香菜籽油的超臨界CO₂萃取工藝研究

秦玉珠 姜娜 徐炎玉 張文斌 邢成硯

摘 要：本文采用超臨界CO2萃取法（Supercritical CO2 Fluid，SCF）對香菜籽油進行萃取，在對萃取時間、壓力、溫度進行單因素試驗基礎上，設計正交試驗以優化萃取條件。結果表明，SCF最佳萃取工藝條件為溫度35 ℃、壓力30 MPa、時間45 min，此條件下萃取率達16.26%。此外，用氣相色譜-質譜聯用法分析香菜籽油各類脂肪酸的含量，得知其主要組分為油酸甲酯（68.43%）、亞油酸甲酯（17.73%）、棕櫚酸甲酯（7.42%），表明香菜籽油中富含油酸、亞油酸及棕櫚酸，是一種具有極高營養價值的保健型油脂。

關鍵詞：香菜籽油;超臨界CO2萃取 （SCF）;正交試驗;氣相色譜-質譜聯用;脂肪酸

Study on Supercritical CO2 Extraction Technology of Coriander Seed Oil

QIN Yuzhu1， JIANG Na1， XU Yanyu1， ZHANG Wenbin1， XING Chengyan2

（1.Department of Environmental Engineering， Heilongjiang University of Technology， Jixi 158100， China; 2.Department of Natural Resources Engineering， Guangxi Natural Resources Vocational and Technical College， Chongzuo 532199， China）

Abstract： In this paper， Supercritical CO2 Fluid （SCF） was used to extract coriander seed oil. On the basis of single factor test of SCF extraction time， pressure and temperature， orthogonal test was designed to optimize the extraction conditions. The results showed that the best extraction conditions of SCF were 35 ℃， 30 MPa and 45 min. Under these conditions， the extraction yield was 16.26%. In addition， coriander seed oil was analyzed for fatty acids. The main components were methyl oleate （68.43%）， phenylalanine （17.73%）， methyl palmitate （7.42%）. The analysis results showed that the coriander oil was rich in oleic acid， linoleic acid and palmitic acid， which was a kind of health care oil with high application value.

Keywords： coriander seed oil; supercritical CO2 fluid （SCF）; orthogonal test; gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）; fatty acid

香菜籽油作為天然香料之一，在食品、醫藥、保健等方面發揮著特殊的作用，但其脂肪酸成分及含量的研究鮮有人報道[1-4]。在油脂工業上，傳統提取方法為機械壓榨法和溶劑萃取法，前者是最早用于提取植物油的方式，但其產率較低，后者在萃取率上高于機械壓榨法，但溶劑殘留問題嚴重，與之相比，超臨界CO2萃?。⊿upercritical CO2 Fluid，SCF）具有無溶劑殘留、高萃取率、低溫等諸多優點[5-6]。本文主要研究SCF萃取香菜籽油，優化提取工藝、分析油脂脂肪酸成分及含量，以期為香菜籽油的工業化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香菜籽，新籽一級，北京愛德萬斯種子有限公司;CO2氣體，純度≥99.9%，哈爾濱黎明氣體有限公司;石油醚（60～90 ℃沸程）分析純;KI分析純;酚酞指示劑分析純;14%三氟化硼-甲醇溶液，德國Sigma-Aldrich;Na2S2O3分析純;基準重鉻酸鉀。

1.2 儀器與設備

實驗所用儀器型號及生產廠家見表1。

1.3 工藝流程

香菜籽除雜清洗后，105 ℃鼓風干燥箱干燥4 h，用FW-177萬能高速粉碎機粉碎后，過40目篩，稱取香菜籽粉250 g，裝料于1 L萃取釜中，SCF萃取后得香菜籽油。

1.4 分析檢測方法

1.4.1 萃取率計算

萃取率的計算公式為

式中：ω為香菜籽油萃取率，%;m為香菜籽油質量，g;M為香菜籽裝料量，g。

1.4.2 脂肪的提取與甲酯化

參照GB/T 22223—2008操作進行氣相色譜-質譜聯用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）分析。

