超臨界CO2萃取紅瓜子仁油工藝及其脂肪酸組成分析

譚韓英，陳振林，楊軍君，胡 蓉，凌 海，何星存

(1.賀州學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，廣西 賀州 542899； 2. 廣西壯族自治區(qū)糧油質(zhì)量檢驗站，南寧 530031)

超臨界CO2萃取紅瓜子仁油工藝及其脂肪酸組成分析

譚韓英1，陳振林1，楊軍君1，胡 蓉2，凌 海2，何星存1

(1.賀州學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，廣西 賀州 542899； 2. 廣西壯族自治區(qū)糧油質(zhì)量檢驗站，南寧 530031)

以紅瓜子為原料、紅瓜子仁油萃取率為指標(biāo)，采用單因素試驗和正交試驗進(jìn)行紅瓜子仁油萃取工藝優(yōu)化，并對獲得的紅瓜子仁油進(jìn)行了脂肪酸組成分析。結(jié)果表明，超臨界CO2萃取紅瓜子仁油最佳工藝條件為：紅瓜子仁粒徑40 目，萃取壓力40 MPa，CO2流量24 L/h，萃取溫度50℃，萃取時間3.5 h。在最佳工藝條件下，紅瓜子仁油萃取率為99.27%。紅瓜子仁油不飽和脂肪酸主要為亞油酸(62.1%)、油酸(16.3%)，不飽和脂肪酸含量達(dá)到79%，可作為一種優(yōu)質(zhì)植物油進(jìn)行開發(fā)利用。

紅瓜子仁油；超臨界CO2萃??；工藝；脂肪酸

紅瓜子富含脂肪、蛋白質(zhì)、鈣、磷和多種維生素，其片大厚實、籽仁肥腴、色澤紅潤、鮮艷喜人[1]。由于紅瓜子種植受氣候、水土及栽培技術(shù)等方面原因的局限，目前國內(nèi)主要種植地有廣西、云南、寧夏、新疆等，其中廣西賀州信都紅瓜子是賀州八步區(qū)傳統(tǒng)名特優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品，以質(zhì)量特優(yōu)、味醇香、營養(yǎng)豐富，深受廣大消費者的喜愛，一直被消費者視為休閑佳品[2-3]。

植物油的萃取工藝大致有以下幾種方法：壓榨法、浸出法、超臨界CO2萃取法、水酶法、超聲波輔助提取法和微波輔助萃取法[4-6]。超臨界 CO2萃取作為一種新型的萃取技術(shù)，具有工藝簡單、操作溫度低、萃取效率高、產(chǎn)品純度高、無毒、無污染、無溶劑殘留等特點，被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域，特別適合用于食品工業(yè)生物活性物質(zhì)和熱敏性物質(zhì)的分離萃取[7-11]。目前超臨界CO2萃取技術(shù)在植物油脂萃取中的應(yīng)用研究已經(jīng)取得一定的成果[12]，在亞麻籽油[13]、薏苡仁油[14]、花椒油[15]等方面均有研究報道。

本研究以紅瓜子為原料，以紅瓜子仁油萃取率為指標(biāo)，進(jìn)行超臨界CO2萃取紅瓜子仁油的研究，得到最佳萃取工藝。對獲得的紅瓜子仁油進(jìn)行脂肪酸組成分析，為紅瓜子仁油的工業(yè)化生產(chǎn)和進(jìn)一步深入開發(fā)研究提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

紅瓜子:市售，產(chǎn)于賀州信都；異辛烷、甲醇：色譜純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；硫酸氫鈉、氫氧化鈉：分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。

1.1.2 儀器與設(shè)備

JJ500電子天平；JP-250A-8高速多功能粉碎機；DHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；HA120-50-005 超臨界萃取裝置：南通華安超臨界萃取有限公司；7890A型氣相色譜儀(配氫火焰離子化檢測器)：美國Agilent公司；OMEGAWAX 250毛細(xì)管氣相色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)：美國Supelco 公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 紅瓜子仁油萃取工藝流程

超臨界CO2萃取紅瓜子仁油的工藝流程如下:

