全 文 ：第 23卷 第 4期
2007年 4月
农 业 工 程 学 报
Transactions of the CSAE
Vol. 23　 No. 4
Apr.　 2007
超临界 CO2流体萃取杏仁油工艺研究
马玉花 , 赵　忠※ , 李科友 , 马希汉 , 郭婵娟 , 史清华 , 朱海兰
(西北农林科技大学林学院 ,杨凌 712100)
摘　要: 该研究以单因素试验和正交试验相结合的方法对苦杏仁脂肪油的超临界 CO2萃取工艺进行了研究。确定了超临界 CO2萃取杏仁油
的最佳工艺为:萃取压力 35 M Pa、萃取温度 50℃、 CO2流量 24 L /h、粒径 60目、萃取时间 2 h。各因素影响杏仁的得率的顺序为:粒径 > 时间
> 萃取压力 > CO2流量 >萃取温度。最佳工艺验证试验的杏仁油的得率为 52. 98%。本研究的结果为下一步综合、无毒、高效地开发利用苦
杏仁奠定了基础。
关键词: 苦杏仁 ; 杏仁油 ; 超临界 CO 2萃取
中图分类号: S622. 2　　　　文献标识码: B　　　　文章编号: 1002-6819( 2007) 4-0272-04
马玉花 ,赵　忠 ,李科友 ,等 .超临界 CO 2流体萃取杏仁油工艺研究 [ J ].农业工程学报 , 2007, 23( 4): 272- 275.
Ma Yuhua, Zhao Zh ong, Li Keyou, et al. Optimization of tech nology for almond oil ex t raction by su percri tical CO 2 [ J] . Transactions of th e
CSAE, 2007, 23( 4): 272- 275. ( in Chines e wi th Englis h abs t ract )
收稿日期: 2006-05-29　修订日期: 2007-04-05
基金项目:苦杏仁精油提取技术引进 ( 2004- 4- 52)
作者简介:马玉花 ( 1978- ) ,女 ,青海乐都人 ,博士生 ,研究方向:森
林培育理论与技术。 杨凌　西北农林科技大学林学院 , 712100。
Emai l: soph ere8@ 163. com
※通讯作者:赵　忠 ,教授 ,博士生导师 ,研究方向:半干旱地区植被
恢复与重建。 杨凌　西北农林科技大学林学院 , 712100。
Emai l: zhaozh@ nw suaf . edu. cn
0　引　言
苦杏仁为蔷薇科植物杏 (Prunus armeniaca L. )、 山杏
(Prunus armeniaca var. ansu )及西伯利亚杏 (Prunus sibirica
L. )等的干燥成熟种子 [1]。 苦杏仁含有丰富的脂肪油 [2] ,其中含
有大量的油酸、亚油酸 ,对人体有重要生理作用和药用价值 ;杏
仁油属于不干性油 ,在 - 10℃时仍保持澄清 , - 20℃时才能凝
固 ,在营养食品、药用及轻工等方面具有很大应用价值 ,可作护
肤化妆品的原料、精密仪器的润滑油、医药工业用油、高级涂料、
食品添加剂等 ,并且是上好的食用油 [3, 4]。
目前 ,工业生产杏仁油多采用浸渍法和冷榨法提取 ,浸渍法
提取时间长 ,溶剂挥发损失较多 ,提取率低 ,且易造成溶剂残留 ;
冷榨法产率低 [5] ,精制工艺繁琐 ,油品色泽不理想 ;超临界 CO2
萃取具有操作温度低、溶解能力强、无毒、无污染、无溶剂残留及
产品易分离等优点 ,克服了溶剂提取法在分离过程中 ,需蒸馏加
热 ,油脂易氧化、酸败等缺点 ,特别适合于食品工业生物活性物
质和热敏性物质的分离提取。另外 ,它还不需要油脂工业经常采
用的除磷脂、胶质、蛋白、溶剂、臭味等杂质的精炼工艺 ,可以极
大地保持油脂的天然本色 [6, 7 ]。上述优点为超临界萃取技术应用
于开发高附加值的油脂工业奠定了基础。目前 ,超临界萃取技术
