4 亚临界萃取牡丹籽油的工艺研究

收 稿日期 : 2015 07 28; 修回日期 : 2016 03 03作者简介 : 杨 倩 ( 1978) ， 女 ， 工 程师 ， 硕士研究生 ， 主要从事天然产物的提取及研究工作 ( 63 脂加工亚临界萃取牡丹籽油的工艺研究杨 倩 ， 祁 鲲 ， 王 金顺 ， 朱新亮 ， 王林林 ， 胡 鹏( 河南省亚临界生物技术有限公司 ， 河 南 安阳 455000)摘 要 : 以牡丹籽为原料 、亚临界丁烷为萃取溶剂 、牡丹籽油萃取率为评价指标 ， 选择萃取次数 、萃取温度 、萃取时间 、料液比为考察因素 ， 采用正交试验优化亚临界萃取牡丹籽油的最佳工艺条件 。结果表明 : 亚临界萃取牡丹籽油的最佳工艺条件为萃取温度 40、萃取时间 40 取次数 4 次 、料液比 12， 在此条件下 ， 牡丹籽油萃取率为 95 16%。牡丹籽油中油酸 、亚油酸 、亚麻酸含量分别为 2567%、2248%、4482%。关键词 : 牡丹籽油 ; 亚临界萃取 ; 丁烷中图分类号 : 献标识码 : A 文章编号 : 1003 7969( 2016) 05 0015 04of o ， ，55000， as as as of to as of by of as 0， 0 ， of to 2 of 516% of of 5 67%， 22 48% 2%， ey 籽为毛茛科芍药属牡丹的成熟种子 ， 牡丹籽中富含人体必需的脂肪酸 、维生素 E 和角鲨烯等 1。2011 年 3 月 22 日 牡丹籽油被国家卫生部批准为新资源食品 。牡丹籽油具有预防心脑血管疾病 、降血脂 、降胆固醇 、增强自身免疫力等功效 。据报道 2， 牡 丹籽油是一种极其珍贵的木本植物油 ，含有丰富的不饱和脂肪酸 ， 其中亚麻酸含量达到6713%， 亚油酸含量达到 2457%。牡丹籽油的提取方法很多 ， 但由于牡丹籽油耐热性差 ， 采用传统的热榨法提取 ， 油脂中营养成分和热敏性成分会被破坏 。机械压榨法提取油脂存在产品得率低的缺点 ， 有机溶剂萃取法有工艺较复杂和污染环境的问题 。超临界二氧化碳萃取法存在生产成本昂贵 ， 无法规模化生产等问题 3 6。亚 临界萃取技术是一种新型萃取与分离技术 ， 其根据相似相溶原理以亚临界状态存在的萃取剂为溶媒 ， 利用其扩散性能强 、传质速度快和溶解能力高的特点 ， 萃取目标组分并进行分离 。亚临界萃取技术具有耗能低 、提取效率高 、生产成本较超临界技术大幅降低 、可以工业化大规模生产等优点 7。由 于亚临界萃取可以在较低温度下进行 ， 最大限度地保护物料中的热敏性成分不被破坏 ， 因此亚临界萃取技术在天然产物分离中发挥着越来越重要的作用 。目前利用亚临界技术萃取芝麻油 8 9、油 茶籽油 10、文 冠果籽油 11、胡 麻籽油 12等油脂均有研究 ， 但 采用亚临界技术萃取牡丹籽中油脂鲜有报道 。本文以亚临界512016 年 第 41 卷 第 5 期 中 国 油 脂萃取技术对牡 丹籽油进行萃取 ， 在单因素试验的基础上利用正交试验对影响牡丹籽油萃取率的参数进行优化 ， 确定最佳工艺条件 ， 为牡丹籽油的工业化生产提供参考 。1 材料与方法11 试验材料111 原料与试剂牡 丹 籽 : 无 虫 害 ， 颗 粒 饱 满 ， 油 脂 含 量 为206%， 购于山东菏泽尧舜牡丹生物科技有限公司 ;丁烷 : 含量 99%， 购于安阳嘉能燃气有限公司 ; 氢氧化钠 、95%乙醇 、氢氧化钾 、石油醚 、乙酸 、碘化钾 、硫代硫酸钠 、95%乙醇 、异辛烷均为分析纯 。112 仪器与设备5L 亚临界流体萃取试验装置 ( 河南省亚临界生物技术有限公司 ) ; 30B 型 万能粉碎机( 浙江温州成东药机厂 ) ; 88 X 电 热恒温干燥箱 ; H H. 45恒温水浴锅 ; M 200电子天平 ; 2010 气相色谱仪 ( 山东金普分析仪器有限公司 ) 。12 试验方法121 亚临界丁烷萃取牡丹籽油将牡丹籽原料筛选 ， 除杂 ， 粉碎过 60 目筛后装入萃取器 。关闭进料器后 ， 抽出萃取器中的大部分空气 。注入液化丁烷在一定温度下萃取一定时间 。萃取完成后 ， 抽取完萃取器中萃取液后 ， 打开萃取器的排气阀门 ， 使牡丹籽粕中吸附的丁烷汽化与牡丹籽粕分离 ， 排出萃取器完成脱溶工序 。脱溶后 ， 牡丹籽粕即可排出萃取器 。