超临界 CO2 萃取和精炼花椒籽油的研究注

    刘 雄1

    阚建全1

    陈宗道1

    聂勋杰2

    (西南农业大学食品科学学院1

    ,重庆 北碚 400716)

    (重庆四面山花椒开发有限责任公司2

    ,重庆 江津 402260)

    摘 要 花椒籽油中含有丰富的亚油酸和亚麻酸。本研究通过单因素和正交实验确定了超临界CO2 萃取

    花椒籽油的最佳工艺条件 ,探讨了萃取的粒度、时间、 CO2 流量、温度和压力对花椒籽油酸价的影响。并对花椒

    籽油二级分离脱酸的适宜的工艺条件进行研究。

    关键词 花椒籽油 超临界 CO2 萃取 酸价 脱酸

    0 前 言

    花椒别名青川椒、红椒、蜀椒、凤椒等 ,属芸香科

    植物 ,其果皮被誉为“八大调味品”之一 ,是家庭常用

    烹饪调料和中药配料。花椒作为一种重要的香料经

    济作物 ,在我国实施农业产业结构调整和退耕还林政

    策的过程中 ,其种植面积和产量均迅速增加 ,到 2001

    年 ,全国花椒种植面积已超过 70 万 hm2

    ,花椒果皮产

    量近8万t ,并形成了陕西的韩城、山东的泰安、四川

    的金阳、茂汶、汉源、重庆的江津等全国闻名的花椒产

    业基地。

    花椒籽(椒目)作为花椒副产物 ,在我国每年产量

    近30万吨。经化验分析 ,花椒籽中油脂含量为 15 %

    ～27 % ,其脂枋酸组成中 90 %为不饱和脂肪酸 ,而人

    体必需脂肪酸亚油酸、亚麻酸的含量达 45 %以上〔 1〕。

    因此 ,花椒籽油是生产保健食用油的理想原料。然

    而 ,国内花椒籽油加工量不足1000t ,且90 %用作低附

    加值的化工原料。主要由于花椒籽皮层含有较重的

    蜡质层 ,且花椒果实采摘时成熟度不高及日光暴晒等

    原因使花椒仔酸价较高 ,因而 ,采用压榨法和常规溶

    剂浸提法制取的花椒籽油色泽较深、蜡质重、粘稠度

    大(属半干性油脂) 、酸价高 ,精炼难度大 ,难以达到食

    用油标准〔 2 - 3〕。

    由于超临界 CO2 具有溶解选择性强、可通过调

    节萃取温度和压力控制溶解选择力 ,且CO2具有无

    注:国家863项目“高附加值天然调味料及香精制造技术与产品

    开发”部分内容(2001AA248021)

    重庆市科委重大攻关项目(01 - 6600)

    收稿日期:2002 - 11 - 11

    刘雄:男,1970年出生,讲师,硕士,粮油深加工

    毒、价廉、临界温度和压力低、易与溶质分离等特点 ,在植物油脂的提取和精炼上已显示出较强的优势〔 4〕,已被用于小麦胚芽油〔 5〕、米糠油〔 6〕、橄榄油〔 7〕 等高酸

