超临界萃取秋刀鱼鱼油的研究.doc

2013 年度本科生毕业论文 超临界萃取秋刀鱼鱼油的研究超临界萃取秋刀鱼鱼油的研究 学 院： 理工学院 专 业： 化 学 年 级： 2009 级 学生姓名： xxxxx 学 号： xxxxxxx 导师及职称： xxx（教授） 2013 年 5 月 2013 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate Study on the Extraction of Oil from Saury by Supercritical Fluid Department: School of Science and Technology Major: Chemistry Grade: Students Name: Student No.: Tutor: Finished by May, 2013 毕业论文（设计）原创性声明毕业论文（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。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。作了明确说明并表示谢意。 作者签名：作者签名： 日期：日期： 毕业论文（设计）授权使用说明毕业论文（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。解密后适用本规定。 作者签名：作者签名： 指导教师签名：指导教师签名： 日期：日期： 日期：日期： 范桂林范桂林 毕业论文答辩小组成员名单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 摘要 目前，国内对鱼油提取的研究采用蒸煮法、淡碱水解法、酶解法、超临界 萃取技术来获取鱼油的浓缩物，但前三种方法存在产品得率低、产量低、产品 质量下降等；但超临界流体萃取技术的提油率最高，对鱼油的功能成分破坏最 小。 超临界流体萃取技术就是利用超临界流体做萃取剂，从液体或固体中萃取 出某些成分并进行分离的技术。超临界二氧化碳的高渗透性、高扩散性、低黏 性，使其具有传质快和萃取速度高等优点；二氧化碳不燃、安全、无毒、对环 境污染最少，并能从萃取物中挥发掉，不会留下溶解性残余物，从而得到安全 而纯净的萃取物。 采用超临界二氧化碳萃取技术对秋刀鱼鱼油进行萃取，并探讨最佳工艺条 件。实验结果表明，超临界二氧化碳萃取秋刀鱼鱼油的最佳工艺条件是萃取温 度 45、萃取压力 27MPa、萃取时间 2:30h、CO2流量 15ml/Min。此条件下鱼 油得率为 1.4352 %，所得到鱼油是具有鱼腥气味、透明的淡黄色油状物。 关键词关键词：秋刀鱼；超临界萃取法；鱼油；最佳条件 琼州学院本科毕业论文 I ABSTRACT At present， the main methods of producing fish oil are cooking，light alkaline hydrolysis， enzymatic hydrolysis and supercritical extraction and so on. While the former three methods have disadvantages like low product yield, low production, poor product quality, etc. The supercritical fluid extraction technology has the highest extraction rate and the lowest damage of the fish oil. SFE technology is a separation technology which uses supercritical fluid as extraction agent to extract and separate certain ingredients from liquid or solid. Supercritical gases, also known as supercritical fluid (SF), has high permeability, high diffusivity,and low viscosity which contributes to its fast mass transfer and high extraction speed. Carbon dioxide is non-combustible, safe, nontoxic and leaves least pollution to the environment. Therefore, it can obtain safe and pure extracts. My study