全 文 ：收稿日期:2008-06-20
基金项目:湖南省湘西自治州科技攻关计划项目———豆薯种
籽油研究(项目编号:州科字 [ 2004] 32号)
作者简介:麻成金(1963), 男(苗族), 教授 , 硕士 , 主要从事
食物资源开发与利用方面的研究 (Tel)0743 -2123572
(E-mail)machengjin468@126.com。
油脂加工
豆薯籽油的超临界 CO2 萃取及其理化特性
麻成金a,黄 群a,田向荣b,刘祝祥b,余 佶a
(吉首大学 a.食品科学研究所 , b.生物资源与环境科学学院 , 湖南 吉首 416000)
摘要:采用单因素实验和正交实验 ,以油脂萃取效率为评价指标 ,对超临界 CO2萃取豆薯籽油的工
艺条件进行了优化 ,利用 GC-MS分析了油脂的脂肪酸组成 ,并检测了油脂的理化指标。结果表
明 ,豆薯籽的平均含油量为 28.43%,超临界 CO2萃取的优化工艺条件为:萃取压力 35MPa,萃取温
度 45℃,分离温度 40℃,萃取时间 90min, CO2流量 25 ～ 30kg/h,原料粉碎度 40目 ,原料含水量控
制在 5%左右。在此条件下 ,油脂萃取得率为 25.91%,油脂萃取效率在 91%以上 。豆薯籽油的脂
肪酸组分主要有油酸 、亚油酸 、棕榈酸 、硬脂酸等 ,其中不饱和脂肪酸以油酸(31.20%)和亚油酸
(29.26%)为主;理化特性与常见食用油脂相似 ,具有一定的开发利用价值 。
关键词:豆薯籽油;超临界 CO2萃取;GC-MS;脂肪酸组成;理化指标
中图分类号:TS224 文献标志码:A 文章编号:1003-7969(2008)12-0020-04
SupercriticalCO2 extractionandphysicochemical
propertiesofjicamaseedoil
MAChengjina, HUANGQuna, TIANXiangrongb, LIUZhuxiangb, YUJia
(a.InstituteofFoodScience, b.ColegeofBiologyandEnvironmentalSciences,
JishouUniversity, HunanJishou416000, China)
Abstract:TheconditionsforsupercriticalCO2 extractionofjicamaseedoilwerestudiedbysinglefactor
andorthogonalexperimentsaccordingtooilextractioneficiency.Fatyacidcompositionsoftheoilwere
identifiedbyGC-MS.Thephysicochemicalindexesoftheoilwerealsoanalyzed.Theresultsindicated
thattheoilcontentinjicamaseedwas28.43%, andtheoptimumextractionconditionswereasfolows:
extractionpressure35MPa, extractiontemperature45℃, separationtemperature40℃, extractiontime90
min, CO2 flowrate25-30kg/h, materialparticlesize40meshanditsmoisturecontentabout5%.Under
theconditions, theoilyieldwas25.91%, andtheextractioneficiencywasbeyond91%.Themainfaty
acidsoftheoilwereoleicacid, linoleicacid, palmiticacidandstearicacid.Theunsaturatedfatyacids
weremainlycomposedofoleicacid(31.20%)andlinoleicacid(29.26%).Meanwhile, thephysico-
chemicalcharacteristicoftheoilwassimilartocommonedibleoil.
