香菜籽油的超臨界CO₂萃取工藝研究

秦玉珠 姜娜 徐炎玉 張文斌 邢成硯

摘 要：本文采用超臨界CO2萃取法（Supercritical CO2 Fluid，SCF）對(duì)香菜籽油進(jìn)行萃取，在對(duì)萃取時(shí)間、壓力、溫度進(jìn)行單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)以?xún)?yōu)化萃取條件。結(jié)果表明，SCF最佳萃取工藝條件為溫度35 ℃、壓力30 MPa、時(shí)間45 min，此條件下萃取率達(dá)16.26%。此外，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法分析香菜籽油各類(lèi)脂肪酸的含量，得知其主要組分為油酸甲酯（68.43%）、亞油酸甲酯（17.73%）、棕櫚酸甲酯（7.42%），表明香菜籽油中富含油酸、亞油酸及棕櫚酸，是一種具有極高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的保健型油脂。

關(guān)鍵詞：香菜籽油;超臨界CO2萃取 （SCF）;正交試驗(yàn);氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用;脂肪酸

Study on Supercritical CO2 Extraction Technology of Coriander Seed Oil

QIN Yuzhu1， JIANG Na1， XU Yanyu1， ZHANG Wenbin1， XING Chengyan2

（1.Department of Environmental Engineering， Heilongjiang University of Technology， Jixi 158100， China; 2.Department of Natural Resources Engineering， Guangxi Natural Resources Vocational and Technical College， Chongzuo 532199， China）

Abstract： In this paper， Supercritical CO2 Fluid （SCF） was used to extract coriander seed oil. On the basis of single factor test of SCF extraction time， pressure and temperature， orthogonal test was designed to optimize the extraction conditions. The results showed that the best extraction conditions of SCF were 35 ℃， 30 MPa and 45 min. Under these conditions， the extraction yield was 16.26%. In addition， coriander seed oil was analyzed for fatty acids. The main components were methyl oleate （68.43%）， phenylalanine （17.73%）， methyl palmitate （7.42%）. The analysis results showed that the coriander oil was rich in oleic acid， linoleic acid and palmitic acid， which was a kind of health care oil with high application value.

Keywords： coriander seed oil; supercritical CO2 fluid （SCF）; orthogonal test; gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）; fatty acid

香菜籽油作為天然香料之一，在食品、醫(yī)藥、保健等方面發(fā)揮著特殊的作用，但其脂肪酸成分及含量的研究鮮有人報(bào)道[1-4]。在油脂工業(yè)上，傳統(tǒng)提取方法為機(jī)械壓榨法和溶劑萃取法，前者是最早用于提取植物油的方式，但其產(chǎn)率較低，后者在萃取率上高于機(jī)械壓榨法，但溶劑殘留問(wèn)題嚴(yán)重，與之相比，超臨界CO2萃?。⊿upercritical CO2 Fluid，SCF）具有無(wú)溶劑殘留、高萃取率、低溫等諸多優(yōu)點(diǎn)[5-6]。本文主要研究SCF萃取香菜籽油，優(yōu)化提取工藝、分析油脂脂肪酸成分及含量，以期為香菜籽油的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香菜籽，新籽一級(jí)，北京愛(ài)德萬(wàn)斯種子有限公司;CO2氣體，純度≥99.9%，哈爾濱黎明氣體有限公司;石油醚（60～90 ℃沸程）分析純;KI分析純;酚酞指示劑分析純;14%三氟化硼-甲醇溶液，德國(guó)Sigma-Aldrich;Na2S2O3分析純;基準(zhǔn)重鉻酸鉀。

1.2 儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用儀器型號(hào)及生產(chǎn)廠家見(jiàn)表1。

1.3 工藝流程

香菜籽除雜清洗后，105 ℃鼓風(fēng)干燥箱干燥4 h，用FW-177萬(wàn)能高速粉碎機(jī)粉碎后，過(guò)40目篩，稱(chēng)取香菜籽粉250 g，裝料于1 L萃取釜中，SCF萃取后得香菜籽油。

1.4 分析檢測(cè)方法

1.4.1 萃取率計(jì)算

萃取率的計(jì)算公式為

式中：ω為香菜籽油萃取率，%;m為香菜籽油質(zhì)量，g;M為香菜籽裝料量，g。

1.4.2 脂肪的提取與甲酯化

參照GB/T 22223—2008操作進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）分析。

1.4.3 脂肪酸的GC-MS分析

使用GC-MS對(duì)SCF萃取的香菜籽油進(jìn)行脂肪酸分析[7-11]。

1.4.4 酸價(jià)和過(guò)氧化值的檢測(cè)

酸價(jià)和過(guò)氧化值的檢測(cè)分別參照國(guó)標(biāo)GB 5009.229—2016和國(guó)標(biāo)GB 5009.227—2016的第一法。

1.5 單因素實(shí)驗(yàn)

1.5.1 壓力對(duì)萃取率的影響

粉碎后的香菜籽過(guò)40目篩并稱(chēng)取250 g置于超臨界二氧化碳萃取設(shè)備的1 L容量的萃取釜中，溫度設(shè)為30 ℃，時(shí)間為90 min;SCF萃取設(shè)備中控制CO2流體流量為40 L·h-1，從 25 MPa開(kāi)始每增加 5 MPa測(cè)定一次萃取率，得到不同萃取壓力下的萃取率。

