超临界CO2萃取红瓜子仁油工艺及其脂肪酸组成分析

谭韩英，陈振林，杨军君，胡 蓉，凌 海，何星存

(1.贺州学院 食品与生物工程学院，广西 贺州 542899； 2. 广西壮族自治区粮油质量检验站，南宁 530031)

超临界CO2萃取红瓜子仁油工艺及其脂肪酸组成分析

谭韩英1，陈振林1，杨军君1，胡 蓉2，凌 海2，何星存1

(1.贺州学院 食品与生物工程学院，广西 贺州 542899； 2. 广西壮族自治区粮油质量检验站，南宁 530031)

以红瓜子为原料、红瓜子仁油萃取率为指标，采用单因素试验和正交试验进行红瓜子仁油萃取工艺优化，并对获得的红瓜子仁油进行了脂肪酸组成分析。结果表明，超临界CO2萃取红瓜子仁油最佳工艺条件为：红瓜子仁粒径40 目，萃取压力40 MPa，CO2流量24 L/h，萃取温度50℃，萃取时间3.5 h。在最佳工艺条件下，红瓜子仁油萃取率为99.27%。红瓜子仁油不饱和脂肪酸主要为亚油酸(62.1%)、油酸(16.3%)，不饱和脂肪酸含量达到79%，可作为一种优质植物油进行开发利用。

红瓜子仁油；超临界CO2萃取；工艺；脂肪酸

红瓜子富含脂肪、蛋白质、钙、磷和多种维生素，其片大厚实、籽仁肥腴、色泽红润、鲜艳喜人[1]。由于红瓜子种植受气候、水土及栽培技术等方面原因的局限，目前国内主要种植地有广西、云南、宁夏、新疆等，其中广西贺州信都红瓜子是贺州八步区传统名特优农产品，以质量特优、味醇香、营养丰富，深受广大消费者的喜爱，一直被消费者视为休闲佳品[2-3]。

植物油的萃取工艺大致有以下几种方法：压榨法、浸出法、超临界CO2萃取法、水酶法、超声波辅助提取法和微波辅助萃取法[4-6]。超临界 CO2萃取作为一种新型的萃取技术，具有工艺简单、操作温度低、萃取效率高、产品纯度高、无毒、无污染、无溶剂残留等特点，被广泛应用于食品、医药、化工等领域，特别适合用于食品工业生物活性物质和热敏性物质的分离萃取[7-11]。目前超临界CO2萃取技术在植物油脂萃取中的应用研究已经取得一定的成果[12]，在亚麻籽油[13]、薏苡仁油[14]、花椒油[15]等方面均有研究报道。

本研究以红瓜子为原料，以红瓜子仁油萃取率为指标，进行超临界CO2萃取红瓜子仁油的研究，得到最佳萃取工艺。对获得的红瓜子仁油进行脂肪酸组成分析，为红瓜子仁油的工业化生产和进一步深入开发研究提供一定的数据基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

红瓜子:市售，产于贺州信都；异辛烷、甲醇：色谱纯，天津市光复精细化工研究所；硫酸氢钠、氢氧化钠：分析纯，天津市光复精细化工研究所。

1.1.2 仪器与设备

JJ500电子天平；JP-250A-8高速多功能粉碎机；DHG-9140A电热恒温鼓风干燥箱；HA120-50-005 超临界萃取装置：南通华安超临界萃取有限公司；7890A型气相色谱仪(配氢火焰离子化检测器)：美国Agilent公司；OMEGAWAX 250毛细管气相色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)：美国Supelco 公司。

1.2 试验方法

1.2.1 红瓜子仁油萃取工艺流程

超临界CO2萃取红瓜子仁油的工艺流程如下:

红瓜子→脱壳取仁→烘干(60℃)→粉碎、过筛→称量→设置萃取压力、萃取温度、CO2流量等条件→装料→萃取分离→红瓜子仁油样品。

1.2.2 红瓜子仁油萃取率的计算

萃取率=萃取的红瓜子仁油质量/红瓜子仁中总油质量×100%

1.2.3 红瓜子仁油的脂肪酸组成分析

1.2.3.1 油样脂肪酸甲酯的制备

按GB/T 17376—2008/ISO 5509：2000《动植物油脂 脂肪酸甲酯制备》中酯交换法制备。

1.2.3.2 油样脂肪酸甲酯组成分析

按GB/T 17377—2008/ISO 5508：1990《动植物油脂 脂肪酸甲酯的气相色谱分析》测定。

1.2.3.3 色谱条件

载气为氮气；汽化室温度250℃；进样量1.0 μL；柱流量1.0 mL/min；分流比100∶1； OMEGAWAX 250毛细管气相色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；检测器温度260℃；升温程序为80℃保持2 min，以10℃/min升到220℃，保持24 min。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 萃取压力对红瓜子仁油萃取率的影响

