超臨界流體萃取以測定椰干和其浸出濕粕中的含油量

1、超臨界流體萃取以測定椰干和其浸出濕粕中的含油量a菲律賓桑托斯將軍市9500,菲律賓嘉吉公司，Tambler椰干粉碎廠和b明尼蘇達州韋扎塔55391 嘉吉科技資源中心，嘉吉股份有限公司摘要：超臨界流體萃?。⊿FE）是測定椰干及其粕中含油量的一種主要方法。用索氏提取器測定椰干油含量需要9小時，測定其粕的含油量需要6小時，而用超臨界流體萃取方法測定含油量只需約10分鐘。椰干含油量極高，這使研磨困難，因為樣品變得非常粘，使磨機中的整個樣品難以移動。在研磨前，向樣品中添加硅藻土會減輕磨機的清洗難度，同時也加快了超臨界流體萃取過程。對于椰干及其粕的含油量的測定，索氏提取器萃取和超臨界流體萃取沒有顯著的差異

2、（P0.10）。圍繞超臨界萃取和索氏萃取的平均差異，對椰干及其粕來說95的置信區(qū)間分別為（-0.35，0.90）和（0.08，0.26）。雖然超臨界流體萃取測定的粕的含油量（9.81）明顯高于索氏提取測定的含油量（9.64），但平均差異（0.17）相對較小?？紤]到在實際工藝控制中使用超臨界流體萃取的能力，這樣小的差異是可以接受的。因此，超臨界流體萃取可以在不到10分鐘的時間內(nèi)來確定在椰干及其粕的含油量 。 論文刊登在2006年1月JAOCS83 J11225的11-14頁。關(guān)鍵字：椰干，油脂含量，粕，超臨界流體萃取超臨界流體萃?。⊿FE）已被用于測定幾種油料基質(zhì)中的含油量，如大豆、卡諾拉（1-

3、5）和油菜籽副產(chǎn)品（6）。然而，有關(guān)使用超臨界流體萃取測定椰干含油量的信息顯然很有限。在壓榨前，椰肉干或椰子內(nèi)核（5% 6% 優(yōu)先用于提取油）曬干到水分含量為5%12%時的含油率為60% 65%（重量百分比）。萃取后有關(guān)粕的含油量通常為7.5%8.5%。需要一個快速可靠的方法把油脂完全萃取出來。當前索氏提取工藝測定椰干的含油量需要9小時，而測定其粕的含油量需要6小時。由于萃取的時間非常長，而且沒有實時過程控制，因此只能得到歷史數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)是一個過程特性，但不能用在實時控制過程中）。 超臨界流體萃取可以劃分為三個步驟：（一）樣品制備，其中包括研磨；（二）萃??；（三）分析物（脂）收集。把含脂量高的樣

4、品研磨到適當?shù)念w粒度是很難的。對椰干來說，椰干肉在磨床上變得像口香糖一樣粘，使其很難移動，從而影響了樣品的均勻性。因此，已經(jīng)研究過用硅藻土（DE）作為均質(zhì)劑或助磨劑（7）。然而，提取時間仍然很長。 這項研究的目的是探討利用超臨界萃取作為一種快速浸出的方法，同時保持目前商業(yè)液體溶劑萃取技術(shù)的萃取率。此外，正確輕松地研磨樣品的技術(shù)已經(jīng)得到發(fā)展。 材料與方法 超臨界流體萃?。⊿FE）的樣品制備：在500毫升聚丙烯燒杯中，椰干與硅藻土以1：3的比例混合,即10g干椰子肉（WC）與30g硅藻土（WDE ）混合。之所以選擇這個比例，是因為在研磨之前椰肉能被充分分散在硅藻土中 ，而所選的樣品與硅藻土的比例與

5、1:1和1:2的比例相比能將磨床清洗的最干凈。這種混合物被攪拌翅徹底攪拌混合，然后轉(zhuǎn)移到一個德國Haan公司制造的RETSCH ZM-100磨床內(nèi)，它是用12齒的輪子以18,000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速研磨然后通過10目（2.00毫米）篩子篩分的。然后將混合物轉(zhuǎn)移回燒杯中，再次攪拌混合以保證均質(zhì)性。在計算椰干油的重量百分含量的過程中使用WC/（WDE + WC）的質(zhì)量比。椰干粕用RETSCH ZM-100磨床，以18,000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速用12齒的輪子被磨碎后通過10目（2.00毫米）的篩子篩分。收集器具（操作設(shè)備）：這套操作設(shè)備通過把8目玻璃棉切割成20 150毫米玻璃培養(yǎng)管的長度的一半制備而成。不能使

