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        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

        2019-08-22 09:40:32王呈馨范柳萍
        中國油脂 2019年7期

        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),采用單因素試驗和正交試驗對提取工藝進(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,開始計時。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;3.低溫恒溫器;4.泵;5.電熱器;6、9.壓力計;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

        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導(dǎo)致能耗增加,也會影響設(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。

        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。

        2.1.3 萃取時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,考察不同萃取時間對翅果油得率的影響,結(jié)果如圖4所示。

        圖4 萃取時間對翅果油得率的影響

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

        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,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,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。這是因為原料過細(xì),在萃取壓力下導(dǎo)致堆積密度過大,原料會板結(jié)成塊,同時成塊的原料還會導(dǎo)致局部受熱不均勻,嚴(yán)重時還會導(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。

        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優(yōu)化

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

        表1 正交試驗因素水平

        表2 正交試驗設(shè)計及直觀分析結(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℃、萃取時間150 min、原料粒度80 目。根據(jù)正交試驗得到的最優(yōu)水平組合進(jìn)行3次平行試驗。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條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動,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,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),采用單因素試驗和正交試驗對超臨界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。

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