（食品科学与工程专业论文）葡萄籽综合利用研究.pdf

毒 摘要 葡萄籽为葡萄酒厂的下脚料，占整粒葡萄重的5 7 。葡萄籽含油1 4 1 7 ， 其中亚油酸含量高达6 8 7 6 ，而且葡萄籽油还含有多种脂溶性维生素。葡萄籽提取 物主要含低聚原花青素，以高效、低毒、高生物利用率而著称。原花青素具有较强的抗 氧化能力，在体内其抗氧化、清除自由基能力是维生素e 的5 0 倍、维生素c 的2 0 倍。 本文采用超l f 每界c 0 2 萃取技术提取葡萄籽油和溶剂法提取原花青素相结合的工艺， 可以最大程度的保护不饱和脂肪酸和原花青素。采用微胶囊技术对原花青素进行微胶囊 化包埋，以保护原花青素的生物活性，扩大应用范围。具体的研究内容如下： 研究采用超临界c 0 2 萃取技术从葡萄籽中提取葡萄籽油的工艺和影响因素。超临界 0 0 2 提取葡萄籽油是有是切实可行的，葡萄籽粉碎度、水分含量、萃取压力、萃取温度、 c 0 2 流量和分离条件是影响葡萄籽油萃取率的重要因素。超临界c 0 2 萃取葡萄籽油的合适 条件为：粉碎度4 0 目、水分含量4 5 、萃取压力3 0 m p a 、温度4 5 ：c 0 2 流量1 0 l h ；分 离i 压力9 1 0 m p a 、温度4 5 。此时葡萄籽油的提取率为9 8 5 3 ，葡萄籽油中不饱和脂 肪酸含量高达9 0 ( 亚油酸含量高达7 4 4 2 ) ，u s 值是8 ，是一种高级保健油。 研究从除油后的葡萄籽粕中提取原花青素的工艺和影响因素。通过响应面分析可 知，中心组合试验方程高度显著，三个因素对原花青素提取率的影响程度依次为：乙酸 加入量 提取温度 乙醇浓度。最适的原花青素提取工艺条件为：物料粉碎度4 0 目， 乙醇浓度6 8 3 ，固液比为1 ：8 ，提取温度5 5 5 ，乙酸加入量o 8 ，提取时间6 0 m j n ， 再重复二次。原花青素的得率可达9 8 2 6 。 分别采用麦芽糊精和阿拉伯胶、乙基纤维素和p e g 为壁材进行原花青素的微胶囊化 研究。选用阿拉伯胶和麦芽糊精组合( 阿拉伯胶4 0 ，麦芽糊精6 0 ) 做为原花青素微 胶囊壁材( 芯壁材比为3 0 ) ，能达到较好微胶囊化效果。最佳喷雾干燥工艺条件为： 进料固形物浓度为2 0 ，进风温度为1 9 0 ，产品微胶囊化效率达9 9 2 ，得率达8 9 1 7 ； 选用乙基纤维素和p e g 做为原花青素微胶囊壁材，也能达到较好微胶囊化效果：乙基纤维 素占8 0 ，p e g 占2 0 ，芯壁材比3 ：1 ，最佳工艺条件为：进料固形物浓度为2 0 ，进风 温度1 8 0 ，产品微胶囊化效率达8 8 9 4 ，得率8 1 2 0 。光谱分析可知微胶囊化后原花青 素的本质没有发生变化，胶囊化前后原花青素紫外光谱图类似，均在2 8 0 n m 附近有最大 吸收峰。贮藏稳定性研究可知微胶囊后原花青素的稳定性明显的提高。通过观察微胶囊 化产品的微观结构，可知壁材结构具有较好的完整性和致密性。通过d s c 的热分析可知 微胶囊化原花青素具有良好的热稳定性和贮存性。 关键词：葡萄籽原花青素超临界c 0 2 萃取微胶囊麦芽糊精阿拉伯胶 乙基纤维素聚乙二醇( p e g ) 江南大学硕上学位论文 a b s t r a c t g f a p es e e di st h eb y p m d u c to fw i n em a k i n ga i l dw h i d la c c o u n t sf o r5 7 o ft h er a w 芦a p e ，i tc o n t a j n s1 4 - 1 7 o i lj n w h i c hl i n 0 1 e i ca c i dj s u pt o6 8 - 7 6 a n dt h e r ea r em 柚y v i t a m i n si nt h eo j l n ee x t m c t a l l t so f 擎印es e e dm a i n l yo o n t e n t sp r o a n t h o c y a l l i d i l l s ( p c ) ， w h i c hi sk n o w na sn o n t o x j ch i g l le 筋c j e n ta n t i o x i d a n t s p r o a n t l l o c y a n i d j n sh a v es t r o n g 卸t i o x i d a t i v ea n dr a d j c a ls c a v e n 百n ga d i v j t i e sa n di t si n t e n s j t yo ft l l j se f k c t i o ni s5 0t j m c sa s t h a to f v e 、2 0t i m e sa st h a to f v c i nt h i st h e s i s ，t h ea u t h o re x t r a c tg r a p cs e e do i lw i i hs u p e r c r i t i c a ln u i d ( c 0 2 ) e x t n c t j