（化学工程专业论文）发酵后葡萄籽油提取工艺及分析.pdf

郑州大学硕士学位论文 摘要 葡萄籽含油1 4 0 一1 7 ，其中的主要成分是不饱和脂肪酸亚油酸，其含量高达 6 8 - - 7 6 。葡萄籽油不仅具有防止血栓形成、扩张血管、清除沉积血胆固醇的作用，还 具有营养脑细胞、调节植物神经、抗衰老，延年益寿的作用。广泛用于医药、保健、美 容和化妆品行业。 我国葡萄籽的利用率很低，发酵后葡萄籽油及其他成分的提取研究更是鲜有报道。 葡萄用于酿造和其他饮料生产所形成的发酵葡萄籽绝大多数作为垃圾丢弃，不仅造成资 源的浪费，也对环境造成污染。鉴于此，本课题采用发酵后废弃葡萄籽低温提取用油， 以减少葡萄籽油中不饱和脂肪酸的分解、亚油酸的氧化和多酚类营养成分的破坏。所提 取出来的油脂可直接应用于医药、保健和美容业。其原料廉价易得，属于废物利用，对 于保护环境、开发新型高档油料资源、缓解国家油料紧张的局面具有重要意义。 本文重点研究了低温溶剂法提取发酵后葡萄籽油的工艺，通过实验，考察了溶剂种 类、提取时间、提取温度、料液比、研磨时间、物料含水量以及发酵与否和葡萄品种等 一系列影响提取工艺的因素，同时对几种不同的提取方式进行了比较。最终确定采用索 式提取器进行溶剂提取，并确定优化工艺条件为：选用正己烷作溶剂，提取时间为 1 2 0 m i n ，温度设定8 0 c ，料液比( g ：m l ) 1 ：1 0 ，原料破碎后不研磨，葡萄籽含水质量百 分比为8 5 。 针对工艺因素，对所提取葡萄籽油的四个重要的质量指标酸价、过氧化值、皂 化值和碘价进行测定分析，同时也考查了提取条件对各个指标即油品质量的影响。在分 析过程中，对国标法进行了一些改进，发现效果更好，测量也更省时和精确。测定结果 为酸价 c d ，即提取温度 提取 时间 e l 液比 研磨时问，最优条件分别为提取温度8 5 ，提取时间1 5 0 m i n ，料液比1 ：1 0 ， 研磨时间2 0 m i n 。其他条件与单因素分析结果一致，但是研磨时间却出现了相反的结果， 考虑到可能是由于料坯堆积密度不容易控制，其影响结果出现不稳定，重复做研磨因 素实验发现出现一些波动，但是总体还是按研磨时间越长出油率越低的趋势发展，所以 最终决定取研磨时间为0 ，即不研磨。 郑州大学硕士学位论文 3 2 2 1 0浸提法和超声波辅助提取对比 在选用同样的溶剂正己烷，相同的提取时问1 2 0 r a i n ，提取温度同为8 0 ，不研磨， 含水量8 5 ，料液比为1 ：1 0 时，分别进行索氏提取，一次浸提，二次浸提，超声波辅 助二次浸提( 超声频率4 5 k h z ，功率1 0 0 w ) ，所得葡萄籽的出油率如下图所示： 莲 * 曩 丑 提取方式 图3 1 0 不同提取方式的对比 f i g 3 - 1 0t h ec o m p a r i s o no f s e v e r a ld i f f e r e n te x t r a c t i o nm e t h o d s 由图3 一1 0 可知，索氏提取出油率最高为1 4 6 4 ；一次浸提出油率很低为9 2 2 ； 二次浸提略微升高为1 1 2 ，这是因为加入新的溶剂之后增加了饼粕和溶剂的油脂浓度 梯度，从而使更多的油脂浸取出来；超声波辅助之后对比一次浸提出油率为1 2 4 7 ， 上升幅度不大，可见，针对葡萄籽来说，其油脂的提取用超声波效果不太明显，可能是 由于葡萄籽粉颗粒比较大，溶剂容易进入与原料充分接触，不需要使用超声波辅助。