全 文 ：第 43卷第 1期
2009年 1月
生　物　质　化　学　工　程
BiomassChemicalEngineering
Vol.43 No.1
Jan.2009
超临界 CO2 萃取山苍子核仁油的工艺研究
　　收稿日期:2008-05-06
　　基金项目:湖南省 “十一五 ”重点学科建设项目(2006-180);永州市科技计划项目(2006)
　　作者简介:陈铁壁(1975-),男 ,湖南湘潭人 ,硕士,讲师 ,研究方向为动物营养的饲料开发与应用;联系电话:13574639975;
E-mail:ctb@hunau.net。
陈铁壁 , 袁先友 , 张 敏
(湖南科技学院化学与生命工程学院 , 湖南 永州 425100)
摘　要:研究了用超临界 CO
2
流体萃取山苍子核仁油的萃取工艺 ,探讨了各种影响因素对山苍子核仁油萃取率的影响 ,
通过正交试验确定了超临界萃取的最佳工艺为:萃取温度 45℃、萃取压力 25MPa、CO2流量 220L/h、萃取时间 80min。
在此条件下 , 山苍子核仁油萃取率 84.5%。研究证明了加入溶剂和剥壳均可提高山苍子核仁油的萃取率。
关键词:山苍子核仁油;超临界 CO2萃取
中图分类号:TQ91;TQ028.32　　　　　　　文献标识码:A　　　　　　　文章编号:1673-5854(2009)01-0005-04
StudyonExtractionTechnologyofLitseacubebaKernel
OilbySupercriticalCarbonDioxide
CHENTie-bi, YUANXian-you, ZHANGMin
(Chemistryandbioengineeringacademy, HunanUniversityofScienceandEngineering, Yongzhou425100, China)
Abstract:AnisolationtechnologyofLitseacubebakerneloilinadynamicsupercriticalfluidextractionsystemwasdescribed.
Factorsinfluencingextractionyieldwerediscussed.Byorthogonaltest, theoptimumtechnologicalconditionswere:extractiontem-
perature45 ℃, pressure25MPa, flowrateofcarbondioxide220 L/handextractiontime80 min.Theyieldofextractionwas
84.5 %.ItisprovedthataddingthesolventandrindingshelmayimproveextractionratesofLitseacubebakerneloil.
Keywords:Litseacubebakerneloil;SCDE(supercriticalcarbondioxideextraction)
　　山苍子为樟科木姜子属植物山苍子树(Litsea
cubeba(Lour)Pers.)的果实 ,别名山鸡椒 、赛樟树 、
香叶 、木姜子 ,落叶灌木或小乔木 ,是一种重要的香
科树种 ,分布于我国南方各省 ,印度 、马来西亚 、印
度尼西亚等国也有分布[ 1-2] 。山苍子根 、茎 、叶和
果实均可入药 ,有祛风散寒 、消肿止痛之效 ,中药业
称果实为 “毕澄茄 ”,可治疗血吸虫病[ 3] 。随着现
代科技的发展 ,人们从山苍子果实中提取了大量有
用物质 ,而研究应用最多的是能合成紫罗兰酮系列
的柠檬醛 ,它是调制高级香精的重要原料 ,在柠檬
醛的提取中 ,是以山苍子果肉为原料 ,而提取山苍
