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南瓜籽油亚临界流体萃取工艺及成分研究

发布日期:2018-01-19 中国油脂网

张海龙,申明杰,张 维,朱可霞,刘 雨,徐君飞
(怀化学院 生物与食品工程学院,民族药用植物资源研究与利用湖南省重点实验室,湖南 怀化 418008)


摘要:采用亚临界流体技术萃取南瓜籽油,在单因素试验基础上通过正交试验对工艺条件进行优化,并对此法所得南瓜籽油的脂肪酸组成及理化性质进行分析。结果表明:最优萃取工艺条件为萃取次数4次、料液比1∶ 5、萃取温度30 ℃、萃取时间25 min,在此条件下得到南瓜籽提油率为8912%;所得南瓜籽油共检测出5种脂肪酸,主要为棕榈酸(18.84%)、亚油酸(40.17%)、油酸(29.38%)、硬脂酸(10.67%)和花生酸(0.93%);其理化指标为碘值(I)124.5 g/100 g、酸值(KOH)1.6 mg/g、皂化值(KOH)188.5 mg/g、相对密度0.915。
关键词:南瓜籽油;亚临界流体萃取;脂肪酸组成;理化性质
中图分类号:TS224;TQ644   文献标识码:A

文章编号:1003-7969(2016)11-0017-04
 

Subcritical fluid extraction of pumpkin seed oil and its composition
ZHANG Hailong,SHEN Mingjie,ZHANG Wei,ZHU Kexia,LIU Yu,XU Junfei
(Key Laboratory of Hunan Province for Study and Utilization of Ethnic Medicinal Plant Resources, 
College of Biological and Food Engineering, Huaihua University, Huaihua 418008, Hunan,China)


Abstract:The oil was extracted from pumpkin seed by subcritical fluid extraction,the extraction conditions were optimized by orthogonal experiment based on single factor experiment,and the fatty acid composition and physicochemical properties of pumpkin seed oil were analyzed. The results showed that the optimal extraction conditions were obtained as follows: extraction times 4, ratio of solid to liquid 1∶ 5, extraction temperature 30 ℃ and extraction time 25 min. Under the optimal conditions, the oil extraction rate of pumpkin seed was up to 89.12%. Five kinds of fatty acids were identified from the extracted pumpkin seed oil, and they were palmitic acid (18.84%), linoleic acid (40.17%), oleic acid(29.38%), stearic acid (10.67%) and arachidic acid(0.93%),and the iodine value, acid value, saponification value and relative density of pumpkin seed oil were 124.5 gI/100 g, 1.6 mgKOH/g, 188.5 mgKOH/g and 0.915,respectively.
Key words:pumpkin seed oil; subcritical fluid extraction; fatty acid composition; physicochemical property


