超临界二氧化碳流体萃取植物油实验

实验三超临界二氧化碳流体萃取植物油实验

一、实验目的

使学生了解超临界二氧化碳流体萃取植物油的基本原理和超临界二氧化碳流体萃取装置的操作技术。

二、实验原理

超临界萃取技术是现代化工分离中出现的最新学科，是目前国际上兴起的一种先进的分离工艺。所谓超临界流体是指热力学状态处于临界点CP(Pc、Tc)之上的流体，临界点是气、液界面刚刚消失的状态点，超临界流体具有十分独特的物理化学性质，它的密度接近于液体，粘度接近于气体，而扩散系数大、粘度小、介电常数大等特点，使其分离效果较好，是很好的溶剂。超临界萃取即高压下、合适温度下在萃取缸中溶剂与被萃取物接触，溶质扩散到溶剂中，再在分离器中改变操作条件，使溶解物质析出以达到分离目的。

超临界装置由于选择了C02介质作为超临界萃取剂，使其具有以下特点：

1、操作范围广，便于调节。

2、选择性好，可通过控制压力和温度，有针对性地萃取所需成份。

3、操作温度低，在接近室温条件下进行萃驭，这对于热敏性成份尤其适宜，萃取过程中排除了遇氧氧化和见光反应的可能性，萃取物能够保持其自然风味。

4、从萃取到分离一步完成，萃取后的C02不残留在萃取物上。

5、CO2无毒、无味、不然、价廉易得，且可循环使用。

6、萃取速度快。

近几年来，超临界萃取技术的国内外得到迅猛发展，先后在啤酒花、香料、中草药、油脂、石油化工、食品保健等领域实现工业化。

三、仪器、设备及试剂、材料

1、仪器

1）超临界二氧化碳流体萃取装置；2）天平；3）水浴锅；4）筛子；5）烘箱6）粉碎机；7）索氏提取器

2、试剂

二氧化碳气体（纯度≥99.9%）、山核桃仁、松子、亚麻籽、正己烷、无水乙醇（分析纯）、氯仿（分析纯）、硼酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、石油醚（分析纯）、

丁基羟基茴香醚、没食子酸丙酯、生育酚、油酸、亚油酸、亚麻酸、硫酸钾、乙酸乙脂、氢氧化钾、β-环糊精、亚硝酸钠、钼酸铵、氨水、无水乙醚。

3、材料

一次性塑料口杯、封口膜

四、实验步骤

1、原料预处理

取700克核桃仁（松籽、葵花籽）用多功能粉碎机破碎成4-10瓣，利用木辊将预备好颗粒状料轧成薄片（0.5-1mm厚）。在105℃下分别加热0、20、30、40min，将其粉碎，过20目筛。

2、萃取

取过20目筛后600克核桃仁（松子、南瓜籽）进人萃取釜E，C02由高压泵H加压至30MPa，经过换热器R加温至35℃左右，使其成为既具有气体的扩散性而又有液体密度的超临界流体，该流体通过萃取釜萃取出植物油料后，进人第一级分离柱S，经减压至4-6MPa左右，升温至45℃，由于压力降低，C02流体密度减小，溶解能力降低，植物油便被分离出来。 C02流体在第二级分离釜S2进一步经减压，植物油料中的水分，游离脂肪酸便全部析出，纯C02由冷凝器K冷凝，经储罐M后，再由高压泵加压，如此循环使用。见图1。

五、实验结果

1、测定原料的脂肪、水分含量

2、每隔30分钟从分离器中取出萃取物，并称重

3、测定萃取后残渣的脂肪含量

4、计算

出油率=萃取物重量/原料重量

脂肪萃取率=（原料中的脂肪重量-萃取后残渣的脂肪重量）/原料中的脂肪重量

5、测定超临界二氧化碳流体萃取植物油的理化指标

（1）米糠油相对密度（d420）

（2）折射率（20℃）

（3）酸价（mgKOH/g）

（4）色泽

六、思考题

1、超临界流体概念。

2、超临界流体的特性？

3、食品加工中采用超临界流体技术，为什么选择二氧化碳？

4、分离室的操作参数根据什么确定？

附录 1、索氏提取法测定脂类

1）原理

将经前处理而分散且干燥的样品用无水乙醚或石油醚等溶剂回流提取，使样品中的脂肪进入溶剂中，回收溶剂后所得到的残留物，即为脂肪(或粗脂肪)。

一般食品用有机溶剂浸提，挥干有机溶剂后称得的重量主要是游离脂肪，此外，还含有磷脂、色素、树脂、蜡状物、挥发油、糖脂等物质，所以用索氏提取法测得的脂肪，也称粗脂肪。

