超临界CO2萃取栝楼籽油工艺条件优化

顾仁勇，银永忠

（吉首大学化学化工学院，湖南吉首 416000）

超临界CO2萃取栝楼籽油工艺条件优化

顾仁勇，银永忠

（吉首大学化学化工学院，湖南吉首 416000）

利用超临界CO2萃取技术对栝楼籽油的萃取条件进行了研究.采用单因素试验和正交试验分析了栝楼籽粉碎细度、萃取温度、萃取压力和萃取时间对萃取得率的影响，确定了萃取栝楼籽油的最佳工艺条件.结果表明，利用超临界CO2萃取栝楼籽油的最佳工艺条件为栝楼籽粉碎细度90目、萃取温度50℃、萃取压力30 MPa、萃取时间3 h，萃取得率可达39.6%.

栝楼籽油；超临界CO2萃取；提取工艺

栝楼（Trichosanthes kirilowii Maxim）是一种葫芦科栝楼属多年生宿根攀援草本植物，又名瓜蒌、吊瓜、野葫芦、天瓜、苦瓜、药瓜，其果实、皮、籽、根均可入药，是一种重要的药食兼用植物资源［1］.栝楼籽为栝楼的种子，中药名栝楼仁.栝楼产籽量多，大而饱满，富含油脂且营养丰富.据报道［2－3］，栝楼仁内含14种氨基酸、三萜皂苷、多种维生素及磷、锌、锰等微量元素.《本草纲目》记载，栝楼仁具有润肺、止咳、滑肠之功效.现代科学研究［4－6］结果显示，栝楼籽油脂组成中不饱和脂肪酸比例很高，占油脂总量的89%以上，不饱和脂肪酸主要是亚油酸、α－亚麻酸和油酸等.亚油酸和α－亚麻酸都是维持人体机能正常运转的必需脂肪酸，具有降低血脂，调节免疫系统等重要生理功能，对现代“三高”等富贵病疗效极佳［7－8］.因此，栝楼籽油作为保健油脂具有重要的开发利用价值.

超临界CO2萃取技术（SFE）是20世纪90年代迅速发展起来的高新科技分离技术，因其萃取效率高、对萃取产品影响小、无化学残留等优点，在植物油脂提取领域得到广泛应用，并已逐步开始实现工业化生产［9－11］.目前，有关栝楼籽油超临界CO2萃取技术的研究只有少量文献报道［12－13］，对萃取条件的研究也不够深入和完善.笔者栝楼籽油的超临界CO2萃取技术进行了深入而全面的研究探讨，以期对栝楼籽油的提取及精深加工提供技术借鉴.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

栝楼，湖南省湘西地区种植户提供；二氧化碳（纯度99.9%），岳阳市开诚石化物资有限公司.

1.2 仪器与设备

HA121－50－01型半连续超临界CO2萃取装置（江苏南通华安超临界萃取有限公司），HK－15型连续式粉碎机（广州佳农机械设备厂），TMP－2型上皿式电子天平（湘仪天平仪器设备有限公司），GZV－9246 MBE电热恒温鼓风干燥箱（上海博迅事业有限公司）.

1.3 方法

1.3.1 栝楼籽的预处理 新采的栝楼籽放入干燥箱，于45℃下烘制6～7 h，烘制期间翻动数次，使栝楼籽水分低于10%.干燥完成后，用粉碎机粉碎，过筛控制不同的粉碎细度.

1.3.2 栝楼籽油萃取得率的测定 称取栝楼籽粉约500 g（精确至0.1 g），利用超临界CO2萃取装置，按所设计试验方案萃取栝楼籽油，称重（精确至0.1 g）.栝楼籽油萃取得率（%）计算公式如下：

萃取得率（%）＝［栝楼籽油质量（g）／栝楼籽原料质量（g）］×100.

1.3.3 萃取条件优选的单因素试验 影响超临界CO2萃取栝楼籽油得率的主要因素为物料粉碎细度、萃取温度、萃取压力、萃取时间和CO2流量.参考有关文献资料［12－17］及预备试验结果，在固定CO2流量为20 kg／h的前提下，采用单因素试验方法，以栝楼籽油萃取得率为试验结果评价指标，初步优选物料粉碎细度、萃取温度、萃取压力和萃取时间的参数范围.

