超临界CO2流体萃取米糠油研究.pdf

2 4 粮食 与油脂 2 0 0 7 年第 5 期 超 临界 C O2 流体 萃 取 米糠 油研 究 宋玉卿 。 于殿字 。 张晓红 ： 。 张智 ( 1 吉林粮食 高等专科学校 ， 吉林长春1 3 0 0 6 2 ； 2 东北农业大学食品学院， 哈 尔滨 l 5 0 0 3 0 ) 摘要 ： 通过超临界 C 02 流体萃取米糠油研究， 总结萃取压力、 萃取温度、 萃取时间和物料水分含量对 米糠出油率影响。结果表明， 最适宜萃取条件为： 萃取压力 3 0 MP a 、 萃取温度 4 5 、 萃取时间 8 0 mi n 、 物 料水分含量为 5 6 ，出油率达 l 4 3 2 ；同时测定超临界 C 02 流体萃取米糠油中脂肪酸甘油酯组 成， 得出油酸甘油酯、 亚油酸甘油酯和棕榈酸甘油酯占总脂肪酸甘油酯 9 0 以上， 其中， 油酸甘油酯和 亚油酸甘油酯占总脂肪酸甘油酯 7 0 以上； 通过超临界 C 0 2 法与压榨法比较 ， 超临界 C 0 2 流体法萃取 米糠油不饱和脂肪酸含量较高， 理化指标也优于压榨法， 因萃取温度低， 防止提取过程 中油脂氧化， 因此 超临界 C0 2 流体萃取是一种较好提取米糠油方法。 关键词：米糠油； 超临界 C 0 2 流体； 油脂萃取 St udy On e x t r ac t i on 0 t r l c e br an 0i l wi t l l s upe r c nt l C aI c arbO n dl 0Xl de n l l J 1 1 S oNG Yu- qi ng 。YU Di a n -y u 。ZHANG Xi a o - ho n g 2 。ZHANG Zh i ( 1 J i l i n Gr a i n C o l l e g e 。 J i l i n C h a n g c h u n 1 3 0 0 6 2 。 C h i n a ； 2 F o o d C o l l e g e o f No r t h e a s t Ag r i c u l t u r e Un i v e r s i t y 。 Ha r b i n 1 5 0 0 3 0 。 C hin a ) Ab s t r a c t ：T h r o u g h t h e s t u d y o n t h e e x t r a c t i o n o f r i c e b r a n o i l wi t h s u p e r c r i t i c a l c arb o n d i o x i d e fl u i d， we s u mma r i z e d t h a t e x tra c t i n g pr e s s u r e， e x t r a c t i n g t e mpe r a t ur e， e x tra c t i n g p e rio d， a nd the wa t e r c o n t e n t o f r i c e b r a n a ffe c t e d the y i e l d o f r i c e b r a n o i l An o p t i mu m e x tr a c t i o n wa s a c h i e v e d wh e n ma t e ria l s wa s tre a t e d f o r 8 0 mi n a t 3 0 MP a ，4 5 C h e a t i n g tr e a t me n t ，t h e wa t e r c o n t e n t wi t h i n 5 6 ，t h e y i e l d o f r i c e b r a n o i l r e a c h e d 1 4 3 2 At the s a me t i me we d e t e r mi n e d t h e f a t t y g l y c e r i d e S c o mp o s i t i o n o f r i c e b r a n o i l We c o n c l u d e d tha t t h e g l y c e r y l o l e a t e 、 g l y c e r y l l