在萃取温度40℃、萃取时间2 h、CO2流量25 L/h、红瓜子仁粒径30 目的条件下，考察不同萃取压力对红瓜子仁油萃取率的影响，结果见图1。

图1 萃取压力对红瓜子仁油萃取率的影响

由图1可知，在20～40 MPa范围内，红瓜子仁油萃取率随着萃取压力的增加而增加，40 MPa时，萃取率达到最高值，为94.09%，当萃取压力达到45 MPa时，萃取率有所下降。当温度和压力均超过临界值时，CO2密度随压力的增大而增大，对溶质的溶解能力增强，利于萃取；但压力过大，CO2流体在物料中的传质时间短，不利于萃取。本次试验确定的萃取压力为40 MPa 。

2.1.2 萃取温度对红瓜子仁油萃取率的影响

在萃取压力35 MPa、萃取时间2 h、CO2流量25 L/h、红瓜子仁粒径30目的条件下，考察不同萃取温度对红瓜子仁油萃取率的影响，结果见图2。

图2 萃取温度对红瓜子仁油萃取率的影响

由图2可知，在35～45℃范围内，红瓜子仁油萃取率随着萃取温度的升高而增加，45℃时，萃取率达到最高值，为96.24%，而后萃取率随萃取温度升高有所下降。温度的升高导致CO2密度降低，萃取物溶解度降低导致萃取率降低，但同时也会使萃取物蒸汽压增大，利于萃取。本次试验确定的萃取温度为45℃。

2.1.3 萃取时间对红瓜子仁油萃取率的影响

在萃取压力35 MPa、萃取温度40℃、CO2流量25 L/h、红瓜子仁粒径30 目的条件下，考察不同萃取时间对红瓜子仁油萃取率的影响，结果见图3。

图3 萃取时间对红瓜子仁油萃取率的影响

由图3可知，萃取时间越长，萃取率越高，但当萃取物被充分萃取，延长萃取时间会造成工艺时间延长，增加萃取成本。本次试验确定的萃取时间为3 h。

2.1.4 CO2流量对红瓜子仁油萃取率的影响

在萃取压力35 MPa、萃取温度40℃、萃取时间2 h 、红瓜子仁粒径30 目的条件下，考察不同CO2流量对红瓜子仁油萃取率的影响，结果见图4。

图4 CO2流量对红瓜子仁油萃取率的影响

由图4可知，CO2流量在12～24 L/h范围内，红瓜子仁油萃取率随着CO2流量的增加而增加，CO2流量为24 L/h时，萃取率达到最高值，为97.49%，而后萃取率随CO2流量增加有所下降。这是由于CO2流量增加使得传质推动力加大，利于萃取，但CO2流量过大使得传质时间变短，有碍萃取。本次试验确定的CO2流量为24 L/h。

2.1.5 红瓜子仁粒径对红瓜子仁油萃取率的影响

在萃取压力35 MPa、萃取温度40℃、萃取时间2 h 、CO2流量25 L/h的条件下，考察不同红瓜子仁粒径对红瓜子仁油萃取率的影响，结果见图5。

图5 红瓜子仁粒径对红瓜子仁油萃取率的影响

由图5可知，红瓜子仁粒径在40目时，萃取率达到最高值，为97.04%。粒径过低，极大影响了CO2穿透介质的效果，萃取率降低；粒径过高，原料在高压力的状态下被过度压实，也影响传质效果，萃取率降低。本次试验确定红瓜子仁粒径为40 目。

2.2 正交试验

根据单因素试验结果，固定红瓜子仁粒径为40目，选择萃取压力、萃取温度、萃取时间、CO2流量为正交试验因素，用正交表L9(34)进行四因素三水平的正交试验。正交试验因素水平见表1，正交试验方案及结果见表2。

表1 正交试验因素水平

表2 正交试验方案及结果

由表2可知，各因素对红瓜子仁油萃取率的影响大小顺序为A (萃取压力)gt;D(CO2流量)gt;B(萃取温度)gt;C(萃取时间)，最佳萃取条件为A2B3C3D2。根据最佳萃取条件进行试验，红瓜子仁油萃取率为99.27%。由此确定最佳萃取条件，即红瓜子仁粒径40 目，萃取压力40 MPa，CO2流量24 L/h，萃取温度50℃，萃取时间3.5 h。

2.3 红瓜子仁油的脂肪酸组成

按照1.2.3的脂肪酸组成分析方法，对由最佳超临界CO2萃取工艺萃取的红瓜子仁油进行脂肪酸组成分析。红瓜子仁油脂肪酸组成及相对含量见表3。

表3 红瓜子仁油中脂肪酸的组成及相对含量

由表3可知，红瓜子仁油中的脂肪酸主要有亚油酸(62.1%)、油酸(16.3%)、棕榈酸(11.9%)、硬脂酸(8.2%)，另外还有少量的肉豆蔻酸、十七烷酸、亚麻酸、花生酸、花生油酸、二十碳二烯酸，不饱和脂肪酸含量达到79%。与林和成等[16]的研究结果相比，其在进行红瓜子油分析时脂肪酸组成有13种，主要为亚油酸(64.55%)、油酸(13.59%)、棕榈酸(12.19%)、硬脂酸(8.78%)等，可能是由于地域不同，因此所产的红瓜子在脂肪酸组成及相对含量上也会略有不同。

