香菜籽油的超临界CO2萃取工艺研究

秦玉珠 姜娜 徐炎玉 张文斌 邢成砚

摘 要：本文采用超临界CO2萃取法（Supercritical CO2 Fluid，SCF）对香菜籽油进行萃取，在对萃取时间、压力、温度进行单因素试验基础上，设计正交试验以优化萃取条件。结果表明，SCF最佳萃取工艺条件为温度35 ℃、压力30 MPa、时间45 min，此条件下萃取率达16.26%。此外，用气相色谱-质谱联用法分析香菜籽油各类脂肪酸的含量，得知其主要组分为油酸甲酯（68.43%）、亚油酸甲酯（17.73%）、棕榈酸甲酯（7.42%），表明香菜籽油中富含油酸、亚油酸及棕榈酸，是一种具有极高营养价值的保健型油脂。

关键词：香菜籽油;超临界CO2萃取 （SCF）;正交试验;气相色谱-质谱联用;脂肪酸

Study on Supercritical CO2 Extraction Technology of Coriander Seed Oil

QIN Yuzhu1， JIANG Na1， XU Yanyu1， ZHANG Wenbin1， XING Chengyan2

（1.Department of Environmental Engineering， Heilongjiang University of Technology， Jixi 158100， China; 2.Department of Natural Resources Engineering， Guangxi Natural Resources Vocational and Technical College， Chongzuo 532199， China）

Abstract： In this paper， Supercritical CO2 Fluid （SCF） was used to extract coriander seed oil. On the basis of single factor test of SCF extraction time， pressure and temperature， orthogonal test was designed to optimize the extraction conditions. The results showed that the best extraction conditions of SCF were 35 ℃， 30 MPa and 45 min. Under these conditions， the extraction yield was 16.26%. In addition， coriander seed oil was analyzed for fatty acids. The main components were methyl oleate （68.43%）， phenylalanine （17.73%）， methyl palmitate （7.42%）. The analysis results showed that the coriander oil was rich in oleic acid， linoleic acid and palmitic acid， which was a kind of health care oil with high application value.

Keywords： coriander seed oil; supercritical CO2 fluid （SCF）; orthogonal test; gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）; fatty acid

香菜籽油作為天然香料之一，在食品、医药、保健等方面发挥着特殊的作用，但其脂肪酸成分及含量的研究鲜有人报道[1-4]。在油脂工业上，传统提取方法为机械压榨法和溶剂萃取法，前者是最早用于提取植物油的方式，但其产率较低，后者在萃取率上高于机械压榨法，但溶剂残留问题严重，与之相比，超临界CO2萃取（Supercritical CO2 Fluid，SCF）具有无溶剂残留、高萃取率、低温等诸多优点[5-6]。本文主要研究SCF萃取香菜籽油，优化提取工艺、分析油脂脂肪酸成分及含量，以期为香菜籽油的工业化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

香菜籽，新籽一级，北京爱德万斯种子有限公司;CO2气体，纯度≥99.9%，哈尔滨黎明气体有限公司;石油醚（60～90 ℃沸程）分析纯;KI分析纯;酚酞指示剂分析纯;14%三氟化硼-甲醇溶液，德国Sigma-Aldrich;Na2S2O3分析纯;基准重铬酸钾。

1.2 仪器与设备

实验所用仪器型号及生产厂家见表1。

1.3 工艺流程

香菜籽除杂清洗后，105 ℃鼓风干燥箱干燥4 h，用FW-177万能高速粉碎机粉碎后，过40目筛，称取香菜籽粉250 g，装料于1 L萃取釜中，SCF萃取后得香菜籽油。

1.4 分析检测方法

1.4.1 萃取率计算

萃取率的计算公式为

式中：ω为香菜籽油萃取率，%;m为香菜籽油质量，g;M为香菜籽装料量，g。

1.4.2 脂肪的提取与甲酯化

参照GB/T 22223—2008操作进行气相色谱-质谱联用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）分析。

