CO2超临界法提取玉米胚芽油的研究

《食品工业科技》 Science and Technology of Food Industry 1998．No．4 O2超临界法提取玉米胚芽油的研究 ． l一|3 侯文腾程闰达 (烟台开发区康达食品技术咨询中心，烟台 264006) 厂7摘 要 阐述了CO。超临界法提取玉米胚芽油的工艺流程，玉米胚芽的初加工，超临界 CO。液体的制备，CO。超临界法提取玉米胚芽油的设备，COz超临界法与工业己烷浸出法的比较 及应注意的问题等。并指出，CO。超临界法提取玉米胚芽油和其他植物油技术 ，必将取代工业 己 烷。 关键词 CO。 超临界 取 玉米胚芽油 工艺 设备 ＼ 关键词 。 超临界 提取 玉米胚芽油 工艺 设备 斗 ＼ 1 前言 ： 玉米籽粒的脂肪含量， 占其总重童的 3．1 ～ 4．2 ，其中 83 存 在于占玉米总重量 8 ～ 10 的玉米胚芽中。所以，玉米油脂主要从玉米胚 芽中制取 ，故称玉米胚芽油。玉米胚芽油的主要成 分是不饱和脂肪酸，有预防高血脂、高血压、脑血栓 的作用。 目前，国外发达国家普遍以工业己烷作溶剂 ， 浸出法制取玉米胚芽油等植物油脂。中国等发展中 国家，除部分使用工业己烷浸出法制取玉米胚芽油 等之外，一些小型企业仍然采用机榨法。机榨法有 8 0A～10 的油脂残存在玉米胚芽粕里，出油率较 低。工业已烷浸出法制取玉米胚芽油的优点是出油 率高，玉米胚芽粕的残存油量一般不超过总含油量 的 1．5 ，缺点是工业己烷闪点低 ，易燃易爆，浸出 工艺比较复杂，玉米胚芽油中会残存少量对人体有 一 定毒性的工业 已烷。工业 己烷对人体的毒副作 用，因其在玉米胚芽油和其他植物油中含量甚微而 被人们忽视了。但是，经过几十年乃至几代人的长 期积累，工业己烷对人体的毒副作用可能会变得非 常可怕。因此，寻找一种对人体无毒无害的安全的 溶剂与工艺，提取玉米胚芽油和其他植物油，乃是 当今世界亟待解决的课题 。根据国外对 CO。超临 界特性的研究，证实超临界 CO。流体，是一种安全 的油脂溶剂。其化学性质稳定，不存在易燃易爆问 题，对人体也没有毒副作用。 2 CO2超临界法提取玉米胚芽油的工艺流程 玉米胚芽油的制取 ，需首先用清理设备、水汽 调解设备、细胞分离设备、剥皮破碎设备等，将玉米 胚芽从玉米籽粒中分选出来。然后再以玉米胚芽为原 料，经下述工艺，用CO。超临界法提取玉米胚芽油： 玉米胚芽—一破碎—一软化—一轧坯—一干燥—一 液态C0。—-冷却—-压缩—C0z气体 0 十 — +革取—+过滤—+减压—+油气分离—，粗滤—， 一 压滤一 玉米胚 芽油 3 玉米胚芽的初加工 根据实验，C0。超临界法提取玉米胚芽油，必 须首先将玉米胚芽经破碎、软化、轧坯、干燥等工 序，制成干片。玉米胚芽的破碎，用槽辊式破碎机为 宜；胚料颗粒过大，萃取效率低，颗粒过小，粉末度 高，会影响CO。液体在料层内的渗透，降低萃取效 率，玉米胚芽经破碎后，通过 20目筛孔的粉末不应 超过 10 。玉米胚芽的软化用卧式蒸汽绞龙进行； 经过软化过程，对玉米胚芽进行调温调湿，使其具 有可塑性 ，便于用轧辊轧成薄片，同时不致粘辊 ，减 少粉末度，软化时，蒸汽温度不能过高，一般控制在 50～60"C，软化后，玉米胚芽的含水量在 10 左 右。我们使用对辊并列式轧坯机进行轧坯；轧得的 坯料厚度在 0．3～0．4ram之间，通过轧坯 ，增大玉 米胚芽颗粒的表面积，破坏坯芽细胞，提高萃取效 率，坯料过厚，不利萃取，过薄，增加粉末度。玉米胚 芽经轧坯后，还需进行干燥处理。采用沸腾干燥方 式，干热空气从下向上吹动玉米胚芽，玉米胚芽在 行进 中失去水分，使玉米胚芽干片的含水量小于 2 0A。含水量过高，会影响 CO。超临界萃取效果，且 生成碳酸过多，侵蚀设备。 4 超临界CO2液体的制备 CO2气体与 COz液体的临界温度为 31．1℃， ·】1· 维普资讯 http://www.cqvip.com 临界压力为 7．31MPa。欲将 CO。气体完全变成液 体，须使 CO。达到超 临界状态。