子油后就把山苍子核当作废料扔掉 ,造成了很大的
浪费 。山苍子核仁中含有丰富的油脂 ,而山苍子核
油中又含有大量名贵的脂肪酸 ,一般外观为棕黄
色 ,不透明 ,有一种特殊气味。核仁油的组成为混
合脂肪酸 83%左右 ,甘油 9%左右 ,杂质 8%,其
中脂肪酸的主要成分为月桂酸和癸酸 [ 4-5] 。它们
都是用途广泛 ,国内短缺 ,经济价值较高的工业原
料 。所以 ,提取山苍子核仁油很有经济价值和市场
前景 [ 6] 。目前 ,国内对山苍子核仁油的应用研究较
多 ,但对山苍子核仁油萃取工艺的研究较少。我国
的山苍子种植相当广泛 ,用山苍子提取核仁油充分
利用了天然资源 ,变废为宝 ,具有实际应用价值。
本研究通过对超临界 CO2萃取(SCDE)山苍子核
仁油工艺进行了研究 ,探讨其可行性并确定适宜的
工艺条件 ,此外作者也对山苍子核仁剥壳与不剥
壳 ,加入溶剂与不加入溶剂的核仁油萃取率进行了
初步的研究和探讨 ,为进一步工业应用提供理论依
据和必要的参数 。
1　实 验
1.1　材料 、试剂与仪器
6　 生　物　质　化　学　工　程 第 43卷
材料:实验所用山苍子核购于湖南永州道县
林场。处理方法分两种:1)用手工剥去外层黑色
外壳※烘干※粉碎※过筛(0.9mm);2)不去壳 ,
直接用组织捣碎机粗捣碎 。
试剂:CO2(食品级 、纯度大于 99.5%);无
水乙醚 、 95%乙醇 。
仪器:HA121-50-01型超临界 CO2萃取仪 ,南
通华安超临界萃取有限公司生产 ,萃取量为 1L,工
作压力范围 0 ～ 60MPa,工作温度可达 343K。
1.2　超临界 CO2萃取工艺
称取一定量已粉碎的山苍子核仁样品 ,加入
料筒中 ,并将料筒装入萃取罐 ,旋紧密封。根据超
临界流体萃取装置的操作规程进行超临界流体的
萃取。每隔一定时间收集所得萃取物 。当不再有
萃取物流出时 ,表明已萃取完成 。
影响超临界 CO2萃取结果的因素有萃取压
力 、萃取温度 、萃取时间 、CO2流量 、分离温度 、分
离压力等。所用仪器在分离罐与 CO2气瓶相通 、
压力相同的情况下 ,分离温度在 40℃时 ,萃取物
可以完全分离 ,所以在此不对分离温度和分离压
力进行考察 。又由于 CO2流量与萃取时间有关 ,
增大 CO2流量 ,萃取时间就缩短 , 同样减小 CO2
流量 ,萃取时间就相应延长 ,故在试验中 ,将 CO2
流量固定为 220L/h,改变萃取时间。本研究着重
探讨萃取压力 、萃取温度 、萃取时间对山苍子核仁
油萃取率的影响 。
1.2.1　单因素试验　采用没剥壳的山苍子样品 ,
在固定分离 I压力为 4MPa、分离 II压力 6MPa、
CO2平均流量 220L/h条件下 ,分别改变萃取温
度(35、40、45和 50℃)、萃取压力(15、20、25和
30MPa)、萃取时间(20、40、60和 80min),测定山
苍子核仁油的萃取率 ,进行单因素试验。
1.2.2　正交试验　根据单因素试验的结果 ,采用
L9(34)正交表 ,对萃取温度 、萃取压力 、萃取时间 3
因素在 3个水平进行优选 ,正交试验设计见表 1。
1.3　加入溶剂实验
将捣碎的未剥壳山苍子核样品装入萃取缸 ,
加入不同溶剂 (环己烷 、汽油)或不加溶剂 , 在
1.2.2节确定的最佳工艺条件下 , 用超临界 CO2
萃取山苍子核仁油 ,进行不同溶剂的对比实验 。
1.4　剥壳与不剥壳实验
将剥壳与不剥壳的山苍子核样品按 1.2.2节
的萃取工艺进行实验 。
1.5　总脂的测定
用索氏提取法提取总脂。实验测得总脂质量
分数为 33.0%。
1.6　核仁油萃取率的计算
山苍子核仁油萃取率 = SCDE萃取量样品质量 ×总脂质量分数 ×
100%
2　结果与讨论
2.1　单因素试验和结果分析
