文冠果油绿色提取技术研究

闫婧怡，郑静美，孙博研，王 蓓，王军华

（河北瑞龙生物科技有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引 言

文冠果(Xanthoceras sorbifolia Bunge)又名文官果，产于我国河北、陕西、山西、内蒙古、河南、宁夏、新疆、甘肃及东北各省,是无患子科文冠果属落叶小乔木或灌木。

文冠果适应性强，耐干旱，生长快、结实早、产量高,是重要的木本油料树种。文冠果种仁的含油量为50%～70%，可食用或榨油，油中脂肪酸多为不饱和脂肪酸，其含量可达90%以上，不饱和脂肪酸具有较强的抗氧化和清除自由基的功能，文冠果油中还具有促进神经细胞生长和发育的功能，而且对治疗高血压和高血脂有重要作用的神经酸，神经酸为顺-15- 二十四碳烯酸，因此文冠果油是一种高级食用油。

我国食用油市场的需求巨大，油脂油料的进口数量呈现出不断上升的趋势。植物油脂的制备方法随着科技进步有了很大的发展。

植物油萃取方法也较为多样，包括压榨法、有机溶剂提取法、水酶法、超声波处理法、超临界二氧化碳提取法等。

其中，邓红等以文冠果籽为原料，通过机械压榨法获取文冠果冷榨油，但压榨法出油率较低，杂质含量高，且在挤压过程中形成高温，破坏了油中不饱和脂肪酸及甾醇等活性物质。1843 年法国人提取橄榄油的过程中使用了二硫化碳作浸出溶剂，并在之后获得了产业化生产。

有机溶剂提取法采用高温脱溶，破坏了油中不饱和脂肪酸，使油的营养价值大大降低。超声波处理法提取油脂能够加快油脂渗出速度、提高出油率，但会造成不饱和脂肪酸氧化，导致油脂质量降低。

超临界萃取法是近年来开发的油脂高效萃取方法，具有工艺简单、能耗少、萃取温度低、生物活性物质损失少的优点。

亚临界萃取是利用亚临界流体作为萃取剂，在密闭、无氧、低压的压力容器内，依据有机物相似相溶的原理，通过萃取物料与萃取剂在浸泡过程中的分子扩散过程，达到固体物料中脂溶性成分转移到液态萃取剂中，再通过减压蒸发的过程将萃取剂与目的产物分离。

该技术实现了常温萃取、低温脱溶，很好地保留了油脂中的活性成份、提高了油脂的营养价值。目前该技术已经应用于高档油脂、天然色素、蛋白、植物精油等领域。因此，建立文冠果油的亚临界提取技术对文冠果油产业发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材 料

文冠果购于河北邱县。

1.2 试 剂

1,1,1,2－四氟乙烷(R134a)，食品级；氢氧化钠，分析纯；甲醇，分析纯；三氟化硼，分析纯；石油醚，沸程60 ～90 ℃。

1.3 仪器与设备

亚临界萃取装置，50L×2 型；万能粉碎机，FL－30B 型；气相色谱仪，GC－2014C；电子天平，YP4002；静压式榨油机；超临界萃取装置，HA121-50-01；标准筛，浙江上虞市五四仪器筛具厂。

1.4 实验方法

1.4.1 文冠果预处理

剔除有虫害、干瘪的文冠果果籽，清洗并去除表面杂质，去壳烘干至含水量＜10%，破碎后过5 mm 筛。

1.4.2 文冠果油的制备及提取率测定

1.4.2.1 冷榨提取文冠果油

将文冠果种仁粉置于静压式榨油机中进行冷榨，在20 ℃、55 MPa 下，压榨时间6 h，得到文冠果冷榨油。

1.4.2.2 索氏提取法

称取文冠果种仁粉置于抽提筒内，加入石油醚加热抽提。控制加热温度，抽提10 h。抽提完成后，旋转蒸发除掉其中残余的石油醚，完成后将抽提瓶烘至恒重，回收文冠果油。

1.4.2.3 超临界CO2萃取法

将CO2冷却至-5 ℃，超临界CO2流量为18 L/h。称取过文冠果仁粉装入装料筒，将装料筒放入反应釜，在设定的萃取压力28 MPa 和40 ℃下萃取文冠果油，萃取180 min 后在分离釜中回收文冠果油。

1.4.2.4 亚临界CO2萃取法

将文冠果种仁粉，投入萃取釜中，抽真空降至1×104Pa 以下；加入四氟乙烷溶液，控制萃取温度为30 ℃，萃取压力为1.0 MPa，重复萃取2 次，每次30 min；45 ℃条件下负压逐渐降压到5×10-2Pa，每次分离时间为20 min，重复分离3 次，得到文冠果油。