紅瓜子→脫殼取仁→烘干(60℃)→粉碎、過篩→稱量→設(shè)置萃取壓力、萃取溫度、CO2流量等條件→裝料→萃取分離→紅瓜子仁油樣品。

1.2.2 紅瓜子仁油萃取率的計算

萃取率=萃取的紅瓜子仁油質(zhì)量/紅瓜子仁中總油質(zhì)量×100%

1.2.3 紅瓜子仁油的脂肪酸組成分析

1.2.3.1 油樣脂肪酸甲酯的制備

按GB/T 17376—2008/ISO 5509：2000《動植物油脂 脂肪酸甲酯制備》中酯交換法制備。

1.2.3.2 油樣脂肪酸甲酯組成分析

按GB/T 17377—2008/ISO 5508：1990《動植物油脂 脂肪酸甲酯的氣相色譜分析》測定。

1.2.3.3 色譜條件

載氣為氮氣；汽化室溫度250℃；進(jìn)樣量1.0 μL；柱流量1.0 mL/min；分流比100∶1； OMEGAWAX 250毛細(xì)管氣相色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；檢測器溫度260℃；升溫程序為80℃保持2 min，以10℃/min升到220℃，保持24 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 萃取壓力對紅瓜子仁油萃取率的影響

在萃取溫度40℃、萃取時間2 h、CO2流量25 L/h、紅瓜子仁粒徑30 目的條件下，考察不同萃取壓力對紅瓜子仁油萃取率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 萃取壓力對紅瓜子仁油萃取率的影響

由圖1可知，在20～40 MPa范圍內(nèi)，紅瓜子仁油萃取率隨著萃取壓力的增加而增加，40 MPa時，萃取率達(dá)到最高值，為94.09%，當(dāng)萃取壓力達(dá)到45 MPa時，萃取率有所下降。當(dāng)溫度和壓力均超過臨界值時，CO2密度隨壓力的增大而增大，對溶質(zhì)的溶解能力增強，利于萃??；但壓力過大，CO2流體在物料中的傳質(zhì)時間短，不利于萃取。本次試驗確定的萃取壓力為40 MPa 。

2.1.2 萃取溫度對紅瓜子仁油萃取率的影響

在萃取壓力35 MPa、萃取時間2 h、CO2流量25 L/h、紅瓜子仁粒徑30目的條件下，考察不同萃取溫度對紅瓜子仁油萃取率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 萃取溫度對紅瓜子仁油萃取率的影響

由圖2可知，在35～45℃范圍內(nèi)，紅瓜子仁油萃取率隨著萃取溫度的升高而增加，45℃時，萃取率達(dá)到最高值，為96.24%，而后萃取率隨萃取溫度升高有所下降。溫度的升高導(dǎo)致CO2密度降低，萃取物溶解度降低導(dǎo)致萃取率降低，但同時也會使萃取物蒸汽壓增大，利于萃取。本次試驗確定的萃取溫度為45℃。

2.1.3 萃取時間對紅瓜子仁油萃取率的影響

在萃取壓力35 MPa、萃取溫度40℃、CO2流量25 L/h、紅瓜子仁粒徑30 目的條件下，考察不同萃取時間對紅瓜子仁油萃取率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 萃取時間對紅瓜子仁油萃取率的影響

由圖3可知，萃取時間越長，萃取率越高，但當(dāng)萃取物被充分萃取，延長萃取時間會造成工藝時間延長，增加萃取成本。本次試驗確定的萃取時間為3 h。

2.1.4 CO2流量對紅瓜子仁油萃取率的影響

在萃取壓力35 MPa、萃取溫度40℃、萃取時間2 h 、紅瓜子仁粒徑30 目的條件下，考察不同CO2流量對紅瓜子仁油萃取率的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 CO2流量對紅瓜子仁油萃取率的影響

由圖4可知，CO2流量在12～24 L/h范圍內(nèi)，紅瓜子仁油萃取率隨著CO2流量的增加而增加，CO2流量為24 L/h時，萃取率達(dá)到最高值，為97.49%，而后萃取率隨CO2流量增加有所下降。這是由于CO2流量增加使得傳質(zhì)推動力加大，利于萃取，但CO2流量過大使得傳質(zhì)時間變短，有礙萃取。本次試驗確定的CO2流量為24 L/h。

2.1.5 紅瓜子仁粒徑對紅瓜子仁油萃取率的影響

在萃取壓力35 MPa、萃取溫度40℃、萃取時間2 h 、CO2流量25 L/h的條件下，考察不同紅瓜子仁粒徑對紅瓜子仁油萃取率的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 紅瓜子仁粒徑對紅瓜子仁油萃取率的影響

由圖5可知，紅瓜子仁粒徑在40目時，萃取率達(dá)到最高值，為97.04%。粒徑過低，極大影響了CO2穿透介質(zhì)的效果，萃取率降低；粒徑過高，原料在高壓力的狀態(tài)下被過度壓實，也影響傳質(zhì)效果，萃取率降低。本次試驗確定紅瓜子仁粒徑為40 目。

