超臨界CO2萃取茶葉籽油

陳升榮，張彬，羅家星，鄧丹雯

(南昌大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，江西南昌，330047)

超臨界CO2萃取茶葉籽油

陳升榮，張彬，羅家星，鄧丹雯

(南昌大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，江西南昌，330047)

采用微波加熱茶葉籽仁粉，用超臨界CO2萃取茶葉籽油，探討了超臨界CO2萃取茶葉籽油適宜工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在萃取溫度60℃、萃取壓力30 MPa，萃取時(shí)間100 min，CO2流量45～55 kg/h條件下，油脂提取率為94.1%，并測(cè)定了茶葉籽油的理化性質(zhì)及脂肪酸組成。

茶葉籽油，超臨界CO2萃取，工藝

超臨界CO2萃取技術(shù)已越來(lái)越多的用于植物油脂提取。CO2具有不燃、不爆、無(wú)毒、在產(chǎn)品中無(wú)殘留;超臨界CO2具有較大的溶解度和較高的擴(kuò)散速度，可以在較低的溫度下萃取植物組織中的油脂，尤其適合于提取熱敏性成分[1］，這些優(yōu)點(diǎn)和特性，使得超臨界CO2萃取技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

茶葉籽是山茶科、山茶屬植物茶樹的種子。據(jù)《本草綱目》記載茶葉籽可以制油，早在400多年前就有人嘗試從茶葉籽中提取油脂。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定茶葉籽整籽含油10%～15%，茶葉籽油中不飽和脂肪酸高于80%，其脂肪酸組成與茶油、橄欖油相似，但茶葉籽油中亞油酸含量超過(guò)20%，高于茶油和橄欖油，并且VE含量較高，因此，茶葉籽油是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高的食用木本植物油脂。我國(guó)衛(wèi)生部于2009年12月發(fā)布公告(2009年第18號(hào))批準(zhǔn)茶葉籽油為新資源食品。

我國(guó)現(xiàn)有茶園面積180萬(wàn)hm2，潛在茶葉籽資源約60～80萬(wàn)t，如得油率按10%計(jì)，每年可產(chǎn)茶葉籽油約6～8萬(wàn)t，是一種可以利用的食用植物油資源[2］。

近年來(lái)，浙江、江西等地相繼有企業(yè)涉足茶葉籽油的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，總體上仍處于起步階段，生產(chǎn)規(guī)模不到1000 t。

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究超臨界CO2萃取茶葉籽油工藝，探討超臨界CO2萃取過(guò)程中壓力與溫度變化對(duì)油脂提取率的影響，以確定適宜的萃取工藝參數(shù)，并測(cè)定茶葉籽油的理化性質(zhì)與組成。

1 材料與方法

1.1 材料

茶葉籽，由江西信江特種農(nóng)副產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有限公司提供。

1.2 試劑

CO2，食品級(jí)(純度＞95%)、甲醇、氫氧化鉀、乙醚、石油醚(沸程60～90℃)、正己烷、無(wú)水Na2SO4等，均為分析純。

1.3 主要儀器與設(shè)備

HA121-50-01型超臨界CO2萃取器，江蘇華安超臨界萃取有限公司;索氏提取器;WSL-2比較測(cè)色儀，上海精密儀器有限公司;RE-5298旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮儀器廠;7312-I型電動(dòng)攪拌機(jī)，上海標(biāo)本模型廠;HH-6型電熱恒溫水浴鍋，常州國(guó)華電器有限公司;Agilent-6890氣相色譜儀，美國(guó)Agilent公司。

1.4 茶葉籽預(yù)處理

將干燥后的茶葉籽去殼，用小型粉碎機(jī)將茶葉籽仁粉碎，用分樣篩將茶葉籽仁粉末篩分，確定粉碎后的茶葉籽仁粉末粒度分布。

采用微波對(duì)茶葉籽仁粉加熱，以破壞細(xì)胞壁富集茶葉籽仁粉末中的油脂，以利于茶葉籽油萃取。實(shí)際操作是取已粉碎的茶葉籽仁粉末200 g，放入微波中加熱40～60 s，取出備用。

1.5 超臨界CO2萃取茶葉籽油

該萃取裝置萃取釜容量為1 L，第一、第二分離釜容量為0.6 L，最大工作壓力為50 MPa，萃取溫度可以在100℃以內(nèi)設(shè)定。

為研究超臨界CO2萃取過(guò)程中壓力與溫度變化對(duì)油脂提取率的影響[3］，在恒定溫度60℃，改變萃取壓力測(cè)定萃取茶葉籽油質(zhì)量;或在恒定20 MPa壓力，改變溫度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，CO2流量設(shè)定為45～55 kg/h，手動(dòng)控制。萃取實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

