一种响应面法优化的樟树籽油超临界CO2提取工艺的制作方法

本发明属于化学工程领域，具体涉及一种响应面法优化的樟树籽油超临界co2提取工艺。

背景技术：

樟树籽，别名樟梨，大木姜子，樟子，樟木子等，是常绿乔木樟树的种子。樟树作为樟科樟属中经济价值最大的树种之一，具有极佳的生态及药用效益，资源量巨大。但是目前樟树籽多以废弃物形式处理，利用率非常小，造成了极大的资源浪费。

樟树籽的含油量高达40％以上，其籽油中含有大量脂肪酸，如癸酸、月桂酸、亚麻酸、硬脂酸、棕榈酸等，其中癸酸c10和月桂酸c12两种中碳链脂肪酸分别占59.07％和37.22％，占樟树籽油的95％以上。月桂酸c12可以增强番茄植株的抗病性等；癸酸c10可以合成鱼腥草素等消炎药，用于治疗肺炎球菌、金黄色葡萄球菌等引发的细菌感染，也能降低血清中胆固醇的含量，治疗高血脂、血栓等病症。但目前对樟树籽油的研究较少，因此樟树籽油具有广阔的开发前景。

超临界co2流体萃取技术是利用临界温度与压力低、价廉易得、绿色环保的co2作为溶剂进行提取的一项技术。与传统提取技术相比，它具有收率高、杂质含量低、油脂品质高、工序简洁、能耗低等特点。响应面设计法是集实验设计与模型模拟于一体的方法，近年来已广泛应用于生物技术中。

目前，现有技术公开的樟树籽油提取工艺均存在出油率低的缺陷。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种响应面法优化的樟树籽油超临界co2提取工艺。

本发明上述目的通过如下技术方案实现：

一种响应面法优化的樟树籽油超临界co2提取工艺，包括如下步骤：

步骤1，将樟树籽恒温干燥，并且对干燥后的樟树籽进行粉碎过筛；

步骤2，将粉碎过筛后的樟树籽装入萃取釜中，调节萃取温度、萃取压力、萃取时间及co2流量至设定值，于出口阀连接一个接收瓶收集樟树籽油，进行萃取，萃取结束后称量所得樟树籽油的重量并计算出油率；

步骤3，在单因素实验的基础上，选择对樟树籽出油率y影响较显著的萃取温度a、萃取压力b和萃取时间c三个因素为考察因素，由box-behnken设计法进行响应面试验设计并进行实验；

步骤4，通过软件对实验数据进行分析处理，建立数学模型以优化萃取樟树籽油的工艺条件，预测模型如下：

y＝38.75+0.35*a+0.22*b+0.62*c+1.44*ab+0.19*ac+1.05*bc-2.21*a²-1.56*b²-1.60*c²

上式中所述a为45～65℃，b为20～30mpa，c为30～90min；

步骤5，根据相应的响应面的3d图来分析三个考察因素对出油率的响应值的影响，并直观地分析评价变量之间的交互作用，确定最终的最佳工艺条件。

进一步地，步骤1中干燥樟树籽的条件为恒温鼓风干燥箱60℃下干燥8小时，筛分条件为过60～80目筛。

进一步地，步骤2中调节萃取温度为35～75℃，萃取压力为15～35mpa，萃取时间为30～120min，并调节co2流量固定为2.0～2.5l/min。

进一步地，步骤2中的出油率计算公式如下：

一种樟树籽油超临界co2提取工艺，将樟树籽干燥粉碎后装入萃取釜中，调节萃取温度、萃取压力、萃取时间分别为57℃、27mpa、69min，co2出口流量为2.0～2.5l/min，于出口阀连接一个接收瓶收集樟树籽油，进行萃取、收集。

