鋸葉棕漿果油超臨界萃取工藝初步研究

黃秋偉+彭欣怡+黃顯雅+唐瑩瑩+程琴+呂平

摘 要：以鋸葉棕果為原料、超臨界CO2為萃取溶劑、出油率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇萃取時(shí)間、萃取溫度、萃取壓力作為考察因素，通過(guò)單因素試驗(yàn)來(lái)初步研究其對(duì)出油率的影響。結(jié)果表明：影響出油率得率的因素依次為萃取溫度>萃取壓力>萃取時(shí)間。

關(guān)鍵詞：鋸葉棕果油 超臨界CO2提取 工藝研究

鋸葉棕〔serenoa repens （Bartram） Small〕屬棕櫚科灌木植物，主產(chǎn)于北美洲南部氣候炎熱地區(qū)，鋸葉棕原是美國(guó)佛羅里達(dá)州最重要的傳統(tǒng)食用植物之一，早在16世紀(jì)野生鋸葉棕的漿果已成為當(dāng)?shù)鼐用竦氖称穂1]。鋸葉棕漿果為核果，一般長(zhǎng)1.5～3 cm，直徑15～20 mm，長(zhǎng)卵形，5～6月時(shí)為黃綠色，9～10月成熟時(shí)為藍(lán)黑色，鋸葉棕漿果不僅富含可消化的碳水化合物及其他營(yíng)養(yǎng)成分，更富含各種脂肪酸和揮發(fā)油，目前所知的主要有油酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、亞油酸、硬脂酸、亞麻酸等成分[2]。目前我國(guó)尚未發(fā)現(xiàn)有野生鋸葉棕資源，國(guó)內(nèi)成功的引種地區(qū)也只有廣西、廣東、海南等地，研究資源相對(duì)有限，同時(shí)對(duì)于鋸葉棕漿果的研究，主要集中于其果實(shí)提取物的藥理作用及其機(jī)制等方面，近年來(lái)的現(xiàn)代臨床與藥理試驗(yàn)均發(fā)現(xiàn)鋸葉棕提取物對(duì)治療前列腺肥大癥（BPH）的效果顯著，現(xiàn)已成為最有效的3種治療BPH植物藥物之一，其活性成分經(jīng)研究主要是其所富含的脂肪酸和揮發(fā)油[3-5]。因而國(guó)內(nèi)關(guān)于鋸葉棕漿果油提取工藝研究和理化性質(zhì)分析文獻(xiàn)報(bào)道較少或者幾乎沒(méi)有。因此，研究鋸葉棕的果油提取工藝，對(duì)果油的利用開發(fā)有一定的重要意義。

目前植物油的制取方法主要有機(jī)械壓榨法、溶劑浸出法、水劑法及超臨界CO2萃取法等。機(jī)械壓榨法所得油品風(fēng)味獨(dú)特、無(wú)溶劑殘留，但得油率低，且精煉工藝煩瑣；溶劑浸出法得油率雖略高于壓榨法，但存在溶劑殘留等問(wèn)題[6-8]；水劑法與浸出法相比，具有工藝簡(jiǎn)單、安全可靠的特點(diǎn)，但存在出油率較低、分離較困難等缺點(diǎn)[9]；超臨界CO2萃取法是一種20世紀(jì)90年代的萃取技術(shù)，具有工藝簡(jiǎn)單、萃取效率高、產(chǎn)品純度高、無(wú)溶劑殘留等特點(diǎn)。本研究以出油率為考察指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)來(lái)研究超臨界CO2萃取法工藝條件對(duì)提取鋸葉棕漿果油的影響，從而為更好的綜合利用鋸葉棕藥用資源提供理論和工藝基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

鋸葉棕果實(shí)：采摘于廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所種質(zhì)資源圃中引種成活的鋸葉棕，去果核后的果肉裝袋備用；CO2氣體（食品級(jí)，純度≥99.9 %），購(gòu)于廣西國(guó)信氣體研究院有限公司；無(wú)水乙醇、石油醚等均為國(guó)產(chǎn)分析純，購(gòu)于南寧茵興科技有限公司。

1.1.2 試驗(yàn)儀器

HA221-40型超臨界流體萃取裝置（南通市華安超臨界萃取有限公司）；GR200型電子分析天平（日本A&D有限公司）； DHG-9109A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；QE-300型中藥材高速粉碎機(jī)（武義屹立工具有限公司）；MJ33型快速水分測(cè)定儀（梅特勒-托利多公司）；RE52-05型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）；DZF-6050型真空干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 鋸葉棕果油超臨界流體萃取工藝流程

將鋸葉棕果肉置于35 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中鼓風(fēng)干燥，為排除水分含量的干擾，每個(gè)批次烘干的，均采取每隔一段時(shí)間測(cè)試水分，當(dāng)水分含量在12 %左右停止干燥，即干燥完成。干燥好的果肉經(jīng)粉碎，過(guò)40目篩。精確稱取鋸葉棕果實(shí)干粉100.00 g 放入萃取釜中，分別調(diào)節(jié)溫度和壓力參數(shù)條件，當(dāng)兩者達(dá)到設(shè)定值時(shí)，開始計(jì)時(shí)，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)循環(huán)萃取。保持恒溫恒壓條件，當(dāng)達(dá)到所設(shè)定萃取時(shí)間后，減壓使CO2與黃刺玫籽油分離，分別從分離釜Ⅰ和分離釜Ⅱ底部收集鋸葉棕果油分離物。分別精確稱量?jī)烧叩挠拖噘|(zhì)量，計(jì)算兩者總重，計(jì)算出油率，計(jì)算公式如下：

