超臨界 CO2萃取原生態(tài)椰子油工藝及其抗氧化性的研究

鄭亞軍李 艷陳衛(wèi)軍趙松林馬子龍

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所1,文昌 571339)

(國家重要熱帶作物工程技術(shù)研究中心2,儋州 571737)

超臨界 CO2萃取原生態(tài)椰子油工藝及其抗氧化性的研究

鄭亞軍1,2李 艷1,2陳衛(wèi)軍1,2趙松林1,2馬子龍1,2

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所1,文昌 571339)

(國家重要熱帶作物工程技術(shù)研究中心2,儋州 571737)

研究超臨界 CO2萃取原生態(tài)椰子油(VCO)的最佳工藝及VCO的抗氧化性。首先采取單因素試驗,分別研究椰肉粒度、壓力、溫度等因素對萃取率的影響。在此基礎(chǔ)上,采用正交試驗探討最佳的萃取條件;最后對所提VCO的抗氧化性進(jìn)行研究。結(jié)果表明:粒度、壓力等因素對萃取率有顯著的影響。超臨界萃取VCO最佳的工藝條件為:原料粒度 40目、萃取時間60 min、CO2流量25 L/h、溫度45℃、壓力35MPa;分離 I壓力 8 MPa、溫度 45℃;分離 II壓力 6 MPa、溫度 40℃。此時萃取率可達(dá) 93.24%。所提VCO色澤淡黃、清亮、椰子油固有香氣十分濃郁。抗氧化性試驗表明,超臨界萃取VCO對DPPH·、·OH有一定的清除能力,而且對 Fe2+有很強的絡(luò)合能力。

原生態(tài)椰子油 超臨界 CO2提取 抗氧化性

原生態(tài)椰子油 (Virgin coconut oil,VCO),按菲律賓國家標(biāo)準(zhǔn)局 (The Philippine National Standards, PNS)規(guī)定,是用機械或天然的方法,從新鮮、成熟的椰子肉中提取椰子油,不用化學(xué)方法進(jìn)行精煉、漂白或除臭而生產(chǎn)出來的一種不改變椰子油天然性質(zhì)的產(chǎn)品[1]。VCO具有椰子的天然香味,游離脂肪酸含量低于 0.1%,其脂肪酸的碳鏈分布屬于正常范圍,飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的組成合理。據(jù)報道, VCO具有降低血液中膽固醇、甘油三脂、磷脂、低密度脂蛋白(LDL)和超低密度脂蛋白膽固醇水平的功能;破壞單細(xì)胞增生李斯特菌、幽門螺旋菌等菌類的抗菌功能[2];抗 H I V、單純孢疹病毒 -1、流行性感冒病毒和細(xì)胞巨化病毒等抗病毒功能[3]。國內(nèi)對VCO的研制尚處于起步階段,現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝耗時較長,提取率低[4],國內(nèi)也有利用水酶法制備 VCO的報道[5],但水酶法作用時間長,工藝復(fù)雜,酶解產(chǎn)物易造成油脂酸敗。超臨界二氧化碳萃取技術(shù)(Super critical fluid carbon dioxide,SCF-CO2)是一種新型的提取分離技術(shù),具有操作簡單、高效、快速、操作條件溫和、對有效成分的破壞極少、產(chǎn)物易于分離等特點,適合于對生物、食品、化妝品和藥物等的提取和純化[5]。因此,如果利用超臨界二氧化碳萃取技術(shù)提取VCO,將具有很好的發(fā)展前景。但目前關(guān)于萃取 VCO中夾帶劑的使用還未見報道。本試驗研究超臨界 CO2流體萃取VCO的最佳工藝,試圖為國內(nèi) VCO工業(yè)的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 材料方法

1.1 材料

椰子:成熟椰子果,海南本地產(chǎn),由中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所試驗基地提供。