已广泛地应用于植物油脂的提取研究中 [8- 12]。
截至目前 ,国内外研究超临界 CO2萃取杏仁油的报道较多 ,
有关于数学模型的 [13- 15] ,也有关于最佳工艺的 ,但关于最佳工
艺的研究都只是侧重于其中的几个因素 ,没有对影响杏仁油得
率的所有因素作全面的研究 [3, 16, 17] ,如李科友等只考虑了压力、
温度以及 CO2用量 3个因素确定杏仁油的超临界提取工艺 ,对影
响杏仁油得率的因素粒径以及时间没有考虑 ,林秀仙等通过单
因素试验研究了压力、温度、萃取时间以及 CO2流量对杏仁油得
率的影响 ,也没有考虑影响杏仁油得率的因素—— 粒径 ,笔者的
研究表明萃取时间以及粒径是影响杏仁油得率的重要因素。 另
外 ,林秀仙等的最佳工艺中萃取时间为 6 h,远高于本研究中的 2
h,而其杏仁油得率仅为 33% ,其萃取效率远远低于本研究 ,由于
能耗高且萃取效率低 ,他们的工艺不利于现实的工业化生产以
及推广应用。 本试验以单因素试验和正交试验结合考察萃取压
力、萃取温度、萃取流量、萃取时间以及粒径对超临界 CO2萃取
杏仁油的影响 ,优选出了最佳工艺 ,从而为高附加值、高品质的
杏仁油工业化生产奠定基础 ,为下一步苦杏仁的综合开发和高
效无毒利用奠定了基础。
1　材料和方法
1. 1　材料
试验所选苦杏仁为山杏的种子 ,购自陕西麟游县 ,其含油率
为 53% ,含水率为 2. 5%。 CO2气购自陕西石化公司。
1. 2　仪器设备
HA121-50-01超临界流体萃取设备 (江苏南通华安超临界
萃取有限公司 ) ; EB-280-12电子顶载天平 ( SHIM ADZU ) ;
9FZ-19型齿爪式粉碎机 (四川省井研县永兴机械厂 ) ;土壤分析
筛 (南京土壤仪器厂 )。
1. 3　试验设计
超临界 CO2萃取杏仁油过程中 ,既要考虑杏仁油得率 ,又要
考虑萃取速率、能耗等因素 ,影响杏仁油得率的因素有压力、温
度、 CO2流量、粒径及时间等。 试验选择压力 ( A )、温度 ( B)、 CO2
流量 ( C)、粒径 ( D)及时间 ( E)作为影响因素 ,进行单因素试验 ;
另外 ,为确定最佳工艺参数 ,根据单因素试验结果以及 L16 ( 45 )的
正交表确定正交试验各因素的水平数 ,进行 5因素 4水平的正交
试验 ,因素及水平表见表 1,共完成 16组试验 ,每组试验 2次重
复。
272
表 1　超临界 CO2萃取杏仁油正交试验因素水平表
Table 1　 Factor s and levels o f the o rthogonal expe riment
on supercritical CO2 ex traction of almond oil
水 平 压力 ( A)
/M Pa
温度 ( B)
/℃
流量 ( C)
/L· h- 1
粒径 ( D)
/目
时间 ( E)
/h
1 25 40 12 20 1
2 30 45 16 40 2
3 35 50 20 60 3
4 40 55 24 80 4
1. 4　工艺流程
苦杏仁→粉碎→过筛→称重→装料密封→升温、升压至特
定萃取条件→超临界 CO2流体萃取→减压分离→离心除杂质→
杏仁油。
超临界萃取时设定分离釜 I的压力 8 M Pa ,温度 40℃ ,分离釜
II的压力 5～ 6 M Pa ,温度 26～ 28℃。称取苦杏仁粉 250 g ,装入 1
L萃取罐内进行超临界 CO2萃取。 在特定试验时间内 ,每隔 30
min收集萃取物 ,称重 ,计算得率。
P = m /M× 100%
式中 　P—— 杏仁油的得率 ,% ; m—— 萃取的杏仁油的质量 ,
g; M—— 装料量 , g。
2　结果与分析
2. 1　单因素试验结果
单因素试验中由于设备所限 ,设备所能达到并稳定的最大
CO2流量为 28 L /h,最大压力为 45 M Pa。试验时因素条件分别固
