( 1.中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原 030051；2.山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原 030006；3.中北大學(xué)理學(xué)院，山西太原 030051 )
紅花籽油是從菊科植物紅花(Carthamus tinctorius L.)的種子中提取的植物油，其亞油酸含量是所有植物油中最高的，而亞油酸是一種人體必需卻又不能在體內(nèi)自行合成的脂肪酸，能夠明顯減少人體血漿中膽固醇的含量，可防治心、腦血管疾病，紅花籽油因此被認(rèn)為是世界上最好的食用油之一。目前，提取紅花籽油的方法主要為壓榨法或抽提法。壓榨法收率較低，抽提法所得紅花籽油純度不高，且有溶劑殘留，效果均不理想。而超臨界CO2對(duì)脂溶性物質(zhì)溶解性較好，作為萃取介質(zhì)可提高萃取量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物自行分離，無(wú)任何殘留。作者在此考察了超臨界CO2萃取工藝參數(shù)對(duì)紅花籽油萃取的影響，以闡明過(guò)程的控制因素，獲得高質(zhì)量的紅花籽油。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 原料和試劑
紅花籽(含水率5.6％、含油率26.7％)，產(chǎn)自新疆吉木薩爾。二氧化碳(純度99.5％)，太原市化肥廠。
1.2 裝置
實(shí)驗(yàn)采用自制的半連續(xù)超臨界萃取裝置。萃取器和分離器的容積分別為0.5L和0.2L。萃取溫度可在室溫到353K之間調(diào)節(jié)，最大萃取壓力32MPa，流量在0～4.5L·h-1范圍內(nèi)可調(diào)。
1.3 方法
CO2從鋼瓶經(jīng)過(guò)濾進(jìn)入冷凝器變成液體，由柱塞泵計(jì)量注入萃取器中，對(duì)粉碎的紅花籽進(jìn)行萃取，由節(jié)流閥控制逐級(jí)降壓，將攜帶有紅花籽油的CO2流體依次送到分離器Ⅰ和Ⅱ，超臨界CO2密度降低，紅花籽油與CO2自行分離。采用GC7890型氣相色譜儀(天美)對(duì)紅花籽油進(jìn)行檢測(cè)分析。
2 結(jié)果與討論
2.1 萃取壓力對(duì)紅花籽油萃取量的影響
裝料量為50g、萃取溫度為323K、CO2流量為4.5L·h-1，在12MPa/313K、(5～6)MPa/313K的條件下兩級(jí)分離(下同)，考察萃取壓力(20～28MPa)對(duì)紅花籽油萃取量的影響，結(jié)果如圖1所示。
由圖1可見(jiàn)，在萃取溫度恒定的情況下，萃取達(dá)到平衡的時(shí)間隨萃取壓力的升高而縮短，同時(shí)紅花籽油的萃取量明顯上升。當(dāng)萃取時(shí)間為120min、萃取壓力從20MPa提高到28MPa時(shí)，紅花籽油的萃取量由5.73g到11.95g，提高約1倍，表明較高的萃取壓力有利于紅花籽油萃取量的提高，這與其它種籽油的超臨界CO2萃取結(jié)果類似。這是因?yàn)?，壓力的升高使得超臨界CO2的密度增大，故油脂的溶解度增大，萃取達(dá)到平衡的時(shí)間相對(duì)縮短。
2.2 萃取溫度對(duì)紅花籽油萃取量的影響
萃取壓力為28MPa，其它條件同2.1，考察萃取溫度(308～323K)對(duì)紅花籽油萃取量的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。
