翅果油超臨界CO2流體萃取工藝優化及其不同提取方法的比較

王呈馨，張 忠，范柳萍，李 娟

(1.江南大學 食品學院，江蘇 無錫214122; 2.山西醫科大學 人體解剖教研室，太原030001; 3.山西琪爾康翅果生物制品有限公司，山西 臨汾041000)

翅果油樹是我國二級瀕危保護植物，屬于胡頹子科胡頹子屬，主要分布在山西省的翼城、平陸和鄉寧等地，在陜西省也有零星分布[1-2]。翅果油樹種仁粗脂肪含量為46%～52%[3]。翅果油味道清香，油質清亮，在山西當地有悠久的食用歷史[4]。翅果油中含有VE、角鯊烯、甾醇等生物活性成分，具有抗氧化[5]，降低膽固醇和甘油三酯[6]，預防肥胖[7]以及抗疲勞[8]等功能。因此，翅果油可作為一種優質的保健油脂，具有廣闊的開發利用前景。同時翅果油樹的葉子、果皮和果殼也可用作飼料、肥料等加以開發利用。目前，對翅果油的研究主要集中在功能方面，缺乏對不同提取方法翅果油得率和微量活性成分分析方面的研究。

本文采用超臨界CO2流體萃取翅果油，以翅果油得率為指標，采用單因素試驗和正交試驗對提取工藝進行了優化。比較了不同提取方法(浸出法、超臨界CO2流體萃取法、冷榨法、熱榨法)對翅果油得率和微量活性成分的影響，為進一步研究翅果油的提取工藝，提升翅果油品質提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

翅果油樹種子，由山西琪爾康翅果生物制品有限公司提供。無水乙醇、氫氧化鉀等，均為分析純。角鯊烯標準品、VE標準品、甾醇標準品，均購于Sigma公司。

N-20多功能氮吹儀，CP214電子分析天平，CS-700Y型搖擺粉碎機，SC-30超級恒溫槽，CZR091型榨油機，SFE 500超臨界萃取設備，HPLC 2414液相色譜分析儀，GC-9A氣相色譜分析儀。

1.2 試驗方法

1.2.1 翅果油的不同提取工藝

1.2.1.1 超臨界CO2流體萃取法

將翅果油樹種子粉碎，稱取120 g翅果油樹種子粉末，裝入如圖1所示的萃取釜中，打開CO2鋼瓶，待萃取溫度上升到設定溫度后，開始計時。待萃取完成后，打開分離釜的閥門，降壓收集翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

注：1.CO2鋼瓶；2.流量計；3.低溫恒溫器；4.泵；5.電熱器；6、9.壓力計；7.萃取釜；8.分離釜。

圖1 超臨界CO2流體萃取裝置示意圖

1.2.1.2 浸出法(有機溶劑提取法)

取粉碎至40目的翅果油樹種子粉末，參照GB 5009.6—2016中的索氏提取法提取翅果油。以無水乙醚為提取溶劑，提取條件為料液比1∶10、提取溫度65℃、回流時間4 h，蒸干溶劑后收集得到翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

1.2.1.3 冷榨法

稱取適量的翅果油樹種子，裝入濾袋置于壓榨機中壓榨，調節壓力為60 MPa，收集提取到的翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

1.2.1.4 熱榨法

稱取適量的翅果油樹種子于托盤中，在130℃鼓風式烘箱中烘烤30 min，趁熱裝入濾袋置于壓榨機中壓榨，調節壓力為60 MPa，收集提取到的翅果油，并置于4℃冰箱中保存。

1.2.2 測定方法

1.2.2.1 不同提取方法翅果油得率的測定

將分離得到的翅果油稱重，按照下式計算翅果油得率。

翅果油得率=翅果油質量/原料質量×100%

1.2.2.2 VE、角鯊烯、甾醇含量的測定

翅果油中VE、甾醇含量的測定參照Boso等[9]的方法，角鯊烯含量的測定參照張東生等[10]的方法。

2 結果與分析

2.1 超臨界CO2流體萃取工藝的單因素試驗

2.1.1 萃取壓力對翅果油得率的影響

在萃取溫度45℃、萃取時間120 min、原料粒度40 目的條件下，考察不同萃取壓力對翅果油得率的影響，結果如圖2所示。

圖2 萃取壓力對翅果油得率的影響

由圖2可知，隨著萃取壓力的升高，翅果油得率也逐漸升高。這是由于隨著萃取壓力的升高，CO2流體密度也逐漸增加，對油脂溶解性能也逐漸增加，有利于翅果油得率的增加。但過高的萃取壓力會導致能耗增加，也會影響設備的使用壽命。綜合考慮翅果油得率和成本的影響，選擇萃取壓力30～35 MPa進行正交優化試驗。

2.1.2 萃取溫度對翅果油得率的影響

在萃取壓力30 MPa、萃取時間120 min、原料粒度40 目的條件下，考察不同萃取溫度對翅果油得率的影響，結果如圖3所示。

圖3 萃取溫度對翅果油得率的影響

由圖3可知，當萃取溫度由35℃升高到65℃，翅果油得率整體呈先增加后降低的趨勢，在55℃達到最大。這是由于在此過程中翅果油的蒸汽壓逐漸增加，使得翅果油在CO2流體中的溶解度增大[11]，因此翅果油得率增加。但溫度過高CO2流體密度降低，其溶解能力也逐漸降低[12]，因此翅果油得率下降。說明在超臨界CO2流體萃取過程中翅果油的溶解度受到翅果油的蒸汽壓和CO2流體密度兩方面的影響，故選擇萃取溫度50～60℃進行正交優化試驗。