Keywords:jicamaseedoil;supercriticalCO2 extraction;GC-MS;fatyacidcomposition;physicochemi-
calindex
豆薯(Pachyrhizuserosus(L.)urban)又名凉薯 、
地瓜 、沙葛等 ,为豆科豆薯属一年生草质藤本植物 ,
原产美洲热带地区 ,我国西南 、华南地区和台湾省栽
培较多。豆薯每亩可产籽 100 ～ 120 kg, 籽含油
27% ～ 29%。据文献报道 [ 1 -4] ,豆薯籽中含有有毒
成分鱼藤酮(C23H22O6),鱼藤酮为呼吸抑制剂 ,是良
好的天然植物性杀虫剂 。
对豆薯籽中蛋白质的研究已有部分文献报
道[ 5-9] ,而有关豆薯籽油的超临界 CO2萃取及其理
化特性的研究未见报道 。
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本实验对超临界 CO2萃取豆薯籽油的工艺条
件进行了探讨 ,并对其脂肪酸组成和理化特性进行
分析和检测 ,为豆薯籽的开发利用提供实验基础和
理论依据。
1 材料与方法
1.1 原料 、试剂
豆薯籽:成熟饱满的豆薯籽购于吉首市豆薯生
产基地 , 经粉碎干燥后供实验用;CO2 , 纯度 >
99.5%;三氯甲烷 、冰醋酸 、硫代硫酸钠 、碘化钾 、可
溶性淀粉 、氢氧化钾 、高锰酸钾 、盐酸 、无水乙醇 、甲
醇 、正己烷 、重铬酸钾 、硫酸 、三氟化硼 、氯化钠等均
为 AR级。
1.2 仪器 、设备
HA221-50-06型超临界 CO2萃取设备 ,日本
岛津 GC-MS/QP2010气相色谱 -质谱联用仪 ,
ZK072型电热真空干燥箱 , GZX-9146MBE型电热
鼓风干燥箱 , DHS20-1型多功能红外水分测定仪 ,
AEL-200电子分析天平 , JA2003电子天平 , SHB-
Ⅲ型循环水式多用真空泵 , 2WAJ型阿贝折光仪 ,罗
维朋比色计 ,粉碎机 ,索氏提取装置等 。
1.3 实验方法
1.3.1 豆薯籽水分和油脂含量测定 索氏提取法
测定原料油脂含量 ,用多功能远红外水分测定仪测
定原料的含水量 。
1.3.2 超临界 CO2萃取豆薯籽油 取一定量的豆
薯籽粉末 ,加入到超临界 CO2萃取釜中 ,在一定条
件下萃取并分离油脂 。油脂萃取得率和萃取效率计
算式为:
油脂萃取得率 =萃取的油脂质量 /原料质量 ×
100%
油脂萃取效率 =油脂萃取得率 /原料含油率 ×
100%
1.3.3 豆薯籽油脂肪酸组成分析
1.3.3.1 油脂的甲酯化[ 11] 取豆薯籽油样品
0.35 ～ 0.4 mL,加入 6 mL1 mol/L的 KOH甲醇溶
液 ,摇匀 ,于 40℃水浴中甲酯化 2h,再加入 6mL正
己烷 ,摇匀 ,静置后取上层液 ,蒸馏水洗涤 2次 ,加入
无水硫酸钠脱水 ,备用 。
1.3.3.2 GC-MS分析条件 GC条件:RTX-5MS
型弹性石英毛细管柱 , 30m×0.25 mm×0.25 μm;
载气为高纯氦气(99.999%),柱前压为 119.4 kPa,
柱内载气流量为 1.3 mL/min;升温程序:从 150℃
开始 ,保持 2min,以 10℃/min升温到 220℃,保持 2
min,以 5℃/min升温到 280℃,保持 3 min,汽化室
温度为 250℃;进样量为 1 μL。
MS条件:EI离子源 ,离子源温度 200℃,接口
温度 270℃,电子能量 70 eV,溶剂延时 3 min,分辨
率 1 000,扫描范围 40 ～ 550amu。
1.3.4 豆薯籽油理化指标的测定 水分含量参照
GB/T5528-1995;色泽参照 GB/T5009.37-2003;
折光指数参照 GB5527 -1985;相对密度参照 GB
5526-1985;酸值参照 GB5530-1998;过氧化值参
照 GB/T5538-2005;皂化值参照 GB5534-1995;
碘值参照 GB5532-1995。
2 结果与讨论
2.1 豆薯籽含油量的测定结果
准确称取 5.0g豆薯籽粉末 ,在 60℃恒温水浴