3 结 论

在单因素试验的基础上，利用正交试验获得超临界CO2萃取红瓜子仁油的最佳工艺条件，即红瓜子仁粒径40 目、萃取压力40 MPa、CO2流量24 L/h、萃取温度50℃、萃取时间3.5 h，在此条件下，红瓜子仁油萃取率为99.27%。红瓜子仁油中不饱和脂肪酸主要为亚油酸(62.1%)、油酸(16.3%)，不饱和脂肪酸含量达到79%，可作为一种优质植物油进行开发利用。

[1] 文衍荣,范琳,黄华.红瓜子优质高产栽培技术[J].南方园艺,2015,16(1):57.

[2] 陈家金,陈卓贤.信都红瓜子优质高产栽培技术[J].广西热带农业,2009(1):37-38．

[3] 黄玉莲,陈忠棠.贺州红瓜子优质高产栽培技术[J].现代农业科技, 2010(9):120.

[4] 李小鹏,莫文斌.植物油脂萃取工艺研究进展[J].现代商贸工业，2007，19(8):201-202.

[5] 荣辉,吴兵兵,杨贤庆,等.水酶法萃取生物油脂的研究进展[J].食品工业科技,2017(2):374-378.

[6] 罗蔓莉,李学英,王大忠,等.油脂萃取技术研究现状[J].现代农业科技,2013(23):297-299.

[7] 王晓燕,张文琴,阮文辉，等. 黄刺玫籽油的超临界CO2萃取及营养成分分析[J]. 中国油脂,2016,41(5):6-10.

[8] PORTO C D,DECORTI D,TUBARO F.Fatty acid composition and oxidation stability of hemp(CannabissativaL.)seed oil extracted by supercritical carbon dioxide[J]． Ind Crop Prod，2012，36(1): 401-404．

[9] IXTAINA V Y，VEGA A，NOLASCO S M，et al． Supercritical carbon dioxide extraction of oil from Mexican chia seed (SalviahispanicaL.) : characterization and process optimization[J]． J Supercrit Fluid，2010，55(1): 192-199．

[10] CHAN K W,ISMAIL M.Supercritical carbon dioxide fluid extraction ofHibiscuscannabinusL． seed oil: a potential solvent-free and high antioxidative edible oil [J]． Food Chem，2009，114(3): 970-975．

[11] 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(4):272-275.

[12] 任飞,韩发,石丽娜,等.超临界CO2萃取技术在植物油脂萃取中的应用[J].中国油脂,2010,35(5):14-19.

[13] 刘嘉坤,张富强,陈广利,等.响应面分析法优化亚麻籽油超临界CO2萃取工艺[J].中国油脂,2017,42(2):7-10.

[14] 夏菁,施蕊,张静美,等.薏苡仁油的超临界CO2萃取工艺及其脂肪酸组成分析[J].中国油脂,2017,42(6):9-11.

[15] 王劲. 超临界二氧化碳萃取花椒油工艺研究[J].中国调味品,2016(4):92-95.

[16] 林和成,菜振宇,洪宇，等.红瓜子油的萃取及其脂肪酸组成分析[J].湖南科技学院学报,2012,33(12):47-48.

SupercriticalCO2extractionprocessofredmelonseedoilanditsfattyacidcomposition

TAN Hanying1, CHEN Zhenlin1, YANG Junjun1, HU Rong2, LING Hai2，HE Xingcun1

(1.College of Food and Bioengineering，Hezhou University，Hezhou 542899，Guangxi，China; 2.Guangxi Zhuang Autonomous Region Grain and Oil Quality Inspection Station，Nanning 530031，China)

Using red melon seeds as raw material and extraction rate of red melon seed oil as index, the extraction technology of red melon seed oil was optimized by single factor experiment and orthogonal experiment, and the fatty acid composition of red melon seed oil was analyzed. The results showed that the optimal extraction process of red melon seed oil by supercritical CO2were obtained as follows: particle size of red melon seed kernel 40 meshes, extraction pressure 40 MPa, flow rate of CO224 L/h, extraction temperature 50℃, extraction time 3.5 h. Under these conditions, the extraction rate of red melon seed oil was 99.27%. The unsaturated fatty acids content of red melon seed oil reached 79%, mainly including linoleic acid (62.1%) and oleic acid (16.3%) and it could be used as a kind of high quality vegetable oil for development and utilization.

red melon seed oil; supercritical CO2extraction; process; fatty acid

TS224;TQ646

A

1003-7969(2017)11-0024-04

2017-03-09;

2017-07-19

贺州学院食品工程硕士专业学位建设科学研究培育项目(2014SGZSKY1)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201511838020)；贺州市科学研究与技术开发计划项目(贺科产1608019)；国家自然科学基金项目地区科学基金项目(21367012)

谭韩英(1987)，女，讲师，硕士，研究方向为食品加工与安全(E-mail)thythy2014@163.com。

何星存，教授，博士(E-mail)924179039@qq.com。