响应面分析法优化亚麻籽油超临界CO2萃取工艺

刘嘉坤，张富强，陈广利，王 媛

(1.沧州医学高等专科学校，河北 沧州061000； 2.郑州新力德粮油科技有限公司，郑州 450001)

油脂加工

响应面分析法优化亚麻籽油超临界CO2萃取工艺

刘嘉坤1，张富强2，陈广利2，王 媛1

(1.沧州医学高等专科学校，河北 沧州061000； 2.郑州新力德粮油科技有限公司，郑州 450001)

以亚麻籽为原料，利用夹带剂、超临界CO2萃取装置提取亚麻籽油，确定最佳夹带剂以及夹带剂用量，考察萃取压力、萃取温度、萃取时间和CO2流量4个单因素，根据Box-Behnken试验设计原理，以亚麻籽提油率为响应值，采用四因素三水平的响应面分析法，在分析各个因素的显著性和交互作用后，得到最佳萃取工艺条件：以无水乙醇为夹带剂，料液比(物料与夹带剂质量体积比)1∶0.8，萃取温度46℃，萃取压力35 MPa, 萃取时间50 min，CO2流量5.5 L/h。在最佳萃取工艺条件下进行5次平行验证试验，得到亚麻籽提油率为37.98%。

亚麻籽；亚麻籽油；超临界CO2萃取；响应面分析法；萃取工艺

亚麻籽是我国主要的油料作物之一，其含油量在36%～42%之间[1]，亚麻籽油中富含66%左右的α-亚麻酸[2]，具有重要的经济价值和保健作用[3-4]。为了保证亚麻籽油中更多的亚麻酸不被高温氧化，对亚麻籽提油工艺的研究具有重要的意义[5-7]。

超临界CO2萃取技术是近年来迅速发展起来的绿色分离技术， CO2无毒无残留，具有低温、安全和保护生物活性等优势，特别适合易氧化的天然物质的萃取[8-10]。单独使用CO2超临界流体，不能短时间实现油脂的高效萃取，采用夹带剂可以强化萃取过程中选择溶解能力和提取效率[11-14]。本文采用超临界CO2萃取技术，无水乙醇为夹带剂，并通过响应面分析法优化亚麻籽油萃取条件。

1 材料与方法

1.1 试验材料

亚麻籽(初始含油量39.45%)。无水乙醇，乙酸乙酯。

SFE-1A型超临界萃取装置(华安超临界萃取有限公司)，粉碎机，旋转蒸发器。

1.2 试验方法

亚麻籽油超临界CO2萃取工艺流程：亚麻籽→除杂→干燥→粉碎→过筛(40目)→超临界CO2萃取→减压分离→亚麻籽油。

称取一定量的过筛后的亚麻籽粉，选择夹带剂，按一定料液比加入到反应釜中，分别改变萃取温度、萃取压力、萃取时间和CO2流量，进行亚麻籽油的萃取，并计算提油率。提油率=萃取油的质量/原料质量×100%。

2 结果与分析

2.1 夹带剂种类的确定

夹带剂也称携带剂，是在超临界流体溶剂中加入与被萃取物亲和力强的组分，以提高其对萃取组分选择性和溶解度为主要目的的一类物质。选择不同的夹带剂对萃取效果影响也不一样。常见强极性的夹带剂有甲醇、乙醇、丙酮和乙酸乙酯[15]。考虑到要从萃取物中回收夹带剂，并且尽量避免使用有害物质，选择无水乙醇和乙酸乙酯作为夹带剂，并通过试验对比。

取3份样品，样品1不加夹带剂，样品2、3分别加入无水乙醇和乙酸乙酯作为夹带剂，按照料液比1∶0.8(物料与夹带剂质量体积比)加入反应釜中，在CO2流量5 L/h、萃取温度50℃、萃取时间30 min、萃取压力40 MPa条件下进行试验，结果表明，样品1的提油率为36.48%，样品2的提油率为37.67%，样品3的提油率为37.48%。夹带剂为无水乙醇时，提油率最高。因此，确定无水乙醇为夹带剂。

2.2 夹带剂用量的确定

选择夹带剂为无水乙醇，以物料与夹带剂质量体积比为料液比，考察不同料液比在CO2流量5 L/h、萃取温度50℃、萃取时间30 min、萃取压力40 MPa条件下的提油率，结果见图1。

图1 料液比对提油率的影响

由图1可知，随着夹带剂用量的增加，即料液比的增大，提油率呈现先上升后下降的趋势。这是因为夹带剂用量太大会降低超临界流体和溶质的接触面积，降低了萃取能力。当料液比为1∶0.8时，提油率最大。因此，确定料液比为1∶0.8。