萃取液经过蒸发系统蒸发溶剂 ， 得到牡丹籽油 。丁烷经过压缩 、液化 ， 流回溶剂罐 ， 循环使用 。工艺流程见图 1。图 1 亚临界萃取牡丹籽油工艺流程称取所得牡丹籽油质量 ， 计 算萃取率 ， 平行测定3 次取其平均值 。牡丹籽油萃取率 = 牡丹籽油质量 /牡丹籽含油脂质量 100%122 牡丹籽油理化指标测定色泽 : 参照 224602008动植物油脂 罗维朋色泽的测定 ; 透明度 、气味 、滋味 : 参照 55252008植物油脂 透明度 、气味 、滋味鉴定法 ;酸值 : 参照 55302005动植物油脂 酸值和酸度的测定 ; 过氧化值 : 参照 55382005动植物油脂 过氧化值的测定 ; 皂化值 : 参照 55342008动植物油脂 皂化值的测定 ; 脂肪酸组成及含量 : 参照 173762008动植物油脂 脂肪酸甲酯制备 、 173772008动 植物油脂 脂肪酸甲酯的气相色谱分析 。2 结 果与分析21 亚临界丁烷萃取牡丹籽油的单因素试验211 萃取次数对牡丹籽油萃取率的影响以亚临界丁烷作为萃取溶剂 ， 确定萃取温度为40， 萃取时间为 40 料液比为 1 2， 考察萃取次数对牡丹籽油萃取率的影响 。结果见图 2。图 2 萃取次数对牡丹籽油萃取率的影响由 图 2 可知 ， 牡丹籽油萃取率随着萃取次数的增多而提高 ， 萃取 3 次之前萃取率提高较快 ， 萃取 3次之后萃取率提高速率趋于平缓 ， 继续增加萃取次数对提高牡丹籽油萃取率意义不大 。综合考虑萃取效率 、能耗等因素 ， 选择 3 次作为最佳萃取次数 。212 萃取温度对牡丹籽油萃取率的影响以亚临界丁烷作为萃取溶剂 ， 确定萃取时间为30 料液比为 12， 萃取次数为 3 次 ， 考察萃取温度对牡丹籽油萃取率的影响 。结果见图 3。图 3 萃取温度对牡丹籽油萃取率的影响萃 取温度升高能加速溶剂和溶质分子的热运动 ， 增加溶质的溶解度和扩散速率 ， 萃取率和萃取速度均有提高 ， 但萃取温度过高易使热敏性成分被分解破坏 13。由 图 3 可知 ， 随着萃取温度的升高牡丹61 016 41 5籽 油萃取率不断提高 ， 萃取温度达到 40后萃取率提高速率趋于平缓 。综合考虑产品品质 、能耗等因素 ， 选择 40作为最佳萃取温度 。213 萃取时间对牡丹籽油萃取率的影响以亚临界丁烷作为萃取溶剂 ， 确定萃取温度为40， 料液比为 12， 萃取次数为 3 次 ， 考察萃取时间对牡丹籽油萃取率的影响 。结果见图 4。图 4 萃取时间对牡丹籽油萃取率的影响由 图 4 可知 ， 萃取时间在 20 40 ， 牡丹籽油萃取率快速提高 ， 萃取 40 后 ， 牡丹籽油萃取率提高速率趋于平缓 。根据 脂提取模型 14， 0 20 取刚开始 ， 此时细胞内部油脂还未向外部溶剂进行扩散 ， 因此萃取率较低 ; 随着萃取时间的延长 ， 萃取时间达到 20 40 细胞内部油脂向外部溶剂进行扩散 ， 萃取率基本达到最高值 。40 后萃取逐渐到达平稳阶段以及慢速传质阶段 ， 在慢速传质阶段 ， 细胞内部油脂向外部溶剂扩散达到动态平衡之后 ， 萃取率提高速率趋于平缓 。因此 ， 选择萃取时间 40 宜 。214 料液比对牡丹籽油萃取率的影响以亚临界丁烷作为萃取溶剂 ， 确定萃取温度为40， 萃取时间为 40 萃取次数为 3 次 ， 考察料液比对牡丹籽油萃取率的影响 。结果见图 5。图 5 料液比对牡丹籽油萃取率的影响由 图 5 可知 ， 牡丹籽油萃取率随料液比的增大而提高 ， 在料液比为 11 12 时 ， 萃取率提高较快 ，之后提高速率趋于平缓 。综合考虑溶剂消耗 、能耗等因素 ， 选择料液比 12 为宜 。22 亚临界丁烷萃取牡丹籽油的正交试验在单因素试验的基础上 ， 以牡丹籽油萃取率为评价指标 ， 以萃取次数 、萃取温度 、萃取时间及料液比为因素 ， 采用 34) 正 交试验优化亚临界萃取牡丹籽油的最佳工艺 。正交试验因素与水平见表 1，正交试验设计与结果见表 2。