亚临界萃取白果油的工艺条件研究

周 昊，王成章，叶建中，陈虹霞，陶 冉，戴明明

(1.中国林业科学研究院 林产化学工业研究所，生物质化学利用国家工程实验室，国家林业局林产化学工程重点开放性实验室，江苏省生物质能源与材料重点实验室，南京 210042；2.中国林业科学研究院 林业新技术研究所，北京 100091)

特种油脂

亚临界萃取白果油的工艺条件研究

周 昊1，2，王成章1，2，叶建中1，陈虹霞1，陶 冉1，戴明明1

(1.中国林业科学研究院 林产化学工业研究所，生物质化学利用国家工程实验室，国家林业局林产化学工程重点开放性实验室，江苏省生物质能源与材料重点实验室，南京 210042；2.中国林业科学研究院 林业新技术研究所，北京 100091)

以白果粉为原料、丁烷为亚临界萃取溶剂、白果出油率为评价指标，分别采用单因素试验和正交试验优化亚临界萃取白果油的工艺条件。结果表明: 亚临界萃取白果油的最佳工艺条件为萃取压力 0.5 MPa、萃取温度 40℃、每次萃取时间 60 min、萃取次数 3 次、料液比1∶6，在此条件下白果出油率为 96.16%。亚临界萃取的白果油理化性质测定结果表明，其相对密度为0.922 5，折光指数为(20℃)1.473 7，酸值(KOH)为1.95 mg/g，碘值(I)为156.62 g/100 g，过氧化值为 1.46 mmol/kg，皂化值(KOH)为181.19 mg/g。利用气相色谱-质谱分析白果油的脂肪酸组成，共鉴定出 6种脂肪酸，主要是油酸(30.25%)、亚油酸(50.04%)、棕榈酸(8.28%)、5，12-十八碳二烯酸(2.34%)、9-十六碳烯酸(4.41%)和5，11，14-二十碳三烯酸(4.67%)，其中不饱和脂肪酸占91.71%。

白果油；亚临界萃取；理化指标；脂肪酸组成

白果又称银杏果，是银杏科植物银杏(GinkgobilobaL. ) 的成熟种子[1]。我国是白果的主要生产国，年产白果超过15 000 t，占世界总产量的70%[2]。研究表明白果不仅富含淀粉、蛋白质、脂肪、维生素和氨基酸等多种营养物质，还含有黄酮、内酯和类脂等功能成分，具有抗菌消炎、改善脑血管循环、抗癌、抗病毒、解痉、抗过敏和美容等功效，因此白果极具营养和医疗价值，其作为药食两用果品在我国已有1 000多年历史[3]。

白果中含有8%～10%的油脂，白果油是一种营养价值极高的油脂，其不饱和脂肪酸含量在85%以上，且绝大多数是油酸和亚油酸，白果油的开发利用前景广阔[4]。目前，国内外白果油提取方法主要是有机溶剂浸提法和超临界CO2萃取法[5-6]。有机溶剂浸提法提取时间长，有机溶剂用量大(料液比通常为1∶10～1∶20)，不仅能耗高，且容易有溶剂残留，对环境污染严重；超临界CO2萃取法需要添加夹带剂且要求在高压的条件下提取，设备较昂贵，生产成本高，工业化生产困难。亚临界流体萃取技术是近年来发展起来的一种新型提取分离技术，在相对较低的温度下进行，可以保护物料中的热敏性活性成分不被破坏，与超临界CO2萃取法相比，具有萃取压力低、运行成本低，可实现工业化生产等优势。目前，亚临界流体萃取技术被视为一种绿色环保、前景广阔的提油新技术，其在植物油提取方面已得到很好的应用[7-8]；但是，目前国内外还未见采用亚临界技术萃取白果油的相关报道。

本研究采用亚临界流体萃取技术对白果油进行高效萃取，在单因素试验的基础上采用正交试验对影响白果出油率的关键参数进行优化，确定最佳工艺条件，并对亚临界流体萃取的白果油的脂肪酸组成和理化性质进行检测，以期为白果资源的高值化开发利用及工业化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

白果：购于徐州银杏源生物工程有限公司，含油率为8.2%；丁烷(食品级，纯度为99.99%);甲醇、石油醚、正己烷、氢氧化钾、盐酸、氢氧化钠、硫代硫酸钠、冰乙酸、淀粉、一氯化碘、碘化钾、浓硫酸、酚酞、无水硫酸钠等，均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