如 果对出油率要求不高，可以采用一次浸提，而索氏提取出油率最高，对原料的利用率最 高，不会造成资源的大量浪费。 郑州大学硕士学位论文 3 3 小结 ( 1 ) 正己烷相对其他溶剂来说提取率最高，并且提取物中不含有其他杂质，并且 正己烷的馏程窄，易于与油脂分离，使其得以回收再利用，其烟点也较高，没有其他轻 溶剂易燃易爆，提取出来的油脂颜色鲜亮，透明清澈，并且气味较纯正，有葡萄籽油的 清香气味。因此综合考虑溶剂的安全性、提取效果及油脂的色泽等方面的因素，选择正 己烷作为最佳浸提剂。 ( 2 ) 随提取时间的增加，出油率升高，当达到1 2 0 r a i n 之后，出油率缓慢增长，所 以取1 2 0 r a i n 为最佳提取时间。 ( 3 ) 随提取温度的增加，出油率逐渐增大，达到8 0 之后，出油率增长很缓慢， 考虑到能源成本，取最佳提取温度为8 0 c 。 ( 4 ) 葡萄籽破碎过2 0 目筛后，考察研磨时间的影响。本来研磨时间越长，颗粒越 细，溶剂与物料接触面积越大，提取率应该越高；但是由于填料有一定高度，下面的物 料承受压力而被压实，反而会阻碍溶剂的浸入，从而会降低提取率；另外，由于物料含 有一定水分，研磨越细会造成葡萄籽粉结成块状大颗粒，会进一步阻止溶剂与物料的充 分接触，也会降低出油率。综合几个因素的同时影响，实验结果发现，不研磨时出油率 最高，故取研磨时间为0 。 ( 5 ) 出油率随含水质量百分比的变化过程中有一个最大值，葡萄籽粉含水量约为 8 5 时浸提效果最好，出油率最高。当水分含量太低时，料坯中仅含有化合水和内层结 合水，起不到夹带剂的作用；水分含量过高时，料坯中含有大量的游离水和外层结合水， 易在物料颗粒表面形成水膜，会影响溶剂的渗透作用和对油脂的溶解作用；另一方面， 经过实验还发现，当含水量过高时，会使葡萄籽粉结块，不利于萃取。而且，水是极性 物质，料坯中水分含量过高，会促进多糖等极性物质的浸出，从而使油脂内含有多糖杂 质，影响油的品质。综合以上因素，控制料坯含水量为8 5 是比较合适的。 ( 6 ) 对比发酵和未发酵葡萄耔的出油率可知，发酵后的葡萄籽出油率并未降低， 反而还有所升高，可能是发酵过程中生成了一些新的成分，也由此可见，发酵葡萄籽用 于油脂提取的光明前景! ( 7 ) 在同样条件下，分别考察一次浸提、二次浸提与超声辅助二次浸提和索氏提 取进行对比，发现索氏提取的收率比另外三种方法高很多。 郑州大学硕士学位论文 综合分析，最终取提取条件定为将2 0 目筛过滤后的发酵葡萄籽粉用正己烷进行索 氏提取，提取时间1 2 0 m i n ，提取温度8 0 ，料液比1 ：1 0 ，不研磨，含水质量百分比为 8 5 。 郑州大学硕士学位论文 4 葡萄籽油化学性质分析测定 葡萄籽油的分析实验主要是测定溶剂萃取法在不同的提取条件下( 萃取温度、萃取 时间、料液比、研磨时间) ，从发酵和未发酵的葡萄籽中提取的葡萄籽油的四个重要的 质量指标酸价、过氧化值、皂化值和碘价，并分析讨论了其变化规律与趋势。 对葡萄籽油质量指标酸价、过氧化值、皂化值、碘值进行测量的主要目的就是 对在不同的条件下所提取的葡萄籽油进行定性分析，测量酸价、过氧化值、皂化值、碘 值的大小；对所测得的数据进行处理分析，调整提取的工艺条件或是对提取出来的葡萄 籽油进行处理，如：加入一定的v c 抗氧化以降低过氧化值、加入一定的碱调p h 以降低 酸价等；摸索出生产质量指标符合有关级别食用油脂相关标准的葡萄籽油最优化提取条 件。 