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1、 第13卷 第3期农 业 工 程 学 报Vol.13 No.31997年 9月T ransactions of the CSA ESept. 1997收稿日期:1997- 04- 04孙爱东,讲师,博士研究生,北京市海淀区圆明园西路 中国农业大学(西校区)食品学院, 100094CO2超临界萃取技术 提取被孢霉菌丝体油脂的研究孙爱东 尹卓容 蔡同一 景奉水 郝鲁江 葛毅强(中国农业大学)提 要 采用被孢霉菌丝体作为实验材料,比较系统地研究了在超临界状态下,预处理条件(水分含量、粉碎方法、粉碎度)、萃取条件(萃取温度与压力)、分离条件(分离温度与压力)对油脂萃取率的影响;分析了操作条件对油脂质量
2、特别是 -亚麻酸(GLA)的影响;确定了最佳工艺路线,为批量生产提供了依据。关键词 被孢霉菌丝体 CO2 超临界流体 萃取Study on theM ortierella M ycelium O il Extraction by Supercritical CO2Fluid TechnologySun Ai2dong Yin Zhuo2rong Ca i Tong2yi J ing Feng2shui Hao Lu2jiang Ge Yi2qiang(China A g ricultural U niversity,B eijing)Abstract M ortierella mycelium
3、 w as taken as experi mental material of extraction condi2tion.In addition to the analysis of the effects of extraction condition on the quality of oil,especially, Gamma2L inolenic acid(GLA), this paper system ically studied the influences ofpre2processing condition(moisture content, grind method, g
4、rind degree), extraction condi2tion(temperature, pressure)and separation condition(temperature, pressure)on the ex2traction rate.The optical technique w ay w as determ ined and the bases for batch processw ere provided.Key words M ortierella mycelium CO2 Supercritical fluid Extraction1 引 言-亚麻酸(Gamma
5、- L inolenicA cid,简称GLA),又称维生素F,作为人体的一种必需脂肪酸而受到越来越多的重视。 研究表明,它是人体合成前列腺素的前驱物质, GLA在人 体内容易被吸收,对调节血液中类脂物质、抗血栓、减少胆固醇、动脉粥样硬化有显著效果,还可以治疗多种硬化症、肥胖病、糖尿病等,在实验室还发现这种不饱和脂肪酸有生物活化抑制癌细胞生长作用1。 目前, GLA主要来源于月见草、玻璃苣、黑加仑等,但由于受气候、产地等条件的影响,油脂含量很不稳定,生产性差,不能满足社会的需求。 利用微 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. Al
6、l rights reserved.生物发酵GLA生产则是人们探索出的新方法,常用的发酵菌株为被孢霉属、小克银汉菌 属、曲霉属的某些菌株。本文采用超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction,简称SFE)技术提取被孢霉菌丝体中的油脂,与传统的溶剂法提取油脂相比,具有工艺简单、操 作方便的特点,所得油脂产量高,质量好,无溶剂残留,无需精炼工序。2 材料与方法2.1 实验材料被孢霉菌丝体:由山东省商业厅科学研究所提供; CO2气:山东酒精总厂出品(纯度99% )。2.2 实验仪器CO2超临界萃取器: 21山东轻工业学院制造;日本岛津GC- 9A型气相色谱仪, C-
7、R3A数据处理机。 检测器(F I D);色谱柱: 2m3mm玻璃柱内装15 %DEGS固定相,柱温190;汽化室、检测室温度:300;载气:高纯A r;灵敏度:10223;进样量: 0.5L。2.3 研究方法2.3.1 预处理条件的确定1)水分对油脂萃取率的影响:萃取器中分别装入等量水分含量不同的原料在相同的操作条件下,进行超临界流体萃取,确定原料的最佳烘干度。2)粉碎度对油脂萃取率的影响:将烘干程度相同的等量原料,分别经对辊式粉碎机粉 碎,然后经振动筛筛分得到粉碎度不同的处理原料,在同样操作条件下,进行超临界流体 萃取,确定最佳粉碎度。2.3.2 萃取参数的确定1)萃取压力对油脂萃取率的影
8、响:水分含量相同、粉碎度相同的等量原料分别取不同的萃取压力(其他操作参数相同),进行超临界流体萃取,确定最佳萃取压力。2)萃取温度对油脂萃取率的影响:水分含量、粉碎度相同的等量原料分别取不同的萃 取温度(其他操作参数相同),进行超临界流体萃取,确定最佳萃取温度。2.3.3 分离条件的确定通过控制不同的分离温度与压力,观察不同时间下,萃取率与油脂品质的变化,从而确定最佳分离温度与压力。2.4 油脂的超临界流体萃取工艺被孢霉菌丝体真空干燥粉碎过筛称重装萃取柱,密闭超临界萃取设备各部分控制合适的温度、压力在超临界状态下萃取降压由分离柱获得所需要的油脂。2.5 测定与分析方法1)原料水分的测定常压干燥
