亚临界萃取栀子果油工艺条件优化研究

冯菲菲，刘思思，刘汝宽，易有金，祁 鲲，杨 艳

(1.湖南省林业科学院木本油料资源利用国家重点实验室，湖南 长沙 410004； 2.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128； 3.河南省鲲华生物技术有限公司，河南 安阳 456150)

栀子果是茜草科(Rubiaceae)栀子属(Gardenia)常绿灌木栀子(Gardeniajasminoides)的果实，是原卫生部颁布的第一批药食两用资源之一[1]。目前针对栀子果的研究主要集中在药用价值和栀子黄色素的营养和保健作用，对其含有的油脂研究较少[2]。栀子果油中富含多种化学成分，主要有不皂化物(维生素E、植物甾醇等)、脂肪酸(油酸、亚油酸和亚麻酸等)、类胡萝卜素(藏红花素等)等，具有护肝利胆、抗肿瘤、保护心血管等药用价值[3-6]。随着人们对食品营养和生命健康的重视，栀子果油的价值逐渐引起重视。植物油提取方法主要有物理压榨法和有机溶剂提取法[7-8]，物理压榨法出油率较低，有机溶剂提取法容易残留溶剂。而亚临界萃取技术具有提取高效、生产成本低、保护物料中的热敏性成分不被破坏、可以工业化生产等优点[9-11]。本研究旨在通过对栀子果油亚临界萃取最佳工艺条件进行探索，为亚临界流体萃取栀子果油的深入研究及其产业化开发提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

栀子果购买自湖南省娄底市，50℃烘箱干制，含水率3.8%，含油率27.3%。

1.2 仪器设备

SZF-06A粗脂肪测定仪(上海新嘉有限公司)，CBE-T-5L亚临界流体提取设备(河南亚临界生物有限公司)，AZC-02粉碎机(永康市安质诚工贸有限公司)。

1.3 栀子果油亚临界萃取工艺优化试验

栀子果手工去壳后用高速多功能粉碎机粉碎，过筛。称取一定质量的过筛栀子果粉末放入网袋中，放入萃取罐中进行密封，启动亚临界设备，抽真空，注入一定比例的萃取剂将物料浸没浸泡，利用相似相溶的原理，在一定的温度下萃取一定时间和次数。固液分离后，萃取液进入蒸发系统，经过压缩机和真空泵的工作运行，将萃取剂由液态转为气态进行溶剂回收，收集分离罐内剩余物质并称量其质量，即为提取的栀子果油质量。

栀子果油提取率计算公式为：

1.3.1 单因素试验

以过筛的300g栀子果粉末为物料，分别考察萃取溶剂、物料过筛的筛网目数、料液比、萃取次数、萃取温度、萃取时间等因素对栀子果油提取率的影响。

(1)溶剂试验。溶剂设置为二甲醚、丙烷、四氟乙烷、丁烷等4种。其他参数为：筛网目数40目，料液比1∶5(g∶mL。下同)，温度40℃，萃取时间40min，萃取4次。

(2)筛网目数试验。筛网目数设置20、40、60、80、100目等5种。其他参数为：溶剂丁烷，料液比1∶5，温度40℃，萃取时间40min，萃取4次。

(3)萃取次数试验。萃取次数设置1、2、3、4、5次等5种。其他参数为：溶剂丁烷，筛网目数60目，料液比1∶5，温度40℃，萃取时间40min。

(4)萃取时间试验。萃取时间设置20、40、60、80、100min等5种。其他参数为：溶剂丁烷，筛网目数60目，料液比1∶5，温度40℃，萃取4次。

(5)萃取温度试验。萃取温度设置20、30、40、50、60、70℃等6种。其他参数为：溶剂丁烷，筛网目数20目，料液比1∶5，萃取时间20min，萃取4次。

(6)料液比试验。料液比设置1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11等5种。其他参数为：溶剂丁烷，筛网目数60 目，温度40℃，萃取时间20min，萃取4次。

1.3.2 正交试验

根据单因素试验结果，在溶剂为丁烷、筛网目数60目的前提下，选择萃取温度(A)、料液比(B)、萃取时间(C)、萃取次数(D)等4个因素，每个因素选取3个合适水平，设计正交试验，如表1所示。

