菜籽餅脂質的亞臨界萃取特性及動力學研究.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）等脂質成分，是一種優(yōu)質脂質和植物蛋白資源，其低溫壓榨餅脂質殘留較高，通常采用的正己烷脫脂工藝，由于其脫溶溫度高達120℃，影響脂質和粕的質量。亞臨界萃取是一種新型的綠色提取分離技術，克服了正己烷萃取工藝的缺點，具有較低的萃取和脫溶溫度、較高提取效率和低的生產成本等優(yōu)勢，為國內外學者研究的熱點。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亞臨界萃取過程中的溶出與溶解特性、萃取機理和動力學，獲得了亞臨界脂質萃取的相關基礎數(shù)據。具體研究結果如下:
　　1.開展了亞臨界丁烷萃取(SCBE)菜籽餅中脂質的影響因素研究，采用Box-Behnken響應面優(yōu)化萃取條件，結果表明:液料比和萃取時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95.10％。對SCBE的菜籽油品質進行對比研究，結果表明: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，其它品質指標與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構，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部，顆粒表面散布有一些細小油滴。研究了菜籽餅脂質在SCBE過程中的溶出規(guī)律，當萃取溫度在20～50℃變化時:(1)當萃取時間t≤12min時，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相關;t＞30min時，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，油中磷脂含量的增加速度與萃取溫度呈正相關;(3)萃取溫度較低時(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(40～50℃)，萃取時間和溫度都能顯著影響Canolol的溶出，而在萃取溫度較低時(20～30℃)，萃取時間對Canolol的溶出影響顯著。
　　3.菜籽和餅粕的內部微觀結構透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn):經機械壓榨后，菜籽細胞結構被完全破壞，油體大部分被擠壓融合;同時存在一些結構相對完整的小油體留存于融合的蛋白體殘次結構中;經SCBE后壓榨餅中融合油體面積進一

6、步減少，小油體結構被萃取溶劑破壞，大部分脂質被萃出，只剩下蛋白骨架。亞臨界萃取動力學的研究表明: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）的動力學特性，其萃取機制主要為發(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，磷脂的傳質系數(shù)急劇增大，能被大量

7、萃出，Canolol的傳質系數(shù)也有較大提升，逐漸與VE和甾醇接近。SCBE的熱力學研究發(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的溶解特性，聯(lián)用基團貢獻方法計算與確定了油菜脂質和溶劑的漢森三維溶解度參數(shù)(HSP)值，結果表明: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。菜籽餅中脂質與亞臨界丁烷的Ra值和它們在20℃的洗滌傳質系數(shù)呈一定的線性關系(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℃的范圍內下降不明顯。丁烷與R134a混合后其溶解特性的調控自由度明顯增大。隨著混合溶劑中丁烷比例