亞臨界萃取白果油的工藝條件研究

周 昊，王成章，葉建中，陳虹霞，陶 冉，戴明明

(1.中國林業科學研究院 林產化學工業研究所，生物質化學利用國家工程實驗室，國家林業局林產化學工程重點開放性實驗室，江蘇省生物質能源與材料重點實驗室，南京 210042；2.中國林業科學研究院 林業新技術研究所，北京 100091)

特種油脂

亞臨界萃取白果油的工藝條件研究

周 昊1，2，王成章1，2，葉建中1，陳虹霞1，陶 冉1，戴明明1

(1.中國林業科學研究院 林產化學工業研究所，生物質化學利用國家工程實驗室，國家林業局林產化學工程重點開放性實驗室，江蘇省生物質能源與材料重點實驗室，南京 210042；2.中國林業科學研究院 林業新技術研究所，北京 100091)

以白果粉為原料、丁烷為亞臨界萃取溶劑、白果出油率為評價指標，分別采用單因素試驗和正交試驗優化亞臨界萃取白果油的工藝條件。結果表明: 亞臨界萃取白果油的最佳工藝條件為萃取壓力 0.5 MPa、萃取溫度 40℃、每次萃取時間 60 min、萃取次數 3 次、料液比1∶6，在此條件下白果出油率為 96.16%。亞臨界萃取的白果油理化性質測定結果表明，其相對密度為0.922 5，折光指數為(20℃)1.473 7，酸值(KOH)為1.95 mg/g，碘值(I)為156.62 g/100 g，過氧化值為 1.46 mmol/kg，皂化值(KOH)為181.19 mg/g。利用氣相色譜-質譜分析白果油的脂肪酸組成，共鑒定出 6種脂肪酸，主要是油酸(30.25%)、亞油酸(50.04%)、棕櫚酸(8.28%)、5，12-十八碳二烯酸(2.34%)、9-十六碳烯酸(4.41%)和5，11，14-二十碳三烯酸(4.67%)，其中不飽和脂肪酸占91.71%。

白果油；亞臨界萃??；理化指標；脂肪酸組成

白果又稱銀杏果，是銀杏科植物銀杏(GinkgobilobaL. ) 的成熟種子[1]。我國是白果的主要生產國，年產白果超過15 000 t，占世界總產量的70%[2]。研究表明白果不僅富含淀粉、蛋白質、脂肪、維生素和氨基酸等多種營養物質，還含有黃酮、內酯和類脂等功能成分，具有抗菌消炎、改善腦血管循環、抗癌、抗病毒、解痙、抗過敏和美容等功效，因此白果極具營養和醫療價值，其作為藥食兩用果品在我國已有1 000多年歷史[3]。

白果中含有8%～10%的油脂，白果油是一種營養價值極高的油脂，其不飽和脂肪酸含量在85%以上，且絕大多數是油酸和亞油酸，白果油的開發利用前景廣闊[4]。目前，國內外白果油提取方法主要是有機溶劑浸提法和超臨界CO2萃取法[5-6]。有機溶劑浸提法提取時間長，有機溶劑用量大(料液比通常為1∶10～1∶20)，不僅能耗高，且容易有溶劑殘留，對環境污染嚴重；超臨界CO2萃取法需要添加夾帶劑且要求在高壓的條件下提取，設備較昂貴，生產成本高，工業化生產困難。亞臨界流體萃取技術是近年來發展起來的一種新型提取分離技術，在相對較低的溫度下進行，可以保護物料中的熱敏性活性成分不被破壞，與超臨界CO2萃取法相比，具有萃取壓力低、運行成本低，可實現工業化生產等優勢。目前，亞臨界流體萃取技術被視為一種綠色環保、前景廣闊的提油新技術，其在植物油提取方面已得到很好的應用[7-8]；但是，目前國內外還未見采用亞臨界技術萃取白果油的相關報道。

本研究采用亞臨界流體萃取技術對白果油進行高效萃取，在單因素試驗的基礎上采用正交試驗對影響白果出油率的關鍵參數進行優化，確定最佳工藝條件，并對亞臨界流體萃取的白果油的脂肪酸組成和理化性質進行檢測，以期為白果資源的高值化開發利用及工業化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