i n o l e a t e a n d g l y c e r y l p a l mi t a t e a c c o u n t e d f o r 9 0 o f t o t a l fat t y g l y c e r i d e a b o v e ，a mo n g t h e m，g l y c e r y l o l e a t e a n d g l y c e r y l l i n o l e a t e a c c o u n t e d for 7 0 o f t o t a l fat t y g l y c e fid e a b o v e T h r o u g h c o mp a rin g the me t h o d o f s u p e r c r i t i c a l c a r b o n d i o x i d e wi th s e q u e e z e me t h o d，i t g o t h i g h c o n t e n t o f u n s a t u r a t e d fat t y a c i d， p h y s i c s a n d c h e mi s t r y i n d e x are a l l b e t t e r t h a n s q u e e z e me t h o d Be c a u s e the e x tr a c t i n g t e mp e r a t u r e wa s l o w ，i t p r e v e n t the o i l o x y g e n i z e d u r i n g the e x tra c t i o n p r o c e s s S o the me t h o d o f s u p e r c r i t c a l c a r b o n d i o x i d e fl u i d i s a b e tt e r e x t a c t i o n o f fi c e b r a n o i l Ke y W o r d s ： r i c e b r a n o i l ；s u p e r c r i t i c a l c a r b o n d i o x i d e fl u i d； e x t r a c t i o n o f o i l 中图分类号： T S 2 2 4 4 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 8 -9 5 7 8 ( 2 0 0 7 ) 0 5 0 0 2 4 0 3 米糠是稻谷加工副产品，我国有丰富米糠资源， 油一些影响因素， 以便为超临界 C 02 流体萃取米糠油 米糠含油量一般为 1 5 2 2 。我国对米糠制油加工 工业化生产设计提供理论依据。 及综合利用与 日本等世界发达国家相比仍较落后， 有 1材料与设备 9 0 左右米糠得不到加工利用， 因此， 米糠资源浪费相 米糠( 含油 1 5 _ 3 1 ) ： 鹤鸣米业； C O 2 ： 纯度 9 9 9 ； 当惊人。米糠油是一种较理想食用植物油， 耐高温煎H A1 2 1 - 5 0 - 0 1 型超临界 C 0 2 流体萃取装置。 炸、 可长久贮存， 不仅脂肪酸组成较完全、 合理， 且还含 6 8 9 0型气相色谱仪。 有多种营养物质， 如天然维生素 E 、 谷维素、 植物甾醇 2方法 等， 因此极具开发潜力和利用价值。目前， 米糠油制取 2 1工艺流程 方法有浸出法和压榨法， 应用超临界 C 0 2 流体萃取技 原料一过筛一称重一装料一密封一升温升压到 术提取米糠油具有提取率高， 选择性好， 无溶剂残 留 预定值一超临界萃取一分离釜得到米糠油 等优点。超临界流体既有与气体相当高渗透能力和低 2 2工艺要点 粘度， 又具有与液体相近密度和对物质优良溶解能力“ 。 2 2 1萃取压力对米糠出油率影响 采用超临界 C 0 2 流体萃取技术制得米糠油色泽比己 称取一定量米糠装于萃取釜中， 分别在压力为 烷浸出油浅得多； 油中游离脂肪酸、 蜡和不皂化物量 2 5 MP a 、 3 0 MP a 、 3 5 MP a 、 4 0 MP a 下萃取， 萃取温度4 0 C， 极少； 油中甾醇含量会随着压力和温度增加而增加 。 