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超临界二氧化碳萃取沙葱籽油的方法
    一、技术领域

    本发明涉及超临界二氧化碳萃取沙葱籽油的方法，属于食品加工学领域，专用于提取沙葱籽油。

    二、背景技术

    沙葱为百合科(LiLiaceae)葱属(Allium)植物，学名蒙古韭(AlliumMongolicum Regel)，别名蒙古葱、山葱，是一种多年生鳞茎草本植物。分布于蒙古国南部、俄罗斯和哈萨克斯坦以及我国西北的内蒙古、甘肃、新疆等地。《本草纲目》对沙葱的药用功效记载：味同葱，辛，微温，无毒。主治：狐尿刺毒，山溪中沙虱、射工等毒、除瘴气恶毒；煮汁浸，或捣缚，大效。兼小蒜、荣萸，不独用，主治泄精。久食，强志益胆气。沙葱地上部分入蒙药，能开胃、消食、杀虫，有“菜中灵芝”的美称，食之能治赤白痢、肠炎、腹泻、胸痹诸疾。常吃能增强儿童智力、提高免疫功能，能有效地预防老年性痴呆症的发生，还能抑制和逆转癌细胞的异常增殖，有助于健康长寿。据《神农本草经》记载，沙葱籽药用功效与大葱籽相近，其味辛，温，归肺、肝、胃经，列为中品，具有补中益精，明目散风的功效，用于肾虚目眩，风寒感冒。沙葱籽中含有油酸、亚油酸、花生酸、棕榈酸和亚麻酸等有益脂肪酸，以及维生素C和β-谷甾醇等活性成分。

    近年来，对于沙葱药物活性成分的研究主要集中在挥发油的提取、分离和分析方面，对种子的研究较少。目前，从植物种子中提取油脂的方法有溶剂回流提取法、冷浸法、热榨法、超临界二氧化碳流体萃取法、超声波萃取法、微波萃取法等。但从提取效率、产物纯度、溶剂残留问题等角度综合考虑，超临界二氧化碳流体萃取技术具有操作方便、能耗低、提取效率高、产品纯度高等优点，作为一种比较理想的提取方法，具有十分广阔的发展前景。响应曲面法(RSM，Response surface methodology)(见参考文献：Siti Machmudah，Yukari Kawahito，Mitsuru Sasaki，Motonobu Goto.Supercritical CO₂ extraction of rosehip seedoil：Fatty acids composition and process optimization.J.of Supercritical Fluids.41：2007，421-428.)是统计设计实验技术的合成，它包括实验设计、建模、检验模型合适性、因子效应的评估、考察以及寻求因子最佳操作条件，近年来响应面方法已成功地应用于生物技术的许多方面。

    三、发明内容

    技术问题本发明旨在提供一种超临界二氧化碳萃取沙葱籽油的方法，以解决传统方法提取植物油脂存在的有机溶剂残留、产品纯度低、感官质量差、萃取得率低等问题。

    技术方案本发明的实施方案如下：

    1.超临界二氧化碳萃取沙葱籽油的方法，包括：

    (1)原料：成熟的野生沙葱种子，过粗筛去除尘土和杂质，清水漂洗，材料净度≥99％；

    (2)干燥：将沙葱籽自然晾干或置于电热恒温鼓风干燥箱40℃烘干，含水量小于6％即可；

    (3)粉碎：将烘干的沙葱籽粉碎并过筛备用，粒度为20～40目；

    (4)超临界二氧化碳萃取：将上述粉碎后的沙葱籽置于超临界二氧化碳萃取釜中，调节萃取压力25～35Mpa，萃取温度40～50℃，萃取时间40～120min，二氧化碳流量40Kg/h，分离I压力8～10MPa，温度45℃，分离II压力5～7MPa，温度35℃。用三角瓶在分离釜出口处收集纯净的沙葱籽油。沙葱籽油萃取得率(％)＝油脂萃取量(g)/装料量(g)×100％。

    利用Design Expert(Static Made Easy，Minneapolis，MN，USA.version 7.1.1，2006)软件对沙葱籽油的提取方法实验数据进行回归分析，得出的二次多元回归模型：Y＝14.645+0.55324x₁+0.39503x₂+0.71336x₃+0.19320x₁x₂-0.30193x₁x₃+0.3589x₂x₃-0.62431x₁²-0.77284x₂²-0.42996x₃²。模型中x₁：为压力自变量的编码值、x₂：为温度自变量的编码值、x₃：为时间自变量的编码值(x_i＝(X_i-X₀)/ΔX对自变量进行编码，其中x_i为自变量的编码值，X_i为自变量的真实值，X₀为实验中心点处自变量的真实值，ΔX为自变量的变化步长)，Y为沙葱籽油得率。该模型能够预测出超临界二氧化碳萃取沙葱籽油得率，并通过该二次多元回归模型优化提取沙葱籽油的工艺。其超临界二氧化碳萃取过程中最佳参数优化为萃取压力31.50MPa，萃取温度46.00℃，萃取时间101.60min。

    有益效果本发明利用超临界二氧化碳萃取技术提取沙葱籽植物油，并应用DesignExpert软件中的响应曲面法(RSM)进行工艺优化，建立超临界二氧化碳萃取沙葱籽油的工艺模型，为该技术的工业应用提供必要参数。与一般油脂提取方法相比，此发明具有如下优点：