o n ( s f e ) i no f d e r t op m t e c t t h eu n s a t u 删e df a t t ya c i da n dp m a i l t h o c y a n i d i nf 如md e s t m y i n ga n d t l l i sw i l lb eb c n e f j d a l t ot l l ef h n h e fe x t r a c t i o no fp m 柚t h o c y 柚j d i n s 1 1 1 ea u t h o ra l s ot f i e dt o p m t e c tt h eb i o a c t j v i t yo fp m a | 1 t h o c y a n i d i nb ym i c r o e n c a p s u l a t i o n t 耻d e t a i l so ft h i ss t l l d yi s a sf o o w i n g ： 1 1 1 ea u t h o rs t u d i e dt l l eo o n d i t i 咖so fe x t r a c t i n g 伊a p es e e do i lb ys f ea i l dt h er e s u n s s h o w e dt h a tt h ew a t c rc o n t e n ta l l dt l l e 謦a n u l a r i t yo fr a wm a t 耐a lc m s h e d ，t o g e t h e rw i t ht h e e x t f a d i n gp r c s s u r e ，t 锄p e r a t l l r ca n dt h en u xo fo d 2a r et l l em o s tj m p o n a n ta f ! f e c tf a d d f s t h cm o s t 如i t a b l eo d i t i 伽sa r c ：t h ew a t e rc o n t e n to ft h eg r a p es e e ds h o u l db ea d j u s t e dt o a b o u t4 5 a n d 乎。岫dt o4 0m e s h ，t h ep r e s s u r co ft h ec x t r a c t i n gk e t t l ei s3 0 m p a 卸di t s t e m p e r a t u r ei s4 5 ，t h ec 0 2f l o w i n gr a t ei s1 0 i _ 1 l ，t h es e p a r a t i n gk e n l ep r c s s u r ci s9 1 0 m p a a n di t st e m p e r a t u r ei s4 5 t h e 妒c l do fe x t m c t i o ni sm o r et h 柚9 8 5 3 1 r h e 朋s a t u r a t e d f a t t ya c j dc o n t e n t sa r cb e y o n d9 0 ，锄o n gw h i c ht h el i n o l e j ca c i dc o n t e n ti s7 4 4 2 ，t h e r a t i o o fu s j s8 ，w h i c h j sg o o d f o r h e a l t h 1 1 1 et e c i l l l o l o g y 卸df a c t o r sa 疵c tt h ee x t r a c t i n go fp m a n t h o c y a n i d i n 舶mt h er e s j d eo f 舒a p cs e e da n e i 孕a p es e e d0 i lc x t r a c t ；o nh a sb e e ns t u d i e d t h ei e s u l t ss h o w e dt h a tt h e 伽e s e q u e n c eo ft h e3m a i nf a d o r sa f f e c t i n gt h ee x t r a c t j o ni s t l l ec o n t e n to fa c e t j ca c j d t e m p e r a t u r eo fe x t r a c t i o n t h ec o n t e n to fe t h a n o l ，t h eo p t i m a lc o n d j t j o ns h o u l db e ：u s i n g e t h 卸o ls o l u t i o n ( e t l l a i l o lc o n t e n ti s6 8 3 ) w i t h0 8 a c e t i ca d da se x t r a c t i n ga g e n t ，t h e 均w m a t e i j