定在萃取压力 30 M Pa,温度 45℃ , CO2流量 16 L /h,粒径为粉碎
机粉碎不过筛直接使用 ,萃取时间 1 h。每次改变一个因素进行单
因素试验。 各因素对杏仁油得率的影响曲线见图 1～ 5。
图 1　压力对杏仁油得率的影响曲线
Fig. 1　 Effect o f ex traction pressure
on ex tr action efficiency of almond oil
图 2　温度对杏仁油得率的影响曲线
Fig. 2　 Effect o f ex traction tempera ture
on ex tr action efficiency of almond oil
图 3　流量对杏仁油得率的影响曲线
Fig. 3　 Ef fect o f CO2 flow rate on
ex t raction efficiency of a lmond oil
图 4　粒径对杏仁油得率的影响曲线
Fig . 4　 Effect of diame ter o f a lmond pow der
on ex t raction efficiency o f a lmond oil
　 图 5　时间对杏仁油得率的影响曲线
Fig. 5　 Effect o f ex traction tim e on
ex t raction efficiency of a lmond oil
图 1显示了萃取压力对超临界 CO2流体萃取杏仁油的影响 ,
由图 1可以看出随着萃取压力的增加杏仁油的得率随之增加 ,在
45 M Pa时达到最大值 ,因而最佳萃取压力为 45 M Pa。
图 2为温度对杏仁油的得率的影响曲线 ,由图 2可以看出当
温度范围在 35～ 45℃之间时 ,随着萃取温度的增加 ,得率增加 ,
而在 45～ 60℃之间时 ,得率随着萃取温度的增加而降低 ,因而最
佳萃取温度为 45℃。
图 3显示了 CO2流量对杏仁油得率的影响 ,由图 3可以看出
CO2流量在 12～ 24 L /h之间时得率随着 CO2流量的增加而增
加 ,当 CO2流量高于 24 L /h时得率随着 CO2流量的增加而降低 ,
因而最佳 CO2流量为 24 L /h。
图 4是粒径对超临界 CO2流体萃取杏仁油得率的影响曲线 ,
由图 4可以看出当粒径在 20～ 80目之间时 ,随着粒径的减小杏
仁油的得率随之增加 ,当粒径小于 80目时 ,得率开始下降 ,因而
最佳的粒径为 80目。
273　第 4期 马玉花等:超临界 CO2流体萃取杏仁油工艺研究
图 5是萃取时间对超临界 CO2流体萃取杏仁油得率的影响
曲线 ,由图 5可见在试验选定的时间范围内 ,随着萃取时间的增
加 ,得率增加 ,因而最佳萃取时间为 3 h。
因而单因素试验得出的超临界 CO2流体萃取杏仁油的最佳
工艺为: 萃取压力 45 M Pa、温度 45℃、 CO2流量 24 L /h、粒径 80
目、时间 3 h。
2. 1　正交试验结果
将正交试验数据进行统计分析 ,结果见表 2,方差分析结果
见表 3。由表 2可以看出萃取压力: k3 > k4 > k2 > k1,温度: k3
> k 2> k 4> k1; CO2流量: k4> k2> k3> k1;粒径: k3> k4>
k 2> k 1; 时间: k 4 > k3 > k 2 > k1, 因此 ,最佳萃取组合为
A3B3C4D3E4,即压力 35 M Pa、温度 50℃、 CO2流量 24 L /h、粒径
60目、时间 4 h。萃取压力、温度、流量、时间、粒径 4因素的极差分
别为 7. 42、 3. 69、 6. 07、 15. 46、 14. 99,表明粒径对杏仁油得率的
影响最大 ;各因素对得率的影响主次为: 粒径> 时间 > 压力> 流
量> 温度。 方差分析显示各因素对得率的影响在显著性水平 0.
