超临界萃取带鱼鱼油的研究.doc

2013年度本科生毕业论文超临界萃取带鱼鱼油的研究学 院： 理工学院 专 业： 化 学 年 级： 2009级 学生姓名： xxx 学 号： xxxxxxx 导师及职称： xxxxx（教授） 2013年5月2013 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate Study on the Extraction of Oil from Ribbonfish by Supercritical FluidDepartment: School of Science and TechnologyMajor: ChemistryGrade: 2009Students Name: xxxStudent No.: xxxxTutor: xxxx Finished by May, 2013毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解琼州学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名：日期： 日期： xxx 毕业论文答辩小组成员名单姓名职称单位备注琼州学院本科毕业论文 (设计)摘 要带鱼是我国四大海产经济鱼类，而且在各种海洋鱼类中其产量最高。其体内的脂肪含量也比较高，脂肪成分中含有较多的不饱和脂肪酸，其中的DHA和EPA是人体的必需氨基酸(EFA)，它们具有降血脂、预防动脉硬化、抗炎和抗过敏性疾病、抗肿瘤、健脑名目等重要的生理作用。利用超临界萃取法萃取带鱼鱼油的研究，将会为带鱼的综合利用提供一定的理论依据。本论文以新鲜的带鱼为原料，研究采用超临界萃取法萃取带鱼鱼油，以带鱼鱼油的萃取率为指标，通过对萃取压力，萃取温度，萃取时间的单因素实验得到大致的萃取条件，然后通过正交试验优化超临界萃取带鱼鱼油的工艺参数，从而确定超临界萃取带鱼鱼油的最佳工艺参数：萃取压力为22.0640 MPa，萃取温度为39 ，萃取的时间为165 min，萃取时二氧化碳的流量为15 ml/min。在该条件下带鱼鱼油的萃取率为0.8475%,所得鱼油为浅黄色的油状液体，有鱼腥味。关键词：带鱼；超临界萃取；鱼油；萃取率 ABSTRACTRibbonfish(Trichiurus haumela)is the fourth largest marine food fishes of China and it is has the highest yield in a variety of marine fishes. Fish oil is rich in DHA and EPA which contain the unsaturated fatty acid that is very important to human health. Studying on supercritical extraction hairtail fish oil use, will provide theoretical basis for comprehensive utilization of ribbonfish .In my study，with the fresh ribbonfish as raw material， I extracted fish oil by using supercritical extraction. Through the single factor experiment of extraction pressure, extraction temperature, extraction time to get the roughly extraction conditions，and from the orthogonal experiment I get the conclusion that the optimal process conditions of supercritical extraction is: extraction pressure 26.0640MPa， extraction temperature 39 ，extraction time 165min and the carbon dioxide flow for 15ml/min，and the ratio of oil is 0.8475%.Keywords: Ribbonfish; Supercritical Fluid extraction;fish oil;Processing condition目 录第一章 绪论11.1 研究背景11.2 研究现状11.3 主要研究工作及意义2第二章 实验材料与方法32.1 实验用品32.1.1 材料和试剂32.1.2 仪器设备32. 