白果：購于徐州銀杏源生物工程有限公司，含油率為8.2%；丁烷(食品級，純度為99.99%);甲醇、石油醚、正己烷、氫氧化鉀、鹽酸、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、冰乙酸、淀粉、一氯化碘、碘化鉀、濃硫酸、酚酞、無水硫酸鈉等，均為分析純。

1.1.2 儀器與設備

CBE-2L 型亞臨界萃取設備(河南省亞臨界生物技術有限公司) ； WF-130 型粉碎機；Agilent Technologies 6890/5973 型氣相色譜儀(美國安捷倫公司)； SH-039 型白果全自動脫殼機(揭東三亨食品機械廠) ；RE-5LC 型旋轉蒸發器；WYA阿貝折光儀；TG1650-WS型離心機。

1.2 試驗方法

1.2.1 亞臨界萃取白果油

將新鮮白果用全自動脫殼機進行殼仁分離后，白果仁進行冷凍干燥，控制水分為5% 左右，再用粉碎機將白果仁粉碎為40 目左右的細粉備用。稱取一定量白果粉用200 目的過濾袋裝好，放進萃取罐中，然后抽真空使萃取罐內壓力降為-0.09 MPa。將萃取溶劑丁烷由溶劑罐導入萃取罐，按照設定的條件進行萃取。萃取結束后，使用加壓泵將萃取液導入分離罐，再開啟壓縮機進行萃取溶劑的回收和脫溶，當分離罐和萃取罐的壓力降至低于0.15 MPa時，開啟真空泵直到兩罐壓力降為-0.09 MPa以下。待脫溶結束后，破真空、打開放油閥收集萃取得到的白果油，經離心、過濾后即得成品。亞臨界萃取白果油工藝流程見圖1。

圖1 亞臨界萃取白果油工藝流程

白果出油率=亞臨界萃取得到的白果油質量/原料中白果油質量×100%。

1.2.2 白果油理化性質的測定

相對密度：采用比重瓶法，按GB 5526—1985 測定；折光指數：采用阿貝折光儀法，按 GB 5527—1985 測定； 酸值： 采用酸堿中和法，按 GB/T 5530—1998 測定；碘值：采用韋氏法，按 GB/T 5532—1995 測定；皂化值：按GB/T 5534—1995 測定；過氧化值：按 GB/T 5538—1995測定。

1.2.3 白果油的脂肪酸組成分析

白果油甲酯化：稱取0.1 g白果油置于試管中，加入5 mL 正己烷、2 mL 0.5%的氫氧化鉀甲醇溶液后，塞住試管搖勻，直至溶液變清，澄清后，分離出含有甲酯的上層清液作為氣相色譜-質譜分析試樣。

氣相色譜條件：載氣為純度99.99%的氦氣；HP-5 MS彈性石英毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；進樣口溫度250℃；柱初溫110℃，保持10 min，以10℃/min升溫速率升至220℃，保持18 min；柱前壓90 kPa；分流比 50∶1，進樣量1 μL。

質譜條件：接口溫度280℃，EI離子源，電子能量70 eV，離子源溫度230℃，光電倍增管電壓2 200 V，掃描范圍29.0～450.0，NIST質譜庫。

2 結果與分析

2.1 亞臨界萃取白果油的單因素試驗

2.1.1 萃取次數對出油率的影響

設定萃取壓力0.5 MPa，萃取溫度45℃，萃取時間60 min，料液比1∶6，分別萃取 1、2、3、4、5 次，以白果出油率為評價指標，探討萃取次數對白果油萃取效果的影響。結果見圖2。

圖2 萃取次數對白果出油率的影響

由圖 2 可知，白果出油率隨著萃取次數的增多而提高，萃取 3 次之前出油率提高較快，萃取3次時白果出油率達到95.56%，但萃取 3次以后白果出油率趨于平緩，繼續增加萃取次數對提高白果出油率意義不大。綜合考慮生產成本、出油率和能耗等因素，選擇最佳萃取次數為3 次。

2.1.2 萃取壓力對出油率的影響

設定萃取溫度45℃，萃取時間60 min，料液比1∶6，萃取次數3次，萃取壓力分別控制為 0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 MPa，以白果出油率為評價指標，探討萃取壓力對白果油萃取效果的影響。結果見圖3。