2.3 单因素试验

2.3.1 萃取温度对提油率的影响

以无水乙醇为夹带剂，按料液比1∶0.8准确称取适量亚麻籽样品，在CO2流量5 L/h 、萃取压力35 MPa条件下萃取30 min，考察萃取温度对提油率的影响，结果见图2。

图2 萃取温度对提油率的影响

由图2可知，当萃取条件一定时，提油率先随萃取温度的升高而增大，当萃取温度达到45℃后，提油率反而有所下降。这是由于温度升高，CO2分子之间间距增大，分子之间作用力变小，流体溶解能力降低，同时油的扩散能力也提高，但是作用小于CO2密度降低而引起的溶解能力降低。因此，确定萃取温度3个水平为40、45℃和50℃。

2.3.2 萃取压力对提油率的影响

以无水乙醇为夹带剂，按料液比1∶0.8准确称取适量亚麻籽样品，在CO2流量5 L/h、40℃条件下萃取30 min，考察萃取压力对提油率的影响，结果见图3。

图3 萃取压力对提油率的影响

萃取压力大小影响着CO2对油脂的溶解度，也影响萃取的选择性。由图3可知，提油率随萃取压力的升高而增大，当萃取压力超过35 MPa后，进一步升高萃取压力对提油率的影响不大。因此，确定萃取压力3个水平为30、35 MPa和40 MPa。

2.3.3 CO2流量对提油率的影响

以无水乙醇为夹带剂，按料液比1∶0.8准确称取适量亚麻籽样品，在萃取温度40℃、萃取压力35 MPa条件下萃取30 min，考察CO2流量对提油率的影响，结果见图4。

图4 CO2流量对提油率的影响

由图4可知，提油率随CO2流量的增加而增大，当CO2流量达到5 L/h时，提油率最大，随后提油率随CO2流量的增加变化不大。因此，确定CO2流量3个水平为3、5 L/h和8 L/h。

2.3.4 萃取时间对提油率的影响

以无水乙醇为夹带剂，按料液比1∶0.8准确称取适量亚麻籽样品，在 CO2流量5 L/h、萃取温度40℃、萃取压力35 MPa条件下，考察萃取时间对提油率的影响，结果见图5。

图5 萃取时间对提油率的影响

由图5可知，提油率随萃取时间的延长而提高，当萃取时间在30 min后变化不大。因此，确定萃取时间的3个水平为30、50 min和70 min。

2.4 响应面优化试验

在单因素试验的基础上，以无水乙醇为夹带剂，料液比为1∶0.8，以提油率为响应值，考察萃取时间A、萃取压力B、萃取温度C和CO2流量D为4个因素，每个因素确定3个水平，因素水平见表1, 响应面试验设计及结果见表2，方差分析见表3。

表1 因素水平

表2 响应面试验设计及结果

表3 方差分析

由表3方差分析可知，试验所选的模型F值为68.28，模型P值小于0.000 1，失拟项P值为0.574 6，说明模型试验误差小，操作可信，回归极显著，具有统计学意义。从P值的大小可以看出，B、C、A2、B2、C2、D2对提取效果影响极显著，D、A和各交互项对提取效果影响不显著。各因素对亚麻籽提油率的影响由大到小顺序为：萃取压力B>萃取温度C>萃取时间A>CO2流量D。

通过软件分析，得到最佳的萃取工艺条件为：萃取温度46.01℃，萃取压力34.67 MPa，萃取时间49.53 min， CO2流量5.51 L/h。在最佳萃取工艺条件下的提油率理论计算值为38.50%。

2.5 验证试验

鉴于试验的可行性，将最佳萃取工艺条件稍作修改：萃取温度46℃，萃取压力35 MPa, 萃取时间50 min，CO2流量5.5 L/h。在最佳萃取工艺条件下进行5次平行验证试验，得到亚麻籽平均提油率为37.98%，与模型理论预测值相差不大，说明应用响应面法优化得到的模型参数准确可靠。

3 结 论

对超临界CO2萃取亚麻籽油添加一定量的夹带剂，并以提油率为因变量，进行了四因素三水平的响应面优化试验，对试验数据进行了拟合回归，拟合度好。结果表明:用无水乙醇为夹带剂，以料液比(物料与夹带剂质量体积比)为1∶0.8时，各因素对提油率的影响大小次序为萃取压力>萃取温度>萃取时间> CO2流量；通过响应面分析优化工艺，确定了最佳萃取工艺条件为萃取温度46℃、萃取压力35 MPa、 萃取时间50 min、CO2流量5.5 L/h，在最佳萃取工艺条件下，亚麻籽提油率达到37.98%。

[1] HARPER C R，EDWARDS M J，DEFILIPPIS A P，et al.Flaxseed oil increases the plasma concentrations of cardioprotective (n-3)fatty acids in humans[J].J Nutr，2006，

136(1)：83-87.

