超临界CO2萃取工艺条件对碧根果出油率的影响

俞浩然，蔡怡朗，何亚萍，朱恩俊,*

1.南京财经大学食品科学与工程学院/江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心 (南京 210023)2.江苏碧耕源家庭农场有限公司 (常州 213181)



超临界CO2萃取工艺条件对碧根果出油率的影响

俞浩然1，蔡怡朗1，何亚萍2，朱恩俊1,*

1.南京财经大学食品科学与工程学院/江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心 (南京 210023)2.江苏碧耕源家庭农场有限公司 (常州 213181)

研究了超临界CO2萃取工艺条件对碧根果出油率的影响，重点研究了萃取温度、萃取压力、萃取时间等因素。结果表明：萃取压力对碧根果出油率影响最大，萃取温度对出油率的影响次之，而萃取时间对萃取率的影响是这3个影响因素中最小的。超临界CO2萃取碧根果油的最佳工艺条件组合是A2B3C1:萃取温度设定为40 ℃、萃取压力设定为30 MPa、萃取时间设定为2 h。

碧根果；影响因素；超临界CO2萃取；出油率

碧根果(CaryaillinoensisKoch)又名薄壳山核桃、美国山核桃，英文名为Pecan或Hickory，是世界性的重要干果类树种之一[1]。碧根果壳薄且卖相较好，果仁口感有嚼劲，除直接食用外可用于高级食用油的榨取和碧根果粉、果乳饮料等的制作，其营养成分及风味均优于核桃、山核桃[2]。碧根果果仁与中国的核桃(Juglansregia)和山核桃(Caryacathayensis)相比，其坚果个大(80～100粒/kg)，壳薄，出仁率高(50%～70%)，产量高(1 500～2 250 kg/hm2)，所含不饱和的脂肪酸和对人体有益的各种氨基酸高于橄榄油，富含维生素B1B2[3-5]。碧根果油油脂中含有较少的饱和脂肪酸(9%)，只高于一些红花籽油(4%～8%)和菜籽油(7%)，而其高含量的不饱和脂肪酸比橄榄油、榛子、杏仁等其他油脂的不饱和脂肪酸含量都高[6]。

目前国内对核桃等坚果类油提取的研究较多，鲜有对碧根果油提取的相关报道。本文研究了超临界二氧化碳法和索氏抽提法提取碧根果油的情况并进行比较，且确定了超临界二氧化碳萃取碧根果油的最佳工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜碧根果(江苏碧耕源家庭农场有限公司)、分析天平(最小可显示0.001 g)、石油醚2瓶、滤纸4张(并制作成桶状)、脱脂棉4块等。

1.2 主要仪器

Spe-ed ABI SFE-2超临界萃取装置，美国Spe-ed分离公司；SDC-6型低温恒温槽，南京金陵生化仪器厂；TYW-2型空气压缩机，苏州同一机电有限公司；99.9%液态二氧化碳，南京天泽气体有限责任公司等。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

原料挑选(剔除虫蛀、霉烂等劣质碧根果)→去壳→碧根果仁→105 ℃烘干→短时间粉碎→过30目筛→称重(每份20 g)→进行超临界二氧化碳萃取→收集萃取的碧根果油→对提取的油进行称重→计算出油率。

出油率=萃取出的碧根果油的质量m2/[碧根果仁原料的质量m1×碧根果仁含油量(x%)]×100%

1.3.2 超临界CO2萃取碧根果油正交试验

取温度、压强和萃取时间3个因素，根据三因素三水平正交表按L9(33)安排正交试验，确定超临界二氧化碳萃取碧根果油的最佳工艺条件。

1.3.3 索氏抽提法[7]测定碧根果仁中的含油率

取适量样品置于索氏抽提器中，以石油醚为萃取剂，抽提2 h，重复10次，结束后进行称量，计算含油率。

2 结果与讨论

2.1 碧根果的含油率

碧根果的含油率的测定结果见表1。

2.2 超临界CO2最佳萃取条件的确定

在单因素试验的基础上，进行 L9(33)正交试验，因素水平表见表2，正交试验结果见表3。

表1 碧根果含油率

表2 因素水平表

由表3极值R的大小可知，B的极值最大，其次是A和C，由主到次排出因素的顺序为B>A>C，说明萃取压力对碧根果出油率影响最大，萃取温度对出油率的影响次之，而萃取时间对萃取率的影响是这3个影响因素中最小的。

表3 正交试验结果

萃取温度是影响碧根果在超临界二氧化碳中溶解度的一个重要因素。温度升高会使分子的热运动加剧，使二氧化碳流体溶剂更容易进入碧根果颗粒间，从而使萃取效率增加。但是另一方面，温度升高的同时二氧化碳密度降低，油脂在二氧化碳流体中的溶解度降低，不利于萃取的进行，而且温度升高相应的消耗更多能量，试验费用增加，不利于生产。在具体试验研究中，当萃取温度低于40 ℃时，出油率随温度的升高而明显增大；而当温度高于40 ℃时，萃取率却有所降低。因此，萃取温度在40 ℃较为合适。

