翅果油超临界CO2流体萃取工艺优化及其不同提取方法的比较

王呈馨，张 忠，范柳萍，李 娟

(1.江南大学 食品学院，江苏 无锡214122; 2.山西医科大学 人体解剖教研室，太原030001; 3.山西琪尔康翅果生物制品有限公司，山西 临汾041000)

翅果油树是我国二级濒危保护植物，属于胡颓子科胡颓子属，主要分布在山西省的翼城、平陆和乡宁等地，在陕西省也有零星分布[1-2]。翅果油树种仁粗脂肪含量为46%～52%[3]。翅果油味道清香，油质清亮，在山西当地有悠久的食用历史[4]。翅果油中含有VE、角鲨烯、甾醇等生物活性成分，具有抗氧化[5]，降低胆固醇和甘油三酯[6]，预防肥胖[7]以及抗疲劳[8]等功能。因此，翅果油可作为一种优质的保健油脂，具有广阔的开发利用前景。同时翅果油树的叶子、果皮和果壳也可用作饲料、肥料等加以开发利用。目前，对翅果油的研究主要集中在功能方面，缺乏对不同提取方法翅果油得率和微量活性成分分析方面的研究。

本文采用超临界CO2流体萃取翅果油，以翅果油得率为指标，采用单因素试验和正交试验对提取工艺进行了优化。比较了不同提取方法(浸出法、超临界CO2流体萃取法、冷榨法、热榨法)对翅果油得率和微量活性成分的影响，为进一步研究翅果油的提取工艺，提升翅果油品质提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

翅果油树种子，由山西琪尔康翅果生物制品有限公司提供。无水乙醇、氢氧化钾等，均为分析纯。角鲨烯标准品、VE标准品、甾醇标准品，均购于Sigma公司。

N-20多功能氮吹仪，CP214电子分析天平，CS-700Y型摇摆粉碎机，SC-30超级恒温槽，CZR091型榨油机，SFE 500超临界萃取设备，HPLC 2414液相色谱分析仪，GC-9A气相色谱分析仪。

1.2 试验方法

1.2.1 翅果油的不同提取工艺

1.2.1.1 超临界CO2流体萃取法

将翅果油树种子粉碎，称取120 g翅果油树种子粉末，装入如图1所示的萃取釜中，打开CO2钢瓶，待萃取温度上升到设定温度后，开始计时。待萃取完成后，打开分离釜的阀门，降压收集翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

注：1.CO2钢瓶；2.流量计；3.低温恒温器；4.泵；5.电热器；6、9.压力计；7.萃取釜；8.分离釜。

图1 超临界CO2流体萃取装置示意图

1.2.1.2 浸出法(有机溶剂提取法)

取粉碎至40目的翅果油树种子粉末，参照GB 5009.6—2016中的索氏提取法提取翅果油。以无水乙醚为提取溶剂，提取条件为料液比1∶10、提取温度65℃、回流时间4 h，蒸干溶剂后收集得到翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

1.2.1.3 冷榨法

称取适量的翅果油树种子，装入滤袋置于压榨机中压榨，调节压力为60 MPa，收集提取到的翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

1.2.1.4 热榨法

称取适量的翅果油树种子于托盘中，在130℃鼓风式烘箱中烘烤30 min，趁热装入滤袋置于压榨机中压榨，调节压力为60 MPa，收集提取到的翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

1.2.2 测定方法

1.2.2.1 不同提取方法翅果油得率的测定

将分离得到的翅果油称重，按照下式计算翅果油得率。

翅果油得率=翅果油质量/原料质量×100%

1.2.2.2 VE、角鲨烯、甾醇含量的测定

翅果油中VE、甾醇含量的测定参照Boso等[9]的方法，角鲨烯含量的测定参照张东生等[10]的方法。

2 结果与分析

2.1 超临界CO2流体萃取工艺的单因素试验

2.1.1 萃取压力对翅果油得率的影响

在萃取温度45℃、萃取时间120 min、原料粒度40 目的条件下，考察不同萃取压力对翅果油得率的影响，结果如图2所示。

图2 萃取压力对翅果油得率的影响

由图2可知，随着萃取压力的升高，翅果油得率也逐渐升高。这是由于随着萃取压力的升高，CO2流体密度也逐渐增加，对油脂溶解性能也逐渐增加，有利于翅果油得率的增加。但过高的萃取压力会导致能耗增加，也会影响设备的使用寿命。综合考虑翅果油得率和成本的影响，选择萃取压力30～35 MPa进行正交优化试验。

2.1.2 萃取温度对翅果油得率的影响

在萃取压力30 MPa、萃取时间120 min、原料粒度40 目的条件下，考察不同萃取温度对翅果油得率的影响，结果如图3所示。

图3 萃取温度对翅果油得率的影响

由图3可知，当萃取温度由35℃升高到65℃，翅果油得率整体呈先增加后降低的趋势，在55℃达到最大。这是由于在此过程中翅果油的蒸汽压逐渐增加，使得翅果油在CO2流体中的溶解度增大[11]，因此翅果油得率增加。但温度过高CO2流体密度降低，其溶解能力也逐渐降低[12]，因此翅果油得率下降。说明在超临界CO2流体萃取过程中翅果油的溶解度受到翅果油的蒸汽压和CO2流体密度两方面的影响，故选择萃取温度50～60℃进行正交优化试验。