1.4.3 脂肪酸的GC-MS分析

使用GC-MS對SCF萃取的香菜籽油進行脂肪酸分析[7-11]。

1.4.4 酸價和過氧化值的檢測

酸價和過氧化值的檢測分別參照國標GB 5009.229—2016和國標GB 5009.227—2016的第一法。

1.5 單因素實驗

1.5.1 壓力對萃取率的影響

粉碎后的香菜籽過40目篩并稱取250 g置于超臨界二氧化碳萃取設備的1 L容量的萃取釜中，溫度設為30 ℃，時間為90 min;SCF萃取設備中控制CO2流體流量為40 L·h-1，從 25 MPa開始每增加 5 MPa測定一次萃取率，得到不同萃取壓力下的萃取率。

1.5.2 溫度對萃取率的影響

保持香菜籽油萃取壓力為35 MPa，其他工藝條件見1.5.1，從25 ℃開始每增加5 ℃測定一次萃取率。

1.5.3 時間對萃取率的影響

粉碎后的香菜籽置于萃取釜中，溫度設為35 ℃，萃取壓力設為35 MPa，每隔15 min測定一次萃取率，得到不同時間下的萃取率。

1.6 正交實驗

根據單因素試驗結果，找出對萃取率影響較大的參數，設計正交試驗方案進行試驗，尋找最佳工藝條件。將溫度、壓力、時間3個因素作為SCF對香菜籽油提取率的影響因素，以萃取率為標準，設計因素水平表，如表2所示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 壓力對萃取率的影響

由圖1可知，香菜籽油的萃取率受壓力影響較大，壓力大于25 MPa時，萃取率隨壓力升高急劇增大，當壓力超過35 MPa后，萃取率趨于穩定，約為12.4%，這可能是由于壓力使細胞壁破碎程度加大，CO2能夠充分萃取香菜籽油，萃取率增大。因此，采用SCF對香菜籽油進行萃取時選用的最優萃取壓力在35 MPa左右。

2.1.2 溫度對萃取率的影響

由圖2可看出，在溫度為35 ℃時，香菜籽油的萃取率最高。這可能是由于溫度上升，CO2的熱傳導速度加快，擴散系數也會增大，CO2的滲透性和傳質速度都會有所提高，得率也會增加。萃取溫度超過35 ℃后，由于CO2流體的濃度減小，其對芳香類物質的溶解量也隨之減少，從而使香菜籽油的產率有所下降，同時高溫對熱敏性的芳香類化合物造成一定損壞。實驗結果表明，35 ℃為最佳萃取溫度。

2.1.3 時間對萃取率的影響

由圖3可看出，隨著時間的推移，萃取率不斷增大，在45 min后，萃取率變化不大，綜合考慮，將正交試驗的萃取時間控制在45 min以內。

2.2 正交試驗結果與分析

由表3可知，極差的大小順序為RA>RB=RC，說明對萃取率影響最大的因素是萃取溫度，其次是萃取壓力和萃取時間。最優萃取工藝條件為A3B2C3，即萃取溫度35 ℃、萃取壓力為30 MPa、萃取時間45 min，得到的香菜籽油出油率為16.26%。

2.3 揮發性成分分析

采用氣質聯用法對香菜籽油的脂肪酸種類及含量進行分析，總離子流圖見圖4。

由圖4可知，香菜籽油的脂肪酸成分復雜，主要成分列于表4。由表4可知，香菜籽油的脂肪酸中主要為油酸（68.43%）、亞油酸（17.73%）和棕櫚酸（7.42%）;說明香菜籽油有營養和藥用價值。

2.4 香菜籽油的理化特性

酸價是指1 g油脂類皂化工藝中所需要的氫氧化鉀含量，是衡量油品新鮮程度和質量的重要指標，根據國家食用植物油的衛生要求，油內含有的游離脂肪酸酸價應小于3 mg（KOH）g-1，不超過5 mg（KOH）g-1，一級油小于0.2 mg（KOH）g-1，過氧化值不得高于7.5 meq·kg-1。超臨界二氧化碳萃取的香菜籽油酸價為5.30 mg（KOH）g-1，高于食用植物油的要求，可能是由于貯存不當而造成油質污染;香菜籽油的過氧化值為6.8 meq·kg-1，含量較低，表明香菜籽油達到了我國食用油過氧化值的國家標準。

3 結論

實驗結果表明，SCF最佳萃取工藝條件為溫度35 ℃、壓力30 MPa、時間45 min，此條件下萃取率為16.26%。用GC-MS對香菜籽油各類脂肪酸的含量進行分析，主要組分為油酸甲酯（68.43%）、亞油酸甲酯（17.73%）、棕櫚酸甲酯（7.42%），表明香菜籽油是一種具有極高營養價值的保健型油脂。

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