圖3 萃取壓力對白果出油率的影響

由圖3可知，萃取壓力在0.3～0.5 MPa范圍內，出油率隨萃取壓力升高增加較快，這是由于隨著萃取壓力升高，亞臨界流體密度增加，其溶解能力增強，出油率增加較快[9]；當萃取壓力為0.5 MPa時，出油率達95.86%，但是當萃取壓力超過0.5 MPa時，出油率變化很小，原因在于當萃取壓力達到一定值時，萃取溶劑丁烷對于白果油的溶解度趨于飽和，繼續升高壓力，對其傳質效率影響很小[10]。故最佳的萃取壓力在0.5 MPa左右。

2.1.3 萃取溫度對出油率的影響

設定萃取壓力0.5 MPa，萃取時間 60 min，料液比 1∶6，萃取次數3次，萃取溫度分別控制為30、35、40、45、50℃，以白果出油率為評價指標，探討萃取溫度對白果油萃取效果的影響。結果見圖4。

圖4 萃取溫度對白果出油率的影響

升高萃取溫度能加速溶質和溶劑分子的熱運動，增加溶質的擴散速度和溶解度，萃取速度和出油率均會提高，但萃取溫度過高會使熱敏性活性成分分解破壞[11]。由圖4可知，當萃取溫度低于45℃時，白果出油率隨萃取溫度的升高而急劇增加，當萃取溫度為45℃ 時，出油率升至95.89%，達到峰值。但是當萃取溫度升高至 50℃時，出油率反而下降，變為89.43%。這說明過高的萃取溫度一方面會引起溶劑加速汽化，密度降低，系統壓力增大；另一方面物料中的熱敏性活性成分會受到高溫的破壞，從而造成出油率降低。綜合分析，選擇最佳萃取溫度為 45℃。

2.1.4 萃取時間對出油率的影響

設定萃取溫度45℃，萃取壓力0.5 MPa，料液比 1∶6，萃取次數3次，萃取時間分別控制為 30、45、60、75、90 min，以白果出油率為評價指標，探討萃取時間對白果油萃取效果的影響。結果見圖5。

圖5 萃取時間對白果出油率的影響

油脂在亞臨界流體中達到溶解平衡需要一定時間，但是過長的萃取時間會增加能耗。由圖 5可知，當萃取時間在 30 ～ 60 min 時，白果出油率快速提高，這是因為剛開始萃取時，溶劑與物料未能得到很好接觸，但隨著萃取時間的延長，傳質效果達到很好的狀態，白果出油率增大[12]；萃取時間為60 min時，出油率達到96.01%，當超過 60 min 后，隨著萃取時間延長，白果出油率趨于平衡。這是因為白果油在萃取過程中溶解度趨于飽和，萃取體系的滲透壓也趨于平衡，白果油被繼續萃取出的量很少，使得白果出油率趨向穩定[13]。綜合考慮，選擇最佳萃取時間為60 min。

2.1.5 料液比對出油率的影響

設定萃取溫度45℃，萃取時間 60 min，萃取壓力0.5 MPa，萃取次數3次，料液比分別控制為 1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10，以白果出油率為評價指標，探討料液比對白果油萃取效果的影響。結果見圖6。

圖6 料液比對白果出油率的影響

由圖6可知，當料液比從 1∶2增加到 1∶6時，出油率提高幅度較大，當料液比為1∶6時，出油率達到95.86%，再繼續增大溶劑用量，白果出油率增加很少。增大萃取溶劑用量可提高白果出油率，但增加到一定程度后，對白果出油率的影響明顯降低，且溶劑過多不利于回收，會增加殘溶及生產能耗。綜合考慮，選擇最佳料液比為1∶6。

2.2 亞臨界萃取白果油的正交試驗

在單因素試驗的基礎上，固定萃取次數3次，以萃取壓力、萃取溫度、萃取時間、料液比為因素，出油率為評價指標，設計L9(34)正交試驗。正交試驗因素與水平見表1，正交試驗設計與結果見表2，方差分析見表3。

