山茶籽油超臨界萃取的工藝研究

◎ 劉東風(fēng)

（福建省糧油科學(xué)技術(shù)研究所，福建 福州 350000）

山茶籽油作為我國民間藥食同源的高檔食用油，在制取過程中，如何保留油中的有效活性物質(zhì)及油中存在的至今尚未探明的有益微量營養(yǎng)成分，是山茶籽油制取工藝的技術(shù)難題。油脂過度精煉，忽視脂肪伴隨物的營養(yǎng)與功能，是我國食用油營養(yǎng)及消費領(lǐng)域存在的一大誤區(qū)，食用油生產(chǎn)應(yīng)提倡：精致制取、適度精煉的理念，整個生產(chǎn)過程均應(yīng)保持脂肪酸和甘油酯成分的天然狀態(tài)[1]。

長期以來，在制作山茶籽油時多使用的是壓榨、浸出兩大方法，這兩種方法雖然已經(jīng)形成了較為成熟的技術(shù)，但是其在制取的過程中會破壞營養(yǎng)成分和脂肪酸，還會導(dǎo)致油的雜質(zhì)多、味苦和其他有害物質(zhì)的殘留等等，從而阻礙了山茶籽油向高端市場進軍，不經(jīng)過精煉，難以符合食用油國家標準，更難以達到醫(yī)藥和化妝品行業(yè)的應(yīng)用要求。如果進行精煉，則山茶籽油特有的風(fēng)味等感觀特性喪失，脂肪伴隨物的營養(yǎng)功能遭到破壞。因此傳統(tǒng)的油脂壓榨與精煉工藝制約了油茶籽油的進一步開發(fā)應(yīng)用。

本工藝研究運用惰性氣體二氧化碳在超臨界狀態(tài)下制取山茶籽油，并在氣相中與油分離，整個制取過程操作簡便、提取率高、含膠質(zhì)少、色澤淺，通過萃取參數(shù)的調(diào)整，脫除游離脂肪酸，省去油脂脫膠、脫酸、脫色等精煉工序，避免脂肪酸及脂肪伴隨物的營養(yǎng)與功能受到干擾，獲得高品質(zhì)、高價值的山茶籽油。這樣一種山茶籽油不僅可以作為食品來食用，還可以用于醫(yī)療和化妝品等，拓寬了產(chǎn)品的價值。

1 材料與工藝

1.1 材料和儀器

南通儀創(chuàng)實驗儀器有限公司生產(chǎn)的HA2240-11(10+1)超臨界萃取設(shè)備，純度99.5%的CO2鋼瓶氣體，福州市北峰李貴油料種植農(nóng)民專業(yè)合作社提供的山茶籽，其他試劑AR級化學(xué)試劑。

1.2 萃取工藝與方法

（1）萃取工藝流程。實驗裝置是HA2240-11（10L+1L）萃取裝置。制作流程設(shè)計：二氧化碳從鋼瓶中釋放后，進入降溫裝置，在高壓泵獲得壓強后便能與之一同進入萃取釜，在完成萃取之后，所獲得的物質(zhì)進入分離釜Ⅰ完成降壓，從而獲得山茶籽油，剩余的氣體將再次進入分離釜Ⅱ以備繼續(xù)利用。工藝流程如圖1所示。

圖1 萃取工藝流程圖

（2）油料預(yù)處理。山茶籽→脫殼→粉碎→過篩（12目）→稱量→裝料。

（3）含油量的測定。索氏抽提法。

（4）山茶籽油油色測定。羅維朋比色法。

（5）萃取出油率計算公式。出油率（%）=萃取物重量/原料重量×100%。

（6）萃取出油效率計算公式。出油效率（%）=出油率/總油脂含量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 投料量對出油率的影響