中 ,用无水乙醚进行索氏提取 7 ～ 8 h, 3组平行实
验 ,测得原料的油脂含量分别为 28.66%、28.18%
和 28.45%,平均值为 28.43%,即本实验所用豆薯
籽的油脂含量为 28.43%。
2.2 超临界 CO2萃取单因素实验结果
2.2.1 原料粉碎度对油脂萃取效果的影响 以粉
碎度分别为 20、40目和 60目的 3种豆薯籽粉末为
研究对象 ,进行超临界 CO2萃取单因素实验 ,探讨
原料粉碎度对萃取效果的影响 。萃取条件设定为:
萃取压力 35MPa,萃取温度 45℃,萃取时间 1 h,分
离温度 40℃, CO2流量 20 kg/h左右 。每一种粉碎
度原料分别进行 3组平行实验 ,平均油脂萃取得率
分别为 21.63%、24.25%和 23.74%。由此可见 ,当
原料粉碎度为 40目时 ,油脂萃取效果比较理想。
2.2.2 原料含水量对油脂萃取效果的影响 在萃
取压力 35 MPa,萃取温度 45℃,分离温度 40℃,萃
取时间 1 h, CO2流量 25 kg/h左右 ,原料粉碎度为
40目条件下 ,对不同水分含量的豆薯籽粉末进行超
临界 CO2萃取实验 ,结果见表 1。
表 1 原料含水量对油脂萃取效果的影响
含水量 /% 油脂萃取得率 /% 油脂性状
9.05 24.17 浑浊
7.14 24.53 稍带浑浊
5.02 25.48 澄清
由表 1可知 ,豆薯籽水分含量较高时 ,油脂萃取
得率相对较低 ,且油脂呈浑浊状态 ,故萃取时将原料
水分含量控制在 5%左右为宜。
2.2.3 CO2流量对油脂萃取效果的影响 在上述
实验确定的工艺条件下 ,考察 CO2流量对豆薯籽油
萃取效果的影响 ,结果见图 1。
从图 1可知 ,随着 CO2流量增大 ,油脂萃取效
率逐步增高 ,在 CO2流量达 25kg/h后 ,油脂萃取效
率开始下降 ,至 CO2流量达 35 ～ 40 kg/h略有上
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图 1 CO2流量与油脂萃取效率的关系
升 ,之后又呈下降趋势 ,这可能是由于 CO2流速过
快 ,造成与物料接触不充分 ,以及被萃取物尚未在解
析釜中完全析出就被冲回萃取釜而使收率下降所
致 。综合分析 , CO2流量应控制在 25 ～ 30 kg/h范
围内。
2.3 超临界 CO2萃取正交实验结果
将 300 g过 40目筛的豆薯籽粉末加入萃取釜
中 , CO2流量控制在 25 kg/h左右 ,以萃取压力 、萃
取温度 、萃取时间和分离温度为考察因素 ,采用 L9
(34)正交实验优化萃取工艺条件 ,以油脂萃取效率
为评价指标 ,正交实验因素水平见表 2,实验结果见
表 3。
表 2 正交实验因素水平表
水 平
萃取压力
/MPa
A
萃取温度
/℃
B
萃取时间
/min
C
分离温度
/℃
D
1 25 40 50 35
2 30 45 70 40
3 35 50 90 45
表 3 超临界 CO2萃取正交实验结果
实验号 A B C D 油脂萃取得率 /%
油脂萃取
效率 /%
1 25 40 50 35 22.65 79.67
2 25 45 70 40 24.22 85.19
3 25 50 90 45 23.26 81.82
4 30 40 70 45 23.41 82.34
5 30 45 90 35 23.94 84.21
6 30 50 50 40 24.97 87.83
7 35 40 90 40 25.74 90.54
8 35 45 50 45 25.12 88.36
9 35 50 70 35 24.59 86.49
油脂萃取效率
k1 82.23 84.18 85.29 83.46
k
2 84.79 85.92 84.67 87.85
k3 88.46 85.38 85.52 84.17
R 6.24 1.74 0.85 4.40
从表 3可知 ,各因素对油脂萃取效率的影响顺
序为:A>D>B>C。萃取条件的优化组合为
A3B2C3D2 ,即:萃取压力 35 MPa,萃取温度 45℃,萃