表1 正交試驗因素與水平

表2 正交試驗設計與結果

表3 方差分析

由表2直觀極差分析R值可知，各考察因素對白果出油率影響大小順序依次為B萃取溫度>C萃取時間>A萃取壓力>D料液比。由表3可知，萃取壓力、萃取溫度及萃取時間(P<0.01)對出油率有極顯著影響，而料液比對出油率的影響不顯著。表2直觀分析表明A2B1C3D3為最佳工藝參數組合，由于料液比對白果出油率影響較小，萃取時間因素的k2和k3相差極小，從節約能耗和降低生產成本的角度考慮，選取料液比為1∶6，萃取時間為60 min，因此最終確定A2B1C2D2即萃取壓力0.5 MPa、萃取溫度40℃、每次萃取時間60 min、料液比1∶6、萃取次數3次為最佳工藝條件。

2.3 驗證試驗

取同一批白果粉原料3份，每份2 kg，在萃取壓力0.5 MPa、萃取溫度40℃、每次萃取時間60 min、料液比1∶6、萃取次數3次的條件下進行3組平行試驗，白果出油率平均為96.16%，說明該工藝穩定可行。該工藝明顯高于常規的溶劑浸出法(88.6%[5])和超臨界CO2萃取法(73.1%[5])。

2.4 白果油理化指標

亞臨界萃取所得白果油的理化性質見表4。由表4可知，白果油的碘值(I)為156.62 g/100 g，碘值偏高，表明白果油不飽和程度高，應盡量在避光、低溫、密封的條件下保存，防止白果油發生氧化酸敗。折光指數一般隨脂肪酸雙鍵和共軛程度的增大而增大[14]，白果油折光指數為1.473 7，比一般植物油大，表明白果油含有大量的不飽和雙鍵。白果油過氧化值較低，表明其在亞臨界萃取過程中氧化程度較低。酸值(KOH)小于2.0 mg/g，符合食用植物油的標準。亞臨界萃取得到的白果油為黃色，色澤較深，需進行脫色處理。

表4 亞臨界萃取所得白果油的理化性質

2.5 白果油脂肪酸組成分析

白果油脂肪酸組成及相對含量見表5。

表5 白果油脂肪酸組成及相對含量

由表5可知，亞臨界流體萃取所得白果油主要檢測出6種脂肪酸，已鑒定組分占總量的99.99%，其中飽和脂肪酸主要為棕櫚酸，含量僅為8.28%，而不飽和脂肪酸含量高達91.71%，不飽和脂肪酸主要由油酸和亞油酸組成，其二者含量達到80.29%。油酸和亞油酸是人體必需脂肪酸，具有抗氧化、抗癌、改善血液循環、促進肝細胞再生、增強記憶、延緩衰老、抑制人體內膽固醇合成等多種功效[15]，可見亞臨界萃取得到的白果油不僅營養價值豐富，還具有獨特的保健功能。

3 結 論

(1)經過單因素試驗和正交試驗確定了亞臨界萃取白果油的最佳工藝條件：萃取壓力0.5 MPa，萃取溫度40℃，料液比1∶6，萃取次數3 次，每次萃取時間60 min。按照最佳萃取工藝條件進行驗證試驗，出油率可達96.16%。

(2)對亞臨界萃取所得白果油的理化指標進行分析，經檢測其相對密度0.922 5，折光指數(20℃)1.473 7，碘值(I)156.62 g/100 g，酸值(KOH)1.95 mg/g，過氧化值1.46 mmol/kg，皂化值(KOH)181.19 mg/g，各項指標符合食用植物油衛生標準。

(3)利用氣相色譜-質譜聯用分析了亞臨界萃取所得白果油的脂肪酸組成，其主要含有油酸、亞油酸、棕櫚酸、5，12-十八碳二烯酸、9-十六碳烯酸和5，11，14-二十碳三烯酸6種脂肪酸，不飽和脂肪酸含量達91.71%，以油酸和亞油酸為主，其二者含量達到80.29%。因此，亞臨界萃取所得白果油是一種富含多不飽和脂肪酸的功能性油脂，開發利用前景廣闊。

[1] 杜文明，徐克涵.銀杏的營養和藥用價值[J].河北林業科技，2002(3):48.

[2] 黃文，謝筆鈞，王益.白果的研究和開發利用[J]. 湖北林業科技，2002(3):41-42.

[3] 張煥新，臧大存，劉靖，等. 超臨界CO2萃取銀杏油工藝研究[J]. 安徽農業科學，2008，36(28):12114-12117，12148.

