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

（1.黑龍江工業學院 資源工程學院，黑龍江雞西 158100；2.廣西自然資源技術學院 自然資源工程系，廣西崇左 532199）

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萃取（Supercritical CO2Fluid，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。

表1 儀器型號及生產廠家

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。

表2 因素水平表

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。

圖1 萃取壓力對萃取率的影響

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。

圖2 萃取溫度對萃取率的影響

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。

圖3 萃取時間對萃取率的影響

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%。

表3 正交試驗結果及結果分析表

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。

圖4 香菜籽油脂肪酸組分總離子流圖

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。

表4 香菜籽油脂肪酸組成

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。