[2] 廖丽萍，肖爱萍，冷娟,等.不同品种亚麻籽脂肪酸含量的GC-MS分析[J].中国麻业科学，2014，36(2)：68-71.

[3] SINGH K K，MRIDULA D，REHAL J，et al.Flaxseed:a potential source of food,feed and fiber[J].Crit Rev Food Sci Nutr，2011，51(3)：210-222.

[4] 林凤英，林志光，邱国亮,等.亚麻籽的功能成分及应用研究进展[J].食品工业，2014，35(2)：220-223.

[5] 曹艳萍，代宏哲，曹炜，等.超临界CO2萃取滩枣精油工艺条件优化研究[J].食品科学，2008，19(12)：231-233.

[6] 禹晓，邓乾春，黄庆德，等.亚麻油的制油工艺及其开发利用研究进展[J].食品研究与开发，2011，32(1)：147-153.

[7] 杜双奎，于修烛，王青林，等.超声波辅助提取亚麻籽油的研究[J].中国粮油学报，2009，24(4)：70-73.

[8] 刘成国，王冬冬，陈瑶，等.CO2超临界萃取桂皮精油工艺条件的优化[J].食品与机械，2011，27(2)：41-43.

[9] 陆少兰，谭传波，郝泽金，等. 微波预处理-超临界CO2萃取牡丹籽油的工艺研究[J]. 中国油脂，2015，40(5)：9-13.

[10] 赵文亚，孙蕾，赵登超，等.超临界CO2流体萃取石榴籽油工艺条件的研究[J].中国油脂，2015，40(7)：12-14.

[11] 禹慧明，姚汝华，林炜铁.夹带剂对超临界CO2萃取被孢霉中γ-亚麻酸油脂的影响[J].中国油脂，1999，24(2)：38-39,43.

[12] 柴倩，乔宇，范刚,等. 超临界CO2流体及夹带剂萃取锦橙精油研究[J].食品科学，2007，28(12)：205-207.

[13] 吴珺婷，秦礼康，金毅,等.超临界CO2及夹带剂萃取顶坛花椒籽油工艺优化[J].中国油脂，2011，36(4)：16-19.

[14] 胡颖，杨梅花，蒋纬，等.超临界CO2结合夹带剂萃取紫苏籽油研究[J].中国油脂，2013，38(7)：8-11.

[15] 刘晓庚，陈梅梅，谢亚桐.夹带剂及其对超临界CO2萃取效能的影响[J].食品科学，2004，25(11)：353-357.

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Optimization of supercritical CO2extraction of linseed oil by response surface methodology

LIU Jiakun1，ZHANG Fuqiang2，CHEN Guangli2，WANG Yuan1

(1. Cangzhou Medical College，Cangzhou 061000，Hebei，China；2. Zhengzhou New Lead Grain & Oil Science and Technology Co., Ltd.，Zhengzhou 450001, China)

With linseed as raw material, linseed oil was extracted by supercritical CO2with entrainer. The type and dosage of entrainer was determined. The effects of extraction pressure, extraction temperature, extraction time and flow rate of CO2on oil extraction rate were studied. With the extraction rate of linseed oil as response value, according to the design principle of Box-Behnken experiment, the significance and interaction of the factors were analyzed by the four factors and three levels’ response surface methodology. And the optimal extraction conditions were obtained as follows: with absolute alcohol as entrainer, ratio of materials mass to entrainer volume 1∶0.8, extraction temperature 46℃, extraction pressure 35 MPa, extraction time 50 min and flow rate of CO25.5 L/h. Under these conditions, the extraction rate of linseed oil was 37.98% in five verification experiments.

linseed；linseed oil；supercritical CO2extraction；response surface methodology；extraction process

2016-04-27;

2016-10-30

刘嘉坤(1980)，女，讲师，硕士，研究方向为中药与食品中活性物质的提取与分析(E-mail)419007991@qq.com。

王 媛，讲师(E-mail)2911212645@qq.com。

TS224；TQ644

A

1003-7969(2017)02-0007-04