超临界CO₂萃取波棱瓜籽油工艺的制作方法

专利名称：：超临界CO₂萃取波棱瓜籽油工艺的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种波棱瓜籽油的提取工艺，具体地说涉及一种利用超临界状态下的二氧化碳流体做萃取剂，从波棱瓜籽中提取以油酸、亚油酸、亚麻酸为主的波棱瓜籽油的方法。
背景技术：
：波棱瓜籽为葫芦科波棱瓜属波棱瓜/fer;etas"pej"M^peo^y7CiA/as^/z(Ser.)Baill.Wall)的成熟种子，为藏医常用药，产于中国西藏、四川、云南等地及印度、尼泊尔等国。藏医认为其能泻肝火、胆热、解毒、助消化，用于治疗赤巴病、肝病及消化不良等。波棱瓜籽是藏药中治疗肝病的首选药物之一，在用于治疗肝病的藏药处方中，绝大多数有波棱瓜配伍。波棱瓜籽中脂肪油含量很高，初步的GC-MS分析表明，波棱瓜籽中含有多种不饱和脂肪酸，其中含亚麻酸15%，亚油酸25%，油酸40%。亚麻酸和亚油酸分别属于n-3型和n-6型多不饱和脂肪酸，具有多种生理功能，如降血脂，防止动脉粥样硬化，防止血栓形成，抑制肿瘤生长；抗炎、抑制溃疡及胃出血等作用。油酸能有效保护心血管系统，降低糖尿病等因代谢而引起的疾病的发病率。波棱瓜籽油中富含多不饱和脂肪酸，具有一定的开发利用前景。截至目前，波棱瓜及波棱瓜籽油的报导较少。钱毓洲报导的专利"波棱瓜籽提取物、其滴丸剂及制备方法和应用"(CN1857367A)，用80%乙醇煎煮提取，滤液经碱和酸调节pH后，沉淀物用石油醚清洗后在40-IO(TC下减压干燥得提取物。波棱瓜籽油的提取主要是石油醚加热回流提取法，如张梅等报导的"藏药波棱瓜籽脂肪油成分的气相色谱-质谱分析"(成都中医药大学学报，2004,27(4))，刘兴利报导的"波棱瓜籽中脂肪油相关成分的气相色谱分析方法研究"(西南民族大学学报，自然科学版，2005，31(6))。上述用有机溶剂提取的方法不可避免的存在溶剂残留，并且中间步骤温度较高对热敏性和易氧化物质不利。发明的内容针对上述提取方法的不足，本发明的目的在于提供一种超临界C02萃取波棱瓜籽油的工艺，该工艺以正交实验和单因素实验结合考察萃取温度、萃取压力、C02流量、萃取时间以及粒径对超临界C02萃取波棱瓜籽油的影响，优选得出了最佳工艺，从而为波棱瓜籽的综合开发利用奠定了基础。本发明采用以下技术方案一种超临界C02萃取波棱瓜籽油的工艺，采用超临界C02萃取装置提取，装置包括C02贮气罐、冷凝罐、高压泵、萃取釜I、萃取釜II、分离釜I、分离釜II构成的循环系统，其特点在于将波棱瓜籽粉碎至粒度为20-i00目，装入萃取釜中，调节萃取釜、分离釜I(一级分离)、分离釜II(二级分离)的温度使它们分别达到35-6CTC、40-50°C、30-40°C，打开C02贮气罐，对萃取釜进行加压，当萃取釜压力达到20-40MPa时，打开控制分离釜I和分离釜II压力的阀门，分别调整分离釜I的压力为5-7MPa，分离釜II的压力为4-5MPa，同时调节C02流量为20-40L/h，保持温度和压力，萃取l-4h，每隔30min收集一次萃取物，称重，计算萃取率，即得波棱瓜籽油。本发明的优点和效果1、该工艺以正交实验和单因素实验结合考察萃取温度、萃取压力、C02流量、萃取时间以及粒径对超临界C02萃取波棱瓜籽油的影响，优选得出了最佳工艺；2、该方法具有提取效率高、C02气体易得并可循环使用、操作温度低、溶解能力强、无毒、无污染、无溶剂残留及产品易分离等优点，克服了溶剂提取法在分离过程中需加热蒸馏，油脂易氧化、酸败等缺点，特别适合于药品、食品工业生物活性物质和热敏性物质的分离提取。另外，它还不需要油脂工业经常采用的除磷脂、胶质、蛋白、溶剂、臭味等杂质的精炼工艺，可以极大的保持油脂的天然本色。这些优点为超临界C02萃取技术应用于开发药品等高附加值的油脂工业奠定了基础。3、实验数据表l超临界C02萃取波棱瓜籽油正交实验因素水平表水平温度(A)/°C压力(B)/MPaC02流量(C)/L/h时间(D)/h14525301.525030352.535535403.5表2超临界C02萃取波棱瓜籽油单因素水平表水平温度(A)/。C压力(B)/MPaC02流量(C)/L/h粒径(E)/目时间(D)/h1352020201.02402525401.53453030602.04503535802.555540401003.06603.55正交实验结果正交实验结果见表3，表3中kl，k2，k3分别为相应水平所得萃取率的平均值，R为极差。