超临界流体萃取以测定椰干和其浸出湿粕中的含油量

1、超临界流体萃取以测定椰干和其浸出湿粕中的含油量a菲律宾桑托斯将军市9500,菲律宾嘉吉公司，Tambler椰干粉碎厂和b明尼苏达州韦扎塔55391 嘉吉科技资源中心，嘉吉股份有限公司摘要：超临界流体萃取（SFE）是测定椰干及其粕中含油量的一种主要方法。用索氏提取器测定椰干油含量需要9小时，测定其粕的含油量需要6小时，而用超临界流体萃取方法测定含油量只需约10分钟。椰干含油量极高，这使研磨困难，因为样品变得非常粘，使磨机中的整个样品难以移动。在研磨前，向样品中添加硅藻土会减轻磨机的清洗难度，同时也加快了超临界流体萃取过程。对于椰干及其粕的含油量的测定，索氏提取器萃取和超临界流体萃取没有显著的差异

2、（P0.10）。围绕超临界萃取和索氏萃取的平均差异，对椰干及其粕来说95的置信区间分别为（-0.35，0.90）和（0.08，0.26）。虽然超临界流体萃取测定的粕的含油量（9.81）明显高于索氏提取测定的含油量（9.64），但平均差异（0.17）相对较小。考虑到在实际工艺控制中使用超临界流体萃取的能力，这样小的差异是可以接受的。因此，超临界流体萃取可以在不到10分钟的时间内来确定在椰干及其粕的含油量 。 论文刊登在2006年1月JAOCS83 J11225的11-14页。关键字：椰干，油脂含量，粕，超临界流体萃取超临界流体萃取（SFE）已被用于测定几种油料基质中的含油量，如大豆、卡诺拉（1-

3、5）和油菜籽副产品（6）。然而，有关使用超临界流体萃取测定椰干含油量的信息显然很有限。在压榨前，椰肉干或椰子内核（5% 6% 优先用于提取油）晒干到水分含量为5%12%时的含油率为60% 65%（重量百分比）。萃取后有关粕的含油量通常为7.5%8.5%。需要一个快速可靠的方法把油脂完全萃取出来。当前索氏提取工艺测定椰干的含油量需要9小时，而测定其粕的含油量需要6小时。由于萃取的时间非常长，而且没有实时过程控制，因此只能得到历史数据（数据是一个过程特性，但不能用在实时控制过程中）。 超临界流体萃取可以划分为三个步骤：（一）样品制备，其中包括研磨；（二）萃取；（三）分析物（脂）收集。把含脂量高的样

4、品研磨到适当的颗粒度是很难的。对椰干来说，椰干肉在磨床上变得像口香糖一样粘，使其很难移动，从而影响了样品的均匀性。因此，已经研究过用硅藻土（DE）作为均质剂或助磨剂（7）。然而，提取时间仍然很长。 这项研究的目的是探讨利用超临界萃取作为一种快速浸出的方法，同时保持目前商业液体溶剂萃取技术的萃取率。此外，正确轻松地研磨样品的技术已经得到发展。 材料与方法 超临界流体萃取（SFE）的样品制备：在500毫升聚丙烯烧杯中，椰干与硅藻土以1：3的比例混合,即10g干椰子肉（WC）与30g硅藻土（WDE ）混合。之所以选择这个比例，是因为在研磨之前椰肉能被充分分散在硅藻土中 ，而所选的样品与硅藻土的比例与

5、1:1和1:2的比例相比能将磨床清洗的最干净。这种混合物被搅拌翅彻底搅拌混合，然后转移到一个德国Haan公司制造的RETSCH ZM-100磨床内，它是用12齿的轮子以18,000转/分的转速研磨然后通过10目（2.00毫米）筛子筛分的。然后将混合物转移回烧杯中，再次搅拌混合以保证均质性。在计算椰干油的重量百分含量的过程中使用WC/（WDE + WC）的质量比。椰干粕用RETSCH ZM-100磨床，以18,000转/分的转速用12齿的轮子被磨碎后通过10目（2.00毫米）的筛子筛分。收集器具（操作设备）：这套操作设备通过把8目玻璃棉切割成20 150毫米玻璃培养管的长度的一半制备而成。不能使