即温度低于 31．1℃，压力高于 7．31MPa。 制备超临界 CO。液体的主要设备 ，由气体压 缩机组、冷凝塔、分离器和贮液罐组成。我们试验用 的压缩机组 ，每分钟吸进气体体积为 17m。，排气压 力为 7．5MPa。高压高温CO。气体经冷凝塔冷却至 30~C，变成超临界 COz液体。 CO。气体在常压下，重度 r一1．976kg／m。。在 临界状态下，密度 p一460kg／m。。则每分钟进气重 量： g一 17r= 17X 1．976=33．592kg 每分钟进气量 g在超临界态冷凝成液体的体 积为： Vmin----g／p=33．592／460=0．073m。 每小时制取 COz液体的体积为： V一 60Vmin= 60X0．073—4．38m。 每小时压缩 CO。气体的总重量为 ： G= 60g一 60X 33．592= 2015．52kg 5 CO2超临界法提取玉米胚芽油的设备 我们试验用的COz超临界法提取玉米胚芽油 的主要装置是提取塔。提 取塔主体为公称直径 Dgl50mm的厚壁热轧无缝钢管，上下两端法兰用 透镜垫分别与上下封头连接。上透镜垫打若干直径 为 lmm的小孔，起过滤作用。上封头内装满不锈钢 丝绒，做过滤器 ，防止坯料进入油管 。上封头外装有 压力表和温度表。提取塔底侧有 CO。液体进口，顶 侧有玉米胚芽干片进 口。超临界 CO。与玉米胚芽 油混合液体经提取塔顶端两道节流阀减压后 ，进入 油气分离器。提取塔下端装有卸料阀。玉米胚芽粕 与少量游离玉米胚芽油经卸料阀门放入滤油槽。 油气分离器内，上部有三道伞形旋流板，用 以 分离玉米胚芽油和 CO。气体。CO。气体通过旋流 板的长孔 ，从分离器顶部放出，经过净化进入气体 压缩机，再次压缩到超临界状态，循环使用。玉米胚 芽油从油气分离器下端流出，进入滤油器粗滤，再 经压滤后泵入贮油罐。 我们试验用的 CO。超临界提取塔高 4m，有效 容积7O l，单位时间内盛装玉米胚芽 30kg。每小时 处理玉米胚芽 170kg，日处理量为 4t。CO。液体 由 下向上运动，每小时用量300 l。根据气体压缩机组 的吸气量，以及每小时制取 CO。液体体积计算，每 分钟吸气量 17m。的气体压缩机组，正好与 14个公 称直径 Dgl50mm、高 4m的 CO。超临界提取塔相 ·】2· 匹配。日处理玉米胚芽能力为 56t，出玉米胚芽油 16t左右。 6 CO2超临界法与工业己烷浸出法的比较 与工业己烷浸出法相比，CO 超临界法提取玉 米胚芽油，有投资少、生产费用低、节省能源、无燃 烧危险、对人体无毒无害等特点。 工业己烷浸出法生产玉米胚芽油等植物油脂， 一 般要有预处理车间、浸出车间、精炼车间。玉米胚 芽油经工业己烷浸出后，得到的是溶质与溶剂的混 合油，须经过滤、盐析、除杂、蒸发和蒸馏去除工业 己烷，得到毛油。工业己烷蒸气经冷凝回收，分离去 水，循环使用。玉米胚芽浸出后的湿粕一般含 25 ～3O 的溶剂，为了减少损耗，降低生产成本，避免 湿粕中溶剂挥发，引起燃烧、爆炸等危险，对湿粕要 进行脱溶处理。所以，用工业己烷提取玉米胚芽油 等植物油脂，除易燃易爆、有毒有害之外，工艺比较 复杂，需要的设备也较多。一套 日处理 50t玉米胚 芽的小型浸出油设备，约需投资 300万元人民币。 一 套 日处理 100t玉米胚芽的浸出油设备 ，需投资 近 400万元人民币。 CO。超临界法生产玉米胚芽油，工艺与设备要 简单得多。CO。超临界流体在临界压力以下、临界 温度以上，很容易由液相变成气相，极易与玉米胚 芽油分离。不象工业己烷浸出法那样，需要很多蒸 发蒸馏设备，消耗大量能源。湿粕也无需进行闪蒸 脱溶处理 ，既节省能源，玉米蛋白质又不致发生热 变性。为了回收利用COz，只需一个CO。捕集器即 可。所以与工业己烷浸出法相比，投资可大大减少。 同样是 日处理 50t玉米胚芽的 CO。超临界法提取 设备 ，投资仅需 240万元左右。日处理量 100t玉米 胚芽的 COz超临界提取设备，投资不到 39．0万元 人民币。 