由表3可以看出，萃取温度k2>k3>kl;萃取压力k3>k2>kl;C(V流量k3>k2>kl;萃取时间k3>k2>kl。因此，波棱瓜籽油的最佳萃取条件组合为(A2B3C3D3)，即萃取温度5(TC、压力35MPa、C02流量40L/h、时间3.5h。温度、压力、C02流量、时间四因素的极差分别为2.18、10.21、3.19、11.66，表明时间对波棱瓜籽油萃取的影响最大，各因素对萃取率的影响依次为时间>压力>0)2流量>温度。表3正交实验结果及直观分析<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>k326.0230.6127.4230.71R2.1810.213.1911.66单因素实验结果正交实验是根据正交性从全面实验中挑选出部分具有代表性的点进行实验，虽然正交实验设计是一种高效、快速、经济的实验设计方案，但该实验设计是一种不完全实验设计；另外，由于实验条件限制，一般情况下正交实验中设置的水平不够多，实验中出现的最佳因素组合并不一定就是实际中的最佳条件。因此，对各因素进行了单因素实验，以期得出超临界C02萃取波棱瓜籽油的最优化工艺条件。单因素实验的因素水平已在表2中列出。单因素实验中由于设备所限，设备能达到且稳定的最大C02流量为40L/h，最大且稳定的压力为40MPa。单因素实验结果见表4表8(出油率为两次实验平均值)。表4温度单因素实验结果温度(。c)354045505560出油率(%)30.0831.6432.8535.0234.8633.11表5压力单因素实验结果压力(MPa)2025303540出油率(%)13.4226.2130.0534.8635.147表6C(V流量单因素实验结果co2流量(L/h)2025303540出油率(%)26.8630.2333.0534.7735.18表7粒径单因素实验结果粒径(目)20406080100出油率24.3631.1533.8435.1533.17表8时间单因素实验结果时间(h)1.01.52.02.53.03.5出油率18.2625.3529.8733.3235.1835.46最优工艺组合的确定1、萃取温度表3正交实验结果和表4单因素实验结果都显示最佳萃取温度为50°C，超过5CTC后出油率下降，两表中5CTC下的萃取率比45"C的萃取率分别高出2.18%和2.17%，因此，最佳工艺选择萃取温度为5(TC。2、萃取压力表3正交实验结果显示萃取波棱瓜籽油的最佳压力为35MPa，而表5单因素实验结果显示最佳萃取压力是40MPa。表3正交实验显示，在25MPa-35MPa之间，出油率显著增加。由表5可知，当萃取压力在20MPa-35MPa之间时，波棱瓜籽油出油率急剧增加，当萃取压力为40MPa时，出油率仅仅比35MPa高出0.28%，考虑40MPa的高压会增加成本，达到了仪器能承受的上限，并且存在压力不稳的现象，因而最佳工艺选择萃取压力为35MPa。3、C02流量表3正交实验结果显示最佳C02流量为40L/h，表6单因素实验结果也显示最佳C02流量亦为40L/h。在表3中，在30-40L/h之间，出油率变化并不显著，40L/h出油率仅比35L/h出油率高1.51%，而C02流量为40L/h时消耗0)2气体明显增多。在表6单因素实验中，当C02流量在20-35L/h之间时，出油率明显增加，而40L/h出油率仅比35L/h时高0.41%,考虑气体消耗的成本，最佳工艺选择C02流量为35L/h。4、粒径在合适的实验条件下，研究了波棱瓜籽粉碎粒径对超临界C02萃取波棱瓜籽油出油率的影响。由表7实验结果可知，在20-80目范围内，出油率随着目数的增加(即粒径的减小)而明显增加，但100目时出油率比80目时低1.98%。因此，最终选择萃取工艺的最佳粉碎粒径为80目。5、时间一般而言，随着萃取时间的延长，出油率也会相应增加，但当95%的油被萃取完毕，即可认为波棱瓜籽油几乎被萃取完全，这时随着萃取时间的增加，出油量甚少，再继续萃取就无意义了。由表3正交实验结果可知，最佳萃取时间时3.5h，表8中，在1.0-3.0h范围内，随着萃取时间的增加出油率急剧增加，而由3.0h到3.5h出油率仅仅增加了0.28%，3.5h下35.46Q/。的出油率已接近于正交实验中最高的出油率，因此，最佳工艺选择萃取时间为3.5h。