超临界CO2流体萃取香榧油的工艺优化

李敬华，蔡为荣

（安徽工程大学，安徽芜湖 241000）

超临界CO2流体萃取香榧油的工艺优化

李敬华，蔡为荣

（安徽工程大学，安徽芜湖 241000）

以香榧种仁为原料，研究超临界CO2流体萃取香榧油的工艺条件。利用单因素实验与正交实验进行优化，得到最佳工艺参数为:萃取压力30MPa，萃取温度40℃，CO2流量25L/h，萃取时间3h。在此条件下香榧油得率为47.19%。各因素对香榧油得率的影响次序为:萃取压力＞萃取温度＞萃取时间＞CO2流量。

超临界CO2，香榧油，萃取

香榧是红豆杉科榧属常绿乔木，是世界上稀有的果树，也是我国特有的经济树种之一，具有很高的食用和药用价值。香榧种子椭圆形，呈紫褐色。香榧寿命长，一般可达二、三百年，有的达五百年以上，香榧属稀世珍果，以其色、香、味俱佳而驰名中外。香榧不仅香脆可口，营养丰富，且有较高的药用价值［1］。每100g香榧种仁（果肉）含水分 8.8g，蛋白质10g，脂肪 48.7g，碳水化合物 24.8g，粗纤维 4.8g，灰分2.0g，另含钙 71mg，磷 275mg，铁 3.6mg等 19 种矿物元素;从以上数据可以看出，香榧种仁含油量高于大豆、棉籽及向日葵籽，与花生、油菜籽、油茶籽接近［2］。榧子油中以油酸、亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸为主，占78%以上，具有降血脂功能，可预防血管硬化、冠心病等，同时有助于脂溶性维生素的吸收，改善胃肠道功能状态，起到消积化谷、提高机体免疫力、明目强身、美容等作用。因此，开发香榧油具有广阔的发展前景［3］。超临界流体萃取技术（Supercritical fluid extraction，SFE）是近二十多年发展起来的一项新型分离精制技术，具有工艺简单、操作方便、操作温度低、溶解能力强、无毒、无污染、无溶剂残留及产品易分离等优点;克服了压榨提取过程中蛋白质变性严重及溶剂提取法在分离过程中需蒸馏加热、油脂易氧化、酸败等缺点，特别适合于在开发高附加值的油脂工业中应用，可以极大地保持油脂的天然本色［4］。目前，有关超临界 CO2流体萃取香榧油的研究尚未见报道。本实验对超临界CO2萃取香榧油的工艺条件进行了研究，为开发高附加值的香榧油产品提供了一定的技术理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

香榧鲜果 产自安徽亳州，去壳取仁，烘干（60℃，2h），粉碎备用;CO2纯度99.9%，芜湖市CO2制造有限公司。

HA121－50－02型超临界流体萃取设备 江苏南通华安超临界萃取有限公司;CS101－1AB型电热干燥箱 重庆银河实验仪器有限公司;BS 200S－WEI电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;NK－505快速粉碎机 中山市龙的电器实业有限公司。

1.2 工艺流程及操作要点

1.2.1 工艺流程 香榧果仁→去皮→粉碎→过筛→称重→装料密封→升温、升压至萃取条件→超临界CO2流体萃取→减压分离→离心去杂质→香榧油

1.2.2 操作要点 精确称取100g香榧果仁粉置于萃取器中，对萃取釜、分离釜、贮罐分别进行加热或冷却，当系统各部分达到设定温度后，开启CO2钢瓶，从CO2钢瓶出来的CO2气体进入冷箱（0℃）液化后，由高压调频柱塞泵送入预热器预热，经净化再进入萃取釜，升压到预定设置值使CO2成为超临界流体，对香榧粉料中的油脂进行萃取，CO2经分离釜减压与萃取物分离后循环使用［5］。在特定实验时间内，每隔30min收集萃取物，称重，计算得率。

香榧油得率（%）=提取出香榧油的质量（g）/装料量（g）×100%

1.3 实验方法

实验选择萃取压力（A）、CO2流量（B）、萃取时间（C）、萃取温度（D）作为影响因素，在压力30MPa，萃取温度45℃，时间2.5h，CO2流量20L/h的条件下，每次改变一个影响因素，进行单因素实验，根据单因素实验结果，进行正交实验优化［6－7］。