2）适用范围与特点

此法适用于脂类含量较高，结合态的脂类含量较少，能烘干磨细，不易吸湿结块的样品的测定。

食品中的游离脂肪一般都能直接被乙醚、石油醚等有机溶剂抽提，而结合态脂肪不能直接被乙醚、石油醚提取，需在一定条件下进行水解等处理；使之转变为游离脂肪后方能提取，故索氏提取法测得的只是游离态脂肪，而结合态脂肪测不出来。

此法是经典方法，对大多数样品结果比较可靠，但费时间，溶剂用量大，且需专门的索氏抽提器。

2）索氏抽提器，如图7-1。

4）试剂

①无水乙醚或石油醚②海砂(同水分测定)

5）测定方法

（1）样品处理

①固体样品：精密称取干燥并研细的样品2～5g(可取测定水分后的样品)，必要时拌以海砂，无损地移入滤纸筒内。

②半固体或液体样品，称取5．0～10．0g于蒸发皿中，加入海砂约20g，于沸水浴上蒸干后，再于95～105℃。烘干、研细，全部移入滤纸筒内，蒸发皿及粘附有样品的玻璃棒都用沾有乙醚的脱脂棉擦净，将棉花一同放进滤纸筒内。

(2)抽提

将滤纸筒放入索氏抽提器内，连接已干燥至恒重的脂肪接受瓶，由冷凝管上端加入无水乙醚或石油醚，加量为接受瓶的2／3体积，于水浴上(夏天65℃，冬天80℃左右)加热使乙醚或石油醚不断的回流提取，一般视含油量高低提取6-12小时，至抽提完全为止。

取下接受瓶，回收乙醚或石油醚，待接受瓶内乙醚剩1

小时，取出放干燥器内冷却30分钟，称重，并重复操作至恒重。

接受瓶和脂肪的质量，g

；

如为测定水分后的样品，以测定水分前的质量计

化，在烘干时也有引起爆炸的危险。

④过氧化物的检查方法：取6m1乙醚，加2m110％碘化钾溶液，用力振摇，放置1分钟后，若出现黄色，则证明有过氧化物存在。应另选乙醚或处理后再用。

⑤提取时水浴温度不可过高，以每分钟从冷凝管滴下80滴左右，每小时回流6～12次为宜，提取过程应注意防火；

⑥在抽提时，冷凝管上端最好连接一个氯化钙干燥管，这样，可防止空气中水分进入，也可避免乙醚挥发在空气中，如无此装置可塞一团干燥的脱脂棉球。

⑦抽提是否完全，可凭经验，也可用滤纸或毛玻璃检查，由抽提管下口滴下的乙醚滴在滤纸或毛玻璃上，挥发后不留下油迹表明已抽提完全，若留下油迹说明抽提不完全。

⑧在挥发乙醚或石油醚时，切忌用直接火加热，应该用电热套，电水浴等。烘前应驱除全部残余的乙醚，因乙醚稍有残留，放入烘箱时，有发生爆炸的危险。

⑨反复加热会因脂类氧化而增重。重量增加时，以增重前的重量作为恒重。

2、直接干燥法测定水分

1）原理

基于食品中的水分受热以后，产生的蒸汽压高于空气在电热干燥箱中的分压，使食品中的水分蒸发出来，同时，由于不断的加热和排走水蒸汽，而达到完全干燥的目的，食品干燥的速度取决于这个压差的大小。

2）适用范围

本法以样品在蒸发前后的失重来计算水分含量，故适用于在95～105℃范围内不含或含其他挥发性成分极微且对热稳定的各种食品。

3）样品的制备、测定及结果计算

样品的制备方法常以食品种类及存在状态的不同而异，一般情况下，食品以固态(如面包、饼干、乳粉等)、液态(如牛乳、果汁等)和浓稠态(如炼乳、糖浆、果酱等)存在。现将样品制备与测定方法等分述如下：

①固态样品：

固态样品必须磨碎，全部经过20～40目筛，混匀。在磨碎过程中，要防止样品中水分含量变化。一般水分含量在14%以下时称为安全水分，即在实验室条件下进行粉碎过筛等处理，水分含量一般不会发生变化。但要求动作迅速。制备好的样品存于干燥洁净的磨口瓶中备用。

测定时，精确称取上述样品2一10g(视样品性质和水分含量而定)，置于已干燥、冷却并称至恒重的有盖称量瓶中，移入95～105℃常压烘箱中，开盖烘2～4小时后取出，加盖置干燥器内冷却0.5小时后称重。再烘1小时左右，又冷却0.5小时后称重。重复此操作，直至前后两次质量差不超过2mg即算恒重。测定结果按下式计算：