油中不饱和脂肪酸分析超临界萃取的波棱瓜籽油经常用的氢氧化钾甲醇法进行甲酯化，经GC-MS初步分析表明，波棱瓜籽油富含三种不饱和脂肪酸，它们占总脂肪酸的含量约为油酸40%，亚油酸25%，亚麻酸15%。这三种不饱和脂肪酸具有多种生理功能，这为波棱瓜籽油的后续开发研究奠定了基础。最佳条件及验证由正交实验和单因素实验结果综合考虑能耗和出油率，确定的最佳工艺条件为萃取温度5(TC，萃取压力35MPa，C(V流量为35L/h，粒径为80目，萃取时间为3.5h。在该工艺条件下进行实验，波棱瓜籽出油率为36.12%，该结果比报导的所有提取方法的出油率高。具体实施例方式材料波棱瓜采自西藏自治区的林芝地区，样品采集后，拨开瓜壳，取出波棱瓜籽晾干备用。仪器设备超临界萃取装置(型号HA221-50-06,江苏南通华安超临界萃取有限公司生产)，装置包括C02贮气罐、冷凝罐、高压泵、萃取釜i、萃取釜n、分离釜I、分离釜II构成的循环系统；电子顶载天平(EB-280-12，SHIMADZU);粉碎机(9FZ-19型齿爪式粉碎机，四川省井研县永兴机械厂)；土壤分析筛(南京土壤仪器厂)。实施例l:成熟干燥的波棱瓜籽粉碎至粒径为80目，称取波棱瓜籽粉1.6kg，装入5L萃取釜内进行超临界C02萃取。超临界萃取时设定萃取釜、分离釜I、分离釜n的温度并使它们分别达到60。c、5crc、4crc，打开co2贮气罐，对萃取釜进行加压，当萃取釜压力达到25MPa时，打开控制分离釜I和分离釜II压力的阀门，分别调整分离釜I的压力为7MPa，分离釜II的压力为5MPa，同时调节C(V流量为40L/h，保持温度和压力，萃取2.5h的时间内，每隔30min收集一次萃取物，萃取率为33.56%。实施例2:成熟干燥的波棱瓜籽粉碎至粒径为50目，称取波棱瓜籽粉1.6kg，装入5L萃取釜内进行超临界C02萃取。超临界萃取时设定萃取釜、分离釜I、分离釜II的温度并使它们分别达到35。C、40°C、30°C，打开C02贮气罐，对萃取釜进行加压，当萃取釜压力达到40MPa时，打开控制分离釜I和分离釜II压力的阀门，分别调整分离釜I的压力为5MPa，分离釜II的压力为4MPa,同时调节C02流量为20L/h，保持温度和压力，萃取3.0h的时间内，每隔30min收集一次萃取物，萃取率为29.45%。实施例3:成熟干燥的波棱瓜籽粉碎至粒径为30目，称取波棱瓜籽粉1.6kg，装入5L萃取釜内进行超临界C02萃取。超临界萃取时设定萃取釜、分离釜I、分离釜II的温度并使它们分别达到50°C、40°C、30°C，打开C02贮气罐，对萃取釜进行加压，当萃取釜压力达到35MPa时，打开控制分离釜I和分离釜II压力的阀门，分别调整分离釜I的压力为5MPa，分离釜II的压力为4MPa，同时调节C02流量为35L/h，保持温度和压力，萃取3.5h的时间内，每隔30min收集一次萃取物，萃取率为36.12%。权利要求1、超临界CO2萃取波棱瓜籽油工艺，其特征在于将洗净干燥的波棱瓜籽粉碎至粒度为20-80目，装入萃取釜中，在萃取釜压力为20-40MPa，温度为35℃-60℃，CO2流量为20-40L/h的条件下进行萃取。2、如权利要求1所述的超临界C02萃取波棱瓜籽油工艺，其特征在于萃取后进行两级减压分离，一级分离釜压力为5-7MPa，温度为40-50°C，分离得到波棱瓜籽油；二级分离釜压力为4-5MPa，温度为30-4CTC，得到极少的水与波棱瓜籽油。3、如权利要求1或2所述的超临界C02萃取波棱瓜籽油工艺，其特征在于萃取温度5CTC，萃取压力35MPa，C02流量为35L/h，粒径为80目，萃取时间为3.5h。4、如权利要求1或2所述的超临界C02萃取波棱瓜籽油工艺，其特征在于二氧化碳超临界萃取的时间为l-4h。全文摘要超临界CO₂萃取波棱瓜籽油工艺，涉及一种波棱瓜籽油的提取工艺。其特点是将洗净干燥的波棱瓜籽粉碎至粒度为20-80目，装入萃取釜中，在萃取釜压力为20-40MPa，温度为35℃-60℃，CO₂流量为20-40L/h的条件下进行萃取。萃取后进行两级减压分离，一级分离釜压力为5-7MPa，温度为40-50℃，分离得到波棱瓜籽油；二级分离釜压力为4-5MPa，温度为30-40℃；分离得到波棱瓜籽油。文档编号C11B1/00GK101555434SQ20081001796公开日2009年10月14日申请日期2008年4月8日优先权日2008年4月8日发明者刘永军,王洪伦,索有瑞,赵先恩申请人:中国科学院西北高原生物研究所