CO2,食品級 (純度≥99%);DPPH、2-脫氧核糖、維生素 E(VE)、BHT(2,6-二叔丁基對甲酚)、沒食子酸(gallic acid,GC)、Ferrozine鐵試劑:美國 Sig2 ma公司;其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SH10A水分快速測定儀:上海恒平科學(xué)儀器有限公司;HA121-50-01超臨界萃取裝置:德陽四創(chuàng)超臨界萃取有限公司;分樣篩,浙江上虞市金鼎標(biāo)準(zhǔn)篩具廠;7320G型可見分光光度計:上海申光科學(xué)儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

椰子→去殼→刨絲→干燥→粉碎→過篩→稱量→裝入萃取釜→萃取→分離→VCO

1.3.2 萃取率的計算

1.3.3 原料脂肪含量測定

索氏抽提法。

1.3.4 酸價的測定

參照 GB/T 0800.3—1999方法。

1.3.5 過氧化值的測定

參照 GB/T 5009.37—2003方法。

1.3.6 對DPPH自由基的清除能力[6]

稱取 5.0 mgVCO,溶解于 100 mL正己烷中,使VCO質(zhì)量濃度為 50 g/mL,然后取 0.1 mL加入 1.4 mL 0.1 mmol/L的DPPH乙醇溶液,再用 95%乙醇稀釋到 3 mL,在暗處放置 30 min。然后在 517 nm處比色,以BHT、VE、GC為對照,三者質(zhì)量濃度均為 50 g/mL,3次重復(fù),取平均值。

DPPH的清除率 =(1-A樣品/A空白)×100%

式中:A樣品為樣品管的吸光率;A空白為空白管的吸光率。

1.3.7 對羥自由基的清除作用[7]

在 1.34 mL磷酸鹽緩沖溶液中 (0.01mol/L pH7.4)加入 28 mmol/L的脫氧核糖溶液 0.3 mL,28 mmol/L的雙氧水 0.3 mL,2.5 mmol/L的三氯化鐵溶液 30μL,1 mmol/L的 EDTANa20.3 mL,0.1 mL的VCO溶液。添加 10 mmol/L抗壞血酸 30μL引發(fā)反應(yīng),37℃水浴 1 h,加入 1%的硫代巴比妥酸溶液 0.3 mL,28%的三氯乙酸 30μL。100℃水浴 20 min,冷卻后在 532 nm處測吸光率。模型管用乙醇代替樣品,以BHT、VE、GC為對照,每種抗氧化劑的質(zhì)量濃度均為 50 g/mL,3次重復(fù),取平均值。

羥基自由基的清除率 =(1-A樣品/A模型)×100%

式中:A樣品為樣品管的吸光率;A模型為模型管的吸光率。

1.3.8 對 Fe2+的絡(luò)合能力[8]

移取 50μL樣品于試管中,加入 1 mmol/L的FeSO4溶液 25μL,5 mmol/L的 Ferrozine鐵試劑溶液50μL,室溫下反應(yīng) 10 min后用甲醇溶液定容至3 mL,在 562 nm處測吸光率。模型管用甲醇代替樣品,以BHT、VE、GC為對照,每種抗氧化劑的質(zhì)量濃度均為 50 g/mL,3次重復(fù),取平均值。

Fe2+絡(luò)合率 =(1-A樣品/A模型)×100%

圖2 壓力對萃取率的影響

式中:A樣品為樣品管的吸光率;A模型為模型管的吸光率。

2 結(jié)果與分析

按照方法 1.3.3進(jìn)行測定,結(jié)果表明原料的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56%。

2.1 單因素試驗研究

2.1.1 原料粒度對萃取率的影響

萃取條件:壓力 30 MPa、溫度 35℃、CO2流量 25 L/h、時間 1 h、原料含水量 <7%;分離 I壓力 8 MPa、溫度 45℃、分離 II壓力 6 MPa、溫度 40℃。