2 结果与分析

2.1 萃取压力对香榧油得率的影响

萃取压力是影响溶质在超临界CO2中溶解度的主要参数。在温度一定的条件下，超临界CO2的溶解能力随压力升高而上升，因为增加压力不但会增加CO2的密度，还会减少分子间的传质阻力和传质距离，增加溶质与溶剂之间的传质效率，有利于目标成分的萃取，并且减少了萃取时间，使萃取更加完全。当然，并不是压力越高越好，压力增大会增加设备投资和操作费用，并影响油脂的纯度。因此，萃取压力选择应综合考虑［7］。

由图1可以看出，萃取压力对香榧油得率有较大的影响。在20～30MPa之间时，香榧油的得率随着萃取压力的增加而增加。当压力达到30MPa时，香榧油的得率最高，为44.12%。当压力超过30MPa时，香榧油得率反而开始下降。所以最佳萃取压力确定为30MPa。

图1 萃取压力对香榧油得率的影响Fig.1 Effects of extraction pressure on yield of torreya grandis oil

2.2 萃取温度对香榧油得率的影响

萃取温度也是超临界CO2萃取香榧油过程中的一个重要参数，它对油脂在超临界CO2中的溶解度有正负两方面的影响。温度升高后，一方面由于溶剂的挥发度和扩散系数提高，其溶解能力相应提高;另一方面由于CO2的密度降低，故其溶解能力下降［8］。在 30MPa、物料粒度 40 目、CO2流量 20L/h下，香榧油的萃取率随温度的变化如图2所示。

图2 萃取温度对香榧油得率的影响Fig.2 Effects of extraction temperature on yield of torreya grandis oil

从图2可以看出，在35～40℃时，萃取率随温度的升高而增大;在40～45℃时，萃取率随温度的升高反而缓慢下降;超过45℃后，下降明显。因此，萃取温度选择40℃比较合适。

2.3 萃取时间对香榧油得率的影响

萃取时间是与原料的含油率、提取压力和温度以及产品成本有很大关系的参数。

由图3可以看出，在萃取时间为1.5～3h时，随着萃取时间的延长，香榧油的得率也随之增加，可达到最大提取率为44.75%。在萃取时间大于3h以后，香榧油的得率反而降低，所以，萃取时间3h为最佳。

图3 萃取时间对香榧油得率的影响Fig.3 Effects of extraction time on yield of torreya grandis oil

2.4 CO2流量对香榧油得率的影响

在萃取压力30MPa，萃取温度40℃，萃取时间3h的条件下，选择不同的CO2流量进行实验，结果如图4所示。

图4 CO2流量对香榧油得率的影响Fig.4 Effect of CO2flow rate on extraction yield of torreya grandis oil

由图4可见，CO2流量在25～30L/h时得率最高，流量过小或过大均会降低得率。流量对得率的影响分两方面，一方面由于流量增加，超临界CO2通过料层的速度加快，传质系数增大，从而提高了传质速率;但另一方面，流体流量的增加使超临界溶剂在萃取釜内停留时间相应减小，出口处流体不易达到饱和，不利于提高萃取效率，所以，CO2流量选择25L/h。

2.5 含水量和粉碎粒度对香榧油得率的影响

2.5.1 物料含水量对香榧油得率的影响 粉碎度为40目的香榧种仁采用低温吸湿回潮法进行水分调整，分别调至3.5%、4.5%、5.5%、6.5%4种水分含量进行实验，水分含量与得率的关系见图5所示。

图5 水分含量对得率的影响Fig.5 Effects of moisture content on oil yield

研究发现，香榧种仁的水分含量对超临界流体的萃取有一定程度的影响。一定量的水分溶解在SC－CO2中，起到了夹带剂的作用，有利于萃取得率和萃取速率的提高。然而含水量较高时，容易在原料表面形成一层连续相的水膜，不利于溶质的溶出，使超临界流体萃取变得困难。另外，水分含量过高时，会使CO2流体中所夹带的水分在CO2冷却时发生结冰现象导致管路“冻塞”，影响萃取的连续进行。

实验表明，果仁中含水量在4.5%时萃取率最高。这是因为物料中存在化合水、结合水、游离水3种水，化合水和物料内层结合水因与物料结合紧密，不具有介质作用，超临界状态下不影响物质萃取，而游离水和物料外层结合水都具有介质作用，超临界状态下，适量水分起了夹带剂的作用加速了油脂的溶解。

