專利名稱：超臨界co的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油脂的提取工藝，特別涉及一種超臨界CO2萃取杏仁油工藝。
背景技術(shù)：
苦杏仁含有豐富的脂肪油，其中含有大量的油酸、亞油酸，對(duì)人體有重要生理作用和藥用價(jià)值；杏仁油屬于不干性油，在-10℃時(shí)仍保持澄清，-20℃時(shí)才能凝固，在營(yíng)養(yǎng)食品、藥用及輕工等方面具有很大應(yīng)用價(jià)值，可作護(hù)膚化妝品的原料、精密儀器的潤(rùn)滑油、醫(yī)藥工業(yè)用油、高級(jí)涂料、食品添加劑等，并且是上好的食用油。
目前，工業(yè)生產(chǎn)杏仁油多采用浸漬法和冷榨法提取，浸漬法提取時(shí)間長(zhǎng)，溶劑揮發(fā)損失較多，提取率低，且易造成溶劑殘留；冷榨法產(chǎn)率低，精制工藝繁瑣，油品色澤不理想；超臨界CO2萃取具有操作溫度低、溶解能力強(qiáng)、無(wú)毒、無(wú)污染、無(wú)溶劑殘留及產(chǎn)品易分離等優(yōu)點(diǎn)；克服了溶劑提取法在分離過(guò)程中，需蒸餾加熱，油脂易氧化、酸敗等缺點(diǎn)，特別適合于食品工業(yè)生物活性物質(zhì)和熱敏性物質(zhì)的分離提取。另外，它還不需要油脂工業(yè)經(jīng)常采用的除磷脂、膠質(zhì)、蛋白、溶劑、臭味等雜質(zhì)的精煉工藝，可以極大的保持油脂的天然本色。上述優(yōu)點(diǎn)使超臨界萃取技術(shù)應(yīng)用于開(kāi)發(fā)高附加值的油脂工業(yè)奠定了基礎(chǔ)。
截至目前，國(guó)內(nèi)外研究超臨界CO2萃取杏仁油的報(bào)道較多，有關(guān)于數(shù)學(xué)模型的，也有關(guān)于最佳工藝的，但關(guān)于最佳工藝的研究都只是側(cè)重于其中的幾個(gè)因素，沒(méi)有對(duì)影響出油率的所有因素作全面的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種超臨界CO2萃取杏仁油工藝，該工藝以正交試驗(yàn)與單因素試驗(yàn)結(jié)合考察萃取壓力、萃取溫度、萃取流量、萃取時(shí)間以及粒徑對(duì)超臨界CO2萃取杏仁油的影響，優(yōu)選出了最佳工藝，從而為高附加值、高品質(zhì)的仁用杏油工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，為下一步苦杏仁的綜合開(kāi)發(fā)和高效無(wú)毒利用奠定了基礎(chǔ)。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種超臨界CO2萃取杏仁油工藝，采用超臨界萃取裝置提取，裝置包括CO2貯氣罐、凈化器、冷凍系統(tǒng)、高壓泵、萃取釜、分離釜I、分離釜II構(gòu)成的循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，將苦杏仁粉碎后過(guò)20目～100目篩，投入萃取釜中，當(dāng)分離釜I的溫度達(dá)到40℃，分離釜II的溫度達(dá)到26℃～28℃，萃取釜的溫度達(dá)到35℃～60℃時(shí)，打開(kāi)CO2貯氣罐，對(duì)萃取釜進(jìn)行加壓，當(dāng)萃取釜壓力達(dá)到20MPa～45MPa時(shí)，打開(kāi)控制分離釜I和分離釜II壓力的閥門(mén)，分別調(diào)整分離釜I的壓力為8MPa，分離釜II的壓力為5Mpa～6MPa，同時(shí)調(diào)節(jié)CO2流量為12L/h～28L/h，保持溫度和壓力，萃取1h～4h；每隔30min收集萃取物，稱重，計(jì)算萃取率，即得杏仁油。
本發(fā)明的工藝采用超臨界流體萃取技術(shù)，以正交試驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)影響超臨界CO2流體萃取杏仁油出油率的各因素進(jìn)行了研究，以出油率為衡量指標(biāo)，綜合考慮能耗及萃取效率，優(yōu)化出最佳萃取工藝條件，通過(guò)試驗(yàn)確定超臨界CO2萃取杏仁油的最佳條件，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證在最佳工藝條件下杏仁油的出油率為52.98％。
