利用超臨界CO2萃取降低沙棘油脂肪酸工藝研究

王巨成

(1.山西省林業科學研究院，山西 太原 030012；2.國家林業局沙棘工程技術研究中心，山西 太原 030012)

沙棘油，系從天然植物沙棘果實中提取出的珍貴天然油脂，是多種維生素和生物活性物質的復合體。沙棘油作為藥用原料有抑制炎癥擴散、抗感染、促進愈合的功效，被廣泛應用于燙傷、燒傷、刀傷等治療；作為保健食品原料還有抗氧化、護肝、降血脂等功效；同時，也是美白、養顏、抗衰老的純天然護膚佳品。

通常油脂暴露于空氣中一段時間后，在脂肪水解酶或微生物繁殖所產生的酶的作用下，部分甘油酯會分解產生游離脂肪酸，使油脂變質酸敗。此外，一些壓榨方法制作出的沙棘油酸價超標、不合格，攝入后會影響人體的正常代謝，危害健康。超臨界 CO2流體技術是一種新型的沙棘油萃取方法，可以降低酸價，改善油脂品質。該方法提取過程對人體無毒害、對環境無污染，且 CO2價格便宜、容易取得、可循環使用，能降低生產成本。筆者以已酸敗沙棘油為原料，著重研究了萃取壓力、萃取溫度、萃取時間3個因素對沙棘油酸價的影響，以期得到超臨界CO2萃取降低沙棘油脂肪酸的最佳工藝條件，對沙棘油的加工和利用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為已酸敗沙棘油，2014年生產于山西省林業科學研究院。

1.2 儀器設備

試驗儀器為超臨界CO2萃取裝置(1L-SFE)、堿式滴定管、天平、錐形瓶、食品級CO2；試驗試劑為醚醇混合液、酚酞指示劑、0.1 mol/L KOH標準溶液。

1.3 試驗方法

1.3.1 超臨界 CO2萃取

稱取已酸敗沙棘油100 g，放入超臨界CO2萃取裝置的萃取釜內進行萃取分離，在一定的溫度和壓力條件下，游離脂肪酸及部分水分從分離柱和解析釜中分離出，經超臨界流體精提過的沙棘油仍留于萃取釜中。影響超臨界CO2流體對沙棘油提純的關鍵因素有萃取壓力、萃取溫度、萃取時間，筆者研究了各因素對沙棘油酸價的影響，并針對不同因素組合進行正交試驗。以沙棘油酸價的高低來評價油脂質量，酸價越小，說明油脂質量越高，新鮮度和精煉程度越好。

1.3.2 脂肪酸含量測定

試樣測定：稱取沙棘油約3 g，注入錐形瓶，加入醚醇混合液(乙醚∶異丙醇=1∶1)50 mL，搖勻，加入3滴酚酞指示劑，充分振搖溶解試樣。用裝有0.1 mol/L KOH標準溶液的滴定管對試樣進行滴定，至試樣溶液初現微紅色，且15 s內無明顯褪色為滴定終點。記錄滴定所消耗標準溶液的毫升數(V)。

空白測定：另取一錐形瓶，加入相同體積和種類的有機溶劑混合液和指示劑，用標準溶液滴定至微紅，記錄滴定所消耗標準溶液的毫升數(V0)。

酸價(mg/g)指中和1 g油脂中游離脂肪酸所需氫氧化鉀的毫克數，計算公式如下：

式中： XAV——酸價，mg/g；

V——試樣測定所消耗 KOH 溶液的體積，mL；

V0——空白測定所消耗KOH溶液的體積，mL；

c——KOH摩爾濃度,mol/L;

56. 1——KOH的摩爾質量，g/mol.

2 結果與分析

2.1 不同萃取壓力對酸價的影響

在萃取溫度為45 ℃，萃取時間為6 h的條件下，進行不同萃取壓力對沙棘油酸價的影響試驗。結果見圖1.

由圖1可以看出，當萃取壓力小于12 MPa時，隨著壓力上升，沙棘油中的酸價降低。12 MPa時沙棘油酸價最低，故最佳萃取壓力為12 MPa.這可能是因為當壓力≤12 MPa時，飽和脂肪酸分子量大于油脂，易溶于CO2流體中，飽和脂肪酸被分離柱分離，部分水分被解析出來。因此，滯留于萃取釜內的沙棘油中脂肪酸含量降低。

圖1 不同萃取壓力對沙棘油酸價的影響

2.2 不同萃取溫度對酸價的影響

在萃取壓力為12 MPa，萃取時間為6 h的條件下，進行不同萃取溫度對沙棘油酸價的影響試驗。結果見圖2.

圖2 不同萃取溫度對沙棘油酸價的影響

由圖2可以發現，當溫度在30 ℃～45 ℃時，隨著溫度的上升，沙棘油酸價下降明顯；當溫度升溫到45 ℃～55 ℃時酸價變化不明顯，故最佳萃取溫度為45 ℃.萃取溫度是調節超臨界萃取過程的主要參數之一，當萃取壓力固定時通過改變溫度能把高沸點、低揮發度、易熱解的物質在其沸點溫度以下萃取出來。在CO2氣體籠罩下進行提取，萃取溫度一般在35 ℃～50 ℃之間，如果溫度過高會對熱敏性物質造成氧化和逸散。

2.3 不同萃取時間對酸價的影響

在萃取壓力為12 MPa，萃取溫度為45 ℃條件下，進行不同萃取時間對沙棘油酸價的影響試驗。結果見第26頁圖3.

由圖3可以看出，隨著萃取時間的延長，沙棘油酸價降低。當時間到達6 h后，酸價仍在降低但不明顯。為節約能耗，故選擇萃取時間為6 h.

圖3 不同萃取時間對沙棘油酸價的影響

2.4 超臨界CO2萃取降低沙棘油酸價工藝優化

采用3因素3水平進行正交試驗，并對試驗結果進行分析，見表1.

表1 正交試驗

由表1可知，由R值可以看出各因素對沙棘油酸價影響的大小順序為：萃取壓力>萃取時間>萃取溫度。處理工藝以把酸價值降到最小為目標，所以選取最小的平均指標k值。因此，超臨界CO2萃取降低沙棘油酸價的最佳工藝條件為：萃取壓力12 MPa，萃取溫度45 ℃，萃取時間6 h.按照上述最佳工藝條件對已酸敗沙棘油(酸價值55.94 mg/g)進行3次平行試驗，經計算，沙棘油酸價值分別為5.05 mg/g，5.15 mg/g和5.18 mg/g，平均酸價5.13 mg/g.結果證明，利用正交試驗所得到的最佳工藝大大降低了沙棘油酸價，改善了沙棘油品質，該條件是適宜的。

3 結論

研究結果表明，采用超臨界CO2萃取技術精提沙棘油時，萃取壓力要小于12 MPa，否則沙棘油和脂肪酸會被同時萃取出來。萃取溫度不能大于60 ℃，溫度過高會破壞沙棘油中的有效活性成分。為節約能耗，萃取時間不宜過長，在6 h左右為宜。通過正交試驗得到的最佳工藝條件為：萃取壓力12 MPa，萃取溫度45 ℃，萃取時間6 h. 在該工藝條件下沙棘油酸價由原來的55.94 mg/g 降低至5.13 mg/g，達到行業標準要求(酸價≤15 mg/g)，表明該試驗工藝條件是合適的。此方法能夠有效降低沙棘油酸價，提升沙棘油品質，且具有萃取效率高、無毒、節能、簡單易掌握等優點，易于工業化生產。