2.1.1　萃取温度对萃取率的影响　温度是超临
界流体萃取的一个重要参数 ,由于 CO2的超临界
温度为 31.2℃,高于此温度才是超临界状态 ,而
温度过高又不利于山苍子核仁油的萃取 ,故考察
萃取温度对山苍子核仁油萃取的影响 ,在固定萃
取压力 25MPa,萃取时间 100min条件下 ,山苍子
核仁油在萃取温度为 35、40、 45和 50℃时萃取
率分别为 77.2%、 82.4%、 85.3%和 81.8%。
由此看出 ,温度对萃取结果有很大的影响 ,当
萃取温度在 35 ～ 45℃范围内时 ,山苍子核仁油
的萃取率随萃取温度的升高而升高 ,当温度高于
45℃时 ,萃取率开始下降。这是由于温度对超临
界 CO2溶解能力有两方面的影响 ,一方面温度升
高 ,分子的扩散系数增大 ,流体的黏度下降 ,这就
使传质系数增加 ,分子热运动加快 ,分子间碰撞机
率增加 ,缔合机会增加 ,利于萃取 [ 8] ;另一方面 ,
随着温度的增加 ,作为萃取剂 CO2分子间距增
大 ,流体的密度减小 ,溶质的溶解度会下降 ,这些
又不利于萃取。山苍子核仁油的萃取率的高低取
决于上述两种影响情况中何种状态占优势 。根据
上述结果分析可知 ,在此条件下 ,最适合的萃取温
度为 45℃,萃取得率达 85.3%。
2.1.2　萃取压力对萃取率的影响　压力是超临
界流体萃取的另一个重要参数 。超临界流体具有
很大的可压缩性 ,在一定温度下 ,压力增加 ,超临
界流体的密度也增加 ,溶质在流体中的溶解度相
应增大 ,萃取效率也相应增加 ,但同时随着压力的
增加 ,可萃取出的物质相应增多 ,所以萃取物中所
含成分亦相应增多。固定萃取及分离温度 45℃,
萃取时间 100min, 当萃取压力为 15、20、 25和
30MPa时 ,山苍子核仁油萃取率分别为 76.2%、
79.8%、 83.8%和 83.4%。可看出 ,当压力为
25MPa时 , 山苍子核仁油萃取率最高。而且在实
第 1期 陈铁壁 ,等:超临界 CO2萃取山苍子核仁油的工艺研究 7　
验过程中发现压力的大小会影响萃取的速率 ,压
力越高 ,萃取时间就越短 ,这与高压增加流体密度
从而提高萃取效率有关。但压力为 30MPa时 ,萃
取率无明显升高 ,这是因为高压力下 CO2流体密
度较大 ,可压缩性小 ,增加压力很难提高物质的溶
解度。同时考虑为了保护实验仪器装置不宜过度
提高压力。因此 ,较理想的萃取压力为 25MPa,
山苍子核仁油萃取率 83.8%。
2.1.3　萃取时间对萃取率的影响　超临界 CO2
流体作为一种萃取溶剂 ,同其它有机溶剂一样 ,萃
取时间越长 ,萃取率越高。在考察萃取时间对山
苍子核仁油萃取结果的影响时 ,固定萃取及分离
温度 45℃、萃取压力 25MPa、萃取时间为 20、40、
60和 80min, 山苍子核仁油萃取率分别为
63.2%、 82.8%、 83.9%和 84.2%。由此可见
山苍子核仁油萃取率变化的总趋势是随时间的增
加而增加。萃取开始 ,超临界流体与物料未充分
接触 ,萃取率较低 ,随着时间的延长 ,萃取率增加 ,
到 60min时 ,总得率为 83.9%。继续延长时间 ,
萃取率增加缓慢 ,说明此时的萃取率已接近极限 ,
而成本增加 ,综合考虑萃取时间 60min为宜 。
2.2　正交试验的结果分析
根据单因素试验结果 ,进行正交试验以得到
更好的工艺条件 。确定以超临界 CO2萃取山苍
子核仁油萃取率为考察指标 ,选择萃取温度 、萃取
压力 、萃取时间 3个因素 、3个水平 ,采用 L9(34)
正交表进行正交试验 ,结果见表 1。
表 1　正交试验设计与结果分析
Table1　Resultsandanalysisoforthogonalexperiment
编号
No.