    价特种油脂的提取与精炼上。查阅相关文献 ,未见有

    用超临界 CO2 萃取和精制花椒籽油的报道 ,为此 ,我

    们对用超临界 CO2 萃取和精制花椒籽油的工艺技术

    进行了探讨 ,以期为花椒籽的综合利用提供一条有效

    途径。

    1 试验材料与方法

    1. 1 材料与仪器

    花椒籽:由重庆四面山花椒公司提供 ,2001 年采

    青川椒种籽。

    超临界萃取装置:HA121 - 50 - 01 型(最高萃取

    压力50MPa)江苏华安超临界萃取有限公司。

    电热恒温真空干燥箱:DZ - 88 - X上海跃进医疗

    器械厂。

    恒温水浴锅:H. H. S21 - 45上海医疗器械厂。

    电子天平:METTLER PM200上海电子天平厂。

    电动粉碎机:重庆机械厂。

    1. 2 实验方法

    1. 2. 1 工艺流程

    萃取缸 →分离器 Ⅰ→分离器 Ⅱ→回路

    1. 2. 2 萃取条件对萃取效果的影响

    根据可能影响萃取效果的因素:压力、温度、流

    量、时间及其粒度进行试验 ,首先探讨出各单个因素

    对萃取效果的影响 ,然后以正交试验优化试验条件。

    1. 2. 3 分离条件对花椒籽油脱酸效果的影响

    通过调节分离器1的温度、压力 ,降低油脂的酸

    2003年8月

    第18卷第4期

    中国粮油学报

    Journal of the Chinese Cereals and Oils Association

    Vol . 18 ,No. 4

    Aug. 2003

    ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.价。分离温度分别选择30 ℃、 40 ℃、 50 ℃,分离压力分

    别选择 8MPa、 13MPa、 18MPa。萃取条件取用 1. 22 得

    到的最优条件。

    1. 3 分析方法

    1. 3. 1 花椒籽含油量的测定 索氏提取法

    1. 3. 2 油脂酸价 按 GB5530 - 85 ,酸碱中和滴定

    法。

    1. 3. 3 油出率测定

    油出率( %) =

    分离器分离出的油重量

    样品重量 ×花椒籽含油量 × 100 %

    1. 3. 4 花椒籽油品质分析

    委托重庆市产品质量监督检测所测定。

    2 结果与分析

    2. 1 花椒籽粗脂肪含量

    采用无水乙醚索氏抽提 ,测得原料花椒籽粗脂肪

    含量为18. 68 % ,乙醚提取物酸价为38. 71mgKOH g。

    2. 2 萃取条件对萃取效果的影响

    2. 2. 1 原料粒度

    固体物料的粒度直接影响溶质与溶剂在物料中

    的渗透扩散速度。在压力 25MPa、温度 35 ℃、流量

    20kg h、时间 2h 条件下 ,设计粒度分别为 20 目、 40

    目、 60目、 80目 ,实验结果见图1。

    图1 粒度对萃取效果的影响

    从图1中可看出 ,粒度减小 ,油出率随之升高 ,在

    粒度60目时 ,油出率最高达 74. 75 % ,当粒度进一步

    降低时 ,油出率则呈下降趋势。物料粒度对萃取物酸

    价影响较小。试验表明 ,粒度减小 ,可增加物料与溶

    剂接触面积 ,缩短溶质与溶剂在物料中的渗透路径 ,提高萃取速率 ,特别对皮层含蜡质较重的花椒籽 ,效

    果更加明显。但并不是粉碎粒度越小越好 ,粒度过

    小 ,物料受高压挤压而出现板结 ,阻碍流体的流通和

    扩散 ,还易造成萃取缸出口过滤网的堵塞 ,降低萃取

    效率。因此 ,本物料粒度以60目为最佳。

    2. 2. 2 萃取温度

    萃取温度对萃取效果的影响具有双重性。在粒

    度40目、流量20kg h、时间2h条件下 ,分别取压力为

    20MPa、 40MPa 时 ,温度变化对萃取效果的影响结果如

    图2。图2表明 ,在萃取压力为 40MPa 时 ,随温度升

    高 ,油出率增加 ,酸价降低。

    但当温度超过 40 ℃,油出率增量趋于平稳。而

    在20MPa 时 ,随温度升高 ,油出率明显降低 ,酸价大

    幅度升高。这是因为在高压区 ,超临界CO2 流体密度

    高 ,可压缩性小 ,温度升高对流体密度改变小 ,但可明

    显提高溶质的蒸汽压和扩散系数 ,使流体溶解能力大

    大提高。在低压区 ,温度升高可使流体密度急剧降

    低 ,溶解能力的下降程度远大于升温对溶质的蒸汽压

    和扩散系数的提高幅度 ,从而 ,使油出率降低〔 4〕。

    由于在低压区 ,游离脂肪酸在超临界CO2 中溶解

    度大于甘油酯 ,因而萃取物中酸价随温度升高而增

    加 ......