利用超临界CO2萃取降低沙棘油脂肪酸工艺研究

王巨成

(1.山西省林业科学研究院，山西 太原 030012；2.国家林业局沙棘工程技术研究中心，山西 太原 030012)

沙棘油，系从天然植物沙棘果实中提取出的珍贵天然油脂，是多种维生素和生物活性物质的复合体。沙棘油作为药用原料有抑制炎症扩散、抗感染、促进愈合的功效，被广泛应用于烫伤、烧伤、刀伤等治疗；作为保健食品原料还有抗氧化、护肝、降血脂等功效；同时，也是美白、养颜、抗衰老的纯天然护肤佳品。

通常油脂暴露于空气中一段时间后，在脂肪水解酶或微生物繁殖所产生的酶的作用下，部分甘油酯会分解产生游离脂肪酸，使油脂变质酸败。此外，一些压榨方法制作出的沙棘油酸价超标、不合格，摄入后会影响人体的正常代谢，危害健康。超临界 CO2流体技术是一种新型的沙棘油萃取方法，可以降低酸价，改善油脂品质。该方法提取过程对人体无毒害、对环境无污染，且 CO2价格便宜、容易取得、可循环使用，能降低生产成本。笔者以已酸败沙棘油为原料，着重研究了萃取压力、萃取温度、萃取时间3个因素对沙棘油酸价的影响，以期得到超临界CO2萃取降低沙棘油脂肪酸的最佳工艺条件，对沙棘油的加工和利用具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为已酸败沙棘油，2014年生产于山西省林业科学研究院。

1.2 仪器设备

试验仪器为超临界CO2萃取装置(1L-SFE)、碱式滴定管、天平、锥形瓶、食品级CO2；试验试剂为醚醇混合液、酚酞指示剂、0.1 mol/L KOH标准溶液。

1.3 试验方法

1.3.1 超临界 CO2萃取

称取已酸败沙棘油100 g，放入超临界CO2萃取装置的萃取釜内进行萃取分离，在一定的温度和压力条件下，游离脂肪酸及部分水分从分离柱和解析釜中分离出，经超临界流体精提过的沙棘油仍留于萃取釜中。影响超临界CO2流体对沙棘油提纯的关键因素有萃取压力、萃取温度、萃取时间，笔者研究了各因素对沙棘油酸价的影响，并针对不同因素组合进行正交试验。以沙棘油酸价的高低来评价油脂质量，酸价越小，说明油脂质量越高，新鲜度和精炼程度越好。

1.3.2 脂肪酸含量测定

试样测定：称取沙棘油约3 g，注入锥形瓶，加入醚醇混合液(乙醚∶异丙醇=1∶1)50 mL，摇匀，加入3滴酚酞指示剂，充分振摇溶解试样。用装有0.1 mol/L KOH标准溶液的滴定管对试样进行滴定，至试样溶液初现微红色，且15 s内无明显褪色为滴定终点。记录滴定所消耗标准溶液的毫升数(V)。

空白测定：另取一锥形瓶，加入相同体积和种类的有机溶剂混合液和指示剂，用标准溶液滴定至微红，记录滴定所消耗标准溶液的毫升数(V0)。

酸价(mg/g)指中和1 g油脂中游离脂肪酸所需氢氧化钾的毫克数，计算公式如下：

式中： XAV——酸价，mg/g；

V——试样测定所消耗 KOH 溶液的体积，mL；

V0——空白测定所消耗KOH溶液的体积，mL；

c——KOH摩尔浓度,mol/L;

56. 1——KOH的摩尔质量，g/mol.

2 结果与分析

2.1 不同萃取压力对酸价的影响

在萃取温度为45 ℃，萃取时间为6 h的条件下，进行不同萃取压力对沙棘油酸价的影响试验。结果见图1.

由图1可以看出，当萃取压力小于12 MPa时，随着压力上升，沙棘油中的酸价降低。12 MPa时沙棘油酸价最低，故最佳萃取压力为12 MPa.这可能是因为当压力≤12 MPa时，饱和脂肪酸分子量大于油脂，易溶于CO2流体中，饱和脂肪酸被分离柱分离，部分水分被解析出来。因此，滞留于萃取釜内的沙棘油中脂肪酸含量降低。

图1 不同萃取压力对沙棘油酸价的影响

2.2 不同萃取温度对酸价的影响

在萃取压力为12 MPa，萃取时间为6 h的条件下，进行不同萃取温度对沙棘油酸价的影响试验。结果见图2.

图2 不同萃取温度对沙棘油酸价的影响

由图2可以发现，当温度在30 ℃～45 ℃时，随着温度的上升，沙棘油酸价下降明显；当温度升温到45 ℃～55 ℃时酸价变化不明显，故最佳萃取温度为45 ℃.萃取温度是调节超临界萃取过程的主要参数之一，当萃取压力固定时通过改变温度能把高沸点、低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。在CO2气体笼罩下进行提取，萃取温度一般在35 ℃～50 ℃之间，如果温度过高会对热敏性物质造成氧化和逸散。

2.3 不同萃取时间对酸价的影响

在萃取压力为12 MPa，萃取温度为45 ℃条件下，进行不同萃取时间对沙棘油酸价的影响试验。结果见第26页图3.

由图3可以看出，随着萃取时间的延长，沙棘油酸价降低。当时间到达6 h后，酸价仍在降低但不明显。为节约能耗，故选择萃取时间为6 h.

图3 不同萃取时间对沙棘油酸价的影响

2.4 超临界CO2萃取降低沙棘油酸价工艺优化

采用3因素3水平进行正交试验，并对试验结果进行分析，见表1.

表1 正交试验

由表1可知，由R值可以看出各因素对沙棘油酸价影响的大小顺序为：萃取压力>萃取时间>萃取温度。处理工艺以把酸价值降到最小为目标，所以选取最小的平均指标k值。因此，超临界CO2萃取降低沙棘油酸价的最佳工艺条件为：萃取压力12 MPa，萃取温度45 ℃，萃取时间6 h.按照上述最佳工艺条件对已酸败沙棘油(酸价值55.94 mg/g)进行3次平行试验，经计算，沙棘油酸价值分别为5.05 mg/g，5.15 mg/g和5.18 mg/g，平均酸价5.13 mg/g.结果证明，利用正交试验所得到的最佳工艺大大降低了沙棘油酸价，改善了沙棘油品质，该条件是适宜的。

3 结论

研究结果表明，采用超临界CO2萃取技术精提沙棘油时，萃取压力要小于12 MPa，否则沙棘油和脂肪酸会被同时萃取出来。萃取温度不能大于60 ℃，温度过高会破坏沙棘油中的有效活性成分。为节约能耗，萃取时间不宜过长，在6 h左右为宜。通过正交试验得到的最佳工艺条件为：萃取压力12 MPa，萃取温度45 ℃，萃取时间6 h. 在该工艺条件下沙棘油酸价由原来的55.94 mg/g 降低至5.13 mg/g，达到行业标准要求(酸价≤15 mg/g)，表明该试验工艺条件是合适的。此方法能够有效降低沙棘油酸价，提升沙棘油品质，且具有萃取效率高、无毒、节能、简单易掌握等优点，易于工业化生产。