萃取压力是影响超临界二氧化碳流体萃取过程的另一个关键参数。理论上讲，增大压力可以增加二氧化碳的密度，这相当于单位时间单位体积的溶剂变多了，从而萃取效率会相应增加，也可以使萃取进行的更加完全。并且，油脂在二氧化碳中的溶解度会随压力的增加而增加，但不是压力越大越好。压力过大，碧根果中的色素在油脂中的溶解度也增加，而这样会降低萃取出油的品质，同时，增加压力意味着消耗更多能量，增加工厂的加工成本，而且对设备的安全性和密封度也有更高的要求。实验研究表明，当萃取压力在30 MPa以下时，出油率随着压力的增加而增加，而当压力大于30 MPa时，出油率的增加趋于平缓，增加并不显著，所以萃取压力并不是越高越好，而是需要一个合适范围。本实验所得的最佳操作压力为30 MPa，本试验结果符合超临界流体萃取的一般规律。

随着时间的延长，油脂萃取率增加，油脂甚至全部被萃取出。在本实验条件下，萃取2 h碧根果中的油脂已大部分被萃取出来，随着时间的延长，出油率有所增加，但增加幅度不大。

二氧化碳是提取碧根果油时的溶剂，起到很关键的作用。二氧化碳流量太低，会导致溶剂太少，不利于萃取进行。但是二氧化碳流量过大时，虽然溶剂增多，流体溶剂的流速增加，还没来得及与碧根果颗粒接触就很快的从出气口出去了，这导致萃取反应效率降低，又浪费纯净的二氧化碳气体，增加实验成本。而且在实际操作中发现，二氧化碳流量太大，会导致出气口温度骤降，出气口结冰，收集瓶结冰，甚至过大的气体流量会将收集瓶冲出去，相当危险。由此可见，合适的二氧化碳流量对于实验的顺利进行是很关键的，在本次试验中将二氧化碳流量控制在25～30 L/h。但由于实验室设备的限制，实际操作时并不能很好的调节与控制二氧化碳流量的大小，所以很遗憾这次实验将不再探究二氧化碳流量这个影响因素。因此将二氧化碳流量设定为一个合适的值保持不变，从而研究其他影响因素时不受到影响。

综上所述，超临界CO2萃取碧根果油的最佳工艺条件组合是A2B3C1，即萃取温度设定为40 ℃、萃取压力设定为30 MPa、萃取时间设定为2 h。

2.3 索氏抽提法与超临界萃取结果比较

利用索氏抽提法测得碧根果仁含油率为64.5%(表1)，在正交实验所得最佳条件下，超临界萃取出油率为57.34%。其出油率低的可能原因有：超临界萃取核桃油时，装料500 g，萃取时间为2 h；而索氏抽提器取样仅8 g左右，抽提时间同为2 h，由于物料多，萃取时间短，可能对碧根果油的萃取率有一定的影响。

3 结论

本文研究了超临界CO2萃取工艺条件对碧根果出油率的影响，其中重点研究了萃取温度、萃取压力、萃取时间等因素。结果表明：萃取压力对碧根果出油率影响最大，萃取温度对出油率的影响次之，而萃取时间对萃取率的影响是这3个影响因素中最小的。超临界CO2流体萃取碧根果油的最佳工艺条件组合是A2B3C1，即萃取温度设定为40 ℃、萃取压力设定为30 MPa、萃取时间设定为2 h。

本试验采用的超临界CO2萃取工艺虽过程简单，操作容易，但是设备成本较高。所以本研究将继续对比其他提取工艺，找到性价比高、更适合碧根果油的提取方法和工艺。

[1] 贾晓东, 王 涛, 张计育,等. 美国山核桃的研究进展[J].中国农学通报,2012, 28(4): 74-78.

[2] 吴国良, 张凌云, 潘秋红, 等. 美国山核桃及其品种性状研究进展[J].果树学报, 2003, 20(5): 404-409.

[3] Worley R E. Compendium of pecan production and research[M]. Lillington: Edwards Brothers Inc., 2002.

[4] 董润泉. 美国薄壳山核桃果实发育研究[J].云南林业科技, 2002(3): 66-70.

[5] 王 曼, 李贤忠, 宁德鲁，等. 薄壳山核桃研究概况及发展趋势[J]. 林业调查规划, 2009, 34(6): 93-95.

[6] Toro Vazquez J F, Charo Alonso M A, Perez Briceno F. Fatty acid composition and its relationship with physicochemicalproperties of pecan ( Caryaillinoensis) oil[J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 1999, 76(8) : 957-965.

[7] 王耀忠. 粮油品质分析与检验[M]. 长春：吉林科学技术出版社,1992.

The effect of different technological conditions on the oil yield of the pecan in the process of SFE-CO2

Yu Haoran1, Cai Yilang1, He Yaping2, Zhu Enjun1,*

1.College of Food Science and Engineering/Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety, Nanjing University of Finance and Economics (Nanjing 210023) 2. Jiangsu Bigengyuan Family Farm Co., Ltd.(Changzhou 213181)

The effects of different technological conditions on the oil yield of the pecan in the process of SFE-CO2were studied, including the extraction temperature, extraction pressure, and extraction time. Results show the extraction pressure affects the oil yield most, temperature the second, and time the last. The optimum condition for SFE-CO2is combination A2B3C1: temperature 40 ℃, pressure 30 MPa, and extraction time 2 h.

pecan; influence factor; SFE-CO2extraction; oil yield

2016-11-28

江苏高校优势学科建设工程项目(项目编号：YXK1403)。

俞浩然，男，1994年出生，硕士，研究方向为农产品加工工艺。

TS221

A

1672-5026(2017)02-012-03

*通讯作者：朱恩俊，1968年出生，博士，教授，研究方向为农产品加工工艺。