  南瓜(Cucurbita moschata Duch.),又名饭瓜、番瓜、窝瓜等,属葫芦科一年生草本植物[1]。现代医学研究发现,南瓜籽富含脂肪、氨基酸、矿物质、植物甾醇、维生素及黏多糖等[2],具有降低血脂、调节血糖等多种生理功能,是一味药食同源的传统中药。随着南瓜种植面积和消费量急剧扩大,产生了大量副产物南瓜籽,南瓜籽富含油脂,南瓜籽油中亚油酸含量高达 40.0%~640%[3],具有降血糖和血脂作用、 抑制血栓形成和血小板聚集等作用[4];其还含有一种活性生物触媒成分,具有消除前列腺的初期肿胀和对泌尿系统及前列腺增生具有良好的预防和治疗作用[5],是开发功能性食用油的良好原料。
     目前制备南瓜籽油的方法主要有溶剂浸出法、超临界CO2法、水酶法[6-11]。溶剂浸出法工艺较复杂且存在环境污染等安全问题;超临界CO2法所得油脂色泽、品质较好,但设备较昂贵;水酶法提油率低,技术不成熟。亚临界流体萃取技术是继超临界萃取技术后发展起来的一种新型分离技术,不仅具有无毒、无害、无污染、易于和产物分离、提取物活性不破坏、不氧化等优点,较超临界萃取而言,其显著的特点是萃取压强低,运行成本低,工业化大规模生产可行性高,已被广泛应用于食品、化工等领域[12-15]。
     目前尚未见亚临界流体萃取南瓜籽油方面的报道。故本试验以南瓜籽为原料,以提油率为评价指标,采用亚临界法萃取南瓜籽油,运用正交试验优化亚临界丁烷萃取南瓜籽油工艺,分析、检测所得油脂的脂肪酸组成及理化性质,为南瓜籽油的制取提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 原料与试剂
     南瓜籽:自产(含油率40.41%,水分含量65%);丁烷、 无水乙醚、 甲醇、 冰乙酸、 三氯甲烷、 石油醚、 甲醇钠、 硫酸、 硫代硫酸钠、 硫酸铜、 硫酸钾、可溶性淀粉均为分析纯;正己烷、 甲醇为色谱纯。
1.1.2 仪器与设备
     CBE-5L+1L亚临界流体萃取实验室成套装置:河南省亚临界生物技术有限公司; DHG-9076A电热恒温鼓风干燥器;AEY1024电子分析天平;XT-1000A高速多功能粉碎机;6890N-5975气相色谱-质谱联用仪:美国安捷伦公司。
1.2 试验方法
1.2.1 南瓜籽油的萃取
     称取一定量粉碎过40目筛的南瓜籽粉于亚临界的萃取罐中,采用丁烷为萃取溶剂,在设置的萃取条件下进行萃取,萃取结束后经减压分离得南瓜籽油,在温度为50 ℃恒温干燥箱烘至恒重,进行抽滤处理,收集南瓜籽油准确称重,南瓜籽提油率(W)按下式计算:
     W=m1÷(m×x)×100%
     式中:m1为南瓜籽油的质量,g;m为南瓜籽原料的质量,g;x为南瓜籽的含油率。
1.2.2 脂肪酸组成分析
     采用气相色谱-质谱联用法。
1.2.2.1 南瓜籽油甲酯化
     南瓜籽油甲酯化参考GB/T 17376—2008《动植物油脂 脂肪酸甲酯制备》。
1.2.2.2 色谱条件
     色谱柱为HP-5ms毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);升温程序为50 ℃保持1 min,以5 ℃/min升温至240 ℃,保持5 min;载气(99.999% He)流速1 mL/min,进样量1 μL;分流比80∶ 1;电子电离源温度230 ℃,四极杆温度150 ℃;辅热温度250 ℃,传输线温度280 ℃;溶剂延迟4 min,质量扫描范围(m/z)35~455。
1.2.3 理化指标测定
     碘值,GB/T 5532—2008《动植物油脂 碘值的测定》;酸值,GB/T 5530—2005《动植物油脂 酸值和酸度测定》;皂化值,GB/T 5534—2008《动植物油脂 皂化值的测定》;相对密度, GB 5526—1985《植物油脂检验 比重测定法》;水分及挥发物,GB/T 5528—2008《动植物油脂 水分及挥发物含量测定》;气味,GB/T 5525—2008《植物油脂 透明度、气味、滋味鉴定法》。
2 结果与讨论
2.1 亚临界流体萃取南瓜籽油工艺单因素试验
2.1.1 萃取次数对南瓜籽提油率的影响
     在萃取时间20 min、萃取温度30 ℃、料液比1∶ 5的条件下,考察萃取次数对南瓜籽提油率的影响,结果见图1。
    

QQ截图20180119151203
    

图1 萃取次数对南瓜籽提油率的影响
  由图1可知,随着萃取次数的增加,提油率逐渐升高,萃取3 次后,南瓜籽提油率增幅趋于平缓,继续增加萃取次数对提油率贡献不大。考虑到生产周期和成本,故选取萃取3 次较为适宜。
2.1.2 料液比对南瓜籽提油率的影响
     在萃取时间20 min、萃取温度30 ℃、萃取次数3次的条件下,考察料液比对南瓜籽提油率的影响,结果见图2。
     料液比越大,南瓜籽内外油脂和溶剂的浓度差越大,有利于油脂分子的扩散。由图2可知,南瓜籽提油率随料液比的增加而增加,料液比由1∶ 3到 1∶ 4时,提油率增加较快,料液比为1∶ 5之后提油率增加较慢。料液比过大,混合油浓度降低,脱溶时间长,能耗大,考虑生产成本,故选取料液比1∶ 5为最佳料液比。
    

QQ截图20180119151218
    

图2 料液比对南瓜籽提油率的影响
2.1.3 萃取温度对南瓜籽提油率的影响
     在萃取时间20 min、料液比1∶ 5、萃取次数3次的条件下,考察萃取温度对南瓜籽提油率的影响,结果见图3。
    

QQ截图20180119151228
    

图3 萃取温度对南瓜籽提油率的影响
  由图3可知,在40 ℃之前,南瓜籽提油率随着萃取温度的升高而增加,40 ℃达到最高,之后随着萃取温度升高,提油率反而有所降低。在油脂萃取过程中,温度升高时,能增强分子间的热运动,使溶剂和油脂的黏度下降,从而使整个体系中的传质阻力降低,提高扩散速度;但是温度过高,超过混合油沸点时,溶剂易挥发,减小体系料液比,增加体系蒸气压,物料可能被压实,不利于油脂的分子扩散,提取率下降[16]。综合考虑,萃取温度选择40 ℃。
2.1.4 萃取时间对南瓜籽提油率的影响
     在萃取温度40 ℃、料液比1∶ 5、萃取次数3次的条件下,考察萃取时间对南瓜籽提油率的影响,结果见图4。
    

