 超臨界二氧化碳流體萃取亞麻籽油的生產(chǎn)工藝研究［J］. 食品工業(yè)科技，2009，30(7):232-234.

［7］ 曹明霞，徐溢，趙天明.超臨界萃取在天然植物成分提取中的應(yīng)用進展［J］.廣州化工，2010，38(8):23-25.

［8］ 廖傳華，黃振仁.超臨界CO2流體萃取技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［9］ 潘炘，谷西榮，莊曉偉，等.超臨界CO2萃取銀杏葉中銀杏內(nèi)酯工藝的研究［J］.食品工業(yè)科技，2010，31(12):250-254.

［10］劉力萌，歐陽秉春. 超臨界二氧化碳萃取在食品工業(yè)中的應(yīng)用［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(19):15-16.

［11］成詩明，張樹海，張景林. 超臨界流體技術(shù)應(yīng)用研究［J］.安徽化工，2003(1):30-33.

［12］喻世濤，褚家勇，王娜，等.前胡揮發(fā)油的超臨界CO2流體萃取及其成分分析［J］. 食品與生物技術(shù)學(xué)報，2010，29(2):255-256.

［13］王娟，劉漢青.超臨界CO2流體萃取莪術(shù)油的工藝研究［J］.中國醫(yī)藥指南，2010，8(8):20-22.

［14］廉宜君，李元元，李敏，等.超臨界CO2萃取和水蒸汽法萃取沙棗花揮發(fā)油工藝的比較研究［J］. 中國中醫(yī)藥信息雜志，2010，17(1):51-53.

［15］羅淑年，王瑾，李默馨，等.超臨界CO2萃取黑加侖籽油研究［J］.糧油與油脂，2010(2):22-24.

［16］黃宓蘭.走中國自己的工業(yè)化道路——談超臨界CO2萃取技術(shù)［J］.低溫與特氣，1998(4):9-11.

［17］Keskin S，Kayrak-Talay D，Akman U，et al.A review of ionic liquids towards supercritical fluid applications［J］.The Journal of Supercritical Fluid，2007，43(1):150-180.

［18］劉偉銘，趙墾田.超臨界CO2流體萃取核桃油的工藝條件研究［J］.西藏大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2009，24(1):51-53.

［19］ 宋啟煌，郭清泉，林文奇.從降香葉中超臨界CO2萃取藥用有效成分研究［C］.廣州:機電信息雜志社，2006:81-84.