每次實(shí)驗(yàn)取茶葉籽仁粉100 g，每10 min收集一次萃取油樣，并稱重。

圖1 超臨界CO2萃取工藝流程圖

表1 實(shí)驗(yàn)萃取與分離過(guò)程CO2的溫度與壓力設(shè)置

1.6 測(cè)定方法

1.6.1 出仁率

茶葉籽出仁率按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)SN/T0803.10-1999測(cè)定。準(zhǔn)確稱取1000 g已烘干的茶葉籽5份，采用手工去殼，將外殼及籽仁分離，分別稱量，計(jì)算出仁率平均值。

1.6.2 茶葉籽水分含量

按照GB/T1036-2008測(cè)定。

1.6.3 茶葉籽脂肪含量

按照GB/T5512-2008測(cè)定。

1.6.4 酸價(jià)(AV)

按照GB/T5530-2008測(cè)定。

1.6.5 過(guò)氧化值(POV)

按照GB/T5538-2008測(cè)定。

1.6.6 色澤

按照羅維朋比色法測(cè)定。

1.6.7 脂肪酸含量測(cè)定

采用甲醇-氫氧化鈉法在室溫下對(duì)所提油脂甲酯化[4］，然后采用氣相色譜(GC/FID)對(duì)其進(jìn)行成分分析，進(jìn)樣量1 μL，高溫柱HT5(12 m×0.22 mm，id.0.1 mm)，載氣為氦氣，起始溫度至83℃為3 min，在83～473℃范圍以10℃/min升溫，至473℃維持10 min。采用峰面積歸一化法計(jì)算出各組分的百分含量。

1.6.8 VE含量

按照GB/T5009.82-2003測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 茶葉籽的出仁率、含水率與脂肪含量

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得茶葉籽的出仁率、含水率及脂肪含量，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 茶葉籽的出仁率、含水率及脂肪含量

2.2 茶葉籽仁粉末粒度分布

用小型粉碎機(jī)將茶葉籽仁粉碎，然后用篩分器對(duì)茶葉籽仁粉末進(jìn)行篩分，粉末被分成幾部分，大小從0～1.6 mm，計(jì)算得粉末粒度分布，結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2中可知，0.4～0.6 mm的顆粒所占份額最大。

圖2 茶葉籽仁粉末粒度分布

2.3 超臨界CO2萃取茶葉籽油

2.3.1 等溫萃取

恒定溫度60℃，壓力為15、20、30 MPa進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，萃取實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖360℃，不同壓力下萃取時(shí)間與油脂萃取量

圖3 中縱坐標(biāo)是從100 g茶葉籽仁粉末中萃取出的油脂質(zhì)量。在60℃條件下，茶葉籽油萃取量隨壓力升高而增加，萃取速率也隨壓力升高而增加。當(dāng)壓力為30 MPa，茶葉籽油得率為28.36%，油脂提取率達(dá)到94.1%，整個(gè)萃取過(guò)程可在100 min完成。從圖3萃取曲線還可發(fā)現(xiàn)，萃取分為2個(gè)階段，30 MPa的萃取曲線斜率有明顯變化。壓力大，則CO2的溶解性大;斜率大，表明萃取速率大，該時(shí)段萃取的是茶葉籽仁粉末表面油脂。當(dāng)顆粒表面油脂萃取完，進(jìn)入萃取顆粒內(nèi)部油脂階段，曲線斜率變小，萃取速率小，表明油脂萃取過(guò)程受內(nèi)部擴(kuò)散速率控制，曲線存在明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。而15 MPa的萃取曲線斜率沒(méi)有變化，沒(méi)有轉(zhuǎn)折點(diǎn)，表明該狀態(tài)的CO2的溶解度較小，萃取速率小，萃取一直處于顆粒表面油脂萃取階段。

從表3可知:超臨界CO2的黏度小，類似氣體，擴(kuò)散系數(shù)為液體的10～100倍;密度大，類似液體，溶解能力好。

表3 CO2的物理性質(zhì)

2.3.2 等壓萃取

恒定萃取壓力為20 MPa，萃取溫度設(shè)定25℃、40℃、60℃、80℃，進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖420 MPa，不同溫度下萃取時(shí)間與油脂萃取量