6、用粗羊毛玻璃，因为它们没有这套装置一样高效。用玻璃棉收集待测物是一种普遍的做法（5,6）。把玻璃棉撕成两半，然后用聚四氟乙烯涂层搅拌棒插入整个培养管中。在萃取前后称量收集管的重量（即WCTB，WCTA）在重量分析的基础上确定含油量 。在研究萃取时间的过程中，收集样品的试管应在热的时候称量，而不是让其冷却至室温后，再称重。这项研究的重要标准是确定什么时候没有额外的油被萃取出来，所以我们可以选择一个首次超临界流体萃取的时间（90的油被萃取出来）。一旦选择了最佳的萃取时间，把收集管放置在干燥器中，直到它们达到室温（需要约5-10分钟）。表1 超临界流体萃取（中间研磨）和索式提取（中间研磨）椰干及其粕

7、样品的含油量的比较。方法样品次数n含油量（%）SD标准差相对偏（%）超临界流体萃取椰干3664.720.720.121.11索式提取椰干664.450.580.240.90超临界流体萃取粕549.810.110.021.13索式提取粕89.640.150.051.60 超临界流体萃取。采用 FastFat 超临界流体萃取 (Teledyne Isco, Lincoln, NE) 方法用来萃取。萃取参数为压力7500磅，萃取温度120，节流温度150。节流器为同轴加热，流速为2 毫升 /分钟（在压力为5000磅下）。即使使用清洗程序（通60分钟200的二氧化碳），对椰干来说，节流器的平均使用寿命

8、能完成60次萃取，对粕来说，才能萃取100次再更换节流器。如果不更换有残缺的节流器，结果会导致产油率降低。带汲取管的工业级二氧化碳用于所有的萃取。据报道，不能使用带有氦气顶的二氧化碳气瓶 （8）。 在容积为10毫升的聚合物盒中装上5-6克的椰干/硅藻土混合物。样品的确切重量记为WCS。对于粕来说，盒中装有约三分之一容积的硅藻土（未磨碎），填充配衡，然后把重约2克的粕放在盒里的硅藻土上，精确记录重量WCM。与小颗粒吸附剂相比，选定的硅藻土会提供更曲折的溶剂路径，从而最大限度地减少萃取柱熔块的堵塞，并且在无背压问题的情况下允许溶剂流动。在剩下的萃取空隙体积中装满硅藻土 。对椰干来说，先萃取5分钟，

9、然后在研钵中用杵研磨，然后再萃取5分钟，总共萃取10分钟。在这些萃取过程后，将样品置于干燥器中，直到他们达到室温（需5-10分钟），然后再称量。从椰干中提取的油的百分含量是由以下公式决(WCTA-WCTB)100/WCS/WC/(WDE +WC) ，对于粕来说，公式为 (WCTA - WCTB)100/WCM。样品制备和索氏提取。在菲律宾嘉吉公司的工厂实验室中，用制作刀具的磨床将椰干磨成10目大小的颗粒度 。在索式提取器中，用150毫升石油醚以每分钟150滴的滴率萃取5克被磨过的椰干（WSC）。萃取该样品4.5 h，然后移走包含样品的套筒，并将溶剂蒸发掉。将椰干转移到自动粉碎机（Retsch

10、Model MG2A）中，并磨成粉末。将磨成的粉放到过滤纸上，在索氏提取装置中再萃取4.5小时，提取完成后，在115C下将样品烘2小时，然后冷却至室温。在萃取前后称量烧瓶的重量（即WFB和WFA）。用下列公式计算含油量： (WFA - WFB)/WSC 100. 用与萃取椰干相类似的方式萃取粕中的油。 用 Retsch ZM 100磨机将该样品磨成尺寸小于20目（0.850毫米）的颗粒和萃取3小时后再磨，然后再萃取3小时。油含量的计算如前所述。 统计。在实验的第一阶段（见表1），中间研磨的索氏提取与中间研磨的超临界流体萃取进行比较。在菲律宾加工厂里，收集了大量的椰干及其粕。菲律宾工厂实验室把椰