出油率=（m1+m2）/m×100 %

該公式中：m，果實(shí)干粉原料質(zhì)量；m1，分離Ⅰ出油質(zhì)量；m2，分離Ⅱ出油質(zhì)量。

1.2.2 超臨界流體萃取工藝最佳參數(shù)確定

在單因素試驗(yàn)中，在粉碎粒度40目、水分含量12.0 %、分離Ⅰ壓力7.8 MPa、分離Ⅰ溫度45 ℃，分離Ⅱ壓力常壓，分離Ⅱ溫度25 ℃，CO2流量30 L/h固定條件下，通過(guò)依次改變不同的萃取時(shí)間、萃取溫度、萃取壓力等條件參數(shù)，每個(gè)條件參數(shù)各設(shè)置5個(gè)梯度，以鋸葉棕果油出油率為考察指標(biāo)進(jìn)行分析，每個(gè)參數(shù)指標(biāo)梯度各進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)。結(jié)合實(shí)際工藝操作過(guò)程參數(shù)的條件差異，各自評(píng)價(jià)萃取溫度、萃取壓力、萃取時(shí)間3個(gè)因素對(duì)萃取工藝的影響大小。

1.3 試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)軟件均采用SPSS 19.0，單因素試驗(yàn)采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析，并通過(guò)Duncan多重比較法進(jìn)行差異性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 萃取時(shí)間對(duì)鋸葉棕果油出油率的影響

在固定萃取溫度40 ℃，萃取壓力20 MPa的條件下，設(shè)置不同的萃取時(shí)間分別為0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 h，考察萃取時(shí)間對(duì)鋸葉棕果油出油率的影響，結(jié)果見圖1。鋸葉棕果油的出油率前期隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高，當(dāng)時(shí)間為1.5 h時(shí)達(dá)最大值，在1.5 h之后略有下降并趨于平緩，其中，0.5-1.0 h的出油率具有顯著性差異，1.0-2.5 h的4個(gè)時(shí)間梯度出油率均無(wú)顯著性差異。根據(jù)SOVOVA H和楊倩等[10-11]研究出來(lái)的分析理論來(lái)看，出現(xiàn)上述情況可能是在萃取剛開始時(shí)，細(xì)胞內(nèi)部油脂還未向外部溶劑進(jìn)行擴(kuò)散，因此萃取率較低；當(dāng)萃取時(shí)間達(dá)到1.5 h時(shí)細(xì)胞內(nèi)部油脂向外部溶劑進(jìn)行擴(kuò)散，萃取率基本達(dá)到最高值。1.5 h之后萃取逐漸到達(dá)平穩(wěn)階段以及慢速傳質(zhì)階段，在慢速傳質(zhì)階段，細(xì)胞內(nèi)部油脂向外部溶劑擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡之后，萃取率趨于平緩甚至略微下降。

2.1.2 萃取溫度對(duì)鋸葉棕果油出油率的影響

在固定萃取時(shí)間1.0 h，萃取壓力20 MPa的條件下，設(shè)置不同的萃取溫度分別為30、35、40、45和50 ℃，考察萃取溫度對(duì)鋸葉棕果油出油率的影響，結(jié)果見圖2。鋸葉棕果油的出油率前期隨著萃取溫度的升高而逐漸升高，且出油率間均出現(xiàn)顯著差異，當(dāng)溫度超過(guò)40 ℃時(shí)，出油率顯著下降。依據(jù)超臨界流體性質(zhì)特點(diǎn)，這可能是由于在40 ℃之前的溫度趨近臨界溫度，氣體密度接近臨界密度，氣體的熱導(dǎo)性起主要作用，且隨溫度升高逐漸增強(qiáng)，溶解能力不斷提升，當(dāng)溫度超過(guò)40 ℃，溫度升高大大降低氣體的密度，溶解能力下降。

2.1.3 萃取壓力對(duì)鋸葉棕果油出油率的影響

在固定萃取時(shí)間1.0 h，萃取溫度40 ℃的條件下，設(shè)置不同的萃取壓力分別為10、15、20、25、30 MPa，考察萃取壓力對(duì)鋸葉棕果油出油率的影響，結(jié)果見圖3。鋸葉棕果油的出油率隨著萃取壓力的增加而逐漸升高，其中15-20 MPa出油率間出現(xiàn)顯著差異，其他壓力梯度則無(wú)顯著差異，且當(dāng)壓力超過(guò)20 MPa之后，隨著壓力增加，出油率升高幅度較小，并趨于平穩(wěn)態(tài)勢(shì)。導(dǎo)致這種現(xiàn)象發(fā)生的原因，有可能是超臨界流體在低壓區(qū)（P<20 MPa），流體高度可壓縮，分子間的吸引作用使得分子間發(fā)生聚集形成聚集體，導(dǎo)致局部流體密度增加，溶解能力提高較快；在高壓區(qū)（P>20 MPa），流體的可壓縮性較小，聚集現(xiàn)象不明顯，密度增幅不大，溶解能力提高速度減弱。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)初步考察了萃取時(shí)間、萃取溫度、萃取壓力3個(gè)因素對(duì)鋸葉棕果油出油率的影響，從各個(gè)影響因素對(duì)出油率的影響差異來(lái)看，最終可以看出對(duì)鋸葉棕果油的出油率影響大小的主次因素順序?yàn)椋狠腿囟?gt;萃取壓力>萃取時(shí)間。

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