[4] 鄧乾春，曾常敏，田斌強，等. 白果油的提取及脂肪酸組成分析[J]. 中國油脂，2007，32(10):76-79.

[5] 陳西娟，王成章，陳虹霞，等. 白果油的提取工藝及其化學成分研究[J]. 西北植物學報，2010，30(4):838-843.

[6] 李迎霞，周珊，鐘玲，等. 響應曲面法優化超臨界CO2萃取白果油的工藝研究及其成分分析[J]. 中藥材，2011，34(2):298-301.

[7] 張明，萬楚筠，黃鳳洪. 亞臨界萃取菜籽脫皮低溫壓榨餅中油脂[J]. 中國油脂，2015，40(5):14-17.

[8] 吳雪輝，劉肖麗，劉智鋒，等. 油茶籽油亞臨界流體萃取工藝及品質研究[J]. 中國油脂，2012，37(10):6-9.

[9] 吳曉菊，楊清香，徐效圣，等. 亞臨界萃取神香草精油的工藝研究[J]. 食品工業，2015(4):99-101.

[10] 姚茂君，李靜. 牡丹籽油亞臨界流體萃取工藝優化[J]. 食品科學，2014，35(14):53-57.

[11] 楊倩，祁鯤，王金順，等. 亞臨界萃取牡丹籽油的工藝研究[J]. 中國油脂，2016，41(5):15-18.

[12] HAN Y Q，MA Q C，WANG L，et al. Extraction of astaxanthin fromEuphausiapacificusing subcritical 1，1，1，2-tetrafluoroethane[J].J Ocean Univ China，2012，11(4): 562-568.

[14] IXTAINA V Y，MATTEA F，CARDARELLI D A，et al. Supercritical carbon dioxide extraction and characterization of Argentinean chia seed oil[J]. J Am Oil Chem Soc，2011，88(2): 289-298.

[15] 姚茂君，李嘉興，張永康. 獼猴桃籽油理化特性及脂肪酸組成[J].無錫輕工大學學報，2002，21(3): 307-309.

Subcritical extraction of ginkgo seed oil

ZHOU Hao1, 2, WANG Chengzhang1, 2, YE Jianzhong1,CHEN Hongxia1, TAO Ran1, DAI Mingming1

(1.Key Lab of Biomass Energy and Material in Jiangsu Province, Key and Open Lab of Forest Chemical Engineering, State Forestry Administration, National Engineering Lab for Biomass Chemical Utilization, Institute of Chemical Industry of Forest Products, Chinese Academy of Forestry,Nanjing 210042, China; 2. Institute of Forestry New Technology,Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China)

With ginkgo seed as raw material, subcritical butane as extraction solvent and oil yield of ginkgo seed as evaluation index, the subcritical extraction technology of ginkgo seed oil was optimized by single factor experiment and orthogonal experiment. The results showed that the optimal subcritical extraction conditions of ginkgo seed oil were obtained as follows: extraction pressure 0.5 MPa, extraction temperature 40℃, extraction time 60 min, ratio of material to liquid 1∶6 and extraction times three. Under these conditions, the oil yield of ginkgo seed was 96.16%.The detection results of physicochemical properties of ginkgo seed oil indicated that the relative density, refractive index(20℃), acid value, iodine value, peroxide value, and saponication value were 0.922 5, 1.473 7, 1.95 mgKOH/g, 156.62 gI/100 g, 1.46 mmol/kg and 181.19 mgKOH/g, respectively. The fatty acid composition of ginkgo seed oil was analyzed by GC-MS and six kinds of fatty acids were identified as oleic acid (30.25%), linoleic acid (50.04%), palmitic acid (8.28%), 5, 12-octadecadienoic acid(2.34%), 9-hexadecenoic acid(4.41%)and 5, 11, 14-eicosatrienoic acid (4.67%), in which the content of unsaturated fatty acids was 91.71%.Key words：ginkgo seed oil; subcritical extraction; physicochemical index; fatty acid composition

2016-07-15；

2016-12-23

江蘇省林業三新工程項目(LYSX[2015]25)

周 昊(1982)，女，助理研究員，碩士，研究方向為天然產物研究與利用(E-mail)zhouhaolhs@163.com。

王成章，研究員，博士生導師(E-mail)wangczlhs@sina.com。

TS225.1；TQ644.1

A

1003-7969(2017)03-0072-05