20

20d -----油温、水温均为20℃时油脂的相对密度

换算为水温为4时的相对密度，试样和水温都需换算时的公式同（3-3）和式（3-4）。不同温度时水的相对密度见表3-2。

4、油脂折射率测定

1） 试剂

乙醚、乙醇（分析纯）

2） 测定

校正仪器 用纯水

经校正后的仪器，用乙醚将上下棱镜揩净后，用圆头玻璃棒取经混匀、过滤的试样两滴，滴在下棱镜上(玻璃棒不要触及镜面)，转动上棱镜，关紧两块棱镜。待试样温度稳定后(约经3min)，转动阿米西棱镜手轮和棱镜转动手轮，使视野分成清晰可见的明暗两部分，其分界线恰好在十字交叉点上，记下标尺读数和温度。

3）结果计算

标尺读数即为测定温度条件下的折射率。如测定温度不在 20℃时，应按式(3—6)将其换算为20℃时的折射率。

)(.'2000038020

-?+=t n n 式中 n20---- 20℃时的折射率；

n ’------油温在t ℃时测得的折射率；

多少，同时还与油脂浸提工艺有关：浸出法生产的油脂中，脂溶性色素多，油脂色泽较深；而压榨法生产的油脂含色素少，色泽较浅。此外，如油料在保管期间发热、发霉，则会使油料中的蛋白质及糖类等有机物部分分解，产生各种带有颜色的物质，进而使产品的色泽发生改变。

我国植物油国家标准中对不同种类、等级的植物油色泽是以罗维朋比色计进行测定，并制定了相应的指标。此外，植物油色泽鉴定还可以采用重铬酸钾法。

1）罗维朋比色计法

（1）方法(GB／T 5525—85)原理

通过调节黄、红色的标准颜色色阶玻璃片与油样的色泽进行比色，比至二者色泽相当时，分别读取黄、红色玻璃片上的数字作为罗维朋色值即油脂的色泽值。

（2）仪器：罗维朋比色计

罗维朋比色计主要由比色槽，比色槽托架，碳酸镁反光镜，乳白灯泡，观察管以及红、黄、蓝及灰色的标准颜色色阶玻璃片等部件组成(如图3—3所示)。

比色槽有两种规格，厚度为25.4mm比色槽用于普通植物油色泽测定，厚度为133.4mm 的比色槽用于色拉油、高级烹调油等浅色油的测定。

标准颜色玻璃片有红色、黄色、蓝色及灰色等四种。红色玻璃片号码由0～70组成，分为三组，一组为0.l一0.9，二组为1～9，三组为10～70；黄色玻璃片号码也由0～70组成，同样分为三组；蓝色玻璃片号码由0.1—40组成，分为三组；灰色玻璃片号码由 0.1—3组成，分为两组。标准颜色玻璃片中常用的是红、黄两种，而蓝色玻璃片仅作为调配青色用(油色为青绿色时)，灰色玻璃片用作调配亮度。红、黄两色玻璃片的选用原则是先根据质量标准固定规定号码的黄色玻璃片，然后用不同号码的红色玻璃片配色、调整，直至其颜色与油样色泽一致。

（3）操作方法

首先放平仪器，从配件盒中拿出观察管并将其插入仪器中(必须确保观察反射镜正对仪器)，将两个碳酸镁反光镜片分别放人仪器的两个孔上，接通电源，交替按下“ON／OFF”按钮，检查光源是否完好。取澄清(或经过滤)的试样注人比色槽中(比色槽的选用规则如前所述)，样品量应达到距离比色槽上口约5mm处，再将比色槽置于比色槽托架上并按下托架上固定比色槽位置的保持夹，然后将比色槽托架置于比色计中。

按质量标准固定黄色玻璃片色值，按下ON／OFF按钮，打开光源，移动红色玻璃片调色，直至玻璃片颜色与样品完全相同为止。如果油样有青绿色，则须配人蓝

色玻璃片，这时移动红色玻璃片，使配人蓝色玻璃片的号码达到最小值为止。记取与黄、红(或者黄、红、蓝)色玻璃片相对应的各自总色值，即为被测油样的色值。结果注明不深于黄多少号和红多少号，同时标明所用比色槽的厚度。

（4）注意事项

①用作光源的两只乳白灯泡，在达到使用寿命后，应予更换，以保证光源准确的光强度。

②碳酸镁反光镜片表面如有变色，可用小刀仔细地将变色层刮去，但应保证反光面平整。

③试验结果允许差不超过0.2，以试验结果较高的色值作为测定结果。