11、干及其粕的样品分开，保留一些用于分析，并将其余部分送往美国嘉吉实验室。由于后勤方面的限制，菲律宾实验室能够分析的椰干和其粕的样品分别只有六样和八样。收到椰干后，美国实验室工作人员就用硅藻土将整个样本研磨，并分成子样。这些样品中的36份然后用中间研磨的超临界流体分析。同样，将粕样品进行均质化，然后划分成子样。其中有五十四个子样，然后用中间研磨的超临界流体分析。 在实验的第二阶段（见表2），索式萃取中间研磨的椰干样品与超临界流体萃取末尾研磨的椰干样品进行比较。作为工厂实验室的正常程序收集的10份样品组成的一套样品被分为两部分。一部分经中间研磨，在菲律宾的工厂实验室通过索氏萃取分析，第二部分在美国实

12、验室利用超临界流体萃取分析。根据Hahn 和 Meeker计算方差（9）。 结果与讨论 已经完成一项萃取时间的研究以确定最佳萃取时间。超临界流体萃取通常需要30-60分钟。图1表明，椰干中的大部分油的提取在很短的时间（2分钟）内完成。因此，选择的萃取时间为5分钟。这是一个非常显著的优势，因为第一次索氏提取干椰子肉时间为4.5小时。表2 超临界流体萃取（末尾研磨）和索式提取（中间研磨）10个不同的椰干样品所得含油量的比较样品索式提取含油量（%）超临界萃取含油量（%）椰干163.363.1椰干263.662.2椰干364.964.2椰干463.963.8椰干564.164.4椰干664.061.4

13、椰干763.864.2椰干863.562.9椰干963.762.3椰干1063.063.7在最初的5分钟的动态超临界流体萃取中，在研钵中重新用杵研磨椰干，然后再用超临界流体萃取2分钟（在图1中的最后一个数据点）。另外有1.2的油被萃取出。这表明，在首次超临界萃取后仍然有遗留有一定量的油，因此，要重新进行萃取。重复提取椰干样品，然后通过超临界流体萃取5分钟，检测到含油量为63.1%。然后，在研钵中用杵研磨，再萃取5分钟以增加2%的得油率使得油率增加到65%。对此样品来说，对应的索式萃取的含油量值为65%。因此，首次萃取率总记约为97%。再次研磨后， 第二次萃取后必须把剩下的油完全萃取出来。AOC

14、S 官方标准293也用两次中间研磨，以把油更完全的萃取出来。 表1对超临界流体萃取（中间研磨）和索式提取（中间研磨）以确定椰干及其粕样品的含油量进行了比较。对椰干及其粕来说，索氏提取和超临界流体萃取彼此无显著差异（P 0.10）。对于超临界流体萃取 - 索氏提取的平均差异，对椰干及其粕来说95的置信区间分别为（-0.35，0.90）和（0.08，0.26）。虽然超临界流体萃取测定的含油量（9.81）明显高于索氏提取测定的粕的含油量（9.64），但平均差异（0.17）相对较小。考虑到在实际工艺控制中使用超临界流体萃取的能力，这样小的差异是可以接受的。 图1 椰干/硅藻土混合萃取时间曲线。在首次萃

15、取末尾， 一个研钵和和杵研磨会产生另外1.2的油，并表明需要再进行额外的研磨。不同于在萃取时间曲线的数据点，在额外的研磨后，样品冷却到室温后在确定含油量。一旦样品脱脂，中间研磨似乎能让更多的油被提取出来。但是，它通常不是在粉碎厂实验室的实践中研磨。表征样品中油的正确含量，中间研磨是必需的。然而，在工厂实验室的过程控制中，所描述的中间研磨最有可能无法使用。因此在超临界流体萃取中要插入末尾研磨。在没有取出盒和二次研磨样品的情况下这一步将继续进行。样品萃取5分钟后，然后将压力在15秒内从7500磅降到大气压。尽管没有用中间研磨提取的油多，但是这种技术也可以将更多的油提取出来，这是由于细胞破坏引起的压