有益效果：

(1)与传统萃取技术相比，本发明通过采用超临界co2技术进行萃取，得到的樟树籽油为淡黄色澄清油状物，有樟树籽油特殊的芳香，并且具有操作简单、能耗低、无有机溶剂残留、对环境无污染等显著优势。许莉勇(许莉勇.樟树籽的开发利用[j].浙江万里学院学报，2000(04)：21-22.)通过溶剂提取樟树籽油，以及其他传统的技术提取樟树籽油(李振华，温强，戴小英等.樟树资源利用现状与展望[j].江西林业科技，2007(06)：30-33+36.)的出油率在3％左右，而本发明的最佳出油率为38.90％，出油率相较而言高出近十倍。

(2)本发明利用响应面法对樟树籽油的萃取实验进行设计，通过对萃取温度、萃取压力、萃取时间进行考察，建立数学回归模型，分析各变量对樟树籽出油率的影响，并优化超临界技术萃取樟树籽油的工艺条件。通过实验验证，最优工艺条件下樟树籽出油率的实验值与拟合值具有良好的拟合度，优化的条件适用于樟树籽油的萃取。

(3)本发明提供的萃取樟树籽油的工艺条件为：萃取温度57℃、萃取压力27mpa、萃取时间分别为69min，条件温和，实验成本低，萃取时间短。能为樟树籽产品的深度开发与工业生产提供支持与思路，具有一定的技术参考价值和应用推广价值。

附图说明

图1为萃取压力、萃取温度、萃取时间对樟树籽出油率的影响；

图2为温度与压力、温度与时间、时间与压力对樟树籽出油率影响的3d响应面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体介绍本发明实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。

一、实验材料与仪器

1、实验原料与试剂

樟树籽购于安徽省亳州药材市场。

co2(体积分数>99％)购于南京上元工业气体厂。

2、仪器与设备

bj-300a多功能粉碎机(德清拜杰电器有限公司)；bs124s分析天平(北京赛多利斯仪器有限公司)；gzx-9070mbe电热恒温鼓风干燥箱(上海博讯实业有限公司)；60～80目筛(中国药科大学库房)；tyw-2空气压缩泵(苏州市同一机电有限公司)；型号7071超临界co2萃取装置(美国appliedseparations公司)。

二、实验操作流程

a.开启低温循环冷却器，并设置温度为3.5℃进行冷却；

b.将樟树籽进行粉碎，60℃恒温干燥8小时后过60～80目筛；

c.称取适量樟树籽粉末置于萃取釜中，萃取釜两端用脱脂棉进行封口，同时加密封圈进行密封以防粉末堵塞管道；

d.将萃取釜按照“先下后上，先小后大”的原则安装进管路中；

e.设置实验温度，开始加热，并且设置微调阀处的温度为100℃进行加热；

f.待温度达到预设值后，开启空气压缩泵，打开气瓶和阀门开始进气；

g.进气一段时间后，关闭气瓶和阀门，观察压力是否下降，检查萃取釜的密闭性；若不密闭则重新搭建装置，放置脱脂棉和密封圈；

h.确认密闭后，调节高压泵旋钮，加压至实验所需压力；

i.待压力稳定后，在萃取釜相对应的出口阀处连接收集瓶；打开出口阀，调节co2的出口流量，开始萃取；

j.萃取开始时计时，达到设定的萃取时间后结束；称量所得樟树籽油的重量，计算出油率；

k.根据单因素结果确定响应面实验的水平，利用box-behnken设计法进行实验设计，利用design-expert8.0.6软件进行实验数据分析，确定超临界法萃取樟树籽油的最佳工艺条件。

三、单因素实验

1、萃取压力对樟树籽出油率的影响

称取5.0g干燥并筛分后的樟树籽粉末，置于萃取釜内。萃取釜两端用脱脂棉封口，并用橡胶密封圈进行密封。将装料后的萃取釜安装至超临界萃取装置内，固定恒温循环器温度为3.5℃，co2出口阀温度为100℃，同时固定萃取釜温度为45℃。待达到设定温度之后，开启高压泵进行加压，萃取压力分别为15mpa、20mpa、25mpa、30mpa、35mpa。调节co2出口阀，使co2出口流量为2.0～2.5l/min范围内，萃取60min后结束。以樟树籽的出油率为考察指标，萃取压力对超临界co2技术萃取樟树籽油的影响见图1(a)。