    1.本发明方法简单，可操作性强，对萃取过程中主要的工艺参数进行优化，在一定程度上缩短了提取时间，提高了萃取效率和油脂得率，最大萃取得率为15.096％。

    2.本发明利用超临界二氧化碳萃取技术提取沙葱籽油，解决了有机溶剂残留、萃取选择性差、产品纯度低和环境污染等问题，所得产品呈黄色澄清油状物，具有沙葱籽油特殊的风味；纯度在99％以上。

    3.本方法优化得到的最佳工艺条件较为温和，易于操作，重复性强，在实现沙葱籽油最大萃取得率的同时，也保证了产品中活性成分的稳定。

    4.本发明提供的沙葱籽油超临界二氧化碳萃取方法，可直接应用于沙葱籽的工业提取，为其在食品化工等领域的进一步开发利用提供便利条件。

    四、附图说明

    沙葱籽油萃取得率(％)＝油脂萃取量(g)/装料量(g)×100％。A：压力；B：温度；C：时间。

    图1为压力与温度对沙葱籽油萃取得率影响的响应面3D及相应等高线图。

    时间值固定为C：80min，A：压力，B：温度。

    图2为压力与时间对沙葱籽油萃取得率影响的响应面3D及相应等高线图。

    温度值固定为B：45℃，A：压力，C：时间。

    图3为温度与时间对沙葱籽油萃取得率影响的响应面3D及相应等高线图。

    压力值固定为A：30MPa，B：温度，C：时间。

    五、具体实施方式

    采用统计软件Design Expert中的响应曲面法(RSM)Box-Behnken模型(见参考文献：Box GEP.Multifactor designs of first order.Biometrika 1952；39：49-57.和Box GEP，Behnken DW.Some new three level design for the study of quantitative variables.Technometrics 1960；2：455-75.)进行实验设计与数据分析。选择压力、温度、时间作为响应面实验的自变量，沙葱籽油萃取得率作为因变量。每个自变量分别设定三个参数水平：压力25MPa、30MPa、35MPa，温度40℃、45℃、50℃，时间为40min、80min、120min，并将三个水平分别以代码-1、0、1表示。

    根据Box-Behnken模型设计的实验组数，进行17组响应面随机实验。对实验结果进行二次多元回归拟合，获得编码因变量(沙葱籽油得率Y)对编码自变量(萃取压力x₁、温度x₂、时间x₃)的二次多项回归方程：

    Y＝14.645+0.55324x₁+0.39503x₂+0.71336x₃+0.19320x₁x₂-0.30193x₁x₃+0.35890x₂x₃-0.62431x₁²-0.77284x₂²-0.42996x₃²

    对上述回归模型进行方差分析，结果表明该模型具有极显著性(P＜0.001)，模型的调整确定系数(Adj R-Squared)Adj R²＝0.9744，说明该模型能够解释97.44％的响应值变化。因此，该模型拟合程度良好，试验误差小，该模型是合适的，可以用此模型对超临界二氧化碳萃取沙葱籽油得率进行分析和预测。对模型进行回归方程系数显著性检验，得到模型一次项x₁、x₃和二次项x₁²、x₂²(p＜0.0001)极显著，一次项x₂、交互项x₁x₂、x₁x₃、x₂x₃和二次项x₃²差异显著，表明压力、温度、时间因素，以及压力与温度、压力与时间、温度与时间的交互作用对得率有显著影响，如图1，2，3所示。由回归模型优化，得到最佳萃取工艺参数为萃取压力31.50MPa，萃取温度46.00℃，萃取时间101.60min，预测沙葱籽油最大得率为15.067％。

    实施例

    超临界二氧化碳萃取沙葱籽油方法如下：

    (1)原料：成熟的野生沙葱种子，材料净度≥99％；

    (2)干燥：将沙葱籽自然晾干或置于电热恒温鼓风干燥箱40℃下烘干，含水量小于6％；

    (3)粉碎：将烘干的沙葱籽粉碎并过筛备用，粒度为20～40目；

    (4)超临界二氧化碳萃取：将上述粉碎后的沙葱籽置于超临界二氧化碳萃取装置(HA121-50-01型超临界萃取装置，江苏南通华安超临界萃取有限公司生产)的萃取釜中，设定最佳工艺参数：萃取压力31.50MPa，萃取温度46.00℃，萃取时间101.60min，CO₂流量40Kg/h，分离I压力8～10MPa，温度45℃，分离II压力5～7MPa，温度35℃。用三角瓶在分离釜出口处收集到纯净的沙葱籽油。

    所得沙葱籽油呈黄色、澄清的油状物，纯度99％以上；最大萃取得率预测值为15.067％，实测值为14.93％～15.12％，与预测值相符。

    上述实例所述超临界二氧化碳萃取沙葱籽油的方法中，通过统计软件Design Expert中的响应曲面法(RSM)Box-Behnken模型得到的各项参数可有效进行超临界二氧化碳萃取沙葱籽油，大大提高萃取效率，生产上可用于对沙葱籽油的提取。本发明前处理要求的设备和技术也比较简单，具有很好的市场前景。