a l i s 孕o u n dt o4 0m e s h ，t h er a t j o0 fr a wm a t 甜a lt oe x t r a c t i l l ga g e n ti s1 ：8 ，t h e t e m p c r a t u r eo ft 岵e x t r a c t i o ni s5 5 5 a i l de x t r a c t6 0 m i n sw j t hs t j 耐n g ，t h e n ，r e p e a tt h e a b o v c - m e n t i o n e do p e r a t i o n 撕ot i m e s 1 1 l ee f f i c i e n c yo ft h ep r o 柚t h o c y 卸i d i ne x t r a c t i n gi su p t o9 8 2 6 m j c r o c n c a p s u l a t i o no fp r o a l l t h c y 卸i d i n sw i t ha m b j cg i l m + m a l t o d e x t 由a l l de c t h y l c e l l u l o s e ) + p e g ( p 0 1 y e t l l y l e n eg l y e 0 ) i sa l s oi v e s t i g a t c dr c s p c d i v e l y w h e nw e u s e a b i cg u m + m a l t o d e x t r i na sw a n m a t e f i a l ，t h e 班o c c s so fm i 口o e n c a p s u l a t i o ni s ：a r a b i c g i l m ( 4 0 ) a n dm a l t o d e x t r i n ( 6 0 ) a ”m i x e d ，t h er a t i oo fc o r cs u b s t 柚c e o m 柚t h c y a l l i d m s ) t o w a l lm a t e r i a li s3 0 ：7 0 ，a d da l lt h e s e 蛐b s t 柚c et ow a t c r 卸dt h ec o n l e n to ft h es l u n yj s2 0 n 摘要 a n c rt h eh o m o g e n j z a t j 伽， s p r a yd y i j l g w a sa d 叩t e dt o p r e p a r ep r o a n t h o c y 卸i d i n s m j c m e n c a p s u l ea n dt h ei n l e tt e m p e r a t u r eo ft h eh e a t e dw j n di ns p r y d r y i n gp r o c e s si s 1 9 0 ， t h e nt h em i c m e n c a p s u l a t j o ne f ：f i c i e n c yo fp r o a n t h o c y a n i d i n si su pt o9 9 2 0 a n dt h e v i e l di s8 9 1 7 ；w h e nw eu s ee ca n dp e ga sw a l lm a t e r i a l ，t h ep r o c e s si s ：2 0 p e ga n d e c ( 8 0 ) a r em i x e d ，t h er a t i oo fc o r es u b s t a n c e ( p m a n t h o c y a n i d i n s ) t ow a i lm a t e r i a li s3 ：1 ， a d da l l t h e s em a t e r i a lt ow a t e ra n dt h ec o n t e n to ft h es l u 玎yi s2 0 t 1 l ei n l e tt e m p e f a t u r eo f t h eh e a t e dw i n di ns p r a y - d r y i n gi s1 8 0 ，t h e nt h em i c r o e n c a p s u i a t i o ne f f i c j e n c yi su pt o 8 8 9 4 a l l dt h ey j e l dj s8 1 2 0 b yt h es p e c t r a la n a i y s j s ，w el 【i l o wt h a tp r o a n t h o c y a n i d i n si s n o tc h a n g e db e f o r ca n da n e rt h em i c r o e n c a p s u l a t j o na n di t ss t a b i i “yi si