表1 正交试验因素水平Tab. 1 Factors and levels of orthogonal test水平因素A/℃B/(g∶mL)C/minD/次1301∶55022401∶76033501∶9704

1.4 数据处理

采用SPSS 24.0软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 亚临界萃取栀子果油单因素试验

2.1.1 溶剂类型对栀子果油提取率的影响

由图1可知，4种溶剂萃取栀子果油的提取率不同。丙烷作为萃取溶剂时栀子果油提取率最高，达到76.42%；但丙烷沸点低，温度升高会增大罐内压强，存在安全隐患。二甲醚提取效果较好，提取率达到42.56%；但萃取物含其他物质，且颜色偏黑、感官性状较差，不适合栀子果油萃取。四氟乙烷提取率较低，只有3.92%。丁烷的提取率为76.04%，仅次于丙烷，且易获得，适合栀子果油萃取的工业应用。

图1 溶剂类型对栀子果油提取率的影响Fig.1 Effect of solvent type on extraction rate of gardenia fruit oil

2.1.2 筛网目数对栀子果油提取率的影响

由图2可知，随着筛网目数的增加栀子果油的提取率明显增加，达到峰值后略有下降。筛网目数为20目时，提取率为46.31%；筛网目数为60目时，提取率为83.84%，且达到最大值；而当筛网目数达到100目时，提取率为75.67%，较60目时的提取率下降9.74%。这是由于筛网目数过低，物料粒径过大，物料与萃取溶剂有效接触面积减小，从而引起萃取速度慢，提油率不高；若筛网目数过高，则原料粒径太小，会因物料粘连而引起物料板结，此外还会引起物料表面热效应增大，堆积密度随之升高，通透性下降，以至于萃取溶剂无法沿阻力小的路径运动，造成提取不均匀、提油效率下降。因此，物料粒径过小或过大均对栀子果油的提取率存在影响，过筛的筛网目数以60目为宜。

图2 筛网目数对栀子果油提取率的影响Fig.2 Effect of screen mesh number on extraction rate of gardenia fruit oil

2.1.3 萃取次数对栀子果油提取率的影响

从图3可以看出，随着萃取次数的增加，栀子果油的提取率也升高。当提取次数为1～3次时，随着萃取次数的增加，栀子果油的提取率上升较快；当提取次数超过3次后，提取率略有上升，但上升非常缓慢，且3、4、5次之间差异不显著。随着萃取次数的增加，总萃取时间也会延长。考虑到提取效果和时间、成本等因素之间的关系，提取次数宜选择3～4次。

图3 萃取次数对栀子果油提取率的影响Fig.3 Effect of frequency on extraction rate of gardenia fruit oil

2.1.4 萃取时间对栀子果油提取率的影响

由图4可知，当萃取时间在20～60min范围内时，随着萃取时间的延长，栀子果油提取率逐步升高。提取初期，溶剂与栀子原料接触不充分，因而提取率不高；随着萃取时间的增加，传质的萃取状态逐渐良好，因此提取率随之上升。萃取时间超过60min后，提取率并未见明显升高。这是由于萃取体系的渗透压逐渐达到平衡，萃取油脂量逐渐减少，继续延长萃取时间难以提高提取率。因此，萃取时间以60min左右为宜。

图4 萃取时间对栀子果油提取率的影响Fig.4 Effect of time on extraction rate of gardenia fruit oil

2.1.5 萃取温度对栀子果油提取率的影响

由图5可知，栀子果油提取率先随着萃取温度的提高而上升，达到峰值后，提取率趋于平稳并略有降低。温度为20℃时，提取率为48.32%；40℃时的提取率为64.82%，达到峰值。温度升高，可以增加溶质的扩散速率，促进物料中的油脂分子与溶剂接触，提取率上升；当温度进一步上升时，溶剂挥发速率提高，密度降低，油脂的溶解度随之降低，改变了亚临界状态，提取率反而会略有下降。因此，萃取温度为30～50℃时，栀子果油提取效果较好。