本论文涉及的几种质量指标的测量，主要是在国标法的基础上灵活地作了一定的变 动，对提取方法的完善与改进起到了一定的指导作用。 4 1 酸价 油脂酸值又称油脂酸价，是指中和l g 游离脂肪酸所需k o h 的毫克数。油脂酸价的 大小是油脂精炼程度和储藏稳定性的重要指标，也可用来评价油脂品质的好坏。随着人 们食品结构的变化，对食品质量要求越来越高，食用油脂酸价测定既是一项重要的质量 指标，又是一项卫生指标。油脂在贮存过程中，受湿、热、光和空气的作用逐渐变质， 产生不愉快的气味的现象称为油脂的酸败。酸败的主要原因是：1 空气中的氧使油脂氧 化分解，不饱和脂肪酸甘油酯中的c = c 被空气氧化形成过氧化物，过氧化物水解生成 低级的有气味的醛、酮和酸；2 微生物使油脂分解，微生物的作用主要是一些细菌和霉 菌可促使油脂水解产生脂肪酸，脂肪酸进一步受微生物的作用，发生b 一氧化生成b 一酮酸， b 酮酸脱羧后形成低级的酮。油脂在外界环境的作用下，很容易引起氧化酸败，严重的 会产生“哈喇味”，使食品的滋味和香味丧失，改变食品原有的颜色，降低食品的营养 价值，且对人体消化器官及其它部位产生毒性，以致不能食用。酸价大小是衡量油脂品 质好坏的重要指标之一。 原国家标准规定植物油脂酸价3 0 0 m g k o h g 以下为合格，标准规定的容量分析检 测方法双试验允许误差不超过0 2 m g k o w g ，国家新制定精炼食用油的酸价标准，一般 郑州大学硕士学位论文 都在l m g k o h g 至2 m g k o h g 范围，对此矛盾原国家制定的容量分析检测法，只能采 取加大试样用量十倍或稀释标碱液十倍来解决。 显然，都不是太理想的办法，因这样 会加大乙醚用量。此外，还会有在遇到深色油脂时根本无法准确判断终点的问题。虽然 有各种补救办法，l l y k k e n ，e d t u e m m l e r 等则认为：用碱液直接滴定混浊溶液或深色 溶液的总酸度的一切方法都有很大的误差。实际上，酚酞在非水介质中作指示剂所存在 的问题，不仅是试样深色泽干扰，还存在其他问题，w h u b e r 的研究中指出酚酞与百里 酚酞有一共同缺点即：此两指示剂在有机溶剂中颜色较浅，故颜色变化不清晰。 j b j o h n s o n 和h h u l m 的研究指出，在某些溶剂中，酚酞的变色反应的可逆性较其他指 示剂缓慢。酚酞指示剂应用在非水溶剂中滴定除了色泽变浅外，变色反应的可逆反应速 度较其他指示剂缓慢，因在某些有机溶剂中，酚酞内酯( 无色) 会变得更稳定，使可观 察到变色区偏向更碱的方向。同时，不同油样内所含有机酸价的程度不同则应有不同滴 定曲线的突跃区，应选用不同的指示剂方才合适。过去，在食用油脂酸价的行业测定标 准中不可能采用电位法，只好规定合理的误差范围选用酚酞作指示剂，这样所得结果对 不同油样测定精度，也就有些差别，因为酚酞可使观察到的变色区偏向更碱的方向。 4 1 1 国标法 称取均匀试样3 5 9 ( w ) 注入锥形瓶中，加入中性乙醚乙醇( 2 ：1 ) 混合溶剂5 0 m l ， 摇动使试样溶解，再加三滴酚酞指示剂，用0 i n 碱液滴定至出现微红色在3 0 s 不消失， 记下消耗的碱液毫升数( v ) ，即可求出油脂的酸价。 当测定深色油的酸价，可减少试样用量，或适当增加混合溶剂的用量，以酚酞为指 示剂，终点变色明显；测定蓖麻油的酸价时，只用中性乙醇不用混合溶剂】。 