2.5.2 粉碎粒度对香榧油得率的影响 物料粉碎粒度对萃取率的影响同样具有两面性。一般来说，原料粒度越小，超临界流体与其接触面积越大，原料破壁的几率就越高，内传质阻力也越低，有利于提高萃取得率。但原料粒度太小，则堆积密度越大，增大了外传质阻力，传质扩散系数较小，也有可能在压力作用下使原料迅速板结成块，易导致气路堵塞，造成无法连续萃取，从而影响萃取效果。在40℃、30MPa、CO2流量20L/h的条件下，粒度与萃取率的关系如图6所示。

实验结果表明，香榧果仁含油率高，粉碎粒度在40目时萃取率最高。

2.6 正交实验分析

由正交实验结果分析表1可以看出，萃取压力:k2＞k1＞k3，CO2流量:k2＞k3＞k1，萃取时间:k2＞ k3＞k1，萃取温度:k2＞k3＞k1。因此，超临界 CO2流体萃取香榧油的最佳工艺参数为:A2B2C2D2，即萃取压力为30MPa、CO2流量25L/h、萃取时间3h、萃取温度40℃，这与单因素实验结果相一致。从四个实验因素的极差分析表2，萃取压力对提取香榧油的影响最大，各因素对香榧油得率的影响次序为:萃取压力＞萃取温度＞萃取时间＞CO2流量。由正交实验方差分析表可以看出，萃取压力和萃取温度是显著的影响因素，影响次序与正交实验结果一致。

图6 物料粒度对得率的影响Fig.6 Effects of partical size on oil yield

表1 正交实验结果L9（34）Table 1 The results of orthogonal experiment L9（34）

表2 正交实验方差分析表Table 2 Analysis of variance for results of orthogonal test

2.7 验证实验

在物料含水量4.5%、粉碎粒度40目、萃取压力为30MPa、CO2流量 25L/h、萃取时间 3h、萃取温度40℃的条件下，重复做三次实验，香榧油的得率分别为47.18%、47.13%、47.27%，平均得率为47.19%。

3 结论

实验结果表明，超临界CO2流体萃取香榧油的最佳工艺参数为:萃取压力30MPa，萃取温度40℃，CO2流量25L/h，萃取时间3h，粒径40目，料粉的含水量4.5%的条件下，香榧油的得率达47.19%。各因素对香榧油得率的影响次序为:萃取压力＞萃取温度＞萃取时间＞CO2流量。

［1］程晓建，黎章矩，陈建新.香榧产业化发展现状与对策思考［J］.江苏林业科技，2008（4）:49－52.

［2］王向阳，修丽丽.香榧的营养和功能成分综述［J］.食品研究与开发，2005，26（2）:20－22.

［3］陈振德，郑汉臣，傅秋华，等.国产榧属植物种子油含量及其脂肪酸测定［J］.中国中药杂志，1998，23（8）:456－457，482，511.

［4］汪昌国，刘震.植物油脂的超临界CO2萃取［J］.中国油脂，1997，22（6）:3－6.

［5］张德权，胡晓丹.食品超临界 CO2流体加工技术［M］.北京:化学工业出版社，2005:21－24.

［6］刘辉，刘长江，李斌.超临界萃取技术对芹菜籽油提取分离的研究［J］.食品工业科技，2008，29（6）:228－229.

［7］张德权，吕飞杰，台建祥.超临界CO2流体技术萃取山苍子油的研究［J］.食品与发酵工业，2000，26（2）:54－57.

［8］马玉花，赵忠，李科友，等.超临界CO2流体萃取杏仁油工艺研究［J］.农业工程学报，2007，23（4）:272－275.

Optimization of technology for extraction oil from torreya grandis by supercritical carbon dioxide fluid

LI Jing－hua，CAI Wei－rong
（Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China）

To make use of torreya grandis seed kernel as material，extraction technology of oil from the seed kernel by supercritical carbon dioxide fluid was studied by using single factor and orthogonal experiments.Results indicated that the optimum extraction pressure was 30MPa，extraction temperature was 40℃，the flow rate of CO2was 25L/h，extraction time was 3h.Under the above process conditions，the extraction yield of torreya grandis seed kernel oil reached a maximum at 47.19%.The effects of four key factors on extraction yield of oil declined in the following order:extraction pressure＞extraction temperature＞extraction duration＞the flow rate of CO2.

supercritical CO2;torreya grandis oil;extraction

TS225.1+9

B

1002－0306（2012）02－0228－04

2010－11－18

李敬华（1969－），男，硕士研究生，高级工程师，研究方向:食品资源开发与研究。