01上均极显著 (表 3)。
表 2　正交试验结果及直观分析
Table 2　 Results and intuitionistic analy sis
of o r tho gona l experiments
因素 A B C D E 得率 /%
1 1 1 1 1 1 14. 50
2 1 2 2 2 2 37. 60
3 1 3 3 3 3 51. 56
4 1 4 4 4 4 50. 47
5 2 1 2 3 4 51. 81
6 2 2 1 4 3 46. 96
7 2 3 4 1 2 40. 41
8 2 4 3 2 1 24. 63
9 3 1 3 4 2 49. 50
10 3 2 4 3 1 44. 91
11 3 3 1 2 4 49. 10
12 3 4 2 1 3 40. 34
13 4 1 4 2 3 49. 33
14 4 2 3 1 4 41. 47
15 4 3 2 4 1 38. 82
16 4 4 1 3 2 50. 28
k 1 38. 54 41. 29 40. 21 34. 18 33. 22
k 2 40. 95 42. 73 42. 14 40. 17 44. 45
k 3 45. 96 44. 98 41. 79 49. 64 47. 05
k 4 44. 98 41. 43 46. 28 46. 44 48. 21
R 7. 42 3. 69 6. 07 15. 46 14. 99
表 3　正交试验方差分析表
Table 3　 Ana ly sis of v ariance dev ia tion
方差来源 离差平方和 自由度 均方 F F ( 0. 01) 显著性
A 289. 45 3 96. 48 313. 77 3. 24 * *
B 70. 15 3 23. 38 76. 04 3. 24 * *
C 160. 89 3 53. 63 174. 41 3. 24 * *
D 1129. 35 3 376. 45 1224. 23 3. 24 * *
E 1567. 55 3 522. 52 1699. 24 3. 24 * *
误 差 4. 92 16
总 和 3222. 31 31
2. 3　综合分析
2. 3. 1　萃取压力对杏仁油得率的影响
萃取压力是超临界 CO2萃取的关键因素之一 ,在温度恒定
时 ,增加超临界萃取压力 , 超临界 CO2流体的密度随之增大 ,超
临界流体的溶解能力也增大 ,但压力过高 ,对仪器设备的要求也
就越高 ,所以压力选择要综合考虑各因素。正交试验结果显示萃
取杏仁油的最佳压力为 35 M Pa ,而单因素试验结果显示最佳压
力为 45 M Pa ,但由图 1可看出当萃取压力在 20～ 35 M Pa之间
时 ,杏仁油得率急剧增加 ,当萃取压力大于 35 MPa时 ,随着压力
的增加杏仁油得率增加的趋势较缓 ,考虑到高压会增加设备投
资和操作费用 ,因而萃取工艺选择最佳压力为 35 M Pa。
2. 3. 2　萃取温度对杏仁油得率的影响
温度对超临界 CO2流体萃取过程的影响有两方面 ,一方面 ,
随着温度的升高 , CO2密度降低 ,萃取物在 CO2流体中的溶解度
下降 ,杏仁油得率降低 ;另一方面 ,随着温度的升高 ,萃取物的蒸
气压增大 ,其在 CO2流体中的溶解度也相应增大 ,有利于萃取。
单因素试验确定最佳萃取温度为 45℃ ,但 45℃仅比 50℃时的杏
仁油得率高 1. 16% ,而正交试验中 50℃比 45℃时的杏仁油得率
高 2. 25% ,这可能是由于正交试验中各因素之间是相互影响的 ,
而且在进行单个因素的分析时 ,其他因素是不一致的 ;而单因素
试验中其他条件是一致的 ,因而导致二者出现偏差。为提高杏仁
油得率 ,本研究中最佳工艺选择萃取温度 50℃。
2. 3. 3　 CO2流量对杏仁油得率的影响
CO2流量对超临界 CO2萃取过程的影响表现为: 当其他条
件一致时 ,在一定的流量范围内 ,随着 CO2流量的增加 ,溶质与
溶剂之间的传质推动力加大 ,传质效率提高 ,萃取量也随之增
加。 但当流量增大到一定值之后 ,随着流量的增加 ,萃取量开始
减小 ,这是因为流量过大使溶剂与溶质之间的传质时间变短 ,萃
取量减小。 本研究中 ,在正交试验中 ,当 CO2流量在 12～ 16 L /h
之间时 ,杏仁油的得率随着 CO2流量的增加而增加 ,当 CO2流量
在 16～ 20 L /h之间时 ,杏仁油得率随着 CO2流量的增大而降低 ,
而当 CO2流量在 20～ 24 L /h之间时 ,杏仁油得率随着 CO2流量
的增大又逐渐增加 ,但是总体而言 , CO2流量在 24 L /h时杏仁油
得率为最高 ,单因素试验中最佳流量也为 24 L /h ,因而最佳工艺
选择 CO2流量为 24 L /h。