CBE-2L 型亚临界萃取设备(河南省亚临界生物技术有限公司) ； WF-130 型粉碎机；Agilent Technologies 6890/5973 型气相色谱仪(美国安捷伦公司)； SH-039 型白果全自动脱壳机(揭东三亨食品机械厂) ；RE-5LC 型旋转蒸发器；WYA阿贝折光仪；TG1650-WS型离心机。

1.2 试验方法

1.2.1 亚临界萃取白果油

将新鲜白果用全自动脱壳机进行壳仁分离后，白果仁进行冷冻干燥，控制水分为5% 左右，再用粉碎机将白果仁粉碎为40 目左右的细粉备用。称取一定量白果粉用200 目的过滤袋装好，放进萃取罐中，然后抽真空使萃取罐内压力降为-0.09 MPa。将萃取溶剂丁烷由溶剂罐导入萃取罐，按照设定的条件进行萃取。萃取结束后，使用加压泵将萃取液导入分离罐，再开启压缩机进行萃取溶剂的回收和脱溶，当分离罐和萃取罐的压力降至低于0.15 MPa时，开启真空泵直到两罐压力降为-0.09 MPa以下。待脱溶结束后，破真空、打开放油阀收集萃取得到的白果油，经离心、过滤后即得成品。亚临界萃取白果油工艺流程见图1。

图1 亚临界萃取白果油工艺流程

白果出油率=亚临界萃取得到的白果油质量/原料中白果油质量×100%。

1.2.2 白果油理化性质的测定

相对密度：采用比重瓶法，按GB 5526—1985 测定；折光指数：采用阿贝折光仪法，按 GB 5527—1985 测定； 酸值： 采用酸碱中和法，按 GB/T 5530—1998 测定；碘值：采用韦氏法，按 GB/T 5532—1995 测定；皂化值：按GB/T 5534—1995 测定；过氧化值：按 GB/T 5538—1995测定。

1.2.3 白果油的脂肪酸组成分析

白果油甲酯化：称取0.1 g白果油置于试管中，加入5 mL 正己烷、2 mL 0.5%的氢氧化钾甲醇溶液后，塞住试管摇匀，直至溶液变清，澄清后，分离出含有甲酯的上层清液作为气相色谱-质谱分析试样。

气相色谱条件：载气为纯度99.99%的氦气；HP-5 MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度250℃；柱初温110℃，保持10 min，以10℃/min升温速率升至220℃，保持18 min；柱前压90 kPa；分流比 50∶1，进样量1 μL。

质谱条件：接口温度280℃，EI离子源，电子能量70 eV，离子源温度230℃，光电倍增管电压2 200 V，扫描范围29.0～450.0，NIST质谱库。

2 结果与分析

2.1 亚临界萃取白果油的单因素试验

2.1.1 萃取次数对出油率的影响

设定萃取压力0.5 MPa，萃取温度45℃，萃取时间60 min，料液比1∶6，分别萃取 1、2、3、4、5 次，以白果出油率为评价指标，探讨萃取次数对白果油萃取效果的影响。结果见图2。

图2 萃取次数对白果出油率的影响

由图 2 可知，白果出油率随着萃取次数的增多而提高，萃取 3 次之前出油率提高较快，萃取3次时白果出油率达到95.56%，但萃取 3次以后白果出油率趋于平缓，继续增加萃取次数对提高白果出油率意义不大。综合考虑生产成本、出油率和能耗等因素，选择最佳萃取次数为3 次。

2.1.2 萃取压力对出油率的影响

设定萃取温度45℃，萃取时间60 min，料液比1∶6，萃取次数3次，萃取压力分别控制为 0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 MPa，以白果出油率为评价指标，探讨萃取压力对白果油萃取效果的影响。结果见图3。

图3 萃取压力对白果出油率的影响

由图3可知，萃取压力在0.3～0.5 MPa范围内，出油率随萃取压力升高增加较快，这是由于随着萃取压力升高，亚临界流体密度增加，其溶解能力增强，出油率增加较快[9]；当萃取压力为0.5 MPa时，出油率达95.86%，但是当萃取压力超过0.5 MPa时，出油率变化很小，原因在于当萃取压力达到一定值时，萃取溶剂丁烷对于白果油的溶解度趋于饱和，继续升高压力，对其传质效率影响很小[10]。故最佳的萃取压力在0.5 MPa左右。

2.1.3 萃取温度对出油率的影响

设定萃取压力0.5 MPa，萃取时间 60 min，料液比 1∶6，萃取次数3次，萃取温度分别控制为30、35、40、45、50℃，以白果出油率为评价指标，探讨萃取温度对白果油萃取效果的影响。结果见图4。