分别测定萃取时间为 4 0 mi n 、 6 0 mi n 、 8 0 mi n 、 1 0 0 mi n 可见， 通过调整压力、 温度等因素可控制米糠油中油 时出油率。 溶性杂质含量，从而可简化米糠油精炼工艺流程， 提 2 2 2萃取温度对米糠出油率影响 高精炼率。 本研究主要探讨超临界 C 0 2 流体萃取米糠 称取一定量米糠装于萃取釜中，分别在温度为 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 3 2 7 作者简介： 宋玉卿( 1 9 6 4 ) ， 女， 副教授 ， 主要从事油脂工程研究。 维普资讯 2 0 0 7 年第 5 期 粮食 与油脂 2 5 3 5 、 4 0 C、 4 5 、 5 0 下萃取， 萃取压力为 3 0 MP a ， 分 别测定萃取时间为 4 0 mi n 、 6 0 mi n 、 8 0 mi n 、 1 0 0 mi n时 出油率。 2 2 3萃取时间对米糠出油率影响 称取一定量米糠装于萃取釜中， 分别在萃取压力 为 2 5 MP a 、 3 0 MP a 、 3 5 MP a 、 4 0 MP a 及萃取温度 4 5 条件下超临界 C 0 2 流体萃取，分别测定萃取时间为 4 0 mi n 、 6 0 mi n 、 8 0 mi n 、 1 0 0 mi n时出油率 。 2 2 4水分含量对米糠出油率影响 称取一定量米糠 ( 含水量分别为 4 0 1 、 5 2 1 、 6 0 6 、 7 9 9 ) 于压力为 3 0 MP a 、 温度为4 5 “C下萃取， 分别测定萃取时间为 4 0 mi n 、 6 0 mi n 、 8 0 mi n 、 1 0 0 mi n 时出油率 。 2 3出油率计算方法 出 油 率 ( )= 絮 10 0 2 4 正交实验 由萃取温度、 萃取压力、 萃取时间三因素各取四 水平进行正交实验， 因素、 水平安排见表 1 。 表 1 因素水平表 3 结果与讨论 3 1单因素实验 3 1 1萃取压力、 萃取温度对米糠 出油率影响 i2 i 5 黑8 兰6 鞲 4 *2 萃取压力 ( MP a ) +4 0mi n +60mi n+8 0mi n l ( )( ) mi n 图 1 萃取压力对米糠出油率影响 萃取温度 ( ) +4 0 mi n +6 0 mi n +8 or Il i n+l O O mi n 图 2 萃取温度对米糠出油率影响 压力和温度是影响超临界 C 0 2 流体萃取主要因 素。据资料介绍 ， 超临界 C 0 2 流体萃取时， 对每一确 定体系存在着一个体系转变压， 超临界 C 0 2 萃取植物 油时， 体系转变压在 3 0 MP a左右， 如无其它考虑 ， 为 了提高生产效率和降低能耗， 应以操作压力控制在转 变压以下， 操作温度略高于临界温度为宜。为此， 本实 验选用萃取压力为 2 5 MP a 、 3 0 MP a 、 3 5 MP a 、 4 0 MP a ， 萃取温度为 3 5 、 4 0 、 4 5 、 5 0 。由图 1 可知， 萃取 压力由2 5 MP a 升到 3 0 MP a时，出油率显著提高； 当 压力超过 3 0 l k , P a时，出油率开始下降，而后趋于平 稳。实验发现， 随着萃取压力升高， 所得米糠油逐渐变 得浑浊，这主要是压力增加时可萃取物质范围扩大， 米糠中饱和脂及其它非挥发性成分被萃取出来。萃取 温度升高时， 萃取物挥发性提高、 扩散系数增大， 有利 于萃取； 但随温度升高， 也致使 C 0 2 密度降低、 携带物 质能力降低， 因此萃取温度对出油率影响往往会有 一 个最佳值。由图 2 可知， 在萃取温度为 4 5 时， 米糠 出油率最高。从提取物感官性状看， 低温时所得油脂 色泽浅、 澄清； 萃取温度升高时， 油色变深、 变浑浊。其 主要原因是米糠中色素等被萃取出来， 同时高温萃取 操作使萃取物中含水较多， 促进多糖等物质溶出。 通 过实验， 萃取压力选择 3 0 MP a ， 萃取温度选择 4 5 。 