1.5.2 溫度對(duì)萃取率的影響

保持香菜籽油萃取壓力為35 MPa，其他工藝條件見(jiàn)1.5.1，從25 ℃開(kāi)始每增加5 ℃測(cè)定一次萃取率。

1.5.3 時(shí)間對(duì)萃取率的影響

粉碎后的香菜籽置于萃取釜中，溫度設(shè)為35 ℃，萃取壓力設(shè)為35 MPa，每隔15 min測(cè)定一次萃取率，得到不同時(shí)間下的萃取率。

1.6 正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，找出對(duì)萃取率影響較大的參數(shù)，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)方案進(jìn)行試驗(yàn)，尋找最佳工藝條件。將溫度、壓力、時(shí)間3個(gè)因素作為SCF對(duì)香菜籽油提取率的影響因素，以萃取率為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)因素水平表，如表2所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 壓力對(duì)萃取率的影響

由圖1可知，香菜籽油的萃取率受壓力影響較大，壓力大于25 MPa時(shí)，萃取率隨壓力升高急劇增大，當(dāng)壓力超過(guò)35 MPa后，萃取率趨于穩(wěn)定，約為12.4%，這可能是由于壓力使細(xì)胞壁破碎程度加大，CO2能夠充分萃取香菜籽油，萃取率增大。因此，采用SCF對(duì)香菜籽油進(jìn)行萃取時(shí)選用的最優(yōu)萃取壓力在35 MPa左右。

2.1.2 溫度對(duì)萃取率的影響

由圖2可看出，在溫度為35 ℃時(shí)，香菜籽油的萃取率最高。這可能是由于溫度上升，CO2的熱傳導(dǎo)速度加快，擴(kuò)散系數(shù)也會(huì)增大，CO2的滲透性和傳質(zhì)速度都會(huì)有所提高，得率也會(huì)增加。萃取溫度超過(guò)35 ℃后，由于CO2流體的濃度減小，其對(duì)芳香類(lèi)物質(zhì)的溶解量也隨之減少，從而使香菜籽油的產(chǎn)率有所下降，同時(shí)高溫對(duì)熱敏性的芳香類(lèi)化合物造成一定損壞。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，35 ℃為最佳萃取溫度。

2.1.3 時(shí)間對(duì)萃取率的影響

由圖3可看出，隨著時(shí)間的推移，萃取率不斷增大，在45 min后，萃取率變化不大，綜合考慮，將正交試驗(yàn)的萃取時(shí)間控制在45 min以?xún)?nèi)。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

由表3可知，極差的大小順序?yàn)镽A>RB=RC，說(shuō)明對(duì)萃取率影響最大的因素是萃取溫度，其次是萃取壓力和萃取時(shí)間。最優(yōu)萃取工藝條件為A3B2C3，即萃取溫度35 ℃、萃取壓力為30 MPa、萃取時(shí)間45 min，得到的香菜籽油出油率為16.26%。

2.3 揮發(fā)性成分分析

采用氣質(zhì)聯(lián)用法對(duì)香菜籽油的脂肪酸種類(lèi)及含量進(jìn)行分析，總離子流圖見(jiàn)圖4。

由圖4可知，香菜籽油的脂肪酸成分復(fù)雜，主要成分列于表4。由表4可知，香菜籽油的脂肪酸中主要為油酸（68.43%）、亞油酸（17.73%）和棕櫚酸（7.42%）;說(shuō)明香菜籽油有營(yíng)養(yǎng)和藥用價(jià)值。

2.4 香菜籽油的理化特性

酸價(jià)是指1 g油脂類(lèi)皂化工藝中所需要的氫氧化鉀含量，是衡量油品新鮮程度和質(zhì)量的重要指標(biāo)，根據(jù)國(guó)家食用植物油的衛(wèi)生要求，油內(nèi)含有的游離脂肪酸酸價(jià)應(yīng)小于3 mg（KOH）g-1，不超過(guò)5 mg（KOH）g-1，一級(jí)油小于0.2 mg（KOH）g-1，過(guò)氧化值不得高于7.5 meq·kg-1。超臨界二氧化碳萃取的香菜籽油酸價(jià)為5.30 mg（KOH）g-1，高于食用植物油的要求，可能是由于貯存不當(dāng)而造成油質(zhì)污染;香菜籽油的過(guò)氧化值為6.8 meq·kg-1，含量較低，表明香菜籽油達(dá)到了我國(guó)食用油過(guò)氧化值的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SCF最佳萃取工藝條件為溫度35 ℃、壓力30 MPa、時(shí)間45 min，此條件下萃取率為16.26%。用GC-MS對(duì)香菜籽油各類(lèi)脂肪酸的含量進(jìn)行分析，主要組分為油酸甲酯（68.43%）、亞油酸甲酯（17.73%）、棕櫚酸甲酯（7.42%），表明香菜籽油是一種具有極高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的保健型油脂。

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