半連續法超臨界CO2流體萃取花生油及油品質檢

李晟，宋志君，唐泉*，謝禮飛，羅詩慧，趙晶

1. 南華大學核科學技術學院（衡陽 421000）；2. 中國原子能科學研究院，放射化學研究所（北京 100000）

目前，國內外花生油的提取通常采用壓榨法、溶劑浸出法及水酶法等技術手段[1]。壓榨法，油脂出油率低；溶劑萃取法提取花生油時，存在有機溶劑回收難及溶劑殘留等問題[2-3]；水酶法雖能克服傳統制油工藝的弊端，能同時提取油脂與蛋白，但提取時間較長且出油率不高[4-5]。近年來，SC-CO2萃取技術作為一種新型的高效提取技術，可以提取沸點較低的、容易揮發的組分，憑借其無毒、無害、無殘留、不燃燒、無污染、容易回收和循環利用等特點[6]，其理論及應用研究受到越來越多的重視。國內外對SC-CO2萃取核桃仁油[7-8]、杏仁油[9]、葵花籽油[10]、葡萄籽油[11]等也有一定的研究。試驗擬采用半連續法對SC-CO2萃取花生油的工藝條件進行相對系統的研究，探究其萃取的最佳工藝條件，為SC-CO2萃取花生油的產業化生產提供試驗依據。

1 試驗

1.1 試劑和儀器

花生，市售；CO2，北京普萊克斯實用氣體公司，99.99%；HA120-50-01-CC型超臨界萃取裝置（簡易示意圖見圖1），南通華安超臨界萃取有限公司；高速萬能粉碎機；臺式干燥箱；電子天平。

圖1 HA120-50-01-CC型超臨界萃取裝置簡易示意圖

1.2 試驗方法

試驗采用半連續法對花生進行萃取研究，將完整顆粒狀花生樣品經高速萬能粉碎機進行粉碎處理10 min，在臺式干燥箱80 ℃條件下對粉碎后樣品干燥24 h。取300 g左右已干燥樣品裝入1 L的萃取釜中，設置萃取試驗溫度及壓力，設置減壓釜溫度55 ℃、分離釜溫度35 ℃，當溫度達到設定值時，控制CO2流速27.5 L/h，將液態CO2注入萃取釜中，同時擰開一點放空閥，放盡萃取釜中的空氣，再擰緊放空閥，待壓力達到設定值時，擰開背壓閥及調節閥控制減壓釜壓強8～9 MPa、分離釜壓強5.8～6.0 MPa，待條件穩定不變時，開始萃取過程計時，一定時間取一次樣，每次取樣都要取盡減壓釜及分離釜收集到的油脂。出油率按式（1）計算。

式中：E為出油率；m為油質量，g；m1為空瓶質量，g；m0為樣品質量，g。

2 結果與討論

2.1 萃取溫度的影響

在壓力分別為25 MPa，30 MPa和不同溫度條件下對花生樣品進行半連續萃取試驗，研究萃取溫度對出油率的影響，試驗結果如圖2所示。

在壓力一定的情況下，溫度越高，溶質熱運動越劇烈，有利于萃取（動力學）；溫度升高，溶質的飽和蒸汽壓增加，溶質在SC-CO2中的溶解度也會增大（熱力學）；溫度升高，SC-CO2的密度會減小，從而會減小溶質在SC-CO2中的溶解度（SC-CO2本身性質）。由圖2可見，當壓力為30 MPa時，花生油的出油率高且出油迅速；當溫度在50 ℃附近時，出油率最高，但區別于其他溫度條件不明顯；當壓力為25 MPa時，溫度對萃取的影響比較明顯；當溫度上升到50 ℃附近時，出油率最高且出油迅速，再升高溫度，出油率降低且出油相較緩慢，可能是因為當溫度升高時，萃取影響由熱力學及動力學因素主導，而當溫度超過50 ℃時，萃取影響由SC-CO2本身性質主導。

圖2 在壓力為25 MPa，30 MPa下，溫度-出油率關系

2.2 萃取壓力的影響

在溫度50 ℃和不同壓力條件下對花生樣品進行半連續萃取試驗，研究萃取壓力對出油率的影響，試驗結果如圖3所示。

溫度一定，隨著壓力的上升，SC-CO2密度增大，單位體積內SC-CO2量是增加的，SC-CO2的溶解性能增強，有利于萃取；壓力過高會抑制溶質從花生表面向SC-CO2中轉移，不利于萃取。由圖3可見，當壓力增加到30 MPa附近時，出油率最高且出油迅速，壓力進一步增加，出油相較緩慢，綜合考慮經濟及安全性，選擇30 MPa為最佳萃取壓力。

圖3 溫度50 ℃下，壓力-出油率關系

2.3 萃取時間的影響

在溫度50 ℃和30 MPa條件下對花生樣品進行半連續萃取試驗，研究半連續萃取時間對出油率的影響，試驗結果如圖4所示。

從圖4看出，花生的出油率隨著萃取時間的延長而增加，然而隨著時間的延長，出油率增加的幅度逐漸減小，并逐漸趨于平衡，當萃取時間為120 min時，出油率能達到49.03%。萃取剛開始時，SC-CO2與溶質接觸不夠，出油率不高，隨著萃取的進行，SC-CO2與溶質得到良好的接觸，傳質效果達到良好狀態，出油率一直上升，當萃取時間延長至120 min時，萃取物中溶質量已經很少，出油率開始趨于平衡，再延長萃取時間，也不會使出油率有較大增幅，還會增加萃取成本。綜合考慮，300 g左右花生樣品的最佳萃取時間為120 min。

圖4 最佳條件下，出油率與時間的關系

2.4 油品檢測

SC-CO2萃取得到的花生毛油經國家糧油質量監督檢驗中心檢測，表1為花生油的檢驗報告摘錄及國家標準。由表1可看出，萃取得到的花生毛油除酸值偏高，其他各項均能達到國家一級油標準，尤其是溶劑殘留量，遠遠低于國家標準，這充分解決了溶劑浸出存在的溶劑殘留問題。油品酸值過高會加速油品的酸敗變質，傳統方法也避免不了酸值過高問題。花生油中不飽和脂肪酸占比80%以上，在干燥過程中，干燥溫度過高會導致其中一些低碳不飽和脂肪酸的分解，導致酸值偏高。花生樣品經干燥后萃取，水分還是有點超標。油品中的水分及酸值與干燥溫度及干燥方法的確定等干燥過程有較大的變化關系，后續還需開展更深入的研究。

表1 花生油質檢報告摘錄

3 結論

試驗利用半連續法研究了SC-CO2對花生油的萃取，確定了萃取溫度、萃取壓力及萃取時間三個因素對花生出油率的影響關系，得到了SC-CO2萃取花生油的最佳萃取工藝參數：萃取溫度50 ℃，萃取壓力30 MPa，動態萃取120 min。300 g左右花生樣品的出油率為49%，花生毛油經國家糧油質量監督檢驗中心檢測，重要參數指標能達到國家一級油標準。SC-CO2萃取花生油，萃取條件溫和，耗時短，收率高，無溶劑殘留，所得油品好，具有很好的生產應用前景。如何降低所得油品中的水分及酸值，后續還需開展更深入的研究。