focus on using SFE technology to extract fish oil from saury and the optimum technological conditions. The experiment shows that the optimum process conditions of supercritical carbon dioxide extraction saury fish oil is: Temperature 45 , extraction pressure 27MPa, time 2:30 h and CO2 flow rate 15 min/ml. Under this condition, I got 1.4352% fish oil, which is a fishy smell, transparent light yellow oil. Keyword：Saury, Supercritical fluid extraction technology, fish oil, best processing condition 琼州学院本科毕业论文 II 目 录 第一章 绪论1 1.1 研究背景1 1.2 研究现状1 1.3 主要研究工作及意义2 第二章 实验材料与方法3 2.1 实验用品3 2.1.1 材料3 2.1.2 仪器设备3 2. 2 实验步骤与方法3 2.2.1 工艺流程3 2.2.2 操作要点3 2.2.3 鱼油提取率的计算4 2.2.4 单因素实验设计4 2.2.5 正交实验设计4 第三章 实验结果分析及讨论5 3.1 单因素实验5 3.1.1 萃取时间对提萃率的影响5 3.1.2 萃取压力对提萃率的影响5 3.1.3 萃取温度对提萃率的影响6 3.2 正交实验7 第四章 结论9 参考文献10 致谢11 琼州学院本科毕业论文 0 第 1 章 绪论 1.1 研究背景 秋刀鱼性平，味甘；体型细圆，棒状。秋刀鱼体内有丰富的蛋白质、脂肪 酸，据分析秋刀鱼含有人体不可缺少的二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯 酸（DHA）等不饱和脂肪酸;EPA 和 DHA 是鱼油的有效成分；其中 EPA 具有 帮助降低胆固醇和甘油三酯的含量，促进体内饱和脂肪酸代谢从而起到降低血 液粘稠度，增进血液循环提高组织供氧而消除疲劳，防止脂肪在血管壁的沉积、 防止动脉硬化的形成和发展，预防脑血栓、脑溢血、高血压等心血管疾病。而 DHA 被人们称之谓脑黄金，是人类大脑和中枢神经系统发育必需的营养素，有 利于婴幼儿的脑部的发育【1,2】。研究表明，EPA 和 DHA 能有效抑制肿瘤的产 生、生长和转移速度，DHA 能促进 T 淋巴细胞的增殖，提高细胞因子 TNF- 2，IL-1 和 IL-6 的转录，提高免疫系统对肿瘤的杀伤力；EPA 和 DHA 还具 有抗炎的效果【3】；秋刀鱼中也含有维生素 A 和维生素 D；还有秋刀鱼背上肉色 发黑的部分含有很多防治贫血的维生素 B12；极具有开发研究潜力。 鱼油是一种利用价值很高的天然3 脂肪酸来源产品，其中富含的二十 碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）同属-3 系多不饱和脂肪酸 （PUFA） 【4】 ；据美国 F&S 公司的调研报告称：从 2002 年至今，国际鱼油市场 规模以每年的 8%的速度扩大，2010 年鱼油及其制成品的全球市场销售额将超 过 50 亿美元，预计今后几年国际市场鱼油交易将维持在 26 万至 30 万 t 的水品 上，EPA/DHA 等鱼油繁生物产品仍将是供不应求的态势，价格将继续上涨【5】。 因此，鱼油已经成为一种非常重要的营养和医疗保健作用，目前被广泛应用到 保健品、饲料、药品中，具有很好的开发利用前景。 1.2 研究现状 目前，国内对鱼油提取的研究采用蒸煮法、淡碱水解法、酶解法、超临界 萃取技术来获取鱼油的浓缩物，但蒸煮法是不能将与蛋白质结合的脂肪分离开 来，提取相对较低；淡碱水解法是提取过程产生的废液钠盐含量高，不能进一 步利用对环境会造成一定污染；酶解法是蛋白酶的水解作用，由于不同蛋白酶 的酶切点不同，其水解作用也不同，得到物质或产率会有所不同6,7。但三种方 法存在产品得率低、产量低、产品质量下降等；但超临界流体萃取技术的提油 琼州学院本科毕业论文 1 率最高，对鱼油的功能成分破坏最小。 超临界流体萃取技术是高效的新型分离技术，其工艺简单、选择性好、产 品纯度高，而且产品不残留有害物质污染环境，符合当今寻找和开发节能环保 的“绿色化学技术”的潮流。 1.3 主要研究工作及意义 本文采用超临界 CO2萃取秋刀鱼鱼油，因秋刀鱼鱼油属油性，不仅高效率、 高产率，而且操作简便。