4 1 2 改进的国标法 改进后的国标法较原国标法的主要区别在于所用中性乙醚乙醇( 2 ：1 ) 混合溶剂的 量不同，国标法用5 0 m l 中性乙醚乙醇( 2 ：1 ) 混合溶剂，而改进后的方法用2 5 m l 中 性乙醚乙醇( 2 ：1 ) 混合溶剂，测定结果均在允许误差范围内。从理论上分析，2 5 m l 混合溶剂足以充分溶解3 5 9 油脂，无需再多的混合溶剂，试验结果同样准确可靠。 有关文献表明，用2 5 m l 混合溶剂取代5 0 m l 混合溶剂同样能取得准确的试验结果， 试验结果与国家标准中规定的试验操作方法所得结果相差无几，两种方法测定油脂酸 价，其测定结果的相对误差均小于o 2 m g k o h g 油。且混合溶剂用量少反应速度明显提 高，同时还能节省大量开支，减少污染4 5 1 。 郑州大学硕士学位论文 4 2 过氧化值 过氧化值也是衡量油脂酸败的重要指标。油脂在光，热，放射线，过渡金属离子等 因素存在下，其不饱和脂肪酸会吸收空气中的氧，进行自动氧化反应，油脂经自由基反 应历程，产生脂肪酸氢过氧化物，以及由其分解，聚合而生成的一系列氧化酸败产物， 从而使油脂劣化，变质。严重变质的油脂会减少营养价值，且对人体消化器官及其它部 位产生毒性。油脂氧化反应生成的脂肪酸氢过氧化物是油脂氧化酸败的关键产物，因此， 测定油脂过氧化值的高低，可判断其氧化变质的程度。油脂过氧化值是植物油脂的卫生 检测指标，在各种色拉油、高烹油的国家质量标准中规定其为必检项目，同时也是粮 油储存品质判定规则中食用油储存品质控制指标。植物油过氧化值的测定，对于评定、 保证食用油脂的品质，判断油脂是否酸败以及酸败程度，降低保管损耗，保证人民身体 健康等方面都具有重要意义。美国谷物化学家协会( a a c c 法) 指出：过氧化值测定经 验性强，应严格按操作步骤进行操作，否则可能导致结果的变化。油脂过氧化值的测定 g b t 5 5 3 8 1 9 9 5 对g b 5 5 3 8 8 5 进行了改进，而食用植物油卫生标准的分析方法 g b t 5 0 0 9 3 7 1 9 9 6 与g b 5 0 0 9 3 7 8 5 基本相同。以上各种检测方法原理相同，操作步骤 也大致相似，但在一些影响测定结果的具体操作条件上规定各不相同。油脂过氧化值 ( p o v ) 有两种碘量测定法一滴定法和比色法。滴定法是在酸性条件下油脂中的过氧 化物同过量的碘化钾作用生成碘后，用硫代硫酸钠标准溶液滴定生成的碘。比色法则用 碘与淀粉的显色反应并由标准曲线确定碘的生成量1 4 “。 国标法：称取混匀和过滤的试样2 3 9 ，注入2 5 0 m l 碘价瓶中，加入氯仿冰乙酸混 合液3 0 m l ，立即振动使试样溶解，加饱和碘化钾溶液l m l ，加塞、摇匀，在暗处放置 3 m i n ，加水5 0 m l ，摇匀后立即用o 0 1 n 硫代硫酸钠标准溶液滴定至淡黄色时，加淀粉 指示剂l m l ，继续滴定至蓝色消失为止。同时做不加试样的空白试验【4 7 1 ，由此可求出油 脂的过氧化值。 4 。3 皂化价 完全皂化l g 油脂所需k o h 的质量称为油脂的皂化价( s v ) 通常以m g k o h g 油来 表示。油脂的皂化就是皂化油脂中的甘油酯和油脂中所含的游离脂肪酸。因此，油脂的 皂化值包含着酯价和酸价，酯价是指皂化l g 油肪内中性甘油酯和内酯所需k o h 的质量。 皂化价的大小与油脂中的甘油酯的平均相对分子量成反比。