具體實(shí)施例方式
1.材料和方法1.1材料苦杏仁購(gòu)自陜西省麟游縣，自然陰干備用。CO2氣購(gòu)自陜西石化公司。
1.2儀器設(shè)備超臨界萃取裝置(型號(hào)HA121-50-01，江蘇南通華安超臨界萃取有限公司生產(chǎn))，裝置包括CO2貯氣罐、凈化器、冷凍系統(tǒng)、高壓泵、萃取釜、分離釜I、分離釜II構(gòu)成的循環(huán)系統(tǒng)；電子頂載天平(EB-280-12，SHIMADZU)；粉碎機(jī)(9FZ-19型齒爪式粉碎機(jī)，四川省井研縣永興機(jī)械廠)；土壤分析篩(南京土壤儀器廠)。
1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)超臨界CO2萃取杏仁油過(guò)程中，既要考慮杏仁油的得率，又要考慮萃取速率、能耗等因素，影響杏仁油得率的因素有壓力、溫度、CO2流量、粒徑及時(shí)間等。實(shí)驗(yàn)選擇壓力(A)、溫度(B)、CO2流量(C)、粒徑(D)及時(shí)間(E)作為影響因素，根據(jù)L16(45)的正交表設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)進(jìn)行五因素四水平的試驗(yàn)確定最佳工藝(因素及水平表見(jiàn)表1)，共完成16組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)兩次重復(fù)，并對(duì)各因素對(duì)杏仁油萃取的影響進(jìn)行單因素試驗(yàn)。
表1超臨界CO2萃取杏仁油正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.4工藝流程苦杏仁—粉碎—過(guò)篩—稱重—裝料密封—升溫、升壓至特定萃取條件—超臨界CO2流體萃取—減壓分離—杏仁油。
稱取苦杏仁粉250g，裝入1L萃取釜內(nèi)進(jìn)行超臨界CO2萃取。超臨界萃取時(shí)設(shè)定分離釜I的壓力8MPa，溫度40℃，分離釜II的壓力5-6MPa，溫度26℃-28℃，萃取釜溫度35℃～60℃。當(dāng)各釜溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，打開(kāi)CO2貯氣罐，對(duì)萃取釜進(jìn)行加壓，當(dāng)萃取釜壓力達(dá)到20MPa～45MPa時(shí)，打開(kāi)控制分離釜I和分離釜II壓力的閥門(mén)，分別調(diào)整分離釜I的壓力為8MPa，分離釜II的壓力為5Mpa～6MPa，同時(shí)調(diào)節(jié)CO2流量為12L/h～28L/h，保持溫度和壓力，在1h～4h的時(shí)間內(nèi)，每隔30min收集萃取物，稱重，計(jì)算萃取率。
萃取率＝杏仁油重量(分離釜I+分離釜II)(g)/250(g)×100％2結(jié)果2.1正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，表2中k1、k2、k3、k4分別為相應(yīng)水平所得萃取率的平均值，R為極差。由表2可以看出萃取壓力k3＞k4＞k2＞k1，溫度k3＞k2＞k4＞k1；CO2流量k4＞k2＞k3＞k1；粒徑k3＞k4＞k2＞k1；時(shí)間k4＞k3＞k2＞k1，因此，苦杏仁油的最佳萃取組合條件為壓力3溫度3流量4粒徑3時(shí)間4，即萃取壓力40Mpa、溫度50℃、流量24L/h、粒徑60目、時(shí)間4h。萃取壓力、溫度、時(shí)間、粒徑四因素的極差分別為7.43、3.27、6.07、15.46、15.29，表明粒徑對(duì)杏仁油萃取的影響最大；各因素對(duì)萃取率的影響主次為粒徑＞時(shí)間＞壓力＞流量＞溫度。
表2正交試驗(yàn)結(jié)果及直觀分析


