翅果油超臨界CO2流體萃取工藝優(yōu)化及其不同提取方法的比較

王呈馨，張 忠，范柳萍，李 娟

(1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫214122; 2.山西醫(yī)科大學(xué) 人體解剖教研室，太原030001; 3.山西琪爾康翅果生物制品有限公司，山西 臨汾041000)

翅果油樹是我國二級瀕危保護(hù)植物，屬于胡頹子科胡頹子屬，主要分布在山西省的翼城、平陸和鄉(xiāng)寧等地，在陜西省也有零星分布[1-2]。翅果油樹種仁粗脂肪含量為46%～52%[3]。翅果油味道清香，油質(zhì)清亮，在山西當(dāng)?shù)赜杏凭玫氖秤脷v史[4]。翅果油中含有VE、角鯊烯、甾醇等生物活性成分，具有抗氧化[5]，降低膽固醇和甘油三酯[6]，預(yù)防肥胖[7]以及抗疲勞[8]等功能。因此，翅果油可作為一種優(yōu)質(zhì)的保健油脂，具有廣闊的開發(fā)利用前景。同時(shí)翅果油樹的葉子、果皮和果殼也可用作飼料、肥料等加以開發(fā)利用。目前，對翅果油的研究主要集中在功能方面，缺乏對不同提取方法翅果油得率和微量活性成分分析方面的研究。

本文采用超臨界CO2流體萃取翅果油，以翅果油得率為指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化。比較了不同提取方法(浸出法、超臨界CO2流體萃取法、冷榨法、熱榨法)對翅果油得率和微量活性成分的影響，為進(jìn)一步研究翅果油的提取工藝，提升翅果油品質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

翅果油樹種子，由山西琪爾康翅果生物制品有限公司提供。無水乙醇、氫氧化鉀等，均為分析純。角鯊烯標(biāo)準(zhǔn)品、VE標(biāo)準(zhǔn)品、甾醇標(biāo)準(zhǔn)品，均購于Sigma公司。

N-20多功能氮吹儀，CP214電子分析天平，CS-700Y型搖擺粉碎機(jī)，SC-30超級恒溫槽，CZR091型榨油機(jī)，SFE 500超臨界萃取設(shè)備，HPLC 2414液相色譜分析儀，GC-9A氣相色譜分析儀。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 翅果油的不同提取工藝

1.2.1.1 超臨界CO2流體萃取法

將翅果油樹種子粉碎，稱取120 g翅果油樹種子粉末，裝入如圖1所示的萃取釜中，打開CO2鋼瓶，待萃取溫度上升到設(shè)定溫度后，開始計(jì)時(shí)。待萃取完成后，打開分離釜的閥門，降壓收集翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

注：1.CO2鋼瓶；2.流量計(jì)；3.低溫恒溫器；4.泵；5.電熱器；6、9.壓力計(jì)；7.萃取釜；8.分離釜。

圖1 超臨界CO2流體萃取裝置示意圖

1.2.1.2 浸出法(有機(jī)溶劑提取法)

取粉碎至40目的翅果油樹種子粉末，參照GB 5009.6—2016中的索氏提取法提取翅果油。以無水乙醚為提取溶劑，提取條件為料液比1∶10、提取溫度65℃、回流時(shí)間4 h，蒸干溶劑后收集得到翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

1.2.1.3 冷榨法

稱取適量的翅果油樹種子，裝入濾袋置于壓榨機(jī)中壓榨，調(diào)節(jié)壓力為60 MPa，收集提取到的翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

1.2.1.4 熱榨法

稱取適量的翅果油樹種子于托盤中，在130℃鼓風(fēng)式烘箱中烘烤30 min，趁熱裝入濾袋置于壓榨機(jī)中壓榨，調(diào)節(jié)壓力為60 MPa，收集提取到的翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

1.2.2 測定方法

1.2.2.1 不同提取方法翅果油得率的測定

將分離得到的翅果油稱重，按照下式計(jì)算翅果油得率。

翅果油得率=翅果油質(zhì)量/原料質(zhì)量×100%

1.2.2.2 VE、角鯊烯、甾醇含量的測定

翅果油中VE、甾醇含量的測定參照Boso等[9]的方法，角鯊烯含量的測定參照張東生等[10]的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 超臨界CO2流體萃取工藝的單因素試驗(yàn)

2.1.1 萃取壓力對翅果油得率的影響

在萃取溫度45℃、萃取時(shí)間120 min、原料粒度40 目的條件下，考察不同萃取壓力對翅果油得率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 萃取壓力對翅果油得率的影響

由圖2可知，隨著萃取壓力的升高，翅果油得率也逐漸升高。這是由于隨著萃取壓力的升高，CO2流體密度也逐漸增加，對油脂溶解性能也逐漸增加，有利于翅果油得率的增加。但過高的萃取壓力會(huì)導(dǎo)致能耗增加，也會(huì)影響設(shè)備的使用壽命。綜合考慮翅果油得率和成本的影響，選擇萃取壓力30～35 MPa進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)。

2.1.2 萃取溫度對翅果油得率的影響

在萃取壓力30 MPa、萃取時(shí)間120 min、原料粒度40 目的條件下，考察不同萃取溫度對翅果油得率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 萃取溫度對翅果油得率的影響