超临界二氧化碳的高渗透性、高扩散性、低黏性，使 其 具有传质快和萃取速度高；二氧化碳不燃、安全、无毒、对环境污染最少， 并能 从萃取物中挥发掉，不会留下溶解性残余物，从而得到安全而纯净的鱼 油8。 国内有报道超临界 CO2用于提取鱼油的文 献很少，采用超临界萃取秋刀鱼的鱼油目前尚未见报道。本文用超临界萃取秋 刀鱼鱼油过程中萃取温度、萃取压力、萃取时间这几个影响因素进行了探讨， 以确定合适的萃取最佳工艺参数。 目前，国内没有报道过用超临界技术萃取秋刀鱼鱼油的研究，为超临界技 术在秋刀鱼鱼油提取上的工业化应用可靠的理论依据；而国内的专家对鱼油的 研究已有许多报道，多数为研究其主要组成成分、鱼油的提取工艺以及鱼油的 药理、保健、饲料、食品等领域的应用；近年超临界技术在许多领域取得了可 喜成果，超临界技术至今已普及到整个化工系统，包括医药、保健品、精油、 食品等各个领域。应用超临界 CO2萃取技术对提高鱼油 EPA、DHA 提取含量 和质量，都具有非常重要的经济效益和社会效益，其应用发展前景广阔。 琼州学院本科毕业论文 2 第二章 实验材料与方法 2.1 实验用品 2.1.1 材料 秋刀鱼 三亚市荔枝沟市场售 二氧化碳（质量分数 99.999%） 海南佳腾化工气体有限公司 2.1.2 仪器设备 超临界萃取仪 SET-100XW SUPERCRITCAL FLUID TECHNOLOGIES.INC 九阳 JYL_C022 型豆浆机 九阳股份有限公司 电子分析天平（精密度 0.0001g） 赛多利斯科学仪器（北京）分公司 海尔 BCD-20678 电冰箱； 2.2 实验方法 2.2.1 操作流程与方法 2.2.2 操作要点 （1）搅粹 将市售的秋刀鱼清洗剁成块后放入料理机里搅粹，搅粹程度适 宜即可； （2）吹扫 用二氧化碳吹扫整个系统管路，打开二氧化碳钢瓶阀门，缓慢 交替打开出料口的两个阀门用手指感应二氧化碳流体的出现，调节出料口两个 琼州学院本科毕业论文 3 阀门打开到最大，这样继续吹扫一分钟左右，关闭二氧化碳钢瓶阀门，再缓慢 交替 关闭出料阀门，吹扫结束，这样的吹扫要吹 2-3 次。 （3）动态萃取 整个系统的压力、温度达到设定值后，缓慢交替打开出料 口的两个阀门用手指感应二氧化碳流体的出现，手指感到很凉时，既有二氧化 碳流体流出，压力会在设定值内上下浮动（偏差值 50 左右） ，动态萃取要继续 运作到设定时间内，所得到的鱼油的过程才是动态萃取。 （4）萃取结束 按二氧化碳高压泵上的 RUN 后，关闭二氧化碳钢瓶阀门， 缓慢交替打开出料口的两个阀门，等到压力降到为零后，关闭所有电源的开关， 等到釜的表面温度降低后，打开釜取出物料，操作结束。 2.2.3 鱼油提取率的测定 提取率/%=（萃取出的秋刀鱼鱼油质量/秋刀鱼原料质量）100% 2.2.4 单因素试验设计 主要考察萃取时间、萃取压力和萃取温度等对提取率的影响，以秋刀鱼鱼 油的提取率作为考察指标，在评估某一因素对萃取率因素时，只改变被考察因 素的值，而其他各因素的值固定。 2.2.5 正交试验设计 在单因素试验结果的基础上，利用 L9（34）正交试验表进行设计，对影响 秋刀鱼鱼油的提取率的关键因素进行研究和探索，以获得秋刀鱼鱼油提取率的 最佳工艺条件参数。 琼州学院本科毕业论文 4 琼州学院本科毕业论文 5 第三章 实验结果与讨论 3.1 单因素实验 3.1.1 萃取时间对提取率的影响 在超临界萃取单因素实验中，萃取温度 37 ，萃取压力 20 MPa，CO2流 量 15 mL/min,萃取时间为 1.5 h、2 h、2.5 h、3h 对提取率的影响如图 1。 图 1 萃取时间对提取率的影响 超临界萃取时间也是秋刀鱼鱼油萃取中的一项主要参数，萃取时间太短， 原料萃取分离过程不能进行完全，萃取效果差，萃取时间太长，相当于用大量 能耗和物流损失来换取微小萃取效果的提高。 由如图 1 可知，从图中可以把超临界萃取过程分为 3 个阶段：萃取初始阶 段、转换阶段和最后萃取阶段；萃取初始阶段时间 1.5 h，萃取率较低是被萃取 物质与二氧化碳接触时间短，原料萃取分离过程不能进行完全，萃取效果差， 所以单位时间内萃取率较低；萃取转换阶段时间 1.5-2.5 h 范围内，随着萃取时 间的增加，超临界 CO2与秋刀鱼的接触时间长，传质逐渐达到良好的状态，单 位时间萃取物的量明显增加 。当达到 2.5h 时萃取率的增长达到最大值，2.5-3 h 时间范围内因萃取对象中待分离组分含量的减少，所以被萃取的物质含量降 低而又使单位时间内的萃取率降低，萃取时间延长还会导致生产率降低9。萃 取适宜时间是在 2.5 h 左右。 3.1.2 萃取压力对提取率的影响 第三章 实验结果与讨论 6 在超临界萃取单因素实验中，萃取温度 37 ，萃取时间 2.25 h，CO2流量 15 mL/min,萃取压力 20-35 MPa，对提取率的影响结果见图 2。 图 2 萃取压力对提萃取率的影响 萃取压力是影响溶质在超临界 CO2中溶解度的也是一个主要参数。