1.3.4 萃取条件优选的正交试验 在单因素试验结果的基础上，以栝楼籽粉碎细度、萃取压力、萃取温度、萃取时间为四因素，各取三水平，采用L9（34）正交表进行正交试验，以栝楼籽油萃取得率为评价指标，优选最佳萃取条件.

2 结果与讨论

2.1 栝楼籽油萃取条件优选单因素试验结果

2.1.1 栝楼籽粉碎细度与栝楼籽油萃取得率的关系 采用单因素试验优选最佳原料粉碎细度，即固定超临界萃取压力为30 MPa、萃取温度为45℃、萃取时间为2.0 h，栝楼籽原料粉碎细度分别取30，50，70，90，110，130目共6个水平.栝楼籽原料粉碎细度与栝楼籽油萃取得率关系如图1所示.

由图1可以看出，栝楼籽原料粉碎细度由30目增大到90目时，栝楼籽油萃取得率由19.7%增加到36.5%，粉碎细度至90目时达到最大值；栝楼籽原料碎粉细度在90～130目之间，随目数的增大，栝楼籽油萃取得率反而呈下降趋势.以籽油萃取得率为评价指标，栝楼籽原料最佳碎粉细度取90目.

2.2.2 萃取温度与栝楼籽油萃取得率的关系 采用单因素试验优选最佳萃取温度条件，即根据2.1.1节试验结果，确定栝楼籽原料粉碎细度为90目，另固定超临界萃取压力为30 MPa、萃取时间为2.0 h，萃取温度分别取35，40，45，50，55，60℃共6个水平.不同萃取温度与栝楼籽油萃取得率关系如图2所示.

由图2可以看出，萃取温度在35～50℃的范围内，随着萃取温度的升高，栝楼籽油萃取得率也随之增加，萃取温度为50℃时籽油萃取得率达到最大值37.6%；萃取温度超过50℃时，随温度升高栝楼籽油萃取得率反而呈现逐渐降低的趋势.因此，以栝楼籽油萃取得率为评价指标，最佳萃取温度条件为50℃.

图1 粉碎细度对萃取得率的影响

图2 萃取温度对萃取得率的影响

2.2.3 萃取压力与栝楼籽油萃取得率的关系 采用单因素试验优选最佳超临界萃取压力条件，即根据2.1.1节和2.1.2节试验结果，分别确定栝楼籽原料粉碎细度为90目、萃取温度为50℃，另固定超临界萃取时间为2.0 h，萃取压力分别取15，20，25，30，35，40 MPa共6个水平.萃取压力与栝楼籽油萃取得率关系如图3所示.

由图3可以看出，超临界萃取压力在15～25 MPa的变化范围内，随萃取压力的逐渐增大，栝楼籽油萃取得率也随之而增加，萃取压力至25 MPa时籽油得率达到最大值35.8%；萃取压力处于25～30 MPa之间，萃取得率为35.8%～36.2%，变化不大；压力大于30 MPa，萃取得率反而降低.因此，以栝楼籽油萃取得率为评价指标，最佳萃取压力为25～30 MPa.

2.2.4 萃取时间与栝楼籽油萃取得率的关系 采用单因素试验优选最佳超临界萃取时间条件，即根据2.

1.1 节、2.1.2节和2.1.3节的试验结果，分别确定栝楼籽原料粉碎细度为90目、超临界萃取温度为50℃、萃取压力为25 Mpa，超临界萃取时间分别取0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 h共6个水平.不同萃取时间下栝楼籽油萃取得率见图4.

由图4可以看出，随萃取时间的延长栝楼籽油萃取得率也一直随之增加.萃取时间在0.5～2.5 h范围内增加，栝楼籽油萃取得率增加明显；而萃取时间由2.5 h延长至3.0 h，栝楼籽油萃取得率由37.4%增加到37.8%，增幅仅为0.4%.继续延长萃取时间，从生产效率和经济成本方面考虑已经不够合理，因此，萃取时间取2.5 h较为合理.

