菜籽餅脂質(zhì)的亞臨界萃取特性及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、雙低菜籽富含甘油三酯油及磷脂、VE、甾醇和Canolol（2，6-二甲氧基-4-乙烯基苯酚）等脂質(zhì)成分，是一種優(yōu)質(zhì)脂質(zhì)和植物蛋白資源，其低溫壓榨餅脂質(zhì)殘留較高，通常采用的正己烷脫脂工藝，由于其脫溶溫度高達(dá)120℃，影響脂質(zhì)和粕的質(zhì)量。亞臨界萃取是一種新型的綠色提取分離技術(shù)，克服了正己烷萃取工藝的缺點(diǎn)，具有較低的萃取和脫溶溫度、較高提取效率和低的生產(chǎn)成本等優(yōu)勢，為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。然而，對于雙低菜籽壓榨餅亞臨界萃取的研究還很缺乏。因此

2、，本論文以雙低菜籽低溫壓榨餅為試材，創(chuàng)新性地系統(tǒng)研究菜籽壓榨餅脂質(zhì)亞臨界萃取過程中的溶出與溶解特性、萃取機(jī)理和動(dòng)力學(xué)，獲得了亞臨界脂質(zhì)萃取的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。具體研究結(jié)果如下:
　　1.開展了亞臨界丁烷萃取(SCBE)菜籽餅中脂質(zhì)的影響因素研究，采用Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化萃取條件，結(jié)果表明:液料比和萃取時(shí)間對菜籽油提取率有極顯著的影響，且交互作用顯著;優(yōu)化得到的萃取條件為液料比8.30 mL/g，萃取時(shí)間90 min和萃取溫

3、度35℃，在優(yōu)化條件下菜籽油提取率高達(dá)95.10％。對SCBE的菜籽油品質(zhì)進(jìn)行對比研究，結(jié)果表明:SCBE油的顏色較正己烷萃取(HXE)油顏色淺，磷含量為113.20mg/kg，約為HXE油的1/2，油脂酸價(jià)與過氧化值都顯著優(yōu)于HXE油;超臨界CO2萃取(SCO2E)的菜籽油磷含量最低，其它品質(zhì)指標(biāo)與SCBE油差異不明顯。
　　2.系統(tǒng)研究了粉碎后菜籽餅粉末的表觀結(jié)構(gòu)，測得其平均粒徑為489μm，掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn):菜籽餅顆粒表面凹

4、凸不平，存在許多大小不一的孔洞，部分孔洞延深到顆粒內(nèi)部，顆粒表面散布有一些細(xì)小油滴。研究了菜籽餅脂質(zhì)在SCBE過程中的溶出規(guī)律，當(dāng)萃取溫度在20～50℃變化時(shí):(1)當(dāng)萃取時(shí)間t≤12min時(shí)，菜籽油提取率呈線性增長趨勢，且提取率增長速率與萃取溫度負(fù)相關(guān);t＞30min時(shí)，菜籽油提取率增長不明顯;(2)萃取溫度對SCBE菜籽油中磷脂含量的影響非常顯著;t≤15min時(shí)，油中磷脂含量的增加速度與萃取溫度呈正相關(guān);(3)萃取溫度較低時(shí)(20

5、℃)，菜籽餅中的VE溶出速度較慢，且甾醇的溶出對溫度的變化較敏感;在萃取溫度較高時(shí)(40～50℃)，萃取時(shí)間和溫度都能顯著影響Canolol的溶出，而在萃取溫度較低時(shí)(20～30℃)，萃取時(shí)間對Canolol的溶出影響顯著。
　　3.菜籽和餅粕的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn):經(jīng)機(jī)械壓榨后，菜籽細(xì)胞結(jié)構(gòu)被完全破壞，油體大部分被擠壓融合;同時(shí)存在一些結(jié)構(gòu)相對完整的小油體留存于融合的蛋白體殘次結(jié)構(gòu)中;經(jīng)SCBE后壓榨餅中融合油體面積進(jìn)一

6、步減少，小油體結(jié)構(gòu)被萃取溶劑破壞，大部分脂質(zhì)被萃出，只剩下蛋白骨架。亞臨界萃取動(dòng)力學(xué)的研究表明:Patricelli模型能較好的描述菜籽低溫壓榨餅SCBE過程中菜籽油和微量成分（磷脂、VE、甾醇和Canolol）的動(dòng)力學(xué)特性，其萃取機(jī)制主要為發(fā)生在壓榨餅顆粒表面的油脂洗滌過程，且整個(gè)SCBE為自發(fā)過程;在較低溫度下，VE最容易伴隨著菜籽油被萃出，甾醇次之，磷脂和Canolol萃取速率最慢;而在較高溫度時(shí)，磷脂的傳質(zhì)系數(shù)急劇增大，能被大量

7、萃出，Canolol的傳質(zhì)系數(shù)也有較大提升，逐漸與VE和甾醇接近。SCBE的熱力學(xué)研究發(fā)現(xiàn):磷脂萃取所需要的活化能最高，采用較低溫度進(jìn)行亞臨界萃取可以顯著降低油脂中磷脂含量;VE的表觀活化能最低，在較低的溫度也容易被萃出。
　　4.研究了亞臨界萃取體系對油菜脂質(zhì)的溶解特性，聯(lián)用基團(tuán)貢獻(xiàn)方法計(jì)算與確定了油菜脂質(zhì)和溶劑的漢森三維溶解度參數(shù)(HSP)值，結(jié)果表明:甾醇和β-Carotene在亞臨界丁烷中的溶解性要略優(yōu)于VE;菜籽油與VE

8、的溶解性較為接近;磷脂的溶解性差異較大，其與丁烷Ra（溶解度參數(shù)距離）的平均值為11.81(J/cm3)1/2是VE平均值的1.37倍;Canolol在丁烷中的溶解性相對較差，Ra高達(dá)15.13(J/cm3)1/2;在溶解度限制的萃取過程中，甾醇、β-Carotene和VE萃取速率較快、磷脂和Canolol較慢。菜籽餅中脂質(zhì)與亞臨界丁烷的Ra值和它們在20℃的洗滌傳質(zhì)系數(shù)呈一定的線性關(guān)系(R2=0.752)。
　　5.探究了亞臨界

9、萃取體系溶解特性的影響因素，結(jié)果顯示:丁烷和R134a的溶解度參數(shù)受溫度的影響較大;丁烷的δd從0℃的14.96(J/cm3)1/2下降到50℃的13.17(J/cm3)1/2下降了12％;R134a的δd、δp和δh，從0℃到50℃分別下降了18.2％、7.7％和13.6％。菜籽油、VE、甾醇和Canolol的溶解度參數(shù)在溫度為0℃到50℃的范圍內(nèi)下降不明顯。丁烷與R134a混合后其溶解特性的調(diào)控自由度明顯增大。隨著混合溶劑中丁烷比例