2 实验方法32.2.1 工艺流程32.2.2 实验过程42.2.3 带鱼鱼油萃取率的计算4第三章 实验结果分析及讨论53.1 实验条件的选择53.1.1 萃取压力对带鱼鱼油萃取率的影响53.1.2 萃取温度对带鱼鱼油萃取率的影响63.1.3 萃取时间对带鱼鱼油萃取率的影响63.1.4 正交试验73.2 最佳工艺条件的验证8第四章 结论10参考文献11致谢12第一章 绪论1.1 研究背景带鱼（Trichiurus haumela）是鱼纲鲈形目带鱼科鱼类，有白带鱼、刀鱼、高鳍带鱼、鞭鱼等别名。在我国的黄海、东海、渤海、南海都有分布，数量甚多，属于四大海产经济鱼类之一。带鱼的鱼肉厚而且刺少，营养丰富，其脂肪含量高于一般鱼类，每百克带鱼内含脂肪7.4 g1。另外,带鱼表层的银脂中不饱和脂肪酸的含量比较多,其具有很多重要的作用,比如降低胆固醇、使皮肤细嫩、增强表皮细胞的活力等。近年的相关研究表明，鱼油中含有的亚麻酸、亚油酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA)等多种不饱和脂肪酸对人体的健康有重要的影响。其中的-3型的氨基酸二十五碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(EFA)是人体的必需氨基酸(EFA),它们具有降血脂、预防动脉硬化、抗炎和抗过敏性疾病、抗肿瘤、健脑名目2等重要的生理作用。1.2 研究现状国内萃取鱼油的一般采用压榨法、有机溶剂法、蒸煮法、淡碱水解法、酶解法、超临界流体萃取法等。(1)压榨法压榨法是直接对原料进行压榨进而得到粗鱼油。压榨法操作简单但是提取率比较低3。(2)有机溶剂法有机溶剂法是利用有机溶剂对原料中的脂肪进行提取4。有机溶剂法提取鱼油不能将与蛋白质结合的脂肪分离、提取出来，因此提取率相对较低，而且在提取的过程中有机溶剂有些易挥发从而造成经济损失和一定的环境污染。(3)蒸煮法蒸煮法是在蒸煮加热的条件下，使鱼体的细胞破坏，从而使鱼油分离出来5。蒸煮法具有比较大的缺点,投资比较大,而且不能将与蛋白质结合的脂肪完全分离出来,因此提取率较低,蒸煮法提取温度一般在60左右，会降低鱼油的品质。(4)淡碱水解法0第一章 绪论淡碱水解法是利用淡的碱液将鱼类原料中的蛋白质分解，破坏蛋白质与脂肪的结合关系，使脂肪分离出来。传统的淡碱水解法所用的淡碱为氢氧化钠的稀溶液,盐为氯化钠溶液,而且工艺已经非常成熟.此方法简单,所得的鱼油质量好,价格低廉,但是在提取过程中产生的废液钠盐的含量高,从而形成新的废物,也对环境造成一定的污染。氨法提取鱼油解决了钠盐含量高的问题，而且这种方法的提取废液可作为肥料得到利用。但是工艺过程中得到氨水，其挥发性比较大，具有刺激性，因此很少利用6。钾法提取鱼油，所用的原料钾盐是传统农业肥料，再加上提取鱼油后的废料里含有大量的氨基酸、蛋白质等，是良好的绿色肥料7。(5)酶解法酶解法是利用蛋白酶的水解作用，破坏蛋白质和脂肪的结合关系，使油脂释放出来8。这种方法大大提高了原料的利用率，提取率相对较高，且操作条件比较温和，同时酶解液中还有丰富的小分子肽和氨基酸等，可以进一步利用。(6)超临界流体萃取法超临界流体萃取(SFE)是在超临界状态下，将超临界流体(一般采用CO2)与待分离的物质接触，控制体系的压力和温度使其有选择性的萃取其中的某一成分，然后通过温度或压力的变化，降低超临界流体的密度，对萃取的物质进行分离出来9。超临界流体萃取技术的提取率高，对鱼油的功能成分破坏最小，产品的纯度比较高，没有溶剂残留，对环境无污染，是一种具有相当发展潜力的高新分离方法。1.3 主要研究工作及意义本文主要研究了以带鱼为原料，采用超临界萃取法从带鱼中提取鱼油。超临界CO2萃取由于萃取温度低（CO2的临界温度为31.1 ）、不易破坏被萃取物的生理活性、选择性好、无溶剂残留，所以特别适合萃取鱼油这类热敏性、易氧化的天然产物10。本文对超临界萃取带鱼鱼油的过程中萃取压力、萃取温度、萃取时间这几个对鱼油萃取率有影响的因素进行探讨，从而确定合适的工艺参数。目前国内外对鱼油的萃取研究有比较多的报道，但是没有利用超临界萃取带鱼鱼油的研究报道，因此开展利用超临界技术萃取带鱼鱼油的研究变得尤为重要。本研究以市售的带鱼为原料，采用超临界萃取技术对其中鱼油的萃取条件进行研究，可以为带鱼资源的综合利用提供理论依据。