QQ截图20180119151239
    

图4 萃取时间对南瓜籽提油率的影响
  由图4可知,随着萃取时间的延长,南瓜籽提油率逐渐增加。在萃取刚开始时,萃取溶剂与原料之间接触不够充分,提油率较小, 随着萃取时间的延长, 传质达到良好状态,提油率明显增大。萃取25 min时,南瓜籽提油率为86.9%,之后随着萃取时间的延长,南瓜籽提油率增加趋于平缓。考虑生产效率,萃取时间选择25 min为宜。
2.2 亚临界流体萃取南瓜籽油工艺正交试验优化
     在单因素试验基础上,以萃取次数、料液比、萃取温度、萃取时间为自变量,以南瓜籽提油率为评价指标,通过L9(34)正交试验考察诸因素对南瓜籽提油率的影响,通过分析确定最优萃取工艺。正交试验设计及结果见表1,方差分析见表2。

表1 正交试验设计及结果

试验号 A萃取
次数
B料
液比
C萃取
温度/℃
D萃取
时间/min
提油
率%
1 2 1∶ 4 30 20 72.69
2 2 1∶ 5 40 25 86.91
3 2 1∶ 6 50 30 65.12
4 3 1∶ 4 40 30 74.06
5 3 1∶ 5 50 20 88.11
6 3 1∶ 6 30 25 86.97
7 4 1∶ 4 50 25 89.66
8 4 1∶ 5 30 30 90.51
9 4 1∶ 6 40 20 86.97
k1 74.907 78.803 83.390 82.590  
k2 83.047 88.510 82.647 87.847  
k3 89.047 79.687 80.963 76.563  
R 14.140   9.707   2.427 11.284  

表2 方差分析

因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性
萃取次数 302.20 2.00 32.58 19.00 *
料液比 172.85 2.00 18.64 19.00  
萃取温度 9.28 2.00 1.00 19.00  
萃取时间 191.27 2.00 20.62 19.00 *
误差 9.28 2.00   19.00  
 
  由表1可知,各因素对南瓜籽提油率影响的大小顺序为:萃取次数>萃取时间>料液比>萃取温度;由表2可知,萃取次数和萃取时间对南瓜籽提油率有显著影响,料液比和萃取温度对提油率影响不显著。
     综上考虑,南瓜籽油亚临界萃取最佳工艺为A3B2C1D2,即萃取次数4次、料液比1∶ 5、萃取温度30 ℃、萃取时间25 min,在此条件下进行验证试验得到南瓜籽提油率为89.12%。
2.3 南瓜籽油脂肪酸组成分析
     亚临界流体萃取所得南瓜籽油脂肪酸组成分析见表3。

表3 南瓜籽油的脂肪酸组成及相对含量

保留时间/min 脂肪酸 相对含量/% 匹配度/%
32.043 棕榈酸 18.84 98
35.348 亚油酸 40.17 99
35.456 油 酸 29.38 99
35.903 硬脂酸 10.67 98
39.472 花生酸 0.93 97
 
  由表3可知,亚临界流体萃取法所得南瓜籽油共检测出5 种脂肪酸,其中饱和脂肪酸3种,不饱和脂肪酸2种。饱和脂肪酸相对含量为30.44%,以棕榈酸(18.84%)和硬脂酸(10.67%)为主;不饱和脂肪酸相对含量为6955%,以亚油酸(40.17%)为主。亚油酸是人体必需脂肪酸,具有抗氧化、抗癌、抑制人体内胆固醇合成等功效[17]。
2.4 南瓜籽油理化指标分析(见表4)

表4 亚临界流体萃取所得南瓜籽油的理化指标

理化指标 测定值
色泽 棕红色
碘值(I)/(g/100 g) 124.5
酸值(KOH)/(mg/g) 1.6
皂化值(KOH)/(mg/g) 188.5
相对密度 0.915
水分/% 0.24
气味 有油脂的芳香气味,无异味。
 
  由表4可知,亚临界流体萃取得到的南瓜籽油色泽呈棕红色,酸值低,具有油脂固有的芳香气味且水分低,毛油品质高。
3 结 论
     (1)亚临界流体萃取南瓜籽油最佳工艺条件为:萃取次数4次,料液比1∶ 5,萃取温度30 ℃,萃取时间25 min;在最佳工艺条件下得到南瓜籽提油率为89.12%。
     (2)亚临界流体萃取南瓜籽油经GC-MS分析得到5种脂肪酸成分,分别是棕榈酸、油酸、亚油酸、硬脂酸和花生酸,其中亚油酸含量达到4017%,是一种理想的营养保健油。
     (3)亚临界流体萃取所得南瓜籽油色泽呈棕红色,具有独特南瓜籽油芳香气味。
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