在等壓條件下，茶葉籽油的萃取量隨溫度降低而增加，萃取速率也隨溫度降低而提高。25℃時(shí)CO2為液態(tài)，液態(tài)CO2的萃取曲線在其他超臨界CO2的萃取曲線上方。由于液態(tài)CO2密度大，其溶解度大于超臨界狀態(tài)CO2的溶解度，因此，萃取出的油脂多，表明其萃取油脂得率高，但超臨界CO2的流動(dòng)性和擴(kuò)散性能優(yōu)于液態(tài)CO2。

25℃和40℃的萃取曲線表明萃取過(guò)程分為2個(gè)階段，斜率大的曲線部分為表面油脂萃取階段;斜率小的曲線部分為內(nèi)部擴(kuò)散控制階段。整個(gè)萃取在100 min內(nèi)可基本完成。25℃時(shí)油脂提取率為95.12%，40℃時(shí)油脂提取率為93.73%，兩者相近。

表4 萃取條件下CO2的密度及油脂提取率

將超臨界CO2萃取條件和結(jié)果進(jìn)行比較，在60℃、30 MPa和40℃、20 MPa油脂提取率分別為94.1%和93.73%。前者萃取溫度高，壓力高，擴(kuò)散速率高，有利于油脂萃取，油脂提取率稍高。后者溫度低，壓力低，雖密度稍大于前者，但擴(kuò)散速率低，油脂提取率低于前者。另外，低溫不利于原料中的高熔點(diǎn)脂類物質(zhì)的提取。上述壓力對(duì)于超臨界CO2萃取設(shè)備只是設(shè)定條件，不涉及能耗變化。

2.4 茶葉籽油的脂肪酸組成及理化性質(zhì)

對(duì)萃取出的茶葉籽油樣進(jìn)行測(cè)定和成分分析，結(jié)果見(jiàn)表5、表6。

表5 茶葉籽油、油茶籽油的脂肪酸組成及含量 %

表6 茶葉籽油的理化特質(zhì)

超臨界CO2萃取的茶葉籽油透明清亮，色澤橙黃，具有茶葉籽原有的氣味，經(jīng)品嘗，稍有澀口感覺(jué)，因油中含茶皂素所造成;油脂酸價(jià)為3.06 mg KOH/g，過(guò)氧化值為3.14 meq/kg，符合GB 11765-2003油茶籽油二級(jí)油標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

(1)采用超臨界CO2萃取技術(shù)可從茶葉籽中有效提取茶葉籽油，油脂色澤好于壓榨和浸出油，無(wú)溶劑殘留，符合GB 11765-2003油茶籽油二級(jí)油標(biāo)準(zhǔn)。

(2)采用微波加熱茶葉籽仁粉，有利于油脂提取;用超臨界CO2萃取茶葉籽油，較適宜的萃取條件為60℃、30 MPa，CO2流量為45～55 kg/h，萃取時(shí)間為100分鐘，油脂提取為94.1%，粕中殘留油脂1.8%。

[1]Rizvi S S H.Supercritical fluid processing of food and biomaterials[M］.London:Blackie Academic＆Professional，1994.

[2]曹國(guó)鋒，鄔冰，鐘守賢.茶葉籽油、油茶籽油與茶樹油的區(qū)別[J］.中國(guó)油脂，2008，3(8):17-20.

[3]張彬，周武.超臨界CO2流體萃取鴉膽子油工藝研究[J］.食品科技，2004(11):25-27.

[4]惲卓婷，廖鮮艷，翁新楚.茶葉籽油與油茶籽油理化性質(zhì)及脂肪酸組成比較[J］.食品工業(yè)科技，2011，32(6):136-138.

ABSTRACTIn this paper，microwave is used to bake tea seed kernel，and the optimal parameter of tea seed oil extraction process by supercritical CO2is studied.Experimental results show that the optimal conditions are:extraction temperature 60℃，extraction pressure 30MPa，extraction time 100 min，CO2flow rate 45～55 kg/h，and the extraction rate is 94.1%.The physical and chemical properties and the fatty acid composition of the tea seed oil are determined.

Key wordstea seed oil，supercritical CO2extraction，technology

Study on Extraction Technology of Tea Seed Oil by Supercritical CO2

Chen Sheng-rong，Zhang bin，Luo Jia-xing，Deng Dan-wen
(School of Life Science and Food Engineering，Nanchang University，Nanchang 330047，China)

碩士研究生(張彬教授為通訊作者，E-mail:binzhangsu@126.com)。

2012-06-04，改回日期:2012-06-26