16、力差导致的（11-13）。对于末尾研磨来说，前面所讲的样品的含油量是64.5，这低于中间研磨的测定值65.2，但高于只用萃取5分钟获得的含油量值63.1。表3 超临界流体萃取（末尾研磨）和索式提取（中间研磨）表2中的10个样品所得含油量的差异的比较数据n平均差别平均SD总量100.740.98减少样品690.530.77表2对通过末尾研磨的超临界流体萃取和中间研磨的索氏提取测定10个不同椰干样品所获得的含油量进行比较。对椰干样品6来说，两种方法之间的区别特别大，所以在含和不含椰干6的情况下对总的统计数据进行了计算（见表3）。当含有样品6时，索氏提取测得的含油量明显比末尾研磨的超临界流体萃取的含

17、油量高（P 0.05）。 包含至少80索氏-超临界值的90%的两端极限分别为-1.21，2.69（9）。也就是说，我们可以90相信，对索氏提取和超临界流体萃取来说80%的时间内差异在-1.21到2.69之间。当不含样品6时，索氏提取测定的含油量比超临界流体萃取测定的含油量高（P=0.07）。包含至少80索氏-超临界值的90%的两端极限分别为-1.06，2.13（9）。也就是说，我们90相信，对索氏提取和超临界流体萃取来说80%的时间内差异在-1.06到2.13之间。如果超临界萃取的样品在该过程中间被研磨，它们所萃取出来的含油量将更高。因此，末尾研磨是在实验的方便性、在萃取过程中实际提取出来的得

18、油量和准确性之间的一个折中的方法。无论哪种方式，已经研究出来方法进行快速提取（主要方法），这就需要控制工艺过程或者确定一种油料的含油量。致谢 作者在此感谢Lorna Javier 协助进行索氏实验和提供椰干及其粕的样品。我们还要感谢美国明尼阿波利斯州和明尼苏达州的Tim Lindgren和Mike Kennedy, Cargill股份有限公司分别提供统计数据和讨论 参考文献1. Friedrich, J.P., and E.H. Pryde, Supercritical CO2 Extraction of Lipid-Bearing Materials and Characterization

19、 of the Products, J.Am. Oil Chem. Soc. 61:223228 (1984).2. Bulley, N.R., M. Fattori, A. Meisen, and L. Molys, Supercritical Extraction of Vegetable Oil Seeds, Ibid. 61:13621365 (1984).3. Temelli, F., Extraction of Triglycerides and Phospholipids from Canola with Supercritical Carbon Dioxide and Etha

20、nol, J. FoodSci. 57:440457 (1992).4. Taylor, S.L., J.W. King, and G.R. List, Determination of Oil Content in Oilseeds by Analytical Supercritical Fluid Extraction,J. Am. Oil Chem. Soc. 70:437439 (1993).5. Barthet, V.J., and J.K. Daun, An Evaluation of Supercritical Fluid Extraction as an Analytical

21、Tool to Determine Fat in Canola, Flax, Solin and Mustard, Ibid. 79:245251 (2002).6. Walker, D.F.G., K.D. Bartle, and A.C. Clifford, Determination of Oil Content of Rapeseed by Supercritical Fluid Extraction, Analyst 119:14711474 (1994).7. AOCS, Oil Content, in Official Methods and Recommended Practi

22、ces of the AOCS, 5th edn., AOCS Press, Champaign,1997, Official Method Ai 3-75.8. King, J.W., J.H. Johnson, and F.J. Eller, Effect of Supercritical Carbon Dioxide Pressurized with Helium on Solute Solubility During Supercritical Fluid Extraction, Anal. Chem. 67:22882291 (1995).9. Hahn, G., and W. Meeker, Statistical Intervals, John Wiley &Sons, New York, 1991.10. AOCS, Determination of Oil Content in Oilseeds, in Official Methods and Recommended Practices of the AOCS, 5th edn.,AOCS P