2.2單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果正交實(shí)驗(yàn)是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，雖然正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，但該試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種不完全試驗(yàn)設(shè)計(jì)；另外，由于試驗(yàn)條件限制，正交試驗(yàn)中設(shè)置的水平不夠多，試驗(yàn)中出現(xiàn)的最佳因素組合并不一定是實(shí)際中的最佳條件。因此，對(duì)各因素進(jìn)行了單因素試驗(yàn)，以期選出超臨界CO2流體萃取杏仁油的最優(yōu)工藝。單因素試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表3。
單因素試驗(yàn)中由于設(shè)備所限，設(shè)備所能達(dá)到并穩(wěn)定的最大CO2流量為28L/h，最大壓力為45Mpa。單因素試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3～表8(出油率為三次試驗(yàn)均值)。
表3超臨界CO2萃取杏仁油單因素水平表

表4壓力單因素試驗(yàn)結(jié)果

表5溫度單因素試驗(yàn)結(jié)果

表6 CO2流量流量單因素試驗(yàn)結(jié)果

表7粒徑單因素試驗(yàn)結(jié)果

表8時(shí)間單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.3最優(yōu)工藝組合的確定2.3.1萃取壓力正交試驗(yàn)結(jié)果顯示萃取杏仁油的最佳壓力為35MPa，而單因素試驗(yàn)結(jié)果顯示最佳壓力為45Mpa。由表2可見(jiàn)當(dāng)萃取壓力在25Mpa～35MPa之間時(shí)，杏仁油出油率急劇增加，當(dāng)萃取壓力大于35MPa時(shí)，隨著壓力的增加出油率增加的趨勢(shì)較緩，考慮到高壓會(huì)增加設(shè)備投資和操作費(fèi)用，因而萃取工藝選擇最佳壓力為40MPa。
2.3.2萃取溫度由表2可以看出，萃取溫度低于45℃時(shí)，隨著溫度上升，出油率增加；高于45℃時(shí)，隨著溫度增加，出油率降低，因而最佳萃取溫度為45℃，但45℃的出油率僅比50℃時(shí)的出油率高1.16％，而正交試驗(yàn)中萃取溫度50℃時(shí)出油率比45℃時(shí)的出油率高2.25％，因而最佳工藝選擇萃取溫度50℃。
2.3.3 CO2流量單因素實(shí)驗(yàn)表明流量在12L/h～24L/h的范圍時(shí)，隨著流量的增加，萃取率增加，流量大于24L/h后萃取率開(kāi)始下降；在正交實(shí)驗(yàn)中，總的趨勢(shì)是隨著流量的增加，萃取率增加，其中流量在12L/h-20L/h時(shí)，萃取率變化很小，僅為1.93％，但在20L/h～24L/h，萃取率增加了4.49％，而正交試驗(yàn)中CO2流量為20L/h時(shí)的萃取量與24L/h僅相差0.33％，因而最佳工藝選擇CO2流量為24L/h。
2.3.4粒徑由

圖1可以看出，在20目到60目的粒徑分布區(qū)間，隨著顆粒粒徑的減小，萃取得率急劇增加，但當(dāng)粒徑小于60目后，隨著粒徑的減小，萃取率下降。單因素試驗(yàn)中最佳粒徑為80目，但僅比粒徑為60目的出油率高1.09％，考慮到減小粒徑會(huì)增加預(yù)處理成本，所以最佳工藝選擇粒徑為80目。
2.3.5時(shí)間一般而言，隨著萃取時(shí)間的增加，出油率也相應(yīng)增加，但當(dāng)95％的油被萃取，即可以認(rèn)為杏仁油幾乎萃取完全，這時(shí)隨著萃取時(shí)間的增加，出油量甚少，再繼續(xù)萃取就無(wú)意義了，由表2可見(jiàn)在萃取最初的2h，出油率隨著時(shí)間的增加急劇增加，2h以后，隨著萃取時(shí)間的增加，出油率增加較少。而單因素試驗(yàn)結(jié)果表明在30min～120min內(nèi)，出油率急劇增加，120min以后出油率增加很少，所以綜合考慮提高效率，節(jié)省能源，最佳工藝選擇萃取時(shí)間為2h。
3.驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)由正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)結(jié)果綜合考慮能耗與出油率，確定的最佳工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為萃取壓力35Mpa，萃取溫度50℃，CO2流量24L/h，粒徑60目，萃取時(shí)間2h。杏仁油的出油率為52.98％。該結(jié)果較已發(fā)表文章報(bào)道的出油率高。
4.結(jié)論4.1本研究采用超臨界流體萃取技術(shù)，以正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)影響超臨界CO2流體萃取杏仁油出油率的各因素進(jìn)行了研究，以出油率為衡量指標(biāo)，綜合考慮能耗及萃取效率，優(yōu)化出最佳萃取工藝條件，即萃取壓力35Mpa、萃取溫度50℃、CO2流量24L/h，粒徑60目，萃取時(shí)間2h。
4.2通過(guò)試驗(yàn)確定超臨界CO2萃取杏仁油的最佳條件，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在最佳工藝條件下杏仁油的出油率為52.98％。該結(jié)果為苦杏仁高效、無(wú)毒、綜合開(kāi)發(fā)利用提供了依據(jù)，為高附加值、高品質(zhì)的仁用杏油工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，為下一步苦杏仁精油提取及苦杏仁的綜合、高效、無(wú)毒利用奠定了基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種超臨界CO2萃取杏仁油工藝，采用超臨界萃取裝置提取，裝置包括CO2貯氣罐、凈化器、冷凍系統(tǒng)、高壓泵、萃取釜、分離釜工、分離釜II構(gòu)成的循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，將苦杏仁粉碎后過(guò)20目～100目篩，投入萃取罐中，當(dāng)分離釜工的溫度達(dá)到40℃，分離釜II的溫度達(dá)到26℃～28℃，萃取釜的溫度達(dá)到35℃～60℃時(shí)，打開(kāi)CO2貯氣罐，對(duì)萃取釜進(jìn)行加壓，當(dāng)萃取釜壓力達(dá)到20MPa～45MPa時(shí)，打開(kāi)控制分離釜I和分離釜II壓力的閥門(mén)，分別調(diào)整分離釜I的壓力為8MPa，分離釜II的壓力為5Mpa～6MPa，同時(shí)調(diào)節(jié)CO2流量為12L/h～28L/h，保持裝置的溫度和壓力，萃取1h～4h；然后每隔30min收集萃取物，稱重，計(jì)算萃取率，即得杏仁油。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的苦杏仁粉碎后過(guò)60目篩，萃取罐的萃取溫度為50℃，萃取壓力35Mpa，CO2貯氣罐流量為24L/h，萃取時(shí)間2h。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超臨界CO
文檔編號(hào)C11B1/00GK1850954SQ20061004285
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者趙忠, 馬玉花, 李科友, 馬希漢, 郭嬋娟, 姚增玉, 朱海蘭, 史清華 申請(qǐng)人:西北農(nóng)林科技大學(xué)