由圖3可知，當(dāng)萃取溫度由35℃升高到65℃，翅果油得率整體呈先增加后降低的趨勢，在55℃達(dá)到最大。這是由于在此過程中翅果油的蒸汽壓逐漸增加，使得翅果油在CO2流體中的溶解度增大[11]，因此翅果油得率增加。但溫度過高CO2流體密度降低，其溶解能力也逐漸降低[12]，因此翅果油得率下降。說明在超臨界CO2流體萃取過程中翅果油的溶解度受到翅果油的蒸汽壓和CO2流體密度兩方面的影響，故選擇萃取溫度50～60℃進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)。

2.1.3 萃取時(shí)間對翅果油得率的影響

在萃取壓力30 MPa、萃取溫度45℃、原料粒度40 目的條件下，考察不同萃取時(shí)間對翅果油得率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 萃取時(shí)間對翅果油得率的影響

由圖4可知，當(dāng)萃取時(shí)間為90～150 min時(shí)，翅果油得率隨萃取時(shí)間的延長而增加，當(dāng)萃取時(shí)間在150～180 min時(shí)，翅果油得率差異不大。因此，選擇萃取時(shí)間120～180 min進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)。

2.1.4 原料粒度對翅果油得率的影響

在萃取壓力30 MPa、萃取溫度45℃、萃取時(shí)間120 min的條件下，考察不同原料粒度對翅果油得率的影響，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，當(dāng)原料粒度從40目增加到60目時(shí)，翅果油得率有所下降，這可能是由于原料中傳質(zhì)阻力大，不利于進(jìn)行萃取。當(dāng)原料粒度為80目時(shí)，翅果油得率最高，之后隨著原料粒度繼續(xù)增加，翅果油得率反而降低。這是因?yàn)樵线^細(xì)，在萃取壓力下導(dǎo)致堆積密度過大，原料會(huì)板結(jié)成塊，同時(shí)成塊的原料還會(huì)導(dǎo)致局部受熱不均勻，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致翅果油中生物活性成分被破壞，影響翅果油品質(zhì)。因此，選擇原料粒度60～100目進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)。

圖5 原料粒度對翅果油得率的影響

2.2 超臨界CO2流體萃取工藝的正交試驗(yàn)優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選用四因素三水平正交表進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平見表1，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及直觀分析結(jié)果見表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及直觀分析結(jié)果

由表2可知，影響翅果油得率的主次因素依次為萃取時(shí)間>原料粒度>萃取溫度>萃取壓力，優(yōu)化組合為A1B1C2D2，即萃取壓力30 MPa、萃取溫度50℃、萃取時(shí)間150 min、原料粒度80 目。根據(jù)正交試驗(yàn)得到的最優(yōu)水平組合進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。結(jié)果表明，在最優(yōu)條件下翅果油平均得率為(28.32±1.15)%。

2.3 不同提取方法對翅果油得率的影響(見表3)

表3 不同提取方法對翅果油得率的影響

注：不同上標(biāo)字母表示差異顯著。下同。

由表3可知，4種提取方法中冷榨法和熱榨法的翅果油得率都顯著低于超臨界CO2流體萃取法和浸出法。說明有機(jī)溶劑和超臨界CO2流體都可提高油料出油率，這可能是由于原料與有機(jī)溶劑、超臨界CO2流體接觸得更加充分，有利于油脂溶出。熱榨法的翅果油得率顯著高于冷榨法，這可能是由于熱榨法的前處理?xiàng)l件有助于原料種子中細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞，并加速油脂分子的運(yùn)動(dòng)，從而有利于油脂溶出，提高翅果油得率[13]。

2.4 不同提取方法對翅果油中微量活性成分的影響(見表4)

表4 不同提取方法對翅果油中微量 活性成分含量的影響 mg/100 g

由表4可知，翅果油中VE含量按照浸出法、超臨界CO2流體萃取法、冷榨法、熱榨法的順序依次降低。由于VE具有對光和熱敏感的特點(diǎn)，容易發(fā)生氧化分解和聚合[14-15]，且熱榨法中處理溫度高于冷榨法、浸出法和超臨界CO2流體萃取法的處理溫度，因此熱榨法獲得的翅果油中VE含量較低。翅果油中角鯊烯含量按照熱榨法、超臨界CO2流體萃取法、浸出法和冷榨法的順序依次降低。熱榨法制得的翅果油中角鯊烯含量最高，可能是由于適當(dāng)?shù)那疤幚頊囟雀欣诔峁椭薪酋徬┑奶崛?。翅果油中甾醇含量按照浸出法、超臨界CO2流體萃取法、熱榨法和冷榨法的順序依次降低，這可能是由于有機(jī)溶劑和超臨界CO2流體與原料接觸得更加充分，更有利于甾醇的提取。檢測結(jié)果表明，不同提取方法對翅果油中微量活性成分含量的影響較大。

3 結(jié) 論

以翅果油得率為指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對超臨界CO2流體萃取翅果油的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。比較了浸出法、超臨界CO2流體萃取法、冷榨法和熱榨法對翅果油得率及微量生物活性成分含量的影響。結(jié)果表明：超臨界CO2流體萃取翅果油的最優(yōu)工藝條件為萃取壓力30 MPa、萃取溫度50℃、萃取時(shí)間150 min、原料粒度80目，此條件下翅果油得率為(28.32±1.15)%；在翅果油得率方面，超臨界CO2流體萃取法和浸出法的得率遠(yuǎn)高于壓榨法，具有顯著優(yōu)勢；在翅果油中微量生物活性成分方面，超臨界CO2流體萃取法制得的翅果油中VE、角鯊烯、甾醇含量均較高，浸出法的翅果油中VE、甾醇含量最高，除熱榨法的角鯊烯含量最高外，壓榨法其他指標(biāo)均較低。