圖1 原料粒度對萃取率的影響

從圖 1中可以看出,原料粒度對萃取率的影響很大。在原料未粉碎時,萃取率僅為 38.16%。隨著原料粒度的變小,超臨界 CO2流體與椰肉粉接觸越來越充分,萃取率逐漸增大;當(dāng)椰肉粉的粒度超過 60目時,由于物料顆粒很細(xì),堆積在一起于高壓下形成很硬的物料層,阻礙了超臨界 CO2流體與椰肉粉的接觸,使得萃取率反而下降。因而,物料粉碎粒度應(yīng)選擇過 40目篩為宜。

2.1.2 壓力對萃取率的影響

萃取條件:物料粒度為過 40目篩,其余同 2.1.1。

從圖 2中可以看出,在其他條件不變的情況下,隨著壓力的加大,萃取率逐漸提高。這是因為壓力越大,流體的密度增大,溶質(zhì)的溶解度就增加,萃取率也提高。在壓力相對較低時,萃取率上升較快;當(dāng)壓力高于 30 MPa時,萃取率的變化趨于平緩。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),萃取壓力采取 30 MPa為佳。

2.1.3 溫度對萃取率的影響

萃取條件:壓力 30 MPa、物料粒度為過 40目篩,其余同 2.1.1。

圖 3 溫度對萃取率的影響

從圖 3可以看出,在一定萃取壓力下,升高溫度可以增加物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)而利于[9];但另一方面,升高溫度又會降低 CO2密度,使物質(zhì)溶解度降低而不利于萃取。當(dāng)溫度達(dá)到 50℃時,溫度的升高反而使得超臨界 CO2流體的密度變小,溶解能力下降,萃取率下降。再考慮到本試驗要最大限度地保護(hù)椰子油的活性成分,因此溫度應(yīng)控制在 45℃以下為佳。

2.1.4 萃取時間對萃取率的影響

萃取條件:壓力 30 MPa、溫度 35℃、物料粒度為過 40目篩,其余同 2.1.1。

圖 4 時間對萃取率的影響

從圖 4可以看出,隨著萃取時間的延長,萃取率升高;達(dá)到 1 h后,萃取率上升的趨勢平緩。另外,萃取時間長則機械損耗大、用電量大、CO2消耗也多,萃取成本高;時間短則萃取不足,因此,萃取時間應(yīng)控制在 1 h為佳。

2.1.5 CO2流量對萃取率的影響

圖5 CO2流量對萃取率的影響

萃取條件:壓力 30 MPa、溫度 35℃、時間 1 h、物料粒度為過 40目篩,其余同 2.1.1。從圖 5可知,CO2流量的增加,一方面因為增加了傳質(zhì)速度和濃度差而利于萃取;另一方面又因減少超臨界流體在物料中的傳質(zhì)接觸時間而降低物料的萃取率。大流量 CO2縮短的萃取時間是以消耗大量的 CO2為代價的。由圖 5可以看出,當(dāng) CO2流量增大至 22.5 L/h以后,萃取率趨于穩(wěn)定。因而,要既保證萃取效果,又不浪費 CO2,提高經(jīng)濟(jì)效益,以 CO2流量 22.5 L/h為佳。

2.2 超臨界 CO2流體萃取VCO的工藝參數(shù)的優(yōu)化

在單因素試驗的基礎(chǔ)上,利用 L9(34)正交試驗對最佳萃取條件進(jìn)行研究,各因素水平見表 1,正交試驗結(jié)果與分析見表 2,方差分析見表 3。

表1 正交試驗因素水平表

表2 正交試驗結(jié)果

續(xù)表

表3 方差分析表

由以上分析可知,各因素對VCO萃取率的影響程度依次為:壓力 >溫度 >時間 >CO2流量,其中萃取壓力和溫度對萃取率的影響達(dá)到了顯著水平,壓力達(dá)到了極顯著水平。