m p r o v e ds h a 巾l yb y d s c a n a i y s i s ，a l s o ，t h es e mc h e c ks h o w e dt h a tt h em j c r o e n c a p s u l a t i o np r o d u c th a sai n t a c t w a l l k e y w o r d s ： g 豫p es 神d ，p r o a n t h o c y a n i d i n s ， s f e ， m i c m e n c a p 娜l a u o n ， 、 m a n o d e x t r i n a 糟b i c 印m ，e c ，p e g “ i h 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 起嚣幽日期：7 毋。庐! 孓月1 7 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 l 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名_ 是嘉b 导师签名：尊延蕾 日期：剜6 年弓月i 7 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 葡萄与葡萄籽 葡萄籽主要来源于葡萄酒厂的下脚料，占整粒葡萄的5 7 。我国葡萄资源丰富， 每年用于酿酒和其他行业的鲜葡萄估计超过l o 万吨，这样每年我国就有5 0 0 7 0 0 万公斤 的葡萄籽副产品。葡萄籽含油为1 4 1 7 ，其中亚油酸含量高达6 8 7 6 ，而且葡 萄籽油还含有多种脂溶性维生素，人体必需的矿物元素如钾、铜、钙、铁的含量较高， 锌、锰、钻含量适中”“。葡萄籽油不仅可以防病、治病，还具有黑发、抗衰老、延年益 寿等功能。在国外，葡萄籽油通常被用作婴儿和老年人高级营养油、高空作业者和飞行 人员的高级保健油，还可用于高血压患者的辅助治疗及防止脑溢血等。葡萄籽提取物主 要含低聚原花青素( o l i g o m e r i cp r o a n t h o c y a n i l i n s ，简称o p c ) ，以高效、低毒、高生物利 用率而著称。o p c 具有较强的抗氧化能力，在体内其抗氧化、清除自由基能力是维生素e 的5 0 倍、维生素c 的2 0 倍。1 ，国外广泛将其应用于食品、饮料、化妆品及保健药品生产， 起到抗氧化、防腐、延长食品货架期及美容、延缓衰老之功效。国内尚未对葡萄籽进行 良好的加： 利用，一般只是简单的提取葡萄籽油，或单一的提取原花青素，或用作饲料和 肥料，造成资源的不合理利用。 表卜l 葡萄耔的组成” t a b l e1 - ln e c o m p o s i t i o no fg r a p es e e d 以干基为基准丰丰以湿基为基准 1 2 葡萄籽油及原花青素 1 2 1 葡萄籽油的生理功能 葡萄籽油的不饱和脂肪酸含量达9 0 以上，其中主要成分是亚油酸，含量可达7 6 ， 比般食用油甚至药用油核桃油和红花油含量都高。皿油酸是人体合成前列腺 素的主要物质，它具有防止血栓形成、扩张血管的作用。葡萄籽油在降低低密度脂蛋白 胆固醇的同时，可使高密度脂蛋白胆固醇升高，对防治冠心病非常有利。此外，葡萄籽油 还具有营养脑细胞，调节植物神经的作用。在医疗上可作心脉乐、益寿宁等降压药原料。 动物实验表明：饲以家兔葡萄籽油4 0 m i l ( g 可降低肝脂和心脂的沉积，延长凝血时间，减 少血液还原黏度和血小板聚焦度，并对主动脉斑块的形成有抑制作用”1 。葡萄籽油经动 物急性毒性、蓄积毒性、亚急性、致突变及致畸试验，已被证明无毒、无致癌成分，宜长 期食用。 表卜2 葡萄籽油的脂肪酸组成”1 t a b l e1 2t h ef a t t ya c i d so fg r a p es e e do i l 目前葡萄籽油及葡萄籽提取物主要是出口，国内消费量少。在国际食用油市场上， 江南大学硕士学位论文 有3 种特种食用油十分走俏，行情看好。这3 种食用油是：核桃油，葵花籽油，葡萄籽油。葡 萄籽油是国际市场上曰益受青睐的高级营养食用油。不少国家掀起开发热，消费量迅速 增加。国内葡萄籽油的产量还较少，宣传的力度不够，人们尚未认识。以后在高收入人群、 高血脂、高胆固醇、冠心病患者以及其他特定人群中，将会有相当大的市场。 1 2 2 原花青素 o p c 的研究有相当长的历史，作为抗氧化剂在食品工业有广泛的应用。随着研究的深 入，人们发现0 p c 能防止、延缓和抑制过量自由基引起的老化损害，在保护心脏、提高血 液载氧量、保护血管、保护眼睛、抗炎、抗癌、抗基因突变、抗氧化、抗辐射损伤、清 除自由基、修复胶原蛋白、抗紫外线辐射、防止黑色素形成及增白等方面具有良好的功 效。鉴于0 p c 的独特生物活性和特殊功能，0 p c 及其制剂成为国内外研究开发热点。 