2.1.3 萃取时间对翅果油得率的影响

在萃取压力30 MPa、萃取温度45℃、原料粒度40 目的条件下，考察不同萃取时间对翅果油得率的影响，结果如图4所示。

图4 萃取时间对翅果油得率的影响

由图4可知，当萃取时间为90～150 min时，翅果油得率随萃取时间的延长而增加，当萃取时间在150～180 min时，翅果油得率差异不大。因此，选择萃取时间120～180 min进行正交优化试验。

2.1.4 原料粒度对翅果油得率的影响

在萃取压力30 MPa、萃取温度45℃、萃取时间120 min的条件下，考察不同原料粒度对翅果油得率的影响，结果如图5所示。

由图5可知，当原料粒度从40目增加到60目时，翅果油得率有所下降，这可能是由于原料中传质阻力大，不利于进行萃取。当原料粒度为80目时，翅果油得率最高，之后随着原料粒度继续增加，翅果油得率反而降低。这是因为原料过细，在萃取压力下导致堆积密度过大，原料会板结成块，同时成块的原料还会导致局部受热不均匀，严重时还会导致翅果油中生物活性成分被破坏，影响翅果油品质。因此，选择原料粒度60～100目进行正交优化试验。

图5 原料粒度对翅果油得率的影响

2.2 超临界CO2流体萃取工艺的正交试验优化

根据单因素试验结果，选用四因素三水平正交表进行优化试验，正交试验因素水平见表1，正交试验设计及直观分析结果见表2。

表1 正交试验因素水平

表2 正交试验设计及直观分析结果

由表2可知，影响翅果油得率的主次因素依次为萃取时间>原料粒度>萃取温度>萃取压力，优化组合为A1B1C2D2，即萃取压力30 MPa、萃取温度50℃、萃取时间150 min、原料粒度80 目。根据正交试验得到的最优水平组合进行3次平行试验。结果表明，在最优条件下翅果油平均得率为(28.32±1.15)%。

2.3 不同提取方法对翅果油得率的影响(见表3)

表3 不同提取方法对翅果油得率的影响

注：不同上标字母表示差异显著。下同。

由表3可知，4种提取方法中冷榨法和热榨法的翅果油得率都显著低于超临界CO2流体萃取法和浸出法。说明有机溶剂和超临界CO2流体都可提高油料出油率，这可能是由于原料与有机溶剂、超临界CO2流体接触得更加充分，有利于油脂溶出。热榨法的翅果油得率显著高于冷榨法，这可能是由于热榨法的前处理条件有助于原料种子中细胞结构的破坏，并加速油脂分子的运动，从而有利于油脂溶出，提高翅果油得率[13]。

2.4 不同提取方法对翅果油中微量活性成分的影响(见表4)

表4 不同提取方法对翅果油中微量 活性成分含量的影响 mg/100 g

由表4可知，翅果油中VE含量按照浸出法、超临界CO2流体萃取法、冷榨法、热榨法的顺序依次降低。由于VE具有对光和热敏感的特点，容易发生氧化分解和聚合[14-15]，且热榨法中处理温度高于冷榨法、浸出法和超临界CO2流体萃取法的处理温度，因此热榨法获得的翅果油中VE含量较低。翅果油中角鲨烯含量按照热榨法、超临界CO2流体萃取法、浸出法和冷榨法的顺序依次降低。热榨法制得的翅果油中角鲨烯含量最高，可能是由于适当的前处理温度更有利于翅果油中角鲨烯的提取。翅果油中甾醇含量按照浸出法、超临界CO2流体萃取法、热榨法和冷榨法的顺序依次降低，这可能是由于有机溶剂和超临界CO2流体与原料接触得更加充分，更有利于甾醇的提取。检测结果表明，不同提取方法对翅果油中微量活性成分含量的影响较大。

3 结 论

以翅果油得率为指标，采用单因素试验和正交试验对超临界CO2流体萃取翅果油的工艺参数进行优化。比较了浸出法、超临界CO2流体萃取法、冷榨法和热榨法对翅果油得率及微量生物活性成分含量的影响。结果表明：超临界CO2流体萃取翅果油的最优工艺条件为萃取压力30 MPa、萃取温度50℃、萃取时间150 min、原料粒度80目，此条件下翅果油得率为(28.32±1.15)%；在翅果油得率方面，超临界CO2流体萃取法和浸出法的得率远高于压榨法，具有显著优势；在翅果油中微量生物活性成分方面，超临界CO2流体萃取法制得的翅果油中VE、角鲨烯、甾醇含量均较高，浸出法的翅果油中VE、甾醇含量最高，除热榨法的角鲨烯含量最高外，压榨法其他指标均较低。