如果粉碎程度特定，那么投料量的大小與萃取濃度高低直接有關(guān)。投料量過大，會造成原料的堆積，不利于二氧化碳流動，從而導(dǎo)致整個裝置內(nèi)的氣流不均勻，這反而會導(dǎo)致萃取濃度不高。而二氧化碳的數(shù)量確定不變時，增加投料量會導(dǎo)致每單位原料的流量下降，從而使得萃取濃度降低，但是這也并不意味著投料量越少越好，因為太少的投料量，將難以使得相關(guān)裝置順利完成萃取，從而降低設(shè)備的使用效率。試驗所用脫殼茶籽仁含油36.5%，其他條件相同所獲得的萃取結(jié)果見表1。

表1 投料量對出油率的影響表

由表1得出，當(dāng)將山茶籽粉的投入量添加至80 kg時，萃取濃度變低，說明70 kg達到了峰值。此時的出油率為35.8%，比傳統(tǒng)的液壓壓榨出油率高10%以上（用該批茶籽仁70kg進行液壓壓榨，出油量為17.5 kg，則出油率為25%）。

2.2 萃取壓力對山茶籽油出油率的影響

萃取壓力的大小會直接影響到被萃取物的臨界狀態(tài)，一般來說，萃取壓力與萃取濃度呈正相關(guān)。因為裝置內(nèi)壓力增加，將會導(dǎo)致二氧化碳的單位數(shù)量上升，帶來密度的上升，而二氧化碳的密度與萃取物的溶解度是正相關(guān)關(guān)系。二氧化碳密度增加，意味著分子間傳遞速度加快，那么溶質(zhì)和溶劑的傳質(zhì)速度便加快，從而加快溶解。

萃取壓力的變化導(dǎo)致出油率的變化見表2，可以看出，35 MPa為峰值，說明35 MPa的萃取壓力為最佳值。如果再增加萃取壓力，雖然二氧化碳的濃度依然會增加，但壓縮的程度不大，其溶解效果不會有很大的改變，但是壓力的加強會造成能耗增大。

表2 萃取壓力和時間對出油率的影響表

萃取壓力的增加，還會帶來出油速度的增加，從實驗結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)萃取壓力達到40 MPa時，萃取工作僅耗費90 min。所以，將萃取壓力定在35～40 MPa是最佳的。

2.3 萃取溫度對出油率的影響

萃取的溫度與油脂溶解于二氧化碳的程度和快慢有著一定的關(guān)系，當(dāng)萃取溫度為30～40 ℃時，這兩者之間呈正比例關(guān)系，見表3。

表3 萃取溫度和時間對出油率的影響表

萃取的溫度對油的質(zhì)量有著直接影響，一般而言，萃取的溫度越高，萃取出的油越渾濁，但是溫度過低的話，則出油率降低。所以，要選取一個適合的萃取溫度。在本次實驗中，選取的是30～45 ℃的萃取溫度，實驗結(jié)果見表4。

表4 萃取溫度對出油率以及油品質(zhì)的影響表

從表4中的實驗數(shù)據(jù)可以看出，萃取濃度與溫度呈正相關(guān)，但是變化的程度不大，同時渾濁的程度也在往上增加，所以30 ℃為最佳值。

2.4 萃取時間對出油率的影響

從表2和表3可以看出，萃取的壓力達到40 MPa時，當(dāng)萃取的時間不高于90 min，萃取的效率會增加，90 min即為萃取的臨界值。而當(dāng)萃取的壓力處于35～40 MPa，當(dāng)超過120 min，萃取的速度會暫緩，所以萃取的時間定在90～120 min為最佳。

2.5 分離壓力和溫度對萃取的影響

當(dāng)投料由萃取釜轉(zhuǎn)移到分離釜，壓力降低、溫度增加，油脂在二氧化碳中的溶解度會變小，這時山茶籽油會從分離釜Ⅰ中分離出，所以一定要選擇一個合適的分離壓力和溫度值。通過實驗發(fā)現(xiàn)，分離釜Ⅰ的壓力在8～11 MPa，溫度在55～75 ℃，萃取出的山茶籽油的質(zhì)量和凈值最佳。