图4 萃取温度对白果出油率的影响

升高萃取温度能加速溶质和溶剂分子的热运动，增加溶质的扩散速度和溶解度，萃取速度和出油率均会提高，但萃取温度过高会使热敏性活性成分分解破坏[11]。由图4可知，当萃取温度低于45℃时，白果出油率随萃取温度的升高而急剧增加，当萃取温度为45℃ 时，出油率升至95.89%，达到峰值。但是当萃取温度升高至 50℃时，出油率反而下降，变为89.43%。这说明过高的萃取温度一方面会引起溶剂加速汽化，密度降低，系统压力增大；另一方面物料中的热敏性活性成分会受到高温的破坏，从而造成出油率降低。综合分析，选择最佳萃取温度为 45℃。

2.1.4 萃取时间对出油率的影响

设定萃取温度45℃，萃取压力0.5 MPa，料液比 1∶6，萃取次数3次，萃取时间分别控制为 30、45、60、75、90 min，以白果出油率为评价指标，探讨萃取时间对白果油萃取效果的影响。结果见图5。

图5 萃取时间对白果出油率的影响

油脂在亚临界流体中达到溶解平衡需要一定时间，但是过长的萃取时间会增加能耗。由图 5可知，当萃取时间在 30 ～ 60 min 时，白果出油率快速提高，这是因为刚开始萃取时，溶剂与物料未能得到很好接触，但随着萃取时间的延长，传质效果达到很好的状态，白果出油率增大[12]；萃取时间为60 min时，出油率达到96.01%，当超过 60 min 后，随着萃取时间延长，白果出油率趋于平衡。这是因为白果油在萃取过程中溶解度趋于饱和，萃取体系的渗透压也趋于平衡，白果油被继续萃取出的量很少，使得白果出油率趋向稳定[13]。综合考虑，选择最佳萃取时间为60 min。

2.1.5 料液比对出油率的影响

设定萃取温度45℃，萃取时间 60 min，萃取压力0.5 MPa，萃取次数3次，料液比分别控制为 1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10，以白果出油率为评价指标，探讨料液比对白果油萃取效果的影响。结果见图6。

图6 料液比对白果出油率的影响

由图6可知，当料液比从 1∶2增加到 1∶6时，出油率提高幅度较大，当料液比为1∶6时，出油率达到95.86%，再继续增大溶剂用量，白果出油率增加很少。增大萃取溶剂用量可提高白果出油率，但增加到一定程度后，对白果出油率的影响明显降低，且溶剂过多不利于回收，会增加残溶及生产能耗。综合考虑，选择最佳料液比为1∶6。

2.2 亚临界萃取白果油的正交试验

在单因素试验的基础上，固定萃取次数3次，以萃取压力、萃取温度、萃取时间、料液比为因素，出油率为评价指标，设计L9(34)正交试验。正交试验因素与水平见表1，正交试验设计与结果见表2，方差分析见表3。

表1 正交试验因素与水平

表2 正交试验设计与结果

表3 方差分析

由表2直观极差分析R值可知，各考察因素对白果出油率影响大小顺序依次为B萃取温度>C萃取时间>A萃取压力>D料液比。由表3可知，萃取压力、萃取温度及萃取时间(P<0.01)对出油率有极显著影响，而料液比对出油率的影响不显著。表2直观分析表明A2B1C3D3为最佳工艺参数组合，由于料液比对白果出油率影响较小，萃取时间因素的k2和k3相差极小，从节约能耗和降低生产成本的角度考虑，选取料液比为1∶6，萃取时间为60 min，因此最终确定A2B1C2D2即萃取压力0.5 MPa、萃取温度40℃、每次萃取时间60 min、料液比1∶6、萃取次数3次为最佳工艺条件。

2.3 验证试验

取同一批白果粉原料3份，每份2 kg，在萃取压力0.5 MPa、萃取温度40℃、每次萃取时间60 min、料液比1∶6、萃取次数3次的条件下进行3组平行试验，白果出油率平均为96.16%，说明该工艺稳定可行。该工艺明显高于常规的溶剂浸出法(88.6%[5])和超临界CO2萃取法(73.1%[5])。

2.4 白果油理化指标

亚临界萃取所得白果油的理化性质见表4。由表4可知，白果油的碘值(I)为156.62 g/100 g，碘值偏高，表明白果油不饱和程度高，应尽量在避光、低温、密封的条件下保存，防止白果油发生氧化酸败。折光指数一般随脂肪酸双键和共轭程度的增大而增大[14]，白果油折光指数为1.473 7，比一般植物油大，表明白果油含有大量的不饱和双键。白果油过氧化值较低，表明其在亚临界萃取过程中氧化程度较低。酸值(KOH)小于2.0 mg/g，符合食用植物油的标准。亚临界萃取得到的白果油为黄色，色泽较深，需进行脱色处理。