琼州学院本科毕业论文 (设计)第二章 实验材料与方法2.1 实验用品 2.1.1 材料和试剂带鱼 三亚市售；2.1.2 仪器设备高纯度二氧化碳（纯度99.999% ） 海南佳腾化工气体有限公司；超临界萃取仪SFT-100XW 美国超临界流体技术公司 ；九阳料理机 九阳股份有限公司；电子分析天平（精密度0.0001 g） 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；电冰箱 青岛海尔股份有限公司 ；玻璃仪器；菜刀2.2 实验方法2.2.1 工艺流程带鱼超临界萃取调温调压调动态粉碎分离萃取残渣带鱼鱼油工艺流程图如下：图2-1 工艺流程图第二章 实验材料与方法2.2.2 实验过程（1）粉碎 将市售干新鲜带鱼放到豆浆机内进行粉碎，粉碎度适宜即可。（2）装料 将萃取釜清洁并干燥后安装到正确位置,放入料包,并拧紧螺纹使之不发生泄露。（3）吹扫 打开萃取釜出口阀门，用CO2吹扫整个系统管路，到CO2气体流出后持续几分钟，吹扫结束，关闭萃取釜的出口阀门。（4）设定参数 设定萃取釜的工作压力、警报压力（比工作压力高1000psi）、CO2流量、萃取釜工作温度、背压阀温度（背压阀的温度以高于萃取釜工作温度5-10为宜）。（5）萃取 先打开二氧化碳钢瓶，再打开制冷开关及CO2高压泵开关，经过一段时间后，萃取釜内的温度和压力会在设定的平衡值内上下浮动。调节动态流量使其小于CO2泵的设置流量以维持恒定压力，使萃取达到一个动态平衡，直至萃取结束。（6）结束 萃取结束先关闭CO2高压泵再关闭二氧化碳钢瓶，等待萃取釜的表面温度降低后，釜内压力达到常压，打开萃取釜，取出带鱼，操作结束。（7）称量 用分析天平分别称量萃取前后萃取后玻璃收集瓶的质量。2.2.3 带鱼鱼油萃取率的计算带鱼鱼油的萃取率是超临界萃取效果的考察指标，其数值直接影响各因素的水平选择，计算带鱼鱼油的萃取率：式中：m为萃取所得的带鱼鱼油的质量（g）；M为带鱼原料的质量（g）。1琼州学院本科毕业论文 (设计)第三章 实验结果分析及讨论Error! No bookmark name given.3.1 实验条件的选择对超临界萃取带鱼鱼油的三个条件即萃取压力（MPa），萃取温度（），萃取时间（min）进行单因素实验，以确定单因素的最佳水平。3.1.1萃取压力对带鱼鱼油萃取率的影响萃取压力的高低是影响被萃取物质中溶质在超临界CO2流体中溶解度高低的重要因素，同时也影响到萃取率的高低。因此需要通过单因素实验来确定适宜的压力范围。本文选取的萃取压力分别为17.9270 MPa、20.685 MPa、23.443 MPa、26.201 MPa。萃取的温度为42 ，萃取的时间为150 min，萃取时二氧化碳的流速为15 ml/min，萃取时使用的二氧化碳的纯度99.9%，实验结果见表3-1。表3-1 萃取压力单因素实验结果原料质量/g50.126950.083750.009151.0233萃取压力/MPa17.927020.685023.443026.2010初始质量/g25.487925.998325.499416.2284结束质量/g25.708926.228425.998426.6099鱼油质量/g0.22100.23010.49900.3815萃取率/%0.44090.45940.99780.7477从萃取压力对带鱼鱼油萃取率影响的表中可以看出压力从17.9270 MPa升至20.6850 MPa的过程中，萃取率的变化不大，从20.6850MPa升至23.4430 MPa时带鱼鱼油的萃取率迅速提高。这主要是由于超临界萃取的压力变化,既影响着萃取效率,同时也影响着萃取的选择性。当温度一定时，随压力的增大，超临界CO2流体的密度也会增加，从而使其溶解度增大，溶解度对压力呈正相关关系。但是萃取压力从23.4430 MPa升至26.2010 MPa时带鱼鱼油的萃取率有明显的下降。主要原因是因为当萃取压力不断地升高后，超临界CO2流体的密度不断地增大，使CO2流体扩散性能有所减弱，从而造成两相接触传质效率降低，这对于带鱼鱼油萃取率的提高十分不利。在实际生产的过程中，萃取压力太高之后，对萃取设备的耐压等级的要求就高，这就对于材质提出更高的要求，使得设备的费用提高。综合考虑萃取压力为23.4430 MPa左右最好。第三章实验结果分析及讨论3.1.2 萃取温度对带鱼鱼油萃取率的影响对于温度来说，31.06以上才是超临界状态，因此本实验选取的萃取温度分别为35 、39 、45 、49 ，进行萃取温度对带鱼鱼油萃取率影响的单因素实验。从而确定最佳的温度。实验时的萃取压力为23.4430 MPa，萃取的时间为90 min，萃取时二氧化碳的流速为15 ml/min，萃取时二氧化碳的纯度为 99.999%，实验结果见表3-2。