2.6 萃取油的色澤

每個相等的時間，在不同的時間點萃取出的山茶籽油顏色和黏稠程度稍有不同。從實驗開始到實驗完成，隨著時間的增加，油的顏色變重，黏稠程度也增加，用人的視覺效果來分辨，主要可以分為三大階段，淺黃色A，黃色B，橙色C。萃取溫度的變化，以及壓力的變化，在實驗前期油脂的色澤變化并不很大，其變化主要在后兩個階段體現(xiàn)的。三時段油脂的羅維朋比色值見表5。

表5 不同時段接出油以及與壓榨油的色澤比較表

由上述可以推斷，不同時段接出來的山茶籽油成分組成可能不同，這有利于根據(jù)其各自的特性，開發(fā)出特殊功能的保健油、藥用油及化妝品油。

2.7 萃取油酸價、水分及揮發(fā)物

以本工藝研究所獲取的最佳萃取參數(shù)制取的山茶籽油無需精煉，其酸價、水分及揮發(fā)物指標均達到（或優(yōu)于）國家壓榨一級山茶籽油的標準，結(jié)果見表6。

表6 超臨界萃取的山茶籽油酸價、水分及揮發(fā)物表

2.8 加熱實驗

處于超臨界狀態(tài)下的山茶籽油，采用280 ℃的高溫進行升溫實驗，山茶籽油的色澤變重，沒有絮狀物產(chǎn)生。而且試驗參數(shù)不合理會導(dǎo)致油的雜質(zhì)加重，用此雜質(zhì)較多的萃取油進行280 ℃加熱實驗仍無析出物，即加熱試驗仍然達到國標一級油標準。由此可見，超臨界萃取出的山茶籽油，后期加工處理除精濾外，其余工序均可取消。

3 結(jié)論

（1）采用CO2超臨界萃取山茶籽制取山茶籽油的工藝可行。試驗研究確定較適宜工藝條件是萃取壓力35～40 MPa，萃取溫度30 ℃，分離釜Ⅰ壓力8～11 MPa，溫度55～75 ℃，分離釜Ⅱ溫度25～40 ℃，投料量70 kg，萃取時間90～120 min。

（2）超臨界萃取的山茶籽油與傳統(tǒng)的壓榨油相比，不僅產(chǎn)品質(zhì)量好，經(jīng)濟價值高，更重要的是具有廣闊的市場開發(fā)前景。目前，超臨界萃取技術(shù)尚未在制油領(lǐng)域取得大的進展，主要原因是：生產(chǎn)能耗相對較高，連續(xù)化生產(chǎn)還有一定的困難。因此，該工藝技術(shù)比較適用于高附加值的山茶籽油、香料油、珍貴稀有油料的提取。山茶籽油富含山茶苷、山茶皂苷、茶多酚，角鯊烯等生理活性物質(zhì)，油酸含量高達74%～87%[2]。應(yīng)用超臨界萃取技術(shù)制取山茶籽油，出油率比傳統(tǒng)液壓壓榨高10%以上，品質(zhì)好，無需精煉，較好地保留了山茶籽油中脂肪伴隨物的營養(yǎng)與功能，保持脂肪酸和甘油的天然狀態(tài)。超臨界萃取的山茶籽油可廣泛應(yīng)用于食品、化妝品和醫(yī)療保健品，拓寬了其經(jīng)濟價值。本工藝研究可為山茶籽油的進一步開發(fā)利用提供參考。

[1]金青哲，王興國，劉國艷.食用油中脂肪伴隨物的營養(yǎng)與功能[J].中國糧油學(xué)報，2012，27（9）：124-128.

[2]劉東風(fēng)，陳木贈.茶籽油的開發(fā)與加工[J].福州大學(xué)學(xué)報，2002，30（s1）：730-732.