文冠果油提取率（%） =文冠果油质量/（文冠果仁粉质量×油脂含量） ×100%

1.4.3 文冠果油基本性质检测

酸值测定参照GB/T 5009.229-2016；

过氧化值测定参照GB/T 5009.227-2016；

皂化值测定参照GB/T 5534-2008；

碘值测定参照GB/T 5532-2008。

1.4.4 文冠果油脂肪酸组成分析

1.4.4.1 油样甲酯化

取待测油样1 μL 入4 mL 贮样瓶，加200 μL正己烷，振荡溶解样品，加500 μL 的1 mol/L 氢氧化钾甲醇溶液，充分振荡；密封后，60 ℃水浴30 min，期间振荡2 ～3 次，冷却；加入1 mL 三氟化硼甲醇溶液，密封后，再于60 ℃水浴30 min，期间振荡2 ～3 次，冷却；加入1 mL 饱和氯化钠溶液和2 mL 正己烷，剧烈振荡1 min，静置，分层后，收集上层入新离心管；取适量无水硫酸钠入离心管振荡干燥，静置；抽取上层液过0.2 μm 有机膜，入样品瓶-20 ℃冷藏备用。

1.4.4.2 GC-MS /MS 分析条件

采用DB-23 色谱柱，进样口温度230 ℃；柱箱升温程序：50 ℃以15 ℃/min 升温至200 ℃，保持15 min；以3 ℃/min 升温至215 ℃，保持10 min；以3 ℃/min 升温至230 ℃，保持5 min；载气流速1 mL/min；进样体积1 μL；分流比40∶1。离子源(EI)温度230 ℃，传输线温度245 ℃，检测电压1 700 V，溶剂延迟5 min，质量扫描范围(m/z)45 ～400 u。

1.4.5 亚临界萃取法提取文冠果油单因素试验

1.4.5.1 萃取温度对文冠果油提取率的影响

将文冠果种仁粉，投入萃取釜中，抽真空降至-0.6 MPa；加入四氟乙烷溶液至淹没文冠果种仁粉，控制萃取温度分别为25、30、35、40、45 ℃，萃取压力为1 MPa，重复萃取2 次，每次30 min；45 ℃条件下负压逐渐降压到5×10-2Pa，每次分离时间为20 min，重复分离3 次，得到文冠果油，计算文冠果油提取率，筛选出最适宜的萃取温度。

1.4.5.2 萃取压力对文冠果油提取率的影响

将文冠果种仁粉，投入萃取釜中，抽真空降至-0.65 MPa；加入四氟乙烷溶液至淹没文冠果种仁粉，控制萃取温度分别为30 ℃，萃取压力分别为0.8、0.9、1、1.1、1.2 MPa，重复萃取2 次，每次30 min；在45 ℃条件下负压逐渐降压到5×10-2Pa，每次分离时间为20 min，重复分离3 次，得到文冠果油，计算文冠果油提取率，筛选出适宜的萃取压力。

1.4.5.3 萃取时间对文冠果油提取率的影响

将文冠果种仁粉，投入萃取釜中，抽真空降至-0.65 MPa；加入四氟乙烷溶液至淹没文冠果种仁粉，控制萃取温度分别为30 ℃，萃取压力为1 MPa，重复萃取2 次，每次分别20、30、40、50、60 min；在45 ℃条件下负压逐渐降压到5×10-2Pa，每次分离时间为20 min，重复分离3 次，得到文冠果油，计算文冠果油提取率，筛选出适宜的萃取时间。

1.4.5.4 萃取次数对文冠果油提取率的影响

将文冠果种仁粉，投入萃取釜中，抽真空降至-0.65 MPa；加入四氟乙烷溶液至淹没文冠果种仁粉，控制萃取温度分别为30 ℃，萃取压力为1 MPa，分别重复萃取1、2、3、4 次，每次30 min；45 ℃条件下负压逐渐降压到5×10-2Pa，每次分离时间为20 min，重复分离3 次，得到文冠果油，计算文冠果油提取率，筛选出适宜的萃取次数。

1.4.6 亚临界萃取法提取文冠果油正交试验

将文冠果种仁粉，投入萃取釜中，抽真空降至-0.65 MPa；加入四氟乙烷溶液至淹没文冠果种仁粉，按照表1 中所列条件进行提取，试验进行3次，取平均值。利用正交试验对萃取温度、萃取压力、萃取时间及萃取次数这4 个因素进行考察。

表1 影响文冠果油提取率的因素水平表Table 1 The factors influencing the extraction rate of Xanthoceras sorbifolia oil

影响文冠果油提取率的因素水平率见表3。

2 结果与分析

2.1 不同提取方式文冠果油提取率

不同方法提取文冠果油的提取率如图1 所示。

图1 不同方法提取文冠果油的提取率Fig.1 Extraction rate of Xanthoceras sorbifolia oil by different methods

