二氧化碳超臨界萃取薄荷油的工藝研究

高宇明，劉?。?，李國棟，渠文學，司明鑫

（1.銀川能源學院 石油化工系，寧夏 銀川750105；2.大慶油田特種作業(yè)安全培訓中心，黑龍江大慶163454；3.中國石油大慶石化公司實業(yè)公司，黑龍江 大慶163714；4.大慶石化公司質(zhì)量檢驗中心，黑龍江 大慶163714）

0 引言

薄荷，其味道清新自然，有助于提神醒腦。薄荷油更是在生活、醫(yī)療、美容等領(lǐng)域具有舉足輕重的作用。其含有的揮發(fā)油，主要成分有薄荷醇、薄荷酮和薄荷呋喃[1-3]，可用于生活、食品、醫(yī)療、美容、保健品等各個行業(yè)。目前，國內(nèi)生產(chǎn)薄荷精油主要采用傳統(tǒng)工藝，水蒸氣蒸餾法或溶劑萃取法等等，但方式落后，存在出油率較低、油的品質(zhì)較低等缺陷，提取技術(shù)與工藝已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代人們對產(chǎn)品的需求，優(yōu)化工藝勢在必行。超臨界萃取在超臨界狀態(tài)下通過改變流體的溶解度，達到萃取目的。具有萃取溫度低、操作方便、提取率高、產(chǎn)品無污染等優(yōu)點，可以極大程度保護植物精油的完整性[4-8]。本文采用薄荷葉為原料，設(shè)置CO2超臨界狀態(tài)條件進行提取薄荷精油，通過單因素試驗與正交試驗對工藝參數(shù)進行調(diào)整優(yōu)化[9]。

1 材料

1.1 試驗材料與試劑

1.1.1 試驗材料薄荷為當?shù)厥袌鲑徺I。

1.1.2 試驗試劑

見表1。

1.2 實驗儀器

見表2。

2 試驗方法

2.1 工藝流程

見圖1。

2.2 試驗方法

分別稱取處理好的薄荷葉樣品若干份于反應(yīng)釜中，設(shè)置相應(yīng)的工藝條件若干水平：萃取時間、CO2流量、萃取溫度、萃取壓力[10-12]。進行試驗，提取薄荷油。由以上單因素實驗得出的結(jié)果，設(shè)計多因素多水平的正交實驗，分析萃取薄荷油的最佳工藝條件。

表2 實驗儀器

2.3 出油率測定方法

2.4 薄荷精油的理化指標檢測

2.4.1 氣味、色澤

感官評定。

2.4.2 酸價

按照GB/T 5530-2005測定。

2.4.3 碘值

按照GB/T 5009.37 2003測定。

2.4.4 皂化價

按照GB/T5534-85測定。

3 結(jié)果分析

采用改變萃取溫度、萃取時間、萃取壓力以及CO2流量等因素來考察最佳得油率的操作條件。

3.1 萃取溫度對得油率的影響

分別在萃取壓力為40MPa、流體流量為35kg/h、萃取時間為1.0 h條件下，考察不同萃取溫度對出油率的影響。

由圖2可知，在超臨界萃取條件下，隨著溫度從30℃～60℃逐步遞增，分子的熱運動能力加強，分子鍵結(jié)合效率提升，溶解能力增加，萃取率增加。當?shù)竭_40℃時提取率為最佳，之后繼續(xù)增加溫度時，萃取劑CO2的分子間距增加，密度降低，溶解能力下降，萃取率降低。

3.2 萃取時間對出油率的影響

選擇萃取壓力為40 MPa、流體流量為35 kg/h、萃取溫度為40℃[13]，考察不同萃取時間對萃取能力的影響。

通過圖3顯示，伴隨著萃取時間不斷增加，得油率不斷增加，直到1.0 h時提取率為最佳，繼續(xù)增加萃取時間后，由于樣品組分的減少，傳質(zhì)動力降低而使萃取速率降低。由此，可以得出1.0 h可以作為實驗的最佳萃取時間。

3.3 二氧化碳流量對得油率的影響

選擇萃取壓力為40 MPa、萃取時間為1.0 h、萃取溫度為40℃，觀察多個流體流量對萃取率的影響。

通過圖4顯示，根據(jù)分配定律，溶質(zhì)的濃度在互不相溶的兩種溶劑中達到平衡比例，隨著CO2流量的增加，流體溶質(zhì)濃度降低，增強萃取的熱力學驅(qū)動力，萃取的速度變快，在35 kg/h時提取率為最佳，之后繼續(xù)增加CO2流量時萃取率增加平緩，萃取回收負荷大，成本高。

3.4 萃取壓力對得油率的影響

選擇萃取時間為1.0 h、二氧化碳流體流量為35 kg/h、萃取溫度為40℃，觀察多個萃取壓力對萃取能力的改變程度。

通過圖5顯示，在運用超臨界萃取的方法下，隨著萃取壓力的增加，溶劑黏度變小、流動速度較快，溶解能力逐步增加，萃取率逐步增加。但當達到一定程度時，溶解能力開始增加的較慢，這時，由于高壓狀態(tài)下，超臨界的密度伴隨壓力的緩慢增加而增加。40MPa時提取率為最佳，之后隨著萃取壓力增加萃取率降低。

3.5 正交實驗

根據(jù)以上單因素實驗結(jié)果設(shè)計正交試驗，如表3所示。

表3 正交實驗表

3.6 正交實驗結(jié)果與分析

由表4可知，影響超臨界萃取薄荷精油得率的影響因素大小表現(xiàn)為B＞D＞A＞C，即萃取時間＞流體流量＞萃取溫度＞萃取壓力。從表4還可以看出，提取條件的最佳組合為A2B3C2D3，即超臨界萃取薄荷精油最佳工藝參數(shù)為在萃取時間為1.5 h，萃取溫度為50℃，萃取壓力為40 MPa,流體流量為40kg/h時得油率最佳[14]，達到3.32%。

表4 正交實驗結(jié)果分析表

4 理化指標分析

表5 理化指標分析表

本試驗提取的薄荷油折光率在1.426，相對密度0.902，酸度值達到0.983，碘值達到110，皂化值為187。根據(jù)這一系列數(shù)據(jù)表明，薄荷油的品質(zhì)指標均達到國家標準要求規(guī)定范圍之內(nèi)。

5 結(jié)論與討論

薄荷精油的提取率除受到本實驗的因素影響外，還與薄荷種植地點、采集地點、薄荷品種及品質(zhì)等都有一定的關(guān)系。若干組的正交試驗結(jié)果表明，影響超臨界萃取薄荷精油提取率的主次關(guān)系為：萃取時間＞流體流量＞萃取溫度＞萃取壓力[15]。通過二氧化碳超臨界萃取得到萃取薄荷油最佳工藝條件為：萃取時間為1.5 h，流體流量為40 kg/h，萃取溫度為50℃，萃取壓力為40 MPa，出油率達到3.32%。