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

（1.黑龙江工业学院 资源工程学院，黑龙江鸡西 158100；2.广西自然资源技术学院 自然资源工程系，广西崇左 532199）

香菜籽油作为天然香料之一，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 CO2Fluid，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。

表1 仪器型号及生产厂家

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。

表2 因素水平表

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。

图1 萃取压力对萃取率的影响

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。

图2 萃取温度对萃取率的影响

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。

图3 萃取时间对萃取率的影响

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%。

表3 正交试验结果及结果分析表

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。

图4 香菜籽油脂肪酸组分总离子流图

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。

表4 香菜籽油脂肪酸组成

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。