1.4.3 脂肪酸的GC-MS分析

使用GC-MS对SCF萃取的香菜籽油进行脂肪酸分析[7-11]。

1.4.4 酸价和过氧化值的检测

酸价和过氧化值的检测分别参照国标GB 5009.229—2016和国标GB 5009.227—2016的第一法。

1.5 单因素实验

1.5.1 压力对萃取率的影响

粉碎后的香菜籽过40目筛并称取250 g置于超临界二氧化碳萃取设备的1 L容量的萃取釜中，温度设为30 ℃，时间为90 min;SCF萃取设备中控制CO2流体流量为40 L·h-1，从 25 MPa开始每增加 5 MPa测定一次萃取率，得到不同萃取压力下的萃取率。

1.5.2 温度对萃取率的影响

保持香菜籽油萃取压力为35 MPa，其他工艺条件见1.5.1，从25 ℃开始每增加5 ℃测定一次萃取率。

1.5.3 时间对萃取率的影响

粉碎后的香菜籽置于萃取釜中，温度设为35 ℃，萃取压力设为35 MPa，每隔15 min测定一次萃取率，得到不同时间下的萃取率。

1.6 正交实验

根据单因素试验结果，找出对萃取率影响较大的参数，设计正交试验方案进行试验，寻找最佳工艺条件。将温度、压力、时间3个因素作为SCF对香菜籽油提取率的影响因素，以萃取率为标准，设计因素水平表，如表2所示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 压力对萃取率的影响

由图1可知，香菜籽油的萃取率受压力影响较大，压力大于25 MPa时，萃取率随压力升高急剧增大，当压力超过35 MPa后，萃取率趋于稳定，约为12.4%，这可能是由于压力使细胞壁破碎程度加大，CO2能够充分萃取香菜籽油，萃取率增大。因此，采用SCF对香菜籽油进行萃取时选用的最优萃取压力在35 MPa左右。

2.1.2 温度对萃取率的影响

由图2可看出，在温度为35 ℃时，香菜籽油的萃取率最高。这可能是由于温度上升，CO2的热传导速度加快，扩散系数也会增大，CO2的渗透性和传质速度都会有所提高，得率也会增加。萃取温度超过35 ℃后，由于CO2流体的浓度减小，其对芳香类物质的溶解量也随之减少，从而使香菜籽油的产率有所下降，同时高温对热敏性的芳香类化合物造成一定损坏。实验结果表明，35 ℃为最佳萃取温度。

2.1.3 时间对萃取率的影响

由图3可看出，随着时间的推移，萃取率不断增大，在45 min后，萃取率变化不大，综合考虑，将正交试验的萃取时间控制在45 min以内。

2.2 正交试验结果与分析

由表3可知，极差的大小顺序为RA>RB=RC，说明对萃取率影响最大的因素是萃取温度，其次是萃取压力和萃取时间。最优萃取工艺条件为A3B2C3，即萃取温度35 ℃、萃取压力为30 MPa、萃取时间45 min，得到的香菜籽油出油率为16.26%。

2.3 挥发性成分分析

采用气质联用法对香菜籽油的脂肪酸种类及含量进行分析，总离子流图见图4。

由图4可知，香菜籽油的脂肪酸成分复杂，主要成分列于表4。由表4可知，香菜籽油的脂肪酸中主要为油酸（68.43%）、亚油酸（17.73%）和棕榈酸（7.42%）;说明香菜籽油有营养和药用价值。

2.4 香菜籽油的理化特性

酸价是指1 g油脂类皂化工艺中所需要的氢氧化钾含量，是衡量油品新鲜程度和质量的重要指标，根据国家食用植物油的卫生要求，油内含有的游离脂肪酸酸价应小于3 mg（KOH）g-1，不超过5 mg（KOH）g-1，一级油小于0.2 mg（KOH）g-1，过氧化值不得高于7.5 meq·kg-1。超临界二氧化碳萃取的香菜籽油酸价为5.30 mg（KOH）g-1，高于食用植物油的要求，可能是由于贮存不当而造成油质污染;香菜籽油的过氧化值为6.8 meq·kg-1，含量较低，表明香菜籽油达到了我国食用油过氧化值的国家标准。

3 结论

实验结果表明，SCF最佳萃取工艺条件为温度35 ℃、压力30 MPa、时间45 min，此条件下萃取率为16.26%。用GC-MS对香菜籽油各类脂肪酸的含量进行分析，主要组分为油酸甲酯（68.43%）、亚油酸甲酯（17.73%）、棕榈酸甲酯（7.42%），表明香菜籽油是一种具有极高营养价值的保健型油脂。

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