图3 萃取压力对萃取得率的影响

图4 萃取时间对萃取得率的影响

2.2 栝楼籽油萃取条件优选正交试验结果

依据2.1节单因素试验结果，确定栝楼籽油萃取条件优选正交试验因素水平见表1.以萃取得率为评价指标，对正交试验结果进行直观分析，结果见表2.

表1 栝楼籽油萃取条件优选正交试验因素水平

表2 萃取条件优选正交试验结果

由表2中极差（R）可知，4个因素对栝楼籽油萃取得率影响的主次顺序为B＞D＞C＞A，即萃取温度对栝楼籽油萃取得率影响最大，萃取时间影响第二，萃取压力影响第三，栝楼籽粉碎细度影响最小.由指标均值（k）得出产品最优化组合为A2B2C2D3，即栝楼籽粉碎细度90目、萃取温度50℃、萃取压力30 MPa、萃取时间3 h.

以上述萃取条件进行栝楼籽油萃取试验，栝楼籽油萃取得率为39.6%.

3 结语

目前，采用超临界CO2流体萃取技术提取栝楼籽油的研究已有少数文献报道，但研究者各自所得的研究结论却存在一定的差异.彭书明［12］报道结果为：萃取时间5 h、原料粉碎度0.42 mm、萃取温度45℃、萃取压力30 MPa，栝楼籽油提取率可达56.38%；马志虎［13］报道的条件为：萃取温度45.1℃、萃取压力29.75 MPa、萃取时间175.8 min，萃取得率为32.82%.笔者的研究结果与上述文献报道的研究结论也存在一定的差异.笔者分析认为，导致研究结论不一致的主要原因是，超临界CO2萃取条件对产品萃取得率结果的影响是比较复杂的［17］.比如萃取温度和萃取压力就具有协同作用的效果，即在较高的萃取压力下超临界CO2流体密度较大，可压缩性变小，提高萃取温度对CO2密度影响较小，但却能极大地增加物质的扩散系数而使溶解度增加，从而对萃取得率的影响也更大；相反，在较低的萃取压力下，超临界CO2流体密度较小，可压缩性大，提高萃取温度所造成的CO2密度下降远远大于扩散系数的增加，从而导致对萃取得率的影响不如高压下大［17］.各研究者在试验中选取了不同组和的萃取条件，如彭书明选取的是温度、压力、时间和原料粉碎度；马志虎等则只考虑温度、压力和时间，笔者除选取原料粉碎细度、萃取温度、萃取压力和萃取时间外，同时对CO2的流量进行了控制.正是因为不同萃取条件间存在着较为复杂的交互影响效果，致使研究结果出现了一定差异.

以超临界CO2萃取技术提取栝楼籽油，控制CO2流量为20 kg／h，同时选取栝楼籽粉碎细度90目、萃取温度50℃、萃取压力30 MPa及萃取时间3h，萃取得率最高，可达39.6%.

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Optimized Techniques for Extraction of Trichosanthes Kirilowii Maxim Seed Oil by Supercritical CO2Fluid Extraction

GU Ren－yong，YIN Yong－zhong
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Jishou University，Jishou 416000，Hunan China）

The extraction process of Trichosanthes kirilowii Maxim seed oil by supercritical CO2extraction was studied.The effect of the factors on extracting ratio such as grinding fineness of Trichosanthes kirilowii Maxim seed，extracting temperature，extracting pressure and extracting time were investigated by using single factor test and orthogonal test.The results showed that the optimal conditions for the extraction were 90 mesh，50℃，30 MPa and 3.0 h.Under such conditions，the extracting ratio was 39.6%.Key words：Trichosanthes kirilowii Maxim seed oil；supercritical CO2fluid extraction；extraction technique

book=99,ebook=1

TQ644.14

B

10.3969／j.issn.1007－2985.2012.02.023

（责任编辑 向阳洁）

1007－2985（2012）02－0099－04

2012－01－07

顾仁勇（1972－），男，吉首大学化学化工学院副教授，硕士，主要从事食品加工与保藏研究.