6、用粗羊毛玻璃，因為它們沒有這套裝置一樣高效。用玻璃棉收集待測物是一種普遍的做法（5,6）。把玻璃棉撕成兩半，然后用聚四氟乙烯涂層攪拌棒插入整個培養(yǎng)管中。在萃取前后稱量收集管的重量（即WCTB，WCTA）在重量分析的基礎(chǔ)上確定含油量 。在研究萃取時間的過程中，收集樣品的試管應(yīng)在熱的時候稱量，而不是讓其冷卻至室溫后，再稱重。這項研究的重要標準是確定什么時候沒有額外的油被萃取出來，所以我們可以選擇一個首次超臨界流體萃取的時間（90的油被萃取出來）。一旦選擇了最佳的萃取時間，把收集管放置在干燥器中，直到它們達到室溫（需要約5-10分鐘）。表1 超臨界流體萃?。ㄖ虚g研磨）和索式提?。ㄖ虚g研磨）椰干及其粕

7、樣品的含油量的比較。方法樣品次數(shù)n含油量（%）SD標準差相對偏（%）超臨界流體萃取椰干3664.720.720.121.11索式提取椰干664.450.580.240.90超臨界流體萃取粕549.810.110.021.13索式提取粕89.640.150.051.60 超臨界流體萃取。采用 FastFat 超臨界流體萃取 (Teledyne Isco, Lincoln, NE) 方法用來萃取。萃取參數(shù)為壓力7500磅，萃取溫度120，節(jié)流溫度150。節(jié)流器為同軸加熱，流速為2 毫升 /分鐘（在壓力為5000磅下）。即使使用清洗程序（通60分鐘200的二氧化碳），對椰干來說，節(jié)流器的平均使用壽命

8、能完成60次萃取，對粕來說，才能萃取100次再更換節(jié)流器。如果不更換有殘缺的節(jié)流器，結(jié)果會導致產(chǎn)油率降低。帶汲取管的工業(yè)級二氧化碳用于所有的萃取。據(jù)報道，不能使用帶有氦氣頂?shù)亩趸細馄?（8）。 在容積為10毫升的聚合物盒中裝上5-6克的椰干/硅藻土混合物。樣品的確切重量記為WCS。對于粕來說，盒中裝有約三分之一容積的硅藻土（未磨碎），填充配衡，然后把重約2克的粕放在盒里的硅藻土上，精確記錄重量WCM。與小顆粒吸附劑相比，選定的硅藻土會提供更曲折的溶劑路徑，從而最大限度地減少萃取柱熔塊的堵塞，并且在無背壓問題的情況下允許溶劑流動。在剩下的萃取空隙體積中裝滿硅藻土 。對椰干來說，先萃取5分鐘，

9、然后在研缽中用杵研磨，然后再萃取5分鐘，總共萃取10分鐘。在這些萃取過程后，將樣品置于干燥器中，直到他們達到室溫（需5-10分鐘），然后再稱量。從椰干中提取的油的百分含量是由以下公式?jīng)Q(WCTA-WCTB)100/WCS/WC/(WDE +WC) ，對于粕來說，公式為 (WCTA - WCTB)100/WCM。樣品制備和索氏提取。在菲律賓嘉吉公司的工廠實驗室中，用制作刀具的磨床將椰干磨成10目大小的顆粒度 。在索式提取器中，用150毫升石油醚以每分鐘150滴的滴率萃取5克被磨過的椰干（WSC）。萃取該樣品4.5 h，然后移走包含樣品的套筒，并將溶劑蒸發(fā)掉。將椰干轉(zhuǎn)移到自動粉碎機（Retsch

10、Model MG2A）中，并磨成粉末。將磨成的粉放到過濾紙上，在索氏提取裝置中再萃取4.5小時，提取完成后，在115C下將樣品烘2小時，然后冷卻至室溫。在萃取前后稱量燒瓶的重量（即WFB和WFA）。用下列公式計算含油量： (WFA - WFB)/WSC 100. 用與萃取椰干相類似的方式萃取粕中的油。 用 Retsch ZM 100磨機將該樣品磨成尺寸小于20目（0.850毫米）的顆粒和萃取3小時后再磨，然后再萃取3小時。油含量的計算如前所述。 統(tǒng)計。在實驗的第一階段（見表1），中間研磨的索氏提取與中間研磨的超臨界流體萃取進行比較。在菲律賓加工廠里，收集了大量的椰干及其粕。菲律賓工廠實驗室把椰