取时间 90 min,分离温度 40℃。在此工艺条件下进
行 3组验证实验 ,油脂平均萃取效率为 91.13%,油
脂平均萃取得率为 25.91%。
2.4 豆薯籽油脂肪酸组成的 GC-MS分析
用微量注射器取甲酯化后豆薯籽油样品溶液 1
μL进行 GC-MS分析。采用不做校正的峰面积归
一化法得出各组分的相对含量 ,采用 NIST05标准谱
库进行检索 ,并逐个解析各峰相应的质谱图。豆薯
籽油脂肪酸分析结果见表 4。
表 4 豆薯籽油的脂肪酸组成和相对含量
峰号 保留时间/min
相对含
量 /%
相对分
子质量
脂肪酸甲
酯分子式 脂肪酸名称
1 6.451 0.21 242 C15H30O2 肉豆寇酸
2 8.523 28.93 270 C17H34O2 棕榈酸
3 10.257 29.26 294 C19H34O2 亚油酸
4 10.310 31.20 296 C19H36O2 油酸
5 10.455 0.40 296 C20H40O 植醇
6 10.559 5.64 298 C19H38O2 硬脂酸
7 12.566 0.37 324 C21H40O2 二十碳烯酸
8 12.854 0.88 326 C21H42O2 花生酸
9 15.352 1.78 354 C23H46O2 二十二烷酸
10 17.929 1.33 382 C25H50O2 二十四烷酸
由表 4可知 ,豆薯籽油中含有肉豆寇酸 、棕榈
酸 、花生酸 、硬脂酸 、二十二烷酸 、二十四烷酸 6种饱
和脂肪酸 , 其中以棕榈酸 (28.93%)和硬脂酸
(5.64%)为主;含有 3种不饱和脂肪酸 ,占脂肪酸
总量 的 60.83%, 其 中油酸 31.20%、亚 油酸
29.26%、二十碳烯酸 0.37%。
此外 ,豆薯籽油中还含有谷甾醇(3.09%)、γ-
谷甾醇(5.42%)和类鱼藤酮结构物质(4.18%)等
组分 。
2.5 豆薯籽油理化指标测定结果
按照油脂检验国家标准 ,对超临界 CO2萃取所
得豆薯籽油的理化指标进行测定 ,结果见表 5。
由表 5可见 ,豆薯籽油的组成及理化特性与菜
籽油 、大豆油 、花生油等常见食用油脂相似 ,其中含
亚油酸 、油酸较多 ,且碘值较低 ,属于半干性油脂 。
3 结 论
(1)本实验所用豆薯籽的油脂含量为 28.43%,
超临界 CO2萃取豆薯籽油的优化条件为:萃取压力
35 MPa,萃取温度 45℃,分离温度 40℃,萃取时间
90min, CO2流量 25 ～ 30kg/h,原料粉碎度 40目 ,原
料水分含量控制在 5%左右。在此条件下 ,油脂萃
取得率为 25.91%,油脂萃取效率在 91%以上 ,达到
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表 5 豆薯籽油理化指标
色泽
(25.4mm槽)
水分含
量 /%
相对
密度
折光指
数(20℃)
酸值(KOH)
/(mg/g)
皂化值(KOH)
/(mg/g)
碘值(Ⅰ )
/(g/100 g)
过氧化值 /
(meq/kg)
Y34、R5.6 0.85 0.912 4 1.469 7 1.025 5 186.6 87.63 2.17
了比较理想的效果。
(2)采用 GC-MS对豆薯籽油的脂肪酸组成进
行了分析和鉴定 ,结果表明 ,该油脂中含有油酸 、亚
油酸 、硬脂酸 、棕榈酸等 9种脂肪酸 ,其中不饱和脂
肪酸以油酸和亚油酸为主 , 占脂肪酸总量的
60.83%;同时发现超临界 CO2萃取的豆薯籽油中还
含有谷甾醇(3.09%)、γ-谷甾醇(5.42%)和有毒
成分类鱼藤酮结构物质(4.18%)等组分。经检测 ,
该油脂的折光指数 、碘值 、酸值 、相对密度 、色泽等多
项理化指标与菜籽油等食用油脂相近 ,属于半干性
油脂。
(3)豆薯籽油中所含的鱼藤酮(C23H22O6)为有
毒成分 ,对人畜均有害 ,同时也是良好的天然植物性
杀虫剂 。若能把鱼藤酮从油脂中彻底分离 ,必将拓
展豆薯籽油的应用范围 ,提高其利用价值 。
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