表 1 正交试验因素与水平水 平A 萃取次数B 萃取温度 /C 萃取时间 / 液比1 2 35 35 1152 3 40 40 1203 4 45 45 125表 2 正交试验设计与结果试 验号 A B C D 萃取率 /%1 1 1 1 1 85272 1 2 2 2 88413 1 3 3 3 87264 2 1 2 3 89355 2 2 3 1 92216 2 3 1 2 91847 3 1 3 2 93218 3 2 1 3 95219 3 3 2 1 94778 8928 9077 90753 9194 9084 91150 9129 9089 9061 742 266 012 054由 表 2 可知 ， 各因素对牡丹籽油萃取率影响的主次排序为 A B D C， 即萃取次数 萃取温度 料液比 萃取时间 。工艺参数最佳组合为即 萃取次数 4 次 、萃取温度 40、萃取时间 45 液比 12。由于萃取时间对牡丹籽油萃取率影响较小 ， 从节约能耗的角度考虑 ， 选取萃取时间为 40 3 验证试验取同一批次牡丹籽原料 3 份 ， 每份 2 在萃取次数 4 次 、萃取温度 40、萃取时间 40 液比12 的条件下进行 3 组平行试验 ， 牡丹籽油的萃取率平均为 9516%， 说明工艺稳定可行 。24 牡丹籽油的理化指标 ( 见表 3)表 3 亚临界萃取牡丹籽油的理化指标项 目 指标色泽 ( 133 4 维朋比色槽 )25透 明度 ( 20， 24 h) 澄清 、透明过氧化值 /( 72酸值 ( ( mg/g) 38气味 、滋味 具有油脂的芳香味 、无异味皂化值 ( ( mg/g) 181712016 年 第 41 卷 第 5 期 中 国 油 脂由 表 3 可知 ， 亚临界萃取牡丹籽油酸值和过氧化值较低 ， 满足 7162005食用植物油卫生标准 。亚 临界萃取牡丹籽油色泽比较深 ， 需要进行脱色处理 。25 牡丹籽油的脂肪酸组成及含量 ( 见表 4)表 4 亚临界萃取牡丹籽油的脂肪酸组成及含量 %棕 榈酸 硬脂酸 油酸 亚油酸 亚麻酸505 147 2567 2248 4482由 表 4 可知 ， 亚临界萃取牡丹籽油中油酸 、亚油酸 、亚麻酸含量丰富 。不饱和脂肪酸含量达到9297%， 其中亚麻酸含量高达 44 82%。这与易军鹏 3、姚 茂君 15等 研究结论不一致 ， 与周海梅等 16检测结果有差异 ， 这可能与牡丹品种和生长环境有关 系 。3 结 论通过单因素试验和正交试验确定了牡丹籽粒度在 60 目时 ， 亚临界丁烷萃取牡丹籽油的最佳工艺条件为 : 萃取次数 4 次 ， 萃取温度 40， 料液比 12， 萃取时间 40 最佳工艺条件下 ， 牡丹籽油萃取率为 9516%。牡丹籽油中油酸 、亚油酸 、亚麻酸总量达到 9297%， 其中亚麻酸含量高达 44 82%。牡丹籽油中饱和脂肪酸含量低 ， 不饱和脂肪酸含量高 ，若用牡丹籽油与常见食用油进行合理调配 ， 开发具有营养保健功能的调和油 ， 可使牡丹资源发挥更好的效益 。参考文献 : 1 朱 献标 ， 翟文婷 ， 董秀勋 ， 等 牡丹籽油化学成分及功能研究进展 J 中国油脂 ， 2014， 39( 1) : 88 91 2 H ， B， ， J 2005， 15( 5) : 345 351 3 易 军鹏 牡丹籽化学成分分析与牡丹籽油提取工艺研究 D 江苏 镇江 : 江苏大学 ， 2009 4 A A 20012003) J 2003， 7( 4) : 321 330 5 ， of J J 2002， 79( 3) : 231 235 6 G of in J J 2009， 86( 11) : 1129 1135 7 祁 鲲 亚临界溶剂生物萃取技术的发展及现状 J 粮食与食品工业 ， 2012， 19( 5) : 5 8 8 汪 学德 利用亚临界浸出技术提取芝麻油的研究 C / /第十四届国际谷物科技与面包大会暨国际油料与油脂发展论坛论文集 北京 : 北京理工大学出版社 ， 2012 9 刘日斌 ， 汪学德 ， 鞠阳 ， 等 亚临界丁烷萃取芝麻油工艺及其品质分析 J 中国油脂 ， 2014， 39( 5) : 1 4 10 苗 建银 ， 车科 ， 陈雪香 ， 等 亚临界流体萃取油茶籽油的抗氧化活性的研究 J 林产化学与工业 ， 2012， 32( 4) : 67 71 11 李 冰 ， 朱刚 ， 郝琴 ， 等 亚临界萃取法提取文冠果籽油工艺研究 J 粮油加工 ， 2014( 11) : 45 48 12 万 楚筠 ， 黄凤洪 ， 张明 ， 等 亚临界流体萃取胡麻籽低温压榨饼中油脂 J 农业工程学报 ， 2014， 30 ( 2