1 2 2 1 原花青素的生理活性 原花青素作为植物多酚，其大量的活性酚羟基使原花青素具有多种化学特性“”： 一、由于原花青素的酚类特性及聚合特性，使其容易通过氢键及疏水键与蛋白或酶 产生非特异性结合而形成复合物； 二、原花青素的邻二羟基苯环( b 环或没食子酰基) 能与f e ”、a 1 ”、c u ”、c a ”等金 v & d 够 + m h + m 一审”m 属离子络合，抑制许多由金属离子催化的氧化或自由基反应： 三、其分子中大量的酚羟基能够通过给0 2 等自由基提供电子，自身形成相对稳 定的苯氧自由基( 半醌自由基) 而中断自由基链反应，这几种化学特性使原花青素的生 理活性通过以下两个方面表现出来： 1 2 2 1 1 抗氧化、清除自由基、抑制脂质过氧化 自由基及由此引起的脂质过氧化损伤是许多疾病的基础，与多种疾病有关，包括 心脏病、动脉硬化、静脉炎、关节炎、过敏、早老性痴呆、冠心病及癌症等”7 、”。 研究证明原花青素具有极强的抗氧化和自由基清除能力，能够有效地清除0 2 - 、 o h 、n o 、o n 0 0 _ 、d p p h 、c h ，等自由基。据法国科学院的实验报告，原花青素 是迄今为止人类所发现的最强最有效的自由基清除剂之一，尤其是其体内活性，是其他 抗氧化剂不可比拟的。原花青素具有强大的自由基清除能力，能够抑制由自由基引起 的细胞膜脂质过氧化损伤。原花青素能通过保护内源性抗氧化物质、增强体内的抗氧 化防御系统而起作用。机体细胞内抗氧化防御系统包括超氧化物歧化酶( s o d ) 、过氧 化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等酶系统和v 、v c 、谷胱甘肽等非酶系统。研究发现，原 花青素在体内可充当v e 的生理保护剂和再生剂，降低v e 的消耗，为机体提供抗氧化保 护。原花青素具有极强的抗氧化及清除自由基能力，原因在于其分子结构中含有较多的 酚羟基，并且与其特定的分子立体化学结构密切相关，同时，不同聚体之间还具有协同 2 第一章绪论 作用。 1 2 2 1 2 酶抑制活性 人体的许多疾病如炎症等，与酶的破坏作用有关。在炎症发病过程中，当白细胞激 活时，会发生细胞内去颗粒作用，这种作用将引起溶酶体蛋白酶的分泌，同时产生大量 活性氧，导致耗氧量增加。过量蛋白酶和活性氧的存在可分别对血管活性纤维和内皮细 胞膜造成伤害。蛋白酶如胶原酶、弹性酶、透明质酸酶和b 一葡萄糖醛酸甙酶，可分别 对胶原、弹性蛋白和透明质酸等构成血管内壁的重要组成物质造成破坏，使血管渗透性 升高，导致血液成分如红细胞、白细胞、血小板等外渗”1 。原花青素可以通过清除活性 氧、非竞争性地调控酶的活性来保护血管内皮细胞，使之免遭过氧化作用的损害。 通过以上各方面的作用，特别是原花青素强大的自由基清除能力，使原花青素具 有广泛的生化和药理活性，对近7 0 多种疾病具有直接或间接的预防治疗作用。 由于原花青素强大的自由基清除能力及出色的安全性，在营养及医学领域引起了越 来越多的关注，已经广泛应用于食品、化妆品、医药等领域。原花青素产品作为许多种 疾病的补助治疗剂，已成为风靡欧美的抗氧化保健食品。最近，原花青素又被美国f d a 推荐为癌症首选辅助治疗功能食品。 1 3 超临界流体萃取技术 超临界流体( s u p e r c r a t j c a lf l u i d ，简称s c f ) 是指温度压力均处于临界点以上的流体 ( 如图卜1 ) 。超临界流体是一种处于气体与液体之间的流体状态，具有与液体相近的 密度，与气体接近的粘度，扩散系数介于气体和液体之问，由于这些性质，超临界流体 具有传统溶剂所无法比拟的溶解能力、流动性能和传递性能。超临界流体最重要的性质 是具有很大的压缩性，在l 临界点附近，压力和温度的微小变化可以引起流体密度较大的 变化，超临界流体的溶解能力主要取决于密度，密度增加，溶解能力增强，密度减小， 溶解能力减弱。因此，可以利用压力、温度的变化来实现萃取和分离过程”1 。 1 3 1 超临界c o ：萃取的特点 在诸多超临界萃取剂中以c 0 2 最为常用一一因为超临界c 0 2 密度大，溶解能力强， 传质速率高；临界压力适中( 7 _ 3 8 m p a ) ，容易实现一临界温度3 1 1 ，分离过程可在 接近室温条件下进行，有效的防止了热敏性物质的氧化分解：尤其适用于不稳定天然产 物和生理活性物质的提取和分离，能把高沸点、低挥发度、易热解的物质在其沸点温度 以下萃取出来；萃取物没有残留溶剂，防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染。 此外，c 0 ：气体价廉易得、无毒、惰性、安全性好、运行成本低、分离容易、萃取速度 快、工艺简单。因此超i 临界c 0 2 技术在食品、医药等方面得到了广泛的应用。 江南大学硕士学位论文 i c 图1 1 二氧化碳的相图 f i 9 1 - 1t 1 l r e es t a t eo fc 0 2 c 0 2 是非极性分子，主要用于萃取弱极性和非极性的化合物。向超临界流体c 0 2 中加 入一定量的水、甲醇、乙醇、乙酸乙脂等极性物质或他们的混合物( 称为夹带剂) ，对分 离物质的特定组分有较强的影响，对提高溶解度，增加抽出率或改善选择性有较大作用。 夹带剂的使用可使超临界流体c 0 2 萃取适用范围进一步扩大。 