由图1 可见，选取的4 种提取方法对文冠果种仁油都具有较高的提取率，但不同方法其提取率不同。试验结果显示，4 种提取方法文冠果油的提取率从高到低依次为亚临界CO2萃取法、超临界CO2萃取法、索氏提取法和冷榨法，其中亚临界CO2萃取法、超临界CO2萃取法和索氏提取法提取文冠果油的提取率都相对较高，均达到70%以上，亚临界CO2萃取法达80%以上；冷榨法的提取率相对较低，仅为69.4%。

由此看来，在所选的4 种提取方法中，亚临界CO2萃取法是较为理想的提油方法。

2.2 文冠果油基本性质检测

不同方法提取文冠果油的基本性质见表2。

表2 不同方法提取文冠果油的基本性质Table 2 Basic properties of Xanthoceras sorbifolia oil extracted by different methods

由表2 可见，4 种方法提取的文冠果油的皂化值均在140 ～170，说明组成文冠果油的脂肪酸平均分子质量相对较小。提取的文冠果油的碘价均在100～120。同时，文冠果油的碘价相对较高，说明文冠果油的不饱和程度相对较高，这与文冠果油中不饱和脂肪酸含量高达90%以上的事实相符，所以文冠果油作为高级食用油更容易被人体吸收分解。提取的文冠果油中酸值最低的为亚临界CO2萃取法提取的文冠果油，过氧化值最低的是索氏提取法提取的种仁油，但4 种方法提取的文冠果油的酸值和过氧化值均较低，说明4 种方法提取的文冠果油的品质都较好。综上所述，亚临界CO2萃取法制备得到的文冠果油理化性质最佳。

2.3 脂肪酸组成及含量

不同方法提取文冠果油的脂肪酸含量及组成如表3。

表3 不同方法提取文冠果油的脂肪酸含量及组成Table 3 the content and composition of fatty acids in Xanthoceras sorbifolia oil extracted by different methods

从文冠果油中检测出10 种脂肪酸，分别为棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生一烯酸、花生二烯酸、花生五烯酸、芥酸以及神经酸。不同提取方法获得的文冠果油中均是亚油酸的含量最高，均在40%以上。其中，亚临界萃取法提取的亚油酸含量最高，为45.69%；索氏提取法提取的含量为45.63%；超临界萃取法提取的亚油酸含量为45.14%；冷榨法提取的亚油酸的含量最少为42.93%。4 种方法提取的文冠果油中油酸的含量均处于第2 位，芥酸是一种对人体有害的脂肪酸，油中含量越少越好，冷榨法提取的文冠果油中芥酸含量最高为8.03%；其次为索氏提取法含量为6.75%；再次为超临界萃取法含量为5.49%；芥酸含量最少的为亚临界萃取法制备得到的文冠果油，其含量为5.29%。4 种方法均可提取到一定含量的神经酸，其中，亚临界萃取法提取的神经酸最高为3.29%；其次为索氏提取法含量为2.81%；再次为冷榨法含量为2.76%；含量最低的为超临界萃取法含量为2.75%。综上所述，亚临界CO2萃取法制备得到的文冠果油脂肪酸含量最佳。

综合文冠果油的提取率、理化性质及脂肪酸含量，选取亚临界萃取法做为后续文冠果油提取优化的试验方法。

2.4 亚临界萃取法提取文冠果油单因素试验

2.4.1 萃取温度对文冠果油提取率的影响

萃取温度对文冠果油提取率的影响如图2 所示，随着萃取温度的升高，萃取率也一定程度提高，当萃取温度为25 ℃时，提取率为85.4%；萃取温度由25 ℃升高至30 ℃时，提油率升至88.7%；萃取温度由30 ℃升高至35 ℃时，提油率升至91.4%；萃取温度由35 ℃升高至40 ℃时，提油率升至95.2%，达到峰值；萃取温度由40 ℃升高至45 ℃时，提油率变为92.3%，呈下降趋势。这说明过高的萃取温度一方面会导致溶剂加速汽化，密度降低，使系统压力增大；另一方面物料中的热敏性物质会受高温的破坏，均会造成提油率的降低。综合分析，选择40 ℃作为萃取的最适温度。

图2 萃取温度对文冠果油提取率的影响结果Fig.2 Effect of extraction temperature on extraction rate of Xanthoceras sorbifolia oil

2.4.2 萃取压力对文冠果油提取率的影响

萃取压力对文冠果油提取率的影响如图3 所示，随着萃取压力的升高，萃取率也一定程度提高，当萃取压力为0.8 MPa 时，提取率为80.1%；萃取压力由0.8 MPa 升高至0.9 MPa 时，提取率升至83.4%；萃取压力由0.9 MPa 升高至1.0 MPa 时，提取率升至88.7%；萃取压力由1.0 MPa 升高至1.1 MPa 时，提取率升至94.5%；萃取压力由1.1 MPa 升高至1.2 MPa 时，提取率升至95.2%，此时，随着压力的增加，提升效果不明显。这说明萃取压力的升高会在一定程度上提升提取率，但当到达一定数值后变化不明显；综合分析，选择1.1 MPa 作为萃取的最适温度。