图5 萃取温度对栀子果油提取率的影响Fig.5 Effect of temperature on extraction rate of gardenia fruit oil

2.1.6 料液比对栀子果油提取率的影响

由图6可知，随着溶剂比例的增加，栀子果油提取率增加；当料液比大于1∶7时，随着溶剂比例的增加，栀子果油提取率上升幅度较大；当溶剂比例进一步提高时，提取率上升效果不明显。随着萃取溶剂比例的增大，萃取溶剂与栀子果物料的接触面积增加，会提高萃取过程中分子运动的浓度差，溶质扩散速度随之增加，提取率上升。当溶剂量达到一定值后，继续增加溶剂渗透压对提高提油率的作用较小。因此，料液比为1∶7比较适宜。

图6 料液比对栀子果油提取率的影响Fig.6 Effect of solid-liquid ratio on extraction rate of gardenia fruit oil

2.2 栀子果油萃取优化正交试验结果

从表2可知，萃取温度(A)、料液比(B)、萃取时间(C)、萃取次数(D)等4个因素的提取率的极差R分别为4.11%、2.28%、1.71%、8.98%，对栀子果油提取率的影响大小为：萃取次数>萃取温度>液料比>萃取时间。在单因素试验的基础上，用正交试验分析了萃取时间、萃取温度、液料比、萃取次数四个因素对栀子果油提取的影响，进一步优化并验证了提取工艺。

表2 亚临界萃取栀子果油正交试验极差分析Tab.2Range analysis of the orthogonal test of subcriti-cal extraction of gardenia fruit oil %处理因素水平ABCD提取率1111178.232122288.103133390.124212393.025223183.836231291.947313288.638321390.529332184.68K185.4886.6386.9082.24K289.6087.4988.6089.56K387.9488.9187.5391.22R4.112.281.718.98 注:K1、K2、K3分别为各因素1、2、3水平的提取率平均值。

采用正交试验对栀子果油提取工艺中影响较大的四个操作参数进行优化，得出亚临界方法萃取栀子果油的最优工艺为：萃取温度40 ℃、料液比1∶5、萃取时间 60 min、萃取次数4次，在此条件下的栀子果油提取率为93.02%。取同一批次栀子果原料2份，每份300 g，采用最佳工艺进行萃取，栀子果油的提取率平均为92.62%，试验结果经方差分析与正交试验基本一致，无显著差异(P>0.05)，说明工艺稳定可行。

3 结论与讨论

栀子果油作为我国特色的木本油，营养价值高；栀子果油中多不饱和脂肪酸、饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸的比例，较其它食用油更接近世界卫生组织和中国营养学会提出的1∶1∶1的黄金比例[12-13]。有研究发现，栀子果油对四氯化碳所导致的小鼠急性肝损伤具有保护作用[14]；另外发现，栀子果油中亚油酸含量较高[15]，具有降血糖、血脂的作用[16]。随着人们对健康的重视，栀子果油研究逐渐增多。

加工条件是影响得油率的重要因素。有研究表明，溶剂提取法提取栀子果油，对得油率的影响大小为：提取温度>提取时间>料液比[17]；亚临界萃取灵芝孢子油，萃取次数、萃取温度对萃取率影响极显著[18]。本研究表明，栀子果油萃取时，萃取次数、萃取温度、液料比、萃取时间4个因素对提取率的影响大小为萃取次数>萃取温度>料液比>萃取时间，这与前人研究相似。在单因素试验的基础上，用正交试验分析了萃取时间、萃取温度、液料比、萃取次数4个因素对提取栀子果油的影响，进一步优化并验证了提取工艺，得出亚临界方法萃取栀子果油的最优工艺为：萃取温度40℃、料液比1∶5、萃取时间 60min、萃取次数4次，在此条件下的栀子果油提取率为93.02%。本研究亚临界萃取栀子果油提取率比前人的研究结果略高，这可能与栀子品种、当年气候及加工条件不同有关。

经本试验优化的栀子果油亚临界萃取工艺提取率较高且工艺条件易达到，研究可为亚临界萃取在栀子果制油领域中的推广提供一定的理论依据。