表1 3 气体、液体和超临界流体性质比较 t a b l e1 - 3t h ec h a r a c t e r i s “c so f g a s 、l i q u i da n ds u p e r a 训c a ll j q u i d 注：t c ( 临界温度) ，p c ( 临界压力) 1 3 2 超临界c 0 ：流体萃取技术在动植物油脂的提取中的应用 超临界c 0 2 流体萃取技术适合于动植物油脂的抽提，目前已经在下列特种油脂的提 取中得到了应用： 小麦胚芽含有1 0 左右的脂肪，且其油酸、亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸含量达 8 4 ，这些不饱和脂肪酸特别是亚油酸对人体有很重要的生理功能。利用超临界c o 。流 体萃取小麦胚芽油，与传统有机溶剂相比，具有工艺简单，便于分离，无溶剂残留等优 点，所得小麦胚芽油色泽浅，风味好，酸价低“”。 南瓜籽富含油脂，南瓜籽油中含有丰富的亚油酸、油酸等不饱和脂肪酸以及生理活 性物质。南瓜耔油耐热性差，采用传统的热榨提取，对其营养成分和色泽产生较大影响。 超临界c 0 2 流体萃取可以较好的保护南瓜籽中最主要的成分油酸，防止提取过程中的氧 化，较好的保持了南瓜籽原有的色泽，所得南瓜籽油的理化性质优于传统的溶剂萃取所 得油样与传统的溶剂萃取工艺相比，超临界c 0 2 流体萃取具有工艺简单，步骤少，耗时 短，无溶剂残留，惰性无氧，常温下操作等优点。“。 沙棘在我国西北、东北及华北等地区具有相当大的资源储备量，其果肉和种子具有 4 第一章封；论 较高的药用以及保健价值。以往的制油： 艺多为机械压榨和溶剂萃取方法。前者油的纯 度极低，后者会带来溶剂残留，流程复杂，产品质量难以保证。用超临界流体萃取提取 沙棘油，色泽清，品质好，且无溶剂残留“。 大蒜中含有大蒜精油，其主要成分为大蒜素、大蒜新索及多种烯丙基、丙基、甲基 组成的硫醚化合物。目前，提取蒜油的方法主要有水蒸气蒸馏法，溶剂浸出法和超临界 c 0 2 萃取法。相比较而言，超临界c 0 2 萃取大蒜头可直接获得纯净、高品质、高得率的 蒜油1 。 磷脂是含磷酸根脂质的总称，主要有卵磷脂( p c ) 、脑磷脂( p e ) 、肌醇磷脂和磷脂 酸( p a ) 等，他们是动植物细胞中细胞膜、核膜、质体膜的基本成分，具有很高的营养 价值和医学价值。传统的分离技术存在收率低、有残留有毒的有机溶剂以及对生物活性 物质的破坏等问题，超临界萃取技术可以解决这个问题“。 1 4 微胶囊技术 1 4 1 微胶囊技术简介 微胶囊技术是指把分散的固体、液体或气体物质完全包封在一层半透膜中形成微小 粒子的技术。微胶囊通常是在囊壁内填入囊心( 又称包容物) 配制而成”“。天然或合成高 分子材料是制作囊壁的良好基材。前者主要是动植物蛋自，如明胶、琼脂、阿拉伯树胶 等，具有易降解，生物兼容及成膜性好等优点；合成高分子壁材则可显示化学“裁剪”的 优势。微胶囊囊壁的形状与所填物质状态有关，一般来说，含固体的微胶囊形状与固体相 同，含液体或气体的微胶囊的形状为球形。 微胶囊的大小一般在5 2 0 0um 范围内。不过在某些实例中这个范围可扩大到o 2 5 1 0 0 0 pm 。当微胶囊粒子小于5um 时，因布朗运动加剧而很难收集到。而当粒子超过 3 0 0 um 时，其表面静电摩擦系数会突然减小，失去微胶囊的作用。微胶囊壁厚度通常在 o 2 1 0um 范围内。 不同的微胶囊化方法和不同的应用对于微胶囊化壁材有不同的要求。微胶囊技术的 一般原则是，针对不同的囊心物质，以及产品的不同用途，采用一种或几种复合的包埋 材料加以包埋。通常，油溶性囊心物质应采用水溶性包囊材料，而水溶性囊心物质则采 用油溶性的包囊材料。此外，也有一些文献资料认为，水溶性物质也可采用水溶性物质 来包埋，只不过该微胶囊产品不具有明显区分开的囊心和壁材，而是由均匀混合的包有 芯材物质的聚合物基质组成，这种产品有时被描述成“基质颗粒”或“包埋成分”，它 们也被认为包裹有一层非常薄的膜“。 微胶囊化的方法大约有2 0 多种，在食品工业中广泛使用的方法主要有喷雾干燥法、 相分离法、挤压法等。其中喷雾干燥法是一种最为成熟的技术。这种方法易于实现连续 化、工业化生产，而且操作方便。 喷雾干燥制备微胶囊时，首先制备好的囊心与壁材溶液形成的乳化分散液，并保证 不出现破乳、过早固化或干燥等情况，通过雾化装置使乳状液形成小液滴并很快变成均 衡的团球状态。当其与以逆流方式通入的热空气接触时，液滴开始干燥，被热空气干燥 江南大学硕士学位论文 的壁材将芯心包覆并形成固化的微胶囊。然后微胶囊被气流携带离开喷雾干燥室在旋风 分离器中被分离。喷雾干燥过程一般在5 3 0 s 内完成，与传统工艺相比要快得多。 喷雾干燥既可以问歇操作，也可以连续操作，有利于大规模生产，特别适合对耐热 性差的囊心和易于相互粘合的微胶囊进行干燥，得到性能良好的粉末状微胶囊。雾滴在 喷雾干燥室内只停留几秒钟，虽然入口处温度有时高达1 8 0 一2 0 0 ，但由于液滴在蒸发 过程中要吸热带走大量热，使得液滴只有在快要干时温度才会有上升。所以用喷雾干燥 法对耐热性稍差的囊心性质并无影响。由于具有这些特点，喷雾干燥技术己成为目前应 用范围最广，实现微胶囊化的最适方法“”。 