超临界CO2法萃取大蒜精油的研究

超临界CO2法萃取大蒜精油的研究 山东农业大学(自然科学版),2006,37(1):l7,2O Journal0fShandongAgriculturalUniversity(NaturalScience) 超临界CO2法萃取大蒜精油的研究 乔旭光,孙爱东 (山东农业大学食品学院,山东泰安271018) 摘妻:本文报道了超临界CO=法萃取大蒜精油的实验方法,研究了萃取压力,萃取 温度,萃取时间和CO用量对萃 取得率的影响,初步确定了采用鲜蒜提取风味物质的超临界C02方法.萃取的基本 工艺参数为:萃取压力 5075Psi;温度45?,CO用量与物料量之比为21:1. 关键词:大藤;精油;超临界C02萃取 中圈分类号:S33.2文献标识码:A文章编号:1000—2324(2006)01—0017—04 STUDYONTHESUPERCRITICALCO2 EXTRACTl0N0lFV0LAT【l【C0M0UNDS0lFGARLIC QIAOXu—guang,SUNAi—dong (FoodSd.D叩t.,ShandcugAgriculturalUnive~ity-Taian271018,China) Abstract:ThemethodofsupercriticalCO2extractionofvolatilecompoundsofgarlicWItSst udied.Theoptimum extractionpressure,temperature,timeandtherateofCO2amountsVsthematerialamountsw ere5075Psi,45~C, 30rain,21:1respeetively. Keywords:garlic,essentialoil,supercriticalCO2extraction 早在100多年以前,Hannay发现无机盐(如碘化钾)在高压乙醇或乙醚中溶解度常 增加的现象.此后 不少学者从各方面研究了这一特殊溶解现象.人们发现处于超临界状态的流体对 难挥发物质溶解度增加 的现象(也称溶剂效用)是很惊人的,一般能增加几个数量级,在适当的条件下甚至可以达到按蒸汽压计 算所得浓度的1O倍.目前,超临界流体萃取技术在食品上的应用已越来越受到人们重视. 同传统的溶剂提取及蒸馏法相比,超临界CO:萃取法兼具两方面的优点,具有显着提高产品回收率, 改进产品质量以及降低能耗等优点.目前,在食品行业采用超临界二氧化碳提取天然化合物的研究已在 分离冷榨甜橙油中的芳香物质,沙棘籽油的萃取精制,鱼油二十五碳五烯酸(EPA)及二十二碳六烯酸 (DHA)的精制?】,咖啡豆中咖啡因的抽提,啤酒花有效成分的分离提取,烟草中烟碱的去除】,柑桔汁脱 苦等方面取得了较大的研究进展,特别是在啤酒花风味成份的回收和咖啡中脱咖啡因已实现了工业化 应用.但是,运用超临界二氧化碳萃取大蒜精油的研究未见报道.由于超临界二氧化碳萃取方法突出的 优点以及对所提取物质性质良好的保持作用,加上大蒜风味物质较强的热敏感性,因此,研究超临界二氧 化碳方法提取新鲜大蒜风味物质具有重要的意义. 1材料和方法 1.1材料 1.1.1材料鲜蒜,高纯CO2(SFE级,99.995%). 1.1.2仪器SFX2一10SupercriticalFluidExtractor(ISCOU.S.A),样品池体积lOml. 收稿日期:2004—05—25 基金项目:本研究得到国家自然科学基金(30270937)和"863"(2001柚-248o21)资助. 作者筒介:乔旭光(1965一),男,山东平度人,教授,主要研究方向为大蒜功能成分提取及应用. ? 18?山东农业大学(自然科学版)第37卷 1.2方法 1.2.1超临界CO2萃取 1.2.1.1萃取图 CO:气瓶_+热交换器_+高压泵一一+萃取釜限流器-+收集器 1.2.1.2萃取方法 称取新鲜大蒜鳞茎3,5g,匀浆后给予最佳酶反应条件,反应结束后,加入硅藻土3g,混匀后置入萃取 池中,打开CO:贮罐供给阀门,调节液体CO:经高压泵压缩到理想压力,调节控制器使萃取池温度升至指 定温度,调节限流器温度高于萃取温度20c【=,开启进气阀,于超临界流体萃取器上静态萃取10rain,打开出 气阀,动态萃取至时间. 1.2.2大蒜精油测定采用GB8862—88脱水大蒜挥发性有机硫化物的测定方法.以精制大蒜精油作 为参照物质. 2结果与 2.1萃取压力对大蒜精油萃取率的影响 萃取压力对萃取率具有较大的影响,试验设置2175-6525Psi压力范围(温度35c【=),对大蒜风味物质 进行超临界萃取,结果见图1. o .竺 器妻}=I鲁. +<= 萃取压力(Ps1) Pressure 圈1翠取压力对大蒜精油翠取率的影响 啦.1F_~eetofpressure0fSFE—CO20ntheyIdd0f龇嚣髀ntIllon 萃取压力影响CO:的密度,因而导致超临界CO:溶解能力的改变.从图1中可以看出,随着萃取压 力的增加,萃取率逐渐增大,至萃取压力达到6525Psi时,萃取率为0.72%.但当压力超过5075Psi后,其 增加幅度已明显减缓,且萃取物中开始出现大蒜粘多糖等萃取物.因此,可选择压力为5075Psi左右进行 萃取,此时萃取率为0.67%. 2.2萃取温度对大蒜精油萃取率的影响 萃取温度的改变,也影响到超临界CO:的性质,因而对萃取率有较大的影响,本文从CO:亚临界温度 (25?)开始,一直到提取温度70?(压力4350Psi),分别测定了不同萃取温度对大蒜精油的提取率的影 响,结果见图2. 