图3 萃取压力对文冠果油提取率的影响结果表Fig.3 Table of effect of extraction pressure on extraction rate of Xanthoceras sorbifolia oil

2.4.3 萃取时间对文冠果油提取率的影响

萃取时间对文冠果油提取率的影响如图4 所示，萃取时间从20 min 延长到30 min，提取率从82.5%提升至88.7%，萃取时间从30 min 延长到40 min，提取率升至93.1%，此阶段随萃取时间的延长提取率增加明显，这是因为提取刚开始时，溶剂与物料未得到良好接触，随着萃取时间的延长，传质达到良好的状态，提取率增大;萃取时间从40 min 延长到50 min，提取率升至93.4%，萃取时间从50 min 延长到60 min，提取率升至94.0%，再此阶段，提取率仍随萃取时间延长而呈现缓慢升高趋势，这是因为油脂在萃取釜内溶解度趋于饱和，萃取体系的渗透压也趋于平衡，油脂被继续萃取出的量很少，造成提取率上升缓慢。因此，延长萃取时间对提取率的影响不大。综合考虑能耗因素，萃取时间以40 min 为宜。

图4 萃取时间对文冠果油提取率的影响结果Fig.4 Effect of extraction time on extraction rate of Xanthoceras sorbifolia oil

2.4.4 萃取次数对文冠果油提取率的影响

萃取时间对文冠果油提取率的影响如图5 所示，萃取次数从1 次增加到2 次，提取率从80.1%提升至88.7%，萃取萃取次数从2 次增加到3 次，提取率升至94.7%，此阶段随萃取时间的延长提取率增加明显；萃取萃取次数从3 次增加到4 次，提取率升至95.1%；在此阶段，提取率仍随萃取次数增多而呈现缓慢升高趋势，但油脂被继续萃取出的量很少，造成提取率上升缓慢。综合考虑能耗因素，萃取次数3 次为最佳。

图5 萃取次数对文冠果油提取率的影响结果表Fig.5 Table of effect of extraction times on extraction rate of Xanthoceras sorbifolia oil

2.5 亚临界萃取法提取文冠果油正交试验

极差R 是A＞B＞C＞D，萃取温度（A） 对文冠果油提取率的影响最为显著，其次是萃取压力(B)，然后是萃取时间（C） 最后是萃取次数(D)。从表4可以得出，萃取温度的K3＞K1＞K2，选择A3 为最优水平；萃取压力的K2＞K3＞K1，选择B2 为最优水平；萃取时间的K1＞K2＞K3，选择C1 为最优水平；萃取次数的K2＞K1＞K3，D2 为最优水平。

表4 文冠果油提取率正交试验结果表Table 4 The result of orthogonal test of extraction rate of Xanthoceras sorbifolia oil

因此综合各方面考量，确定4 种因素的最优提取组合为A3B2C1D2，即萃取温度为45 ℃，萃取压力为1.1 MPa，萃取时间为40 min，萃取次数为2 次。

为验证正交试验得到的工艺条件的优劣，按照A3B2C1D2 方案，开展试验，所得到的文冠果油提取率为96.7%。结果表明，此方案的文冠果油提取率高于正交实验表中的9 个实验。从而表明利用A3B2C1D2 工艺条件从文冠果中提取文冠果油具有较好的稳定性。

3 结 语

本研究以河北省邱县文冠果为原料进行研究，采用不同的方法对文冠果油进行提取，实验表明，采用冷榨法制备文冠果油的提取率为69.4%、索氏提取法制备文冠果油的提取率为74.5%、超临界萃取法制备文冠果油的提取率为78.6%、亚临界萃取法提取得到的文冠果油的提取率为88.7。同时，通过对文冠果油理化性质的检测、和脂肪酸含量的检测，综合选取亚临界萃取法作为提取文冠果油实验方法。

进一步以油脂的提取率为评价指标，通过正交试验考察了萃取温度、萃取压力、萃取时间和萃取次数对文冠果油提取率的影响。对文冠果油提取率影响最大的是萃取温度，其次为萃取压力，再次为萃取时间，影响最小的为萃取次数，同时确定了其最优水平为A3、B2、C1、D2，即萃取温度为45℃，萃取压力为1∶1，萃取时间为40 min,萃取次数为2 次。并利用最优工艺进行3 组重复验证实验，文冠果油的提取率达96.7%，均高于正交实验表中的实验，纯化率高，工艺稳定。