3 1 2萃取时间对米糠 出油率影响 一 1 1 降 廷 号 三 攀 * 时 I司 ( m i n) +2 5MP a+3 0MP a - 3 5 MPa +4 0 MP a 图 3 萃取时间对米糠出油率影响 一 般而言， 流量一定时， 萃取初始 ， 由于超临界 C 0 2 流体与溶质未达到良好接触， 萃取量较少， 随着萃 取时间延长， 传质达到良好状态， 单位时间萃取量增 大， 直至达到最大值； 此后， 由于萃取物中待分离成分 含量减少而使萃取量逐渐下降。 由图 3 可知， 萃取时 间大于4 0 mi n时，对某一时间而言，在 3 0 MP a压力 下， 出油率最高。当时间超过 8 0 mi n时， 不同压力下 出油率增幅变缓，且米糠油色泽会随着时间延长而 变深， 这主要是米糠中一些色素等在萃取后期被萃取 出来。选择适宜萃取时间， 既要考虑米糠出油率和米 糠油质量 ， 又要考虑设备能耗等， 本实验最适宜萃取 时间为 8 0 mi n 。 3 1 3水分含量对米糠出油率影响 一 l 6 l 4 静 1 2 题 l 0 畸 ： 8 6 水分 含量 ( ) 4 0 mi n 一 卜 - 6 0 mi n 8 0 mi n _l O O mi n 图 4 水分含量对米糠出油率影响 超临界 C 0 2 流体对不同物质溶解能力有很大差 异。C 0 2 是非极性物质，根据相似相溶原理，超临界 C 0 2 流体对亲脂性物质萃取效果好。 水是极性物质， 但 一 昌 一 一 c 响 一 舳 取 一 萃 一 萋 l B力一 如 压一 取一 萃一 ， 一 一 A 塑 如 取 一 萃 一 一 2 3 4 维普资讯 2 6 粮食 与油脂 2 0 0 7 年第 5 期 在超临界状态下， 适量水分起着夹带剂作用， 加速油脂 溶解。 当水分含量较高时， 水易在物料表面形成水膜而 不利于物质溶出和 C O 2 进入， 增加传质阻力， 不利于萃 取H 。本实验条件下适宜水分含量为5 6 。 3 2 正交实验 正交实验结果及分析见表 2 。 表 2 正交实验结果及分析 实验号萃取温 A 度( ) 萃取压 ( MP a ) 萃取 ( m i n ) l l l l 3 3 3 3 4 4 4 4 41 2 6 4 5 8 2 4 8_3 0 4 5 8 3 l 0 - 3 2 l 1 4 6 l 2 0 8 l 1 4 6 1 7 6 A3 B C A 由表 2可看出， 萃取压力对取油工艺影响最大， 其 次是萃取时间、 萃取温度。 最适宜萃取条件是 A 3 B 2 C 3 ， 即萃取温度4 5 C、 萃取压力 3 0 MP a 、 萃取时间 8 0 mi n 。 3 3超 临界 C O 2 法与压榨 法制取米糠油脂肪酸甘 油酯 组成比较 实验结果见表 3 。 表 3 超临界 C O2 法与压榨法制取米糠油脂肪 酸甘油酯组成比较 由表 3可知， 超临界 C O 2 流体法萃取米糠油中油 酸甘油酯、 亚油酸甘油酯和棕榈酸甘油酯约占总脂肪 酸甘油酯 9 0 以上， 其中， 油酸甘油酯和亚油酸甘油 酯占总脂肪酸甘油酯 7 0 以上。 而压榨法制得米糠油 中饱和脂肪酸甘油酯含量与超临界法相近； 但不饱和 脂肪酸甘油酯亚油酸甘油酯和油酸甘油酯较超临界 C O 2 法为低。原因是米糠油中油酸和亚油酸含有不饱和 双键， 易受高温影响而发生氧化反应； 而超临界 C O 2 萃 取法是在较低温度下进行，可保护米糠主要成分油酸和 亚油酸， 避免提取过程中氧化。 油酸和亚油酸又是人体营 养所需的重要脂肪酸， 具有独特营养价值和生理功能， 因 此超临界C O2 流体法是一种理想米糠油提取方法。 3 4超临界 C O 2 萃取法与压榨法制取米糠油品质比较 实验结果见表 4 表 4 超临界 C O2 萃取法与压榨法米糠油品质比较 从表 4可看出， 超临界 C O 2 萃取法得到米糠油透 明度较好， 具有油质特有气味。因超临界 C O2 法是在 较低温度下进行， 所以对米糠油品质影响较小， 过氧 化值和酸值较低；同时对不饱和脂肪酸影响也较小， 因此碘值较高。 4结论 ( 1 ) 超临界 C O 2 流体萃取具有出油率高、 工艺简 单、 无溶剂残留等特点， 同时可得到品质较好米糠油。 因此， 超临界 C O 2 流体萃取米糠油是一种切实可行提 油方法 。 ( 2 ) 在单因素实验基础上， 通过正交实验得到最适 宜萃取条件为： 萃取温度 4 5 、 萃取压力 3 0 a 、 萃 取时间 8 0 mi n 、 物料水分含量为 5 6 ， 各因素对 米糠提油率影响程度大小顺序为： 萃