在温度 一定的条件下，当压力处于较低水平时，压力增加一方面使二氧化碳流体的密 度增大，溶质的溶解度随之上升，另一方面减少了分之间的传质距离使传质速 率较理想，有利于萃取的进行。由于二氧化碳对鱼油的溶解度与压力不是线性 关系，当压力较高时，继续增加萃取压力，虽二氧化碳流体密度和其对溶质的 溶解度有较小的上升，但是二氧化碳流体黏度增大，流动性降低，传质性受到 严重的影响，从而造成产物得率降低10。 由图 2 可知，秋刀鱼的提取率随着压力变化有一个极大值，即在 25MPa 时 达到最大，这是因为温度恒定，增加超临界萃取压力，超临界 CO2流体的密度 随之增大，溶解度能力增大，故萃取率随压力的增大而增大，压力大于 25MPa 后，提取率降低是因为随着萃取压力升高，传质速率降低，从而影响了二氧化 碳的溶解度，导致提取率降低。萃取适宜压力是在 25 MPa 左右。 3.1.3 萃取温度对提萃率的影响 在超临界萃取单因素实验中，萃取时间 2.5 h，萃取压力 25 MPa，CO2流量 15 mL/min，萃取温度 37-52 ，对提取率的影响结果见图 3。 琼州学院本科毕业论文 7 图 3 萃取温度对提萃率的影响 超临界萃取温度是秋刀鱼鱼油萃取中的一个重要参数；温度对超临界流体 萃取过程的影响是呈现正负两方面：一方面，随着温度升高，分子热运动速度 加快，分子间发生相互碰撞的几率增加，超临界 CO2与被萃取组分的接触机会 增大，而且温度升高也使有效成分的扩散系数增大，CO2流体的粘度下降，传 质速度加快，使鱼油在其中的溶解度增大，从而有利萃取。另一方面，温度升 高致使超临界 CO2的密度降低，溶解度降低，从而导致萃取效果下降11。 由图 3 可知，萃取温度 42 升高到 47 时，萃取率明显提高，说明温对 二氧化碳扩散系数增加和被萃取物的溶解度增大的作用强于二氧化碳流体密度 下降带来的不利影响。当温度 47 升高到 52 时，萃取率随温度升高而减少， 因为升高温度对超临界 CO2的溶解度和密度都下降的不利影响占据主导地位， 因而萃取率下降。萃取温度适宜温度在 47 左右。 3.2 正交实验 根据前期单因素实验的基础上，影响秋刀鱼鱼油萃取率的主要影响因素为 萃取温度、萃取时间、萃取压力；为了进一步优化萃取工艺，以萃取温度、萃 取时间、萃取压力 3 个因素进行正交试验，以确定他们对超临界二氧化碳萃取 效果的影响主次关系；每个因素取三个水平，以 1、2、3 编码。如表 1。 第三章 实验结果与讨论 8 表 1 正交实验因素水平表 因素 水平 A 萃取时间/h B 萃取压力/MPa C 萃取温度/ 12:152345 22:302547 32:452749 实验结果见表 2。 表 2 正交实验结果表 从表 2 中直接看出实验 6 号 A3B2C1的提取率是最高的，而通过极差数据分 析，可以计算出的最佳工艺条件为 A2B3C1；以 A2B3C1为超临界萃取条件进行 实验，得到的提取是 1.4325 %，比试验 6 号的提取率高，所以超临界二氧化碳 萃取秋刀鱼鱼油的最佳工艺条件是 A2B3C1：萃取温度 45 、萃取压力 27MPa、萃取时间 2:30 h 为宜。对实验数据的极差分析表明，各因素的影响顺 序为 C A B 即萃取温度萃取时间萃取压力。 试验号ABC提取率/% 11130.3604 22110.9752 33120.4108 41220.3836 52230.6280 63210.9938 71310.7908 82320.7528 93330.5789 K1 1.53481.74642.7598 K22.35602.00541.5472 K3 1.98352.12251.5673 k10.51160.58210.9199 k20.78530.66850.5157 k30.66120.70750.5224 R0.27370.12540.4042 琼州学院本科毕业论文 0 第四章 结论 1超临界 CO2萃取法可以萃取秋刀鱼鱼油； 2超临界 CO2萃取秋刀鱼鱼油的最佳工艺条件为：萃取温度 45 、萃取时间 2.5 h、萃取压力 27 MPa；此条件下鱼油得率 1.4325 %。 3萃取所得到的鱼油是具有鱼腥味、透明淡黄色油状物。 琼州学院本科毕业论文 1 参考文献 1 郝颖，江之和EPA、HDA 的营养功能及其产品安全性分析J现代 食品科技，2006，(3)：180-183 2郭玉华，李钰金水产品种 EPA 和 DHA 的研究进展J肉类研究， 2011，(1)：82-86 3李妍，王静，李麒龙，等EPA 与 DHA 最新研究进展J农产品加 工学刊， 2013， （2）：6-13 4丁月，陶宁萍鱼油提取及微胶囊化技术研究进展J食品安全质量检 测学报, 2010，(4)：174-181 5周远扬，雷百战，藩艺鱼油 EPA 与 DHA 提取方法研究进展J广东 农业科学，2009， （12）：153-155 6王海磊，罗庆华，黄姜娥鱼油的提取方法与精制工艺探讨J湖南农 业科学，2