萃取压力 /MPa
extraction
pressure
萃取温度 /℃
extraction
temperature
萃取时间 /min
extraction
time
萃取率 /%
yieldof
extraction
1 20 40 40 74.5
2 20 45 60 82.8
3 20 50 80 81.4
4 25 40 60 82.2
5 25 45 80 85.5
6 25 50 40 79.2
7 30 40 80 78.9
8 30 45 40 83.2
9 30 50 60 79.2
k1 79.57 78.53 78.96
k2 82.30 83.83 81.40
k3 80.43 79.93 81.93
R 2.73 5.30 2.97
根据正交试验极差 R分析得知 , 3个因素对
山苍子核仁油萃取率影响的主次顺序为:萃取温
度为最主要的影响因素 ,其次为萃取时间和萃取
压力。山苍子核仁油萃取的最佳工艺条件为:萃
取温度 45℃、 萃取压力 25MPa、 萃取时间
80min。在此条件下进行稳定性实验 ,萃取率均
可达 84.5%以上 ,说明该工艺稳定 、可行。
2.3　溶剂对山苍子核仁油萃取率的影响
在环己烷 、汽油作溶剂和不加溶剂条件下用
超临界 CO2对山苍子核萃取的结果见表 2。
表 2　不同溶剂对山苍子核仁油萃取率的影响
Table2　Effectofdifferentsolventsonextracting
L.cubebakerneloil
溶剂的种类
typesof
solvents
山苍子核的质量 /g
massofL.
cubebakernel
山苍子核仁油
的质量 /g
massofL.
cubebakerneloil
萃取率 /%
yieldof
extraction
无 non 200 55.7 84.5
环己烷
cyclohexane 200 56.3 85.2
汽油
petrol 200 58.8 89.1
由表 2中的数据可以看出 ,用环己烷浸泡萃
取率略有提高 ,用汽油浸泡山苍子核 ,进行超临界
CO2萃取山苍子核仁油的萃取率最高 ,但萃取率
均提高的不大。但是汽油与山苍子核油分离所需
的温度高 ,较难分离。综合产品质量及成本核算 ,
不需要使用其他溶剂 ,直接用 CO2萃取山苍子核
仁油为宜。
2.4　剥壳与不剥壳萃取率的比较
称取 100g山苍子核两份 ,其中一份剥壳后
得核仁 48g,核壳 52g,分别研碎 ,分两次装入萃
取缸 ,在萃取温度为 45℃, 萃取压力 25MPa,分
离压力 6MPa的条件下 ,萃取 100min。核仁部分
得油为 23.8g,油为黄色液体 ,颜色比未去壳所得
的核仁油浅;核壳部分得油为 5.3g。总共获油的
质量为 29.1g。而另一份未剥壳的山苍子在同样
萃取条件下萃取得到核仁油为 28.3g。实验数据
表明剥壳萃取率要更高一些。
3　结 论
3.1　通过单因素和正交试验发现 ,在 SCDE萃取
山苍子核仁油的过程中 ,影响核仁油在 CO2中萃
取率的主要因素是温度和时间 ,确定的最优工艺
条件为:萃取压力为 25MPa,温度为 45℃,时间
为 80min,萃取率在 84.5%以上。
8　 生　物　质　化　学　工　程 第 43卷
3.2　添加溶剂对萃取率的提高影响不大 ,综合成
本核算 ,不需加入其他溶剂 。
3.3　剥壳可以提高山苍子核仁油的萃取率。
参考文献:
[ 1]陈庆之,蔡淑珍.山苍子植物学特性的研究 [ J].经济林研究 ,
1984, 2(2):52-58.
[ 2]鲍逸培.中国山苍子油的研究概况与进展 [ J] .林产化学与工
业 , 1995, 15(2):73-77.
[ 3]王静平 , 孟绍江 , 李京民 ,等.木姜子属三种植物油的脂肪酸
成份 [ J] .植物学报 , 1983, 25(3):245-248.
[ 4]黄光文 ,卢向阳.我国山苍子油研究概况 [ J].湖南科技学院
学报 , 2005, 26(11):97-100.
[ 5]张德权 ,吕飞杰 ,台建祥.超临界 CO2 流体技术萃取山苍子油
的研究 [ J] .食品与发酵工业 , 2000, 26(2):54-57.
[ 6]王戴腾 ,李佳凤.山苍子核油制备萤石浮选剂的研究 [ J] .林
产化工通讯 , 1994, 28(1):18-20.
[ 7]阎立锋 ,陈文明.超临界流体(SCF)技术进展 [ J].化学通报 ,
1998(4):10-14.
[ 8] BLOMBERGLG, DEMIRBUKERM, ANDERSSONM.Charac-
terizationofLipidsbySupercriticalFluidChromatographyand
SupercriticalFluidExtraction:LipidAnalysisinOilsandFats
[M].BlackieAcademic＆Professional, GreatBritain, 1998.
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