各种油脂的平均分子质量不 同，单位重量油脂中所含分子的摩尔数不同，皂化时所需的碱量也就不同。从皂化值可 郑州大学硕士学位论文 以计算油脂的平均分子质量，计算式为： 平均分子质量= 3 x 5 6 1 1 0 0 0 皂化值 此外，皂化值是检验油脂质量的重要指标之一。天然油脂部有正常的皂化值范围， 如果测得某油脂的皂化值低于或高于其正常范围，表明该油脂中含有不能被皂化或者可 以与k o h 作用的杂质。根据油脂皂化价结合其它检验项目，可对油脂的种类和纯度进 行鉴定。皂化价是油脂分析中的一个重要理化参数，根据油脂的皂化价可以推算出以油 脂为基础的相关技术参数。废弃油脂常被用来作为工业制造的原料，这样既降低了生产 成本，又有利于废弃油脂( 如食用废油) 的回收，防止环境污染。但是废弃油脂的化学 成分十分复杂，由于油脂含量不同，皂化价也就不同。因此油脂皂化价的测定对控制、 应用、处理废弃油脂及开发新油脂资源和油脂新产品方面有着十分重要的实际意义。但 由于实际测量时所用的油脂，尤其是废弃油脂成分十分复杂，且色泽不同，对皂化价的 测定造成了一定的影响。 皂化价的测定有国标法，电导滴定法和电位滴定法。电导滴定法和电位滴定法，其 精密度相当高，十分适用于有色油脂类皂化价的测定，国标法测定油脂皂化价所用仪器 最少，操作最简便，但由于油脂自身颜色的干扰，影响酚酞指示剂变色的敏锐性，因而 易引起误差，其测定精密度不高，而电位滴定法较少被使用，因为油脂是有机物，可能 存在吸附现象影响皂化价测定的准确性。但有关文献表明测定结果经f 检验和t 检验法 检验并未发现明显误差。由此可见，电位滴定法用于油脂皂化价的测定是可行的。因此， 在测定有色油脂的造化价时，选用电导滴定法和电位滴定法有助于提高测定的精密度和 准确性【4 8 】。 国标法：称取混匀试样2 9 ( w ，准确至o 0 0 1 9 ) 注入锥形瓶中，加入o ，5 nk o h 一 乙醇溶液2 5 m l ，接上冷凝管，在水浴锅上煮沸约3 0 r a i n ，煮至溶液清澈透明后，停止 加热，取下锥形瓶，用1 0 m l 中性乙醇冲冷凝管下端，加5 滴酚酞指示剂，趁热用0 5 n 盐酸溶液滴定至红色消失为止。同时进行空白试验，即可求出油脂的皂化价h 9 】。 4 4 碘价 碘值( 价) 是指1 0 0 9 脂肪在一定条件下吸收碘的克数，它反应了油脂的不饱和程 度。油脂分析中，用油脂与碘的加成来测定油脂的不饱和程度。由于不同油品其碘值范 围不同，因此通过碘值分析有助于检验油品组成是否正常，有无掺杂等。在油脂氢化过 程中，根据碘值分析还可以计算氢化油脂对所需要的氢量及检查油脂的氢化程度。某些 郑州大学硕士学位论文 油脂如桐油、亚麻油等涂成薄层暴露在空气中，能逐渐形成一层坚韧、有弹性、不透水 的薄膜，这种现象称为油脂的于化作用。干化作用的化学本质不十分清楚，般认为与 油脂的不饱和程度以及c = c 的共轭有关。碘值是标志油脂不饱和程度的重要数据，故 按碘值大小将油脂分为三类：1 3 0 以上的为干性油：1 0 肚1 3 0 之间的为半干性油；1 0 0 以下的为非干性油。碘值的测量常用哈纳斯( h a n u s ) 法和魏吉斯( w i j s ) 法。 4 4 1 国标法 表4 - l 碘价数值对应的试样用量 t a b l e4 - 1t h es a m p l e d o s a g ec o r r e s p o n d i n gt ot h ei o d i n ev a l u e