9、法; 2)原料油脂的测定索氏抽提法; 3)用GC法测定甘油酯中的脂肪酸组分KOH甲酯化法; 4)油脂的物理常数测定(方法略);5)数据处理采用非线性回归分析方法2。3 结果与分析3.1 被孢霉菌丝体含水量对萃取率的影响622 农业工程学报 1997年 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.1.水分312% y= 96120- exp(- 010517x+ 4157)r= 01997 2.水分417% y= 92113- exp(- 010557x+ 4152)r= 01980 3.水分616
10、% y= 79182- exp(- 010345x+ 4137)r= 0.990 4.水分1515% y= 39184- exp(- 010577x+ 3169)r= 0.998图1 不同含水条件下,被孢霉菌丝体的萃取率与时间的关系由图1可知,随着菌丝体含水量的升高, 萃取率逐渐降低,含水量与萃取率呈反相关关 系,特别是当水分大于5 %时,表现尤为明显, 样3比样1水分增加3. 4 % ,但萃取率却降低了17. 5 %;样4比样1水分增加12. 3 % ,但萃取率却降低了56. 2%。 由此可见,控制菌丝体水 分是提高萃取率的有效方法之一。3.2 菌丝体破壁方法的选择 真菌菌丝体由于细胞壁是由
11、多糖组成,其 次还含有较少量的蛋白质和脂类,故真菌的强度与聚合物的网状结构有关。 另外,它还有几 丁质或纤维素的纤维状结构,所以强度有所提 高。 因为真菌强度主要取决于构成壁的聚合物 以及它们相互交联或与其他壁组分交联的强 度。 为了破碎细胞,必须克服的主要阻力是网状结构的共价键3。1.细样 y= 87113- exp(- 010722x+ 4147)r= 019972.中样 y= 86107- exp(- 010694x+ 4145)r= 019993.粗样 y= 79133- exp(- 010865x+ 4137)r= 0. 999图2 不同粉碎度条件下3被孢霉菌丝体的萃取率与时间的关系
12、针对实际的操作条件,我们选用机械法与 冻融法进行实验。 两种方法的操作流程如下: 机械法: 湿样食品加工机捣碎真空干燥对辊 式粉碎机碾磨振筛机过筛 冻融法:湿 样 食 品 加 工 机 捣 碎 - 18冷冻1h40融解1h交替存放10 h真空干燥对辊式粉碎机碾磨振筛机过筛 通过实验得到机械法萃取率为91. 4% ,而 冻融法为89.0 % ,机械法比冻融法萃取率高,且操作简便,在粉碎的同时起到截断菌体的作 用,而冻融法费时,耗电量大,且破壁效果不明 显,故对被孢霉菌丝体的破壁处理采用机械法。3.3 粉碎度对被孢霉菌丝体油脂萃取率的影响 由图2可以看出,随着粉碎度的提高,萃取率也迅速提高。 如曲线
13、1、曲线2粉碎度高,萃 取率高。 曲线3虽然粉碎度低,但在初始25 m in内萃取速度与曲线1和2不差上下。 这主要是 因为开始阶段CO2携带物体能力强,随着CO2中溶解的物质增多,携带能力降低。 粉碎度高 的成分, CO2较易渗入溶解其中的油脂,因而弥补了携带能力降低的缺陷,这也是粉碎度低 的曲线3在25 m in后萃取率降低的原因。3 细样为过26目、70目筛的筛分; 中样为过26目筛的筛分; 粗样为未过26目、70目筛的筛分。722第3期 孙爱东等: CO2超临界萃取技术提取被孢霉菌丝体油脂的研究 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,
14、 Ltd. All rights reserved.3.4 萃取压力对被孢霉菌丝体油脂萃取率的影响 由表1可见,压力越高,萃取速度越快,萃取率越高。 虽然压力升高到35M Pa,萃取率 又提高了5.7 % ,但考虑到压力容器的巨大设备投资,选择30M Pa做为萃取压力为宜。3.5 萃取温度对菌丝体油脂萃取率的影响由表1知,当温度高于35时,随着萃取温度的升高,萃取率降低。 萃取温度以选择35 为宜。表1 不同萃取压力和温度下的萃取率%样 品不同时间的萃取率15 m in30 m in45 m in60 m in90 m in120 m i m压力?M Pa1 (30)41.277.583.98
15、5.887.0-2 (35)49.678.388.991.592.7-温度? 1 (35)41.277.583.985.887.089.42 (40)22.558.067.970.472.777.13.6 萃取时间对萃取率及油品质量的影响 由以上实验可见,在适宜的操作参数下进行超临界萃取,前45 m in曲线陡度较大,萃 取速度快,当45m in以后,曲线变得平缓,萃取60m in,萃取率可达85 %以上,再延长时 间意义不大。3.7 分离压力对菌丝体油脂质量的影响 由于菌丝体本身含有大量水分,即使经真空干燥处理,由于菌丝体易结块,很难将其 中的水分提取干净,因而萃取的油脂中就含有大量的水,为
16、了获得不含水的较纯净的高质 量的菌丝体油脂,控制合适的分离温度和压力就显得尤为重要。 表2是等量物料在分离温度45,不同分离压力下的出油状况。由表2可知,当分离压力为11M Pa、12M Pa时,油水 可以分开,使得1#分离器油质澄清,而在10M Pa下,油水混溶, 1#分离柱水没有完全 分离出去。 以11M Pa做为分离压力为宜。表2 不同分离压力下, 1#、2#分离器的萃取率和性状样品分离压力?M Pa1#分离器2#分离器萃取比例?%性状萃取比例?%性状11082.3淡黄,浑浊16.7灰白色水21162.7淡黄,清37.3黄,浑浊31261.0淡黄,清39.0灰黄,浑浊3.8 用GC测定菌丝体油脂的脂肪酸含量由表3知, 35M Pa压力下萃取的GLA含量要高于30M Pa压力。 经过冷却处理,使部分 饱和脂肪酸结晶分离,可提高组分中不饱和脂肪酸的含量, GLA含量也有一定程