废气出口 旋转分膏嚣 收集霸 少量教胶，产品出口 大量徽胶产品出口 图卜2 喷雾干燥示意图 f i 9 1 2t h ep r o c e s sf l o wo fs p r a yd r y 1 4 2 微胶囊在工业中的应用 微胶囊技术应用于食品工业是在2 0 世纪五十年代末期开始的，微胶囊技术使许多传 统工艺无法解决的难题得以解决，这极大地促进了微胶囊技术在食品领域中的应用。我 国从8 0 年代中期开始将微胶囊技术应用于食品，但主要是在近1 0 年才得到了迅猛的发 展。微胶囊具有将液体粉末化，隔离活性组分，降低或掩盖食品中不良气味和苦味，保 护对热、氧、水分等敏感的食品组分以及达到组分的瞬间释放或控制释放的功能。具体 功能如下”“：改变物态：将液体或气体包埋处理成固体，改善其可操作性。保护敏 感成分：防止其被氧化，或受光、紫外线、温度、湿度等的影响，保持了食品的原有的 色、香、味和生物活性，防止营养物质的破坏与损失，延缓食品变质。降低挥发性： 保存易挥发的风味物质，延长其风味滞留期，并掩盖不良风味。控制释放：将具有释 放机制的物质在最适当的时间以最适当的速率释放出去。隔离活性成分：使可相互反 应的组分稳定地存在于一个物质系中。降低某些化学添加剂的毒性：由于微胶囊产品 可以控制对芯材的生物利用度，从而降低了诸如人工色素、防腐剂等的毒性。 应用微胶囊技术可对一些食品配料或添加剂进行包裹，如香料、脂肪、维生素、矿 物质和生物活性物质等“”。目前，油溶性物质的微胶囊化研究的较为成熟，而水溶性物 质的微胶囊化则相对研究的较少。下面重点介绍几种水溶性物质的微胶囊化产品。 6 第一章绪论 微胶囊化碳酸氢钠，采用在室温下呈固态，但在一定温度下可以融化的脂肪，如氢 化植物油，单甘酯等包囊碳酸氢钠，也有报道采用乙基纤维素对碳酸氢钠进行喷雾干燥 微胶囊化”。 微胶囊化维生素c ，采用较多的是用降温相分离法。石蜡、乙基纤维素、虫胶为壁 材均能用于制备包膜良好的微胶囊化维生素c “。此外也有报道采用低温喷雾冷却等 其他方法制备微胶囊化维生素c 。 微胶囊化阿斯巴甜，通过微胶囊技术，采用羟丙基甲基纤维素或食用p v a 一蜡质一 乳化剂为壁材制备微胶囊化阿斯巴甜，可以获得很好的控制释放性质的微胶囊化阿斯巴 甜产品。 微胶囊化阿斯匹林，大多数的阿斯匹林是包囊在乙基纤维素或羟丙基甲基纤维素和 淀粉中的，这样得到的微胶囊化阿斯匹林具有缓慢、持续释放的特点”“。 微胶囊化防腐剂山梨酸，采用硬化油脂为壁材包埋山梨酸将山梨酸加工成微胶囊化 产品，既可以避免山梨酸与肉制品直接接触，另一方面还可以通过壁材的缓释作用，缓 慢释放出山梨酸起到防腐杀菌的作用，延长了肉制品的货架寿命1 。 1 5 本课题的立题背景 一直以来葡萄籽油多采用压榨法或溶剂萃取法提取n ”。其中压榨法产品损失较 多，收率低；而溶剂萃取法虽然可获得较高的收率，但产品质量不够稳定且不可避免地 存在着溶剂残留问题。 超临界c 0 2 萃取分离过程可在接近室温条件下进行，有效的防止了热敏性物质的氧 化分解。尤其适用于不稳定天然产物和生理活性物质的提取和分离，能把高沸点、低 挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。萃取物没有残留溶剂，防止了提 取过程对人体的毒害和对环境的污染。c 0 2 气体价廉易得、无毒、惰性、安全性好、运 行成本低、分离容易、摹取速度快、工艺简单。因此超临界c 0 2 技术在食品、医药等方 面得到了广泛的应用。目前国内外报道应用超临界萃取技术提取葡萄籽油的可行性研 究还处于起步阶段，迄今为止国内葡萄籽油的生产未见大型工业化报道。 原花青素( p c ) 为极性物质，可溶于水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯等极性溶剂，不 溶于乙醚、氯仿等极性较小的溶剂。目前的提取方法有溶剂法及超临界萃取两种。 传统的溶剂提取包括热水和有机溶剂，但热水提取法的选择性较差，产物得率及 纯度较低，而且由于温度较高，原花青素在提取过程中可能会发生降解。有机溶剂如 乙醇、甲醇、丙酮或乙酸乙酯的水溶液。不同提取溶剂影响对原花青素的选择性及产 物的组成。超i 瞄界流体萃取法近年来开始用于原花青素的提取。在非极性的c 0 2 中加 入极性的改性剂如甲醇、乙醇、丙酮，可以改变溶剂极性用于p c 的提取。但效果不是 很理想。一般认为，极性物质的溶解度在非极性c o z 流体中是非常低的。但如果少量极 性的夹带剂如甲醇与乙醇加入到体系中极性成分的溶解性显著地增加，因此甲醇或乙 醇能选择性地与原花青素发生反应( 氢键反应或偶极反应) 以利于萃取的发生，虽然 7 江南大学硕士学位论文 如此，由于原花青素，特别是二聚体以上的结构中具有多个酚羟基，因此造成了萃取 的困难，大量的实验表明，以该技术提取原花青素的提取率很低，这在经济上是十分 不合算的。并且目前的研究也主要集中在多酚类溶质在超临界流体中的溶解度的理论 研究上或根据其在流体中溶解能力的变化设计选择性萃取各单独酚类化合物或一组混 合物上。总体来说，酚类物质在超临界流体中的溶解度尚缺乏系统的研究数据和规律 性的总结。 