2.1.3 萃取時間對翅果油得率的影響

在萃取壓力30 MPa、萃取溫度45℃、原料粒度40 目的條件下，考察不同萃取時間對翅果油得率的影響，結果如圖4所示。

圖4 萃取時間對翅果油得率的影響

由圖4可知，當萃取時間為90～150 min時，翅果油得率隨萃取時間的延長而增加，當萃取時間在150～180 min時，翅果油得率差異不大。因此，選擇萃取時間120～180 min進行正交優化試驗。

2.1.4 原料粒度對翅果油得率的影響

在萃取壓力30 MPa、萃取溫度45℃、萃取時間120 min的條件下，考察不同原料粒度對翅果油得率的影響，結果如圖5所示。

由圖5可知，當原料粒度從40目增加到60目時，翅果油得率有所下降，這可能是由于原料中傳質阻力大，不利于進行萃取。當原料粒度為80目時，翅果油得率最高，之后隨著原料粒度繼續增加，翅果油得率反而降低。這是因為原料過細，在萃取壓力下導致堆積密度過大，原料會板結成塊，同時成塊的原料還會導致局部受熱不均勻，嚴重時還會導致翅果油中生物活性成分被破壞，影響翅果油品質。因此，選擇原料粒度60～100目進行正交優化試驗。

圖5 原料粒度對翅果油得率的影響

2.2 超臨界CO2流體萃取工藝的正交試驗優化

根據單因素試驗結果，選用四因素三水平正交表進行優化試驗，正交試驗因素水平見表1，正交試驗設計及直觀分析結果見表2。

表1 正交試驗因素水平

表2 正交試驗設計及直觀分析結果

由表2可知，影響翅果油得率的主次因素依次為萃取時間>原料粒度>萃取溫度>萃取壓力，優化組合為A1B1C2D2，即萃取壓力30 MPa、萃取溫度50℃、萃取時間150 min、原料粒度80 目。根據正交試驗得到的最優水平組合進行3次平行試驗。結果表明，在最優條件下翅果油平均得率為(28.32±1.15)%。

2.3 不同提取方法對翅果油得率的影響(見表3)

表3 不同提取方法對翅果油得率的影響

注：不同上標字母表示差異顯著。下同。

由表3可知，4種提取方法中冷榨法和熱榨法的翅果油得率都顯著低于超臨界CO2流體萃取法和浸出法。說明有機溶劑和超臨界CO2流體都可提高油料出油率，這可能是由于原料與有機溶劑、超臨界CO2流體接觸得更加充分，有利于油脂溶出。熱榨法的翅果油得率顯著高于冷榨法，這可能是由于熱榨法的前處理條件有助于原料種子中細胞結構的破壞，并加速油脂分子的運動，從而有利于油脂溶出，提高翅果油得率[13]。

2.4 不同提取方法對翅果油中微量活性成分的影響(見表4)

表4 不同提取方法對翅果油中微量 活性成分含量的影響 mg/100 g

由表4可知，翅果油中VE含量按照浸出法、超臨界CO2流體萃取法、冷榨法、熱榨法的順序依次降低。由于VE具有對光和熱敏感的特點，容易發生氧化分解和聚合[14-15]，且熱榨法中處理溫度高于冷榨法、浸出法和超臨界CO2流體萃取法的處理溫度，因此熱榨法獲得的翅果油中VE含量較低。翅果油中角鯊烯含量按照熱榨法、超臨界CO2流體萃取法、浸出法和冷榨法的順序依次降低。熱榨法制得的翅果油中角鯊烯含量最高，可能是由于適當的前處理溫度更有利于翅果油中角鯊烯的提取。翅果油中甾醇含量按照浸出法、超臨界CO2流體萃取法、熱榨法和冷榨法的順序依次降低，這可能是由于有機溶劑和超臨界CO2流體與原料接觸得更加充分，更有利于甾醇的提取。檢測結果表明，不同提取方法對翅果油中微量活性成分含量的影響較大。

3 結 論

以翅果油得率為指標，采用單因素試驗和正交試驗對超臨界CO2流體萃取翅果油的工藝參數進行優化。比較了浸出法、超臨界CO2流體萃取法、冷榨法和熱榨法對翅果油得率及微量生物活性成分含量的影響。結果表明：超臨界CO2流體萃取翅果油的最優工藝條件為萃取壓力30 MPa、萃取溫度50℃、萃取時間150 min、原料粒度80目，此條件下翅果油得率為(28.32±1.15)%；在翅果油得率方面，超臨界CO2流體萃取法和浸出法的得率遠高于壓榨法，具有顯著優勢；在翅果油中微量生物活性成分方面，超臨界CO2流體萃取法制得的翅果油中VE、角鯊烯、甾醇含量均較高，浸出法的翅果油中VE、甾醇含量最高，除熱榨法的角鯊烯含量最高外，壓榨法其他指標均較低。