2.2 正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，固定紅瓜子仁粒徑為40目，選擇萃取壓力、萃取溫度、萃取時間、CO2流量為正交試驗因素，用正交表L9(34)進(jìn)行四因素三水平的正交試驗。正交試驗因素水平見表1，正交試驗方案及結(jié)果見表2。

表1 正交試驗因素水平

表2 正交試驗方案及結(jié)果

由表2可知，各因素對紅瓜子仁油萃取率的影響大小順序為A (萃取壓力)gt;D(CO2流量)gt;B(萃取溫度)gt;C(萃取時間)，最佳萃取條件為A2B3C3D2。根據(jù)最佳萃取條件進(jìn)行試驗，紅瓜子仁油萃取率為99.27%。由此確定最佳萃取條件，即紅瓜子仁粒徑40 目，萃取壓力40 MPa，CO2流量24 L/h，萃取溫度50℃，萃取時間3.5 h。

2.3 紅瓜子仁油的脂肪酸組成

按照1.2.3的脂肪酸組成分析方法，對由最佳超臨界CO2萃取工藝萃取的紅瓜子仁油進(jìn)行脂肪酸組成分析。紅瓜子仁油脂肪酸組成及相對含量見表3。

表3 紅瓜子仁油中脂肪酸的組成及相對含量

由表3可知，紅瓜子仁油中的脂肪酸主要有亞油酸(62.1%)、油酸(16.3%)、棕櫚酸(11.9%)、硬脂酸(8.2%)，另外還有少量的肉豆蔻酸、十七烷酸、亞麻酸、花生酸、花生油酸、二十碳二烯酸，不飽和脂肪酸含量達(dá)到79%。與林和成等[16]的研究結(jié)果相比，其在進(jìn)行紅瓜子油分析時脂肪酸組成有13種，主要為亞油酸(64.55%)、油酸(13.59%)、棕櫚酸(12.19%)、硬脂酸(8.78%)等，可能是由于地域不同，因此所產(chǎn)的紅瓜子在脂肪酸組成及相對含量上也會略有不同。

3 結(jié) 論

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，利用正交試驗獲得超臨界CO2萃取紅瓜子仁油的最佳工藝條件，即紅瓜子仁粒徑40 目、萃取壓力40 MPa、CO2流量24 L/h、萃取溫度50℃、萃取時間3.5 h，在此條件下，紅瓜子仁油萃取率為99.27%。紅瓜子仁油中不飽和脂肪酸主要為亞油酸(62.1%)、油酸(16.3%)，不飽和脂肪酸含量達(dá)到79%，可作為一種優(yōu)質(zhì)植物油進(jìn)行開發(fā)利用。

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SupercriticalCO2extractionprocessofredmelonseedoilanditsfattyacidcomposition

TAN Hanying1, CHEN Zhenlin1, YANG Junjun1, HU Rong2, LING Hai2，HE Xingcun1

(1.College of Food and Bioengineering，Hezhou University，Hezhou 542899，Guangxi，China; 2.Guangxi Zhuang Autonomous Region Grain and Oil Quality Inspection Station，Nanning 530031，China)

Using red melon seeds as raw material and extraction rate of red melon seed oil as index, the extraction technology of red melon seed oil was optimized by single factor experiment and orthogonal experiment, and the fatty acid composition of red melon seed oil was analyzed. The results showed that the optimal extraction process of red melon seed oil by supercritical CO2were obtained as follows: particle size of red melon seed kernel 40 meshes, extraction pressure 40 MPa, flow rate of CO224 L/h, extraction temperature 50℃, extraction time 3.5 h. Under these conditions, the extraction rate of red melon seed oil was 99.27%. The unsaturated fatty acids content of red melon seed oil reached 79%, mainly including linoleic acid (62.1%) and oleic acid (16.3%) and it could be used as a kind of high quality vegetable oil for development and utilization.

red melon seed oil; supercritical CO2extraction; process; fatty acid

TS224;TQ646

A

1003-7969(2017)11-0024-04

2017-03-09;

2017-07-19

賀州學(xué)院食品工程碩士專業(yè)學(xué)位建設(shè)科學(xué)研究培育項目(2014SGZSKY1)；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201511838020)；賀州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目(賀科產(chǎn)1608019)；國家自然科學(xué)基金項目地區(qū)科學(xué)基金項目(21367012)

譚韓英(1987)，女，講師，碩士，研究方向為食品加工與安全(E-mail)thythy2014@163.com。

何星存，教授，博士(E-mail)924179039@qq.com。