原花青素具有强抗氧化能力，清除自由基的能力是v e 的5 0 倍、v c 的2 0 倍，因其高效、 低毒、高生物利用率而广泛用于食品、饮料、化妆品及保健用品等领域。但原花青素易 受外界条件的影响，如易氧化，对光、热、p h 值等敏感，使其应用受到限制。如果采用 微胶囊技术将原花青素包埋、封存在一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物之类的半 透性或封闭型胶囊中，可以使原花青素与外界不适宜的环境隔绝，达到最大限度的保护 其性能和生物活性的作用，从而提高它在功能性产品中的应用性，促使其生理功能的发 挥。 本文在国内外研究的基础上，采用超临界c 0 2 萃取技术提取葡萄籽油和溶剂法提取 原花青素相结合。既可以最大程度的保护葡萄籽油中不饱和脂肪酸，又有利于后续对原 花青素的提取。 目前的研究中有利用超临界c o 。萃取技术提取葡萄籽油，但未涉及去油后葡萄籽渣 中原花青素的提取及渣的综合利用，也有用超临界提取原花青素的专利，但实际的效果 很不理想，不太切合实际。为此，我们以葡萄籽为原料，研究出全新的生产工艺，从葡萄 籽先后提取葡萄籽油和原花青素两种产品，并得到葡萄籽饼粕含1 7 8 的粗蛋白，可作为 猪、鸡、牛等畜禽很好的新型饲料。饼粕中还含丰富的精华素，能提高动物的免疫力， 而价格相对其他饲料更为经济。因此，可以充分利用葡萄籽资源，变废为宝。 目前国内外关于原花青素微胶囊化研究的文章不多，主要有王可兴等1 报道用大豆 蛋白和麦芽糊精做壁材，采用喷雾干燥技术对原花青素进行包埋。有报道利用壳聚糖和 海藻酸钠为壁材通过聚电解质络合原理得到原花青素缓释微囊。法国m ca j l d r y 等。” 采用界面聚合法利用原花青素和对苯二甲酰氯反应在原花青素的表面形成一层保护膜。 研究的结果也不是很理想。因此，采用微胶囊技术对原花青素进行包埋是有待研究的核 心技术。 1 6 本论文的研究内容 本文在国内外研究的基础上，采用超l 临界c 0 2 萃取技术提取葡萄籽油和溶剂法提取 原花青素相结合一既可以最大程度的保护葡萄籽油中不饱和脂肪酸，又有利于后续对 原花青素的提取，在此基础上利用溶剂法和大孔树脂进行原花青素的分离和纯化并采用 微胶囊技术对原花青素进行微胶囊化包埋，以保护原花青素的生物活性，扩大应用范围。 具体的研究内容如下： 1 研究采用超临界c 0 2 萃取技术从葡萄籽中提取葡萄籽油的工艺和影响因素：主要 研究了葡萄籽的粉碎度、水分含量、萃取的压力、温度、超临界c 0 2 的流量、分离的压 第一章绪论 力、温度等因素的影响，确定工艺参数： 2 研究从除油后的葡萄籽粕中提取原花青素的工艺和影响因素：确定提取溶剂、研 究提取时问、提取温度、粉碎度、固液比、乙醇浓度、乙酸酸化等因素的影响，确定工 艺参数； ：3 采用麦芽糊精和阿拉伯胶为壁材进行原花青素的微胶囊化研究：主要研究芯壁材 比、固形物含量、壁材组成、进风温度、均质压力、等的影响，确定工艺参数； 4 采用乙基纤维素为壁材进行原花青素微胶囊化的研究：主要研究：卷壁材比、固形 物浓度、壁材组成、进风温度、均质压力等的影响，确定工艺参数： 5 研究微胶囊化原花青素的贮藏稳定性和微观结构。 9 江南大学硕士学位论文 第二章超临界c 0 ：萃取葡萄籽油的工艺研究 2 1 前言 目前葡萄籽油的制取方法主要有机械压榨法、预榨浸出法、一次性浸取法及超临界 c 0 2 萃取法等4 种汹1 。 机械压榨法是最原始的传统制取植物油的方法。该方法出油率很低，且产品不纯净， 容易腐败。其工艺流程为：葡萄籽一干燥一除杂一粉碎一预热一预制饼一压榨毛油一精 制成品油。 预榨浸出法将葡萄榨汁后去皮烘干的葡萄籽经清理筛选除去杂质，用破碎机破为 3 4 瓣，用软化锅软化，软化水分控制在1 8 2 0 加热至8 5 保温4 0 4 5 m i n ，轧坯，然 后进平板烘干机调节水分。将葡萄籽坯放入平转浸出器，用石油醚浸取9 0 咖i n ，溶剂比 ( 料：溶剂) 为l ：1 2 ，混合油用蒸发皿、气提塔脱溶、即得毛油，毛油经过脱酸、脱 臭等处理，即得精制葡萄籽油。 一次性浸取法将葡萄籽经过筛选除尘、除杂质破碎后，以四号溶剂( 丁烷或丁烷与 丙烷按一定比例组成的混合物) 在常温下浸取、在低温下脱溶。因丁烷、丙烷在常温常 压下是气态，降压或低温下易与物料或油脂分离，可在其超临界状态下从植物油料中， 尤其是特种植物油料或香料中萃取分离油脂。操作条件为浸出压力o 4 0 0 8 0 m p a ，浸取 温度：室温：溶剂比( 料：溶剂) 1 ：1 r 3 1 5 。该方法的最大优点是克服了传统溶剂浸出法 在分离过程中需蒸馏加热的缺点。因在加热的过程中油脂易氧化、酸败，并且容易破坏 油脂中的原花青素等热敏性生物活性物质。 超临界流体萃取( s u p e r c r i t i c a lf l u j de x t r a c t i o n ，简称s f e ) 是以超临界流体为溶剂， 利用其高渗透和高溶解能力来提取分离混合物的过程”。诸多萃取剂中c 0 2 最为常用， 因为超l 缶界c 0 2 密度大，溶解能力强，传质速率高。临界压力适中( 7 3 8 m p a ) ，容易实现， 临界温度3 1 1 ，分离过程可在接近室温条件下进行，有效的防止了热敏性物质的氧化 分解。尤其适用于不稳