由圖2可知，在308～318K之間，隨著萃取溫度的升高，萃取量增大；當(dāng)萃取溫度由318K升高到323K時(shí)，萃取量略有下降。這與其它種籽油的超臨界CO2萃取結(jié)果類似 。溫度對(duì)油脂在CO2流體中的溶解有兩方面的影響。一方面，升高溫度導(dǎo)致油脂分子的擴(kuò)散系數(shù)增大，CO2流體的粘度下降，傳質(zhì)系數(shù)增加，使油脂在其中的溶解度增大；另一方面，超臨界CO2流體的密度隨溫度的升高而減小，導(dǎo)致CO2流體的溶劑化效應(yīng)降低，使油脂在CO2中的溶解度下降。總的影響取決于以上兩個(gè)方面的綜合作用。萃取溫度在308～318K之間，前者為主導(dǎo)因素，導(dǎo)致萃取量增大；在318～323K之間，后者的影響較明顯，導(dǎo)致萃取量略有下降。
2.3 萃取時(shí)間對(duì)紅花籽油萃取量的影晌
萃取壓力為28MPa，萃取溫度為318K，其它條件同2.1，考察萃取時(shí)間對(duì)紅花籽油萃取量的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。
由圖3可知，萃取的前1h萃取量呈線性增長(zhǎng)，萃取l～2h之間增幅減??；當(dāng)萃取時(shí)間為2h時(shí)，產(chǎn)物累計(jì)達(dá)到12.32g，萃取接近完全；萃取2h后產(chǎn)物增加緩慢。因此，確定最佳萃取時(shí)間為2h。
2.4 其它因素對(duì)紅花籽油萃取量的影響
CO2流量、原料的水分和粒度等也是影響超臨界CO2萃取過(guò)程的重要因素。在系統(tǒng)CO2最大流量(4.5L·h-1)下，設(shè)定萃取壓力和萃取溫度分別為28MPa、318K，考察裝料量對(duì)萃取量的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。
由圖4可知，隨著裝料量的改變，單位時(shí)間內(nèi)萃取的紅花籽油絕對(duì)量差別不大，但裝料量越多，單位質(zhì)量原料的出油率越低。這是因?yàn)橐欢康腃O2的最大萃取能力是一定的，導(dǎo)致相對(duì)萃取量隨裝料量的增大而降低。
因水在高壓CO2中有一定的溶解度，如果原料的含水率高，水分將起夾帶劑的作用。原料含水量對(duì)萃取量的影響見(jiàn)圖5。
由圖5可知，原料的烘干與否對(duì)產(chǎn)物總量的萃取影響很小，但烘干后油的收率相對(duì)較高，且可省去產(chǎn)物收集的油水分離過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)采用的原料含水率僅為5.6％ 。此外，為提高萃取效率，原料一般需要破碎。但顆粒無(wú)需太小，以免堵塞篩孔或被帶出萃取器，而且紅花籽含油率高，粒度太小會(huì)粘在一起。本實(shí)驗(yàn)采用的原料平均粒度為1.26mm。
2.5 紅花籽油的成分分析
通過(guò)控制超臨界萃取的分離條件，從分離器Ⅰ收集到的紅花籽油約占產(chǎn)物總量的85％，室溫下為淺黃色透明液體，物理品質(zhì)明顯優(yōu)于溶劑抽提法制得的紅花籽油。油脂經(jīng)水解后再甲酯化，采用氣相色譜檢測(cè)分析其脂肪酸，外標(biāo)定性得出4種主要成分，用面積歸一法計(jì)算其相對(duì)含量，結(jié)果見(jiàn)表1。
由表1可知，分離器Ⅰ中紅花籽油的主要成分得到有效富集，亞油酸及不飽和脂肪酸的含量分別高達(dá)79.16％和91.37％，與溶劑抽提法相比，雜質(zhì)含量減少。
3 結(jié)論
(1)采用超臨界CO2流體萃取紅花籽油，萃取量隨著萃取壓力的增大而提高；與萃取壓力相比，萃取溫度的影響較小，且萃取量隨萃取溫度的升高出現(xiàn)最大值。
(2)超臨界C02流體萃取紅花籽油，通過(guò)控制分離條件，可將其主要成分進(jìn)行有效富集。所得紅花籽油的亞油酸及不飽和脂肪酸含量明顯提高，是理想的保健食用油。