表4 亚临界萃取所得白果油的理化性质

2.5 白果油脂肪酸组成分析

白果油脂肪酸组成及相对含量见表5。

表5 白果油脂肪酸组成及相对含量

由表5可知，亚临界流体萃取所得白果油主要检测出6种脂肪酸，已鉴定组分占总量的99.99%，其中饱和脂肪酸主要为棕榈酸，含量仅为8.28%，而不饱和脂肪酸含量高达91.71%，不饱和脂肪酸主要由油酸和亚油酸组成，其二者含量达到80.29%。油酸和亚油酸是人体必需脂肪酸，具有抗氧化、抗癌、改善血液循环、促进肝细胞再生、增强记忆、延缓衰老、抑制人体内胆固醇合成等多种功效[15]，可见亚临界萃取得到的白果油不仅营养价值丰富，还具有独特的保健功能。

3 结 论

(1)经过单因素试验和正交试验确定了亚临界萃取白果油的最佳工艺条件：萃取压力0.5 MPa，萃取温度40℃，料液比1∶6，萃取次数3 次，每次萃取时间60 min。按照最佳萃取工艺条件进行验证试验，出油率可达96.16%。

(2)对亚临界萃取所得白果油的理化指标进行分析，经检测其相对密度0.922 5，折光指数(20℃)1.473 7，碘值(I)156.62 g/100 g，酸值(KOH)1.95 mg/g，过氧化值1.46 mmol/kg，皂化值(KOH)181.19 mg/g，各项指标符合食用植物油卫生标准。

(3)利用气相色谱-质谱联用分析了亚临界萃取所得白果油的脂肪酸组成，其主要含有油酸、亚油酸、棕榈酸、5，12-十八碳二烯酸、9-十六碳烯酸和5，11，14-二十碳三烯酸6种脂肪酸，不饱和脂肪酸含量达91.71%，以油酸和亚油酸为主，其二者含量达到80.29%。因此，亚临界萃取所得白果油是一种富含多不饱和脂肪酸的功能性油脂，开发利用前景广阔。

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Subcritical extraction of ginkgo seed oil

ZHOU Hao1, 2, WANG Chengzhang1, 2, YE Jianzhong1,CHEN Hongxia1, TAO Ran1, DAI Mingming1

(1.Key Lab of Biomass Energy and Material in Jiangsu Province, Key and Open Lab of Forest Chemical Engineering, State Forestry Administration, National Engineering Lab for Biomass Chemical Utilization, Institute of Chemical Industry of Forest Products, Chinese Academy of Forestry,Nanjing 210042, China; 2. Institute of Forestry New Technology,Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China)

With ginkgo seed as raw material, subcritical butane as extraction solvent and oil yield of ginkgo seed as evaluation index, the subcritical extraction technology of ginkgo seed oil was optimized by single factor experiment and orthogonal experiment. The results showed that the optimal subcritical extraction conditions of ginkgo seed oil were obtained as follows: extraction pressure 0.5 MPa, extraction temperature 40℃, extraction time 60 min, ratio of material to liquid 1∶6 and extraction times three. Under these conditions, the oil yield of ginkgo seed was 96.16%.The detection results of physicochemical properties of ginkgo seed oil indicated that the relative density, refractive index(20℃), acid value, iodine value, peroxide value, and saponication value were 0.922 5, 1.473 7, 1.95 mgKOH/g, 156.62 gI/100 g, 1.46 mmol/kg and 181.19 mgKOH/g, respectively. The fatty acid composition of ginkgo seed oil was analyzed by GC-MS and six kinds of fatty acids were identified as oleic acid (30.25%), linoleic acid (50.04%), palmitic acid (8.28%), 5, 12-octadecadienoic acid(2.34%), 9-hexadecenoic acid(4.41%)and 5, 11, 14-eicosatrienoic acid (4.67%), in which the content of unsaturated fatty acids was 91.71%.Key words：ginkgo seed oil; subcritical extraction; physicochemical index; fatty acid composition

2016-07-15；

2016-12-23

江苏省林业三新工程项目(LYSX[2015]25)

周 昊(1982)，女，助理研究员，硕士，研究方向为天然产物研究与利用(E-mail)zhouhaolhs@163.com。

王成章，研究员，博士生导师(E-mail)wangczlhs@sina.com。

TS225.1；TQ644.1

A

1003-7969(2017)03-0072-05