表3-2 萃取温度单因素实验结果原料质量/g50.011450.245250.238850.0017萃取温度/35394549初始质量/g26.871926.613425.624625.7174结束质量/g27.059326.876425.735525.8043鱼油质量/g0.18740.26300.11090.0869萃取率/%0.37470.52340.22070.1738从萃取温度对带鱼鱼油的萃取率的表中可以看出当温度从35 升39时，带鱼鱼油的萃取率明显的增加，当温度从39 增加至49 时，带鱼鱼油的萃取率明显的降低 。这是由于在一定的压力下，萃取温度通过影响有机分子和CO2分子的结合与解离的难易而影响到萃取率。萃取温度还影响萃取过程的总体热效应，一方面萃取温度越高CO2流体的密度越小，其对有机物的溶解能力越差及携带物质的能力降低；另一方面萃取温度越高则流体传质速度越快，前者不利于提取,后者有利于提取11。当萃取温度在35 至39 之间时，随着萃取温度的不断升高，带鱼鱼油的挥发性是影响带鱼鱼油的萃取率的主要因素，因而在这段范围内随温度升高萃取率也不断提高。但是当温度超过39 时，CO2流体的密度则成为影响带鱼鱼油萃取率的主要因素，因而在温度高于39 时随温度升高萃取率不断地降低。综合考虑萃取温度在39 左右时最佳。3.1.3 萃取时间对带鱼鱼油萃取率的影响本实验选取的萃取时间分别为90min、120 min、150 min、180 min，进行萃取时间对带鱼鱼油萃取率影响的单因素实验，从而确定最佳的萃取时间。实验时的萃取压力为23.4430 MPa，萃取的温度为42 ，萃取时二氧化碳的流速为15ml/min，萃取时使用的二氧化碳的纯度为99.999%，实验结果见表3-30 琼州学院本科毕业论文 (设计)表3-3 萃取时间单因素实验结果原料质量/g50.112950.137250.655150.038650.1355萃取时间/g90120150180180初始质量/g25.751525.574925.600025.492825.4688结束质量/g25.858325.744025.863225.551625.5521鱼油质量/g0.10680.16910.26320.05880.0833萃取率/%0.21310.33730.51960.11750.1661从萃取时间对带鱼鱼油萃取率影响的表中可以看出在150min内随着萃取时间的增加带鱼鱼油的萃取率不断地提高，只是萃取时间在90min至120min内萃取率的增加速率小于萃取时间在120min至150min。在萃取时间大于150min是萃取率明显降低。超临界CO2萃取过程是一个动态的传质的过程，在初始萃取阶段，随着超临界CO2流体与溶质接触时间的延长，这很有利于超临界CO2流体与带鱼鱼油挥发组分的溶解平衡，延长萃取时间就增加了萃取率。而时间从150 min升到180 min时带鱼鱼油的萃取率下降，可能是由于实验温度过高时间延长导致鱼油分解使得萃取率下降。综合考虑，萃取时间在150 min左右最佳。 3.1.4正交试验根据单因素实验，以带鱼鱼油萃取率为考察指标，选择萃取压力，萃取温度，萃取时间3个因素，每个因素3个水平进行L9（34）正交试验。因素与水平设计见表3-4。正交试验结果见表3-5。表3-4 L9（34）正交试验因素与水平设计因素水平A萃取压力/MPaB萃取温度/C萃取时间/min122.064036135223.443039150324.8220421650萃取温度（B）萃取时间（C）。3.2最佳工艺条件的验证根据正交试验的结果表中的最佳组合条件A1B2C3，萃取压力为220640 MPa，萃取温度为39 ，萃取的时间为165 min条件下进行验证试验。实验结果见表6。0琼州学院本科毕业论文 (设计)表6最佳工艺条件验证结果原料质量/g初始质量/g结束质量/g鱼油质量/g萃取率/%30.123325.412025.66730.24830.8475从最佳工艺条件验证结果中得出，在该条件下，超临界萃取带鱼鱼油的萃取率为0.8475%。表明超临界萃取带鱼鱼油的最佳条件为萃取压力22.0640 MPa，萃取温度39，萃取时间165 min。2第四章 结论第四章 结论1.超临界萃取法可用于萃取带鱼鱼油。2.超临界萃取法萃取带鱼鱼油的最佳工艺条件：采用新鲜带鱼为原料，萃取压力为22.0640 MPa，萃取温度为39 ，萃取时间为165 min，萃取时二氧化碳的流量为15 ml/min，二氧化碳纯度99.9%。在该条件下带鱼鱼油的萃取率为0.8475%。3.用超临界萃取法萃取得到的带鱼鱼油为浅黄色的油状液体，有鱼腥味。琼州学院本科毕业论文 (设计)参考文献1翟范.带鱼的食疗与药用J.烹调知识,1994,(12)：37.2李春香,刘永杰.DHA和EPA的生理功能及开发前景J.唐山师范学院学报,2002,24(5)：71-73.3黄志斌.水产品综