温度对萃取率的影响表现为,随萃取温度升高,大蒜精油萃取率增加,温度45c【=时萃取率最高,达到 0.71%.以后随着温度升高,大蒜精油萃取率逐渐降低. 超临界cO:的萃取效率主要与CO:密度有关,密度越大,对物质的溶解能力越大.温度升高,引起超 临界cO密度降低,溶解能力降低,降低对物质的萃取效率.但温度升高同时又加速分子运动,利于被提 第1期乔旭光等:超临界c0法萃取大蒜精油的研究-l9- 取物质的溶解.因此,温度对超临界CO萃取率具有双重影响….LeeH的试验结果也证明了这一 点",所以在选择超临界CO:萃取法提取大蒜风味物质时,不能使用高温萃取. O.8o =070 0 —060 uL 黑050 篡 1040 0? O2O 203O405O6O708O ) 萃取温度(? Tomper~ure 图2萃取噩度对大蒜精油萃取率的影响 ?.2l~.1feetoftemr~areof一CO2OI1theyieldofoil 2.3CO2用量对大蒜精油萃取率的影响' 在萃取压力为4350Psi,温度35?,CO2流量2rnl/min条件下,对大蒜样品萃取不同 时间,测定CO2用 量对萃取率的影响,结果如图3所示. ^ 翟 懈 憾 二氧化碳用量(m1) Amountsofc02 O1O203040506070 萃取时间(1in) Extractiontime(ain) 圈3COz用量对大蒜精油萃取翠的影响 Fig.3Effectofamotml~0fS|E—CO2onthetield0fgarlicessentl~d0? 从图中可以看出,随着萃取时间的延长,萃取率逐渐增加,至萃取时间30分钟,CO 量为75ml,即CO 用量(nd)与样品(g)之比为21:1时,萃取率增加幅度已趋于平缓,此时萃取率为 0.5%. 2.4改性剂对大蒜精油萃取率的影响 试验采用甲醇为改性剂,分别以2%和4%的比例与二氧化碳预先混合,萃取条件为:萃取压力 4350Psi,萃取温度35?,CO流量2ml/min,萃取时间30rain(静态萃取10rain,动态萃取20rain),结果见图 4. 从图4中可以看出,在二氧化碳中加人2%的甲醇可大幅度提高大蒜精油的提取率,提取率可达0. 76%,是不使用改性剂处理的1.4倍,即提取率增加了40%.但2%甲醇与4%甲醇的提取率差别不大. ? 20?山东农业大学(自然科学版)第37卷 本试验试图进一步提高改性剂的使用量,但试验中发现当改性剂浓度达到6%时,有大量的白色粘性物质 被萃取(经初步断定为多糖类物质),影响提取物质的分离. 0 茎耋 甲醇浓度(96) Meth~molConcentratiOn 圈4改性剂对大豫精油萃取率的影响 4Effectofmodifier0nthe啪ofgarlicessmtlaloil 由于新鲜大蒜中含有大量的极性水分,而二氧化碳为非极性提取剂,使用极性改性剂后,起到连接桥 梁的作用,可增强二氧化碳与物料间的混合溶取,有利于提取率提高. 3结论 采用超临界CO萃取法提取大蒜风味物质,其提取得率显着高于蒸汽蒸馏法,产品外观澄清透明,颜 色较水蒸汽蒸馏法所提取之大蒜油淡,无需再进行复杂的脱水脱色工序,且无有害 物质的残留,鲜蒜风味 浓郁,无煮过味,是具有极大潜力的大蒜风味物质提取方法. 本研究确定采用超临界CO:萃取大蒜风味物质的最适条件为:压力5075Psi;温度 45cI=,CO:用量与 物料量之比为:21:1. 4讨论 本试验采用新鲜大蒜提取风味物,由于物料水分含量高,且蒜泥组织质地软,受高 压二氧化碳挤压后 结块,通透性变劣,按比例(1:1)加入硅藻土后,形成了物料支撑架,改善了物料通道, 利于大蒜精油的提 取.这与CalveyE.M.提取洋葱风味物使用此方法的结果一致J. 应用超临界CO:萃取法提取的大蒜风味物质,从外部感官上与蒸汽蒸馏法提取之 风味物质有较大的 区别,其鲜蒜味浓郁,色泽淡,对于其组成成份上的差异尚需做进一步研究. 由于大蒜素分解与重组后形成其他含硫化合物后引起大蒜风味提取物味道上的 变化,对于如何阻止 或延缓其转变过程,保持提取物之鲜蒜风味,也需要进行大量的研究工作. 参考文献 [1)雷明刚.超临界CO2提出米糠油[J】.食品科学,1993.3.43—45 [2)毛忠贵.超临界流体萃取技术在食品工业上的应用[J).食品与发酵工 业,1995,1,66—71 (3)Calve,/E.M..MatusikJ.E.&WhitK.D.,1994,一 lineSupercriticalFluidExtractionofhisosuldlnatesfmmC~trliGandOnion[J).J.Xsrle. FoodChem.42.1335—1341 (4)FlickG.J..Mmr~n11.E.,1992,Advancesin~afoodBiochemistryCompositionandQuali ty.ConferenceProceedings [5)HabertP.&VitlthumO.G..1978.An.Chem.1nt,Ed.Eng1.17(10):710 [6)KimballDA.,1987,DebitteringofCitrusJuiceUsingSuperrlticalCarbonDioxide[J).J.F oodSOi..52,481 (7)LeeH.,ChungB.H.&ParkV.H..1991,Concenl~mtionoftocopherolsfmmSoybean sIudgebySupercrltlcalCarbonDioxide(J).J.oftheAmer- icanoilChemistss0咖,68,8.571—573