11、干及其粕的樣品分開，保留一些用于分析，并將其余部分送往美國嘉吉實驗室。由于后勤方面的限制，菲律賓實驗室能夠分析的椰干和其粕的樣品分別只有六樣和八樣。收到椰干后，美國實驗室工作人員就用硅藻土將整個樣本研磨，并分成子樣。這些樣品中的36份然后用中間研磨的超臨界流體分析。同樣，將粕樣品進行均質(zhì)化，然后劃分成子樣。其中有五十四個子樣，然后用中間研磨的超臨界流體分析。 在實驗的第二階段（見表2），索式萃取中間研磨的椰干樣品與超臨界流體萃取末尾研磨的椰干樣品進行比較。作為工廠實驗室的正常程序收集的10份樣品組成的一套樣品被分為兩部分。一部分經(jīng)中間研磨，在菲律賓的工廠實驗室通過索氏萃取分析，第二部分在美國實

12、驗室利用超臨界流體萃取分析。根據(jù)Hahn 和 Meeker計算方差（9）。 結(jié)果與討論 已經(jīng)完成一項萃取時間的研究以確定最佳萃取時間。超臨界流體萃取通常需要30-60分鐘。圖1表明，椰干中的大部分油的提取在很短的時間（2分鐘）內(nèi)完成。因此，選擇的萃取時間為5分鐘。這是一個非常顯著的優(yōu)勢，因為第一次索氏提取干椰子肉時間為4.5小時。表2 超臨界流體萃?。┪惭心ィ┖退魇教崛。ㄖ虚g研磨）10個不同的椰干樣品所得含油量的比較樣品索式提取含油量（%）超臨界萃取含油量（%）椰干163.363.1椰干263.662.2椰干364.964.2椰干463.963.8椰干564.164.4椰干664.061.4

13、椰干763.864.2椰干863.562.9椰干963.762.3椰干1063.063.7在最初的5分鐘的動態(tài)超臨界流體萃取中，在研缽中重新用杵研磨椰干，然后再用超臨界流體萃取2分鐘（在圖1中的最后一個數(shù)據(jù)點）。另外有1.2的油被萃取出。這表明，在首次超臨界萃取后仍然有遺留有一定量的油，因此，要重新進行萃取。重復提取椰干樣品，然后通過超臨界流體萃取5分鐘，檢測到含油量為63.1%。然后，在研缽中用杵研磨，再萃取5分鐘以增加2%的得油率使得油率增加到65%。對此樣品來說，對應(yīng)的索式萃取的含油量值為65%。因此，首次萃取率總記約為97%。再次研磨后， 第二次萃取后必須把剩下的油完全萃取出來。AOC

14、S 官方標準293也用兩次中間研磨，以把油更完全的萃取出來。 表1對超臨界流體萃?。ㄖ虚g研磨）和索式提?。ㄖ虚g研磨）以確定椰干及其粕樣品的含油量進行了比較。對椰干及其粕來說，索氏提取和超臨界流體萃取彼此無顯著差異（P 0.10）。對于超臨界流體萃取 - 索氏提取的平均差異，對椰干及其粕來說95的置信區(qū)間分別為（-0.35，0.90）和（0.08，0.26）。雖然超臨界流體萃取測定的含油量（9.81）明顯高于索氏提取測定的粕的含油量（9.64），但平均差異（0.17）相對較小?？紤]到在實際工藝控制中使用超臨界流體萃取的能力，這樣小的差異是可以接受的。 圖1 椰干/硅藻土混合萃取時間曲線。在首次萃

15、取末尾， 一個研缽和和杵研磨會產(chǎn)生另外1.2的油，并表明需要再進行額外的研磨。不同于在萃取時間曲線的數(shù)據(jù)點，在額外的研磨后，樣品冷卻到室溫后在確定含油量。一旦樣品脫脂，中間研磨似乎能讓更多的油被提取出來。但是，它通常不是在粉碎廠實驗室的實踐中研磨。表征樣品中油的正確含量，中間研磨是必需的。然而，在工廠實驗室的過程控制中，所描述的中間研磨最有可能無法使用。因此在超臨界流體萃取中要插入末尾研磨。在沒有取出盒和二次研磨樣品的情況下這一步將繼續(xù)進行。樣品萃取5分鐘后，然后將壓力在15秒內(nèi)從7500磅降到大氣壓。盡管沒有用中間研磨提取的油多，但是這種技術(shù)也可以將更多的油提取出來，這是由于細胞破壞引起的壓