2、萃取温度对樟树籽出油率的影响

称取5.0g干燥并筛分后的樟树籽粉末，置于萃取釜内。萃取釜两端用脱脂棉封口，并用橡胶密封圈进行密封。将装料后的萃取釜安装至超临界萃取装置内，固定恒温循环器温度为3.5℃，co2出口阀温度为100℃，同时设置萃取釜温度分别为35℃、45℃、55℃、65℃、75℃。待温度达到此次设定值之后，开启高压泵进行加压，直至萃取压力固定为25mpa。调节co2出口阀，使co2出口流量为2.0～2.5l/min范围内，萃取60min后结束。以樟树籽的出油率为考察指标，萃取温度对超临界co2技术萃取樟树籽油的影响见图1(b)。

3、萃取时间对樟树籽出油率的影响

称取5.0g干燥并筛分后的樟树籽粉末，置于萃取釜内。萃取釜两端用脱脂棉封口，并用橡胶密封圈进行密封。将装料后的萃取釜安装至超临界萃取装置内，固定恒温循环器温度为3.5℃，co2出口阀温度为100℃，同时固定设置萃取釜温度为55℃。待温度达到设定值之后，开启高压泵进行加压，萃取压力固定为25mpa。调节co2出口阀，使co2出口流量为2.0～2.5l/min范围内，设置萃取时间分别为30min、60min、90min、120min。以樟树籽的出油率为考察指标，萃取时间对超临界co2技术萃取樟树籽油的影响见图1(c)。

四、响应面法优化樟树籽油的提取

根据上述单因素实验的结果，采用box-behnken设计法进行实验设计，以樟树籽的出油率为响应值y，萃取温度a，萃取压力b，萃取时间c为自变量，进行三因素三水平的响应面实验。响应面实验设计见表1。

表1响应面实验水平表

根据上述表1进行，对数据进行了多元回归拟合，得到樟树籽油提取率y(即樟树籽的出油率)与萃取温度a，萃取压力b，萃取时间c的二次多项回归模型方程为：

y＝38.75+0.35*a+0.22*b+0.62*c+1.44*ab+0.19*ac+1.05*bc-2.21*a²-1.56*b²-1.60*c²

通过软件design-expert8.0.6分析，得到表2的回归模型的方差分析结果，以及能直观地分析变量之间交互作用的3d响应面曲线图，见图2。

表2回归模型与方差分析

注：r²＝0.9297；adjr-squared＝0.8394；adeqprecision＝8.402

由表2可以看出，该回归模型的p值为0.0028(＜0.05)，模型具有显著性；并且失拟项检验p值为0.8895(＞0.05)，不显著，说明该模型与真实值之间有很好的拟合度。模型的信噪比(adeqprecision)值为8.402(＞4)，也说明该模型具有足够强的信号强度，模型有效。

按照樟树籽油提取率最大化原则，应用回归方程求解，得到超临界co2技术萃取樟树籽油的最佳工艺条件为：萃取温度56.73℃，萃取压力26.24mpa，萃取时间为68.61min。考虑到实际操作的便利，将工艺条件修正为萃取温度57℃，萃取压力27mpa，萃取时间为69min。进行验证试验，得到的樟树籽油的提取率为38.13％，与理论值(38.89％)相差1.95％，在允许误差范围内，说明通过该回归方程对超临界co2技术萃取樟树籽油进行分析和预测是可靠的，可以利用该工艺条件进行樟树籽油的提取。

该工艺条件下樟树籽油的出油率可达38.89％，并且条件温和，操作简单，适用于樟树籽油的生产提取。能为樟树籽产品的深度开发与工业生产提供支持与思路，具有一定的技术参考价值和应用推广价值。

上述实施例的作用在于具体介绍本发明的实质性内容，但本领域技术人员应当知道，不应将本发明的保护范围局限于该具体实施例。