能源消耗方面，同样 5O～100t的处理能力， COz超临界法的总用电量与工业己烷浸出法相比， 基本相当。但是前者仅需要一台每小时 0．5t蒸发 量的蒸汽锅炉，而后者则要配置 4～6t的蒸汽锅 炉，消耗大量的煤炭资源。 生产费用方面，仅溶剂一项，CO。超临界法比 工业己烷法既节省资金，又减少消耗。如 日处理 5O ～100t玉米胚芽的设备，CO。超临界法仅需 3～5t 液态 COz，所需资金不足 2万元人民币。生产中，每 吨玉米胚芽消耗的COz不到 lkg。后者却需使用 6O～120t工业己烷，合人民币 20~40万元 。加工每 吨玉米胚芽要消耗 5kg工业 己烷 。 维普资讯 http://www.cqvip.com ‘食品工业科技》 Science and Technology of Food Industry 1998．No．4 wall material of micro—capsulation were added．After homogeneized at 25MPa，micro—capsulation of Spirulina was obtained by spray drying．Compared with Spirulina powder，its flavour and sta— bility were significantly improved． Key words Spirulina}micro—capsulation；homogeneization 1 前富 螺旋藻是营养成分全面均衡的优质食品基料， 它含有丰富的优质蛋白质和大量维生素、不饱和脂 肪酸以及多种矿物元素 ，具有极高的营养价值口]。 多项研究证实，螺旋藻还含有多种生理活性成分， 具有重要的保健功能，因而广泛地用于生产保健食 品、医药产品和优质饲料添加剂等 。尽管如此， 由于螺旋藻具有特殊的藻腥味，因而由螺旋藻直接 制成的保健食品和医药产品等难以被所有的消费 者接受，使用受到一定的限制}另外，与小球藻相 比，虽然螺旋藻消化吸收性能较好 ，但其细胞壁的 特殊结构仍对人体充分消化有一定的影响，在一定 程度上降低了螺旋藻的营养价值。除此之外，通常 所见的螺旋藻粉原料还有水溶性差、使用不方便、 在贮存过程中容易吸潮和变质的特点。因此，很有 必要寻找一种行之有效的方法 ，对螺旋藻进行适当 处理以提高其使用价值。 微胶囊技术是利用天然或合成的高分子物质 将固体、液体和气体等微小核心物质包埋在半透性 或密闭性微胶囊内的操作，已被广泛地用于医学、 日用化工和生物学等领域[6“]。微胶囊技术用于食 品工业已有数十年的历史，它的主要特点是能够保 护被包埋的食品成分，使之与外界环境隔绝 ，防止 其产生不利的品质变化，从而有效地保持食品原有 的色、香、味、营养成分和某些生物活性物质，对一 些有不愉快气味的食品成分也具有良好的掩蔽作 用。除此之外，对一些不易贮存或加工贮存有困难 的物料，通过微胶囊技术可以转变为稳定的固体形 CO。超临界法提取玉米胚芽油与工业 己烷浸 出法，在得率方面，前者比后者低约2％。但是，CO。 超临界法制得的玉米胚芽油颜色浅，透 明度好 ，不 象工业己烷浸出法那样，要对毛油进行脱胶、脱色 处理。因而实际产量并不低。 7 应注意的问曩 CO。超临界法提取玉米胚芽油技术，固然较工 业已烷浸出法先进。然而，在试验中，发现两个问题 必须引起高度重视：一是高压操作的安全问题}二 是 CO。溶于水生成碳酸，侵蚀提取塔和其他设备 带来的潜在危险。根据我国国情，目前还不能使用 耐酸的不锈钢制造所有设备。为了安全，我们采取 的对策，第一是严格操作，每次试制都必须做压力 试验，不得有半点疏漏}第二是严格控制玉米胚芽 干片的水分含量，尽量减少碳酸的生成量}第三是 试制完成后，用干热空气清洗全部设备。 我们深信，不久的将来 ，CO 超临界法提取玉 米胚芽油和其他植物油的技术，将会更加成熟，必 将得到迅速推广和应用，终将取代工业己烷，完成 一 次油脂工业的技术革命。 ·13· 维普资讯 http://www.cqvip.com