16、力差導致的（11-13）。對于末尾研磨來說，前面所講的樣品的含油量是64.5，這低于中間研磨的測定值65.2，但高于只用萃取5分鐘獲得的含油量值63.1。表3 超臨界流體萃?。┪惭心ィ┖退魇教崛。ㄖ虚g研磨）表2中的10個樣品所得含油量的差異的比較數(shù)據(jù)n平均差別平均SD總量100.740.98減少樣品690.530.77表2對通過末尾研磨的超臨界流體萃取和中間研磨的索氏提取測定10個不同椰干樣品所獲得的含油量進行比較。對椰干樣品6來說，兩種方法之間的區(qū)別特別大，所以在含和不含椰干6的情況下對總的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行了計算（見表3）。當含有樣品6時，索氏提取測得的含油量明顯比末尾研磨的超臨界流體萃取的含

17、油量高（P 0.05）。 包含至少80索氏-超臨界值的90%的兩端極限分別為-1.21，2.69（9）。也就是說，我們可以90相信，對索氏提取和超臨界流體萃取來說80%的時間內(nèi)差異在-1.21到2.69之間。當不含樣品6時，索氏提取測定的含油量比超臨界流體萃取測定的含油量高（P=0.07）。包含至少80索氏-超臨界值的90%的兩端極限分別為-1.06，2.13（9）。也就是說，我們90相信，對索氏提取和超臨界流體萃取來說80%的時間內(nèi)差異在-1.06到2.13之間。如果超臨界萃取的樣品在該過程中間被研磨，它們所萃取出來的含油量將更高。因此，末尾研磨是在實驗的方便性、在萃取過程中實際提取出來的得

18、油量和準確性之間的一個折中的方法。無論哪種方式，已經(jīng)研究出來方法進行快速提?。ㄖ饕椒ǎ?，這就需要控制工藝過程或者確定一種油料的含油量。致謝 作者在此感謝Lorna Javier 協(xié)助進行索氏實驗和提供椰干及其粕的樣品。我們還要感謝美國明尼阿波利斯州和明尼蘇達州的Tim Lindgren和Mike Kennedy, Cargill股份有限公司分別提供統(tǒng)計數(shù)據(jù)和討論 參考文獻1. Friedrich, J.P., and E.H. Pryde, Supercritical CO2 Extraction of Lipid-Bearing Materials and Characterization

19、 of the Products, J.Am. Oil Chem. Soc. 61:223228 (1984).2. Bulley, N.R., M. Fattori, A. Meisen, and L. Molys, Supercritical Extraction of Vegetable Oil Seeds, Ibid. 61:13621365 (1984).3. Temelli, F., Extraction of Triglycerides and Phospholipids from Canola with Supercritical Carbon Dioxide and Etha

20、nol, J. FoodSci. 57:440457 (1992).4. Taylor, S.L., J.W. King, and G.R. List, Determination of Oil Content in Oilseeds by Analytical Supercritical Fluid Extraction,J. Am. Oil Chem. Soc. 70:437439 (1993).5. Barthet, V.J., and J.K. Daun, An Evaluation of Supercritical Fluid Extraction as an Analytical

21、Tool to Determine Fat in Canola, Flax, Solin and Mustard, Ibid. 79:245251 (2002).6. Walker, D.F.G., K.D. Bartle, and A.C. Clifford, Determination of Oil Content of Rapeseed by Supercritical Fluid Extraction, Analyst 119:14711474 (1994).7. AOCS, Oil Content, in Official Methods and Recommended Practi

22、ces of the AOCS, 5th edn., AOCS Press, Champaign,1997, Official Method Ai 3-75.8. King, J.W., J.H. Johnson, and F.J. Eller, Effect of Supercritical Carbon Dioxide Pressurized with Helium on Solute Solubility During Supercritical Fluid Extraction, Anal. Chem. 67:22882291 (1995).9. Hahn, G., and W. Meeker, Statistical Intervals, John Wiley &Sons, New York, 1991.10. AOCS, Determination of Oil Content in Oilseeds, in Official Methods and Recommended Practices of the AOCS, 5th edn.,AOCS P