2. 3. 4　粒径对杏仁油得率的影响
粒 径是超临界 CO2流体萃取杏仁油过程中非常重要的参
数 ,由表 2可以看出 ,在 20目到 60目的粒径分布区间 ,随着颗粒
粒径的减小 ,杏仁油得率急剧增加 ,这是因为随着颗粒粒径的减
小 ,物料的比表面积大大增加 ,从而有效提高了传质面积 ,有利
于 CO2流体渗入物料内部 ,强化了传质 ,提高了得率。 但当粒径
小于 60目后 ,随着粒径的减小 ,萃取率下降 ,这是由于颗粒粒径
过小会使物料形成高密度床层 ,影响传质效率。单因素试验中最
佳粒径为 80目 ,但仅比粒径 60目的得率高 1. 09% ,考虑到减小
粒径会增加预处理成本 ,所以最佳工艺选择粒径为 60目。
2. 3. 5　萃取时间对杏仁油得率的影响
一般而言 ,随着萃取时间的增加 ,得率也相应增加 ,但当
95%的油被萃取 ,即可以认为杏仁油几乎萃取完全 ,这时随着萃
取时间的增加 ,得率增加甚少 ,再继续萃取就无意义了 ,由表 2可
274 农业工程学报 2007年　
以看出在萃取时间 1～ 2 h内 ,杏仁油得率随着时间的增加急剧
增加 , 2 h以后 ,随着萃取时间的增加 ,杏仁油得率增加甚少。 而
由图 5可以看出在 0. 5～ 2 h内 ,得率急剧增加 , 2 h以后得率增加
很少 ,所以综合考虑提高效率 ,节省能源 ,最佳工艺选择萃取时
间为 2 h。
2. 4　验证试验
由单因素试验和正交试验结果确定的最佳工艺参数进行验
证试验 ,试验条件为:萃取压力 35 MPa,萃取温度 50℃ , CO2流量
24 L /h,粒径 60目 ,萃取时间 2 h。杏仁油得率为 52. 98%。该结
果较已发表文章报道的杏仁油得率高 [16, 17]。
3　结　论
本文采用超临界流体萃取技术 ,以单因素试验和正交试验
相结合的方法对影响超临界 CO2流体萃取杏仁油得率的各因素
进行了研究 ,以杏仁油得率为衡量指标 ,综合考虑能耗及萃取效
率 ,优化出最佳萃取工艺条件 ,即萃取压力 35 M Pa ,萃取温度
50℃ , CO2流量 24 L /h ,粒径 60目 ,萃取时间 2 h。在此条件下经
试验验证杏仁油的得率为 52. 98% ,结果高于已有的研究报道。
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Optimization of technology for almond oil extraction by supercritical CO2
Ma Yuhua , Zhao Zhong
※
, Li Keyou , Ma Xihan , Guo Chanjuan ,Shi Qinghua , Zhu Hailan
(College of Forestry , Northwest Agriculture and Forestry University , Yangling 712100, China )
Abstract: Facto rs influencing oil yield of bitter almond ex tr acted by supercritica l CO2 w ere studied w ith both single fac to r and
o rthogonal experim ent. The optimum ex t racting conditions a re a s fo llow s: ex traction pr essur e 35 M Pa , ex traction tempe ratur e 50℃ ,
CO2 flow rate 24 L /h , diameter of almond pow der 60 mu and ex tra ction time 2 h. The sequence of the fa ctor s affecting the ex t raction
ar e: diamete r o f almond pow der > ex traction time> ex tr action pressure> CO2 flow ra te> ex traction tempe ratur e. Under the optimum
conditions, the yield of almond oil is 52. 98% . This resear ch lay s a foundation for further study on use o f bitter almond.
Key words: bitte r almond; almond o il; supercritical CO2 ex traction
275　第 4期 马玉花等:超临界 CO2流体萃取杏仁油工艺研究