對表 2的數(shù)據(jù)分析試驗因素水平對萃取率的直觀影響,結(jié)果見圖 6。

圖6 直觀趨勢圖

從圖 6中可以看出,最佳萃取工藝為:A1B3C3D3,即萃取時間 60 min、CO2流量 25 L/h、溫度 45℃、壓力35 MPa。

在此組合條件下進(jìn)行多次試驗,VCO的萃取率可以達(dá)到 93.16%。

2.3 超臨界萃取VCO的抗氧化性

2.3.1 對DPPH·的清除能力

如圖 7所示,VE對DPPH·的清除能力顯著地大于BHT和VCO,而VCO的清除能力又顯著性地大于BHT。這表明,VCO具有較強的清除DPPH·能力。

圖7 VCO對DPPH·的消除能力

2.3.2 對羥基自由基的清除

由圖 8可知,4種抗氧化劑對·OH的清除能力依次為:VE BHTGAVCO,其中VE和BHT的清除能力極顯著地大于 GA和VCO;GA的清除能力又極顯著地大于 VCO。這說明 VCO有一定的清除·OH能力。

圖8 VCO對DPPH·OH的消除能力

2.3.3 對 Fe2+的絡(luò)合能力

由圖 9可知,在 4種抗氧化劑中,VCO對 Fe2+的絡(luò)合能力最強;顯著性地大于 VE和 GA。VCO對Fe2+的絡(luò)合能力與BHT的差異不顯著。這說明VCO對 Fe2+的絡(luò)合能力很強。

圖9 VCO對 Fe2+的絡(luò)合能力

2.3.4 超臨界萃取VCO部分品質(zhì)分析

由表 4可知,超臨界CO2流體萃取VCO時,最大限度地保留了VCO中的活性成分,因此所得VCO品質(zhì)好,香氣濃郁。

表4 產(chǎn)品品質(zhì)分析

3 結(jié)論

超臨界 CO2萃取VCO的最佳工藝為:原料粒度40目、萃取時間 60 min、CO2流量 25 L/h、溫度 45℃、壓力 35 MPa;分離 I壓力 8 MPa、溫度 45℃;分離 II壓力 6 MPa、溫度 40℃,萃取率可達(dá) 93.24%。VCO色澤淡黃、清亮、椰子油固有香氣十分濃郁。

抗氧化性試驗表明,超臨界萃取VCO對DPPH·、·OH有一定的清除能力,而且對 Fe2+有很強的絡(luò)合能力。這說明超臨界VCO也是一種抗氧化效果很好的功能性油脂。

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Supercritical CO2Extraction and Antioxidation ofVirgin CoconutOil

Zheng Yajun1,2Li Yan1,2ChenWeijun1,2Zhao Songlin1,2Ma Zilong1,2
(Coconut Research Institute,CATAS,WenChang 571339)
(National Technology and Engineering Center of Key Tropical Product,Danzhou 571737)

The optimal extraction of virgin coconut oil(VCO)by super critical fluid carbon dioxide was stud2 ied.The effects of influencing factors on the extraction rate ofVCO were studied through single factor test,and then the extraction conditions ofVCO were optimized by orthogonal test.Results:The established optimum extraction con2 ditions are granularity 40 mu,extracting temperature 45℃,pressure 35MPa,runoff of carbon dioxide 25 L/h,and extracting time 60 min.The extraction rate ofVCO is 93.24%at the conditions.The antioxidation test of VCO re2 veals the extracted VCO has good scavenging capacity for DPPH· and·OH,and strong chelating capacity for Fe2+.

virgin coconut oil,supercritical CO2,extraction,antioxidation

TS22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)06-0066-05

海南省自然科學(xué)基金(20806)

2009-07-29

鄭亞軍,男,1980年出生,碩士,助理研究員,熱帶作物天然產(chǎn)物化學(xué)

趙松林,男,1965年出生,研究員,碩士生導(dǎo)師,食品科學(xué)