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番茄酱渣料的综合利用工艺研究

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  □ 解谦 杨阳 刘利萍 师小勇 李宝园(通信作者) 山西大同大学生命科学学院

  □ 刘利萍 山西大同大学化工学院

  摘要:该研究采用超临界CO2流体萃取手艺别离提取出番茄红素和番茄籽油,从而确定这两种提取产品最合理的工艺前提。最终,当萃取压力为25Mpa,温度为40℃,二氧化碳(CO2)流量在20kg/h,萃取2个小时就可以或许将番茄中90%以上的番茄红素提取出来;在萃取压力为35Mpa,温度为40℃,CO2流速为20kg/h,萃取时间选择1h的环境下,能够获得85%以上的番茄籽油。

  环节词:超临界CO2流体萃取 番茄红素 番茄籽油

  在番茄酱出产的精制工段,破裂获得的番茄浆汁通过精制机将此中的皮籽分手排出,凡是环境下皮籽的出率为原料的3%摆布。目前,出产番茄酱时分手出的皮籽往往被低价间接出售给农人作为牲畜饲料,而没有及时清运的皮籽将严峻影响加工场的排水和卫生。可是,番茄皮籽中含有较丰硕的卵白质、脂肪、粗纤维以及番茄红素,经加工操纵后能够发生更多的经济价值,国表里相关科研机构就若何收受接管操纵这些养分物质做了大量研究[1]。

  番茄红素又称-胡萝卜素,属于异戊二烯类化合物,是类胡萝卜素的一种[2]。番茄红素具有抗氧化和防止衰老的特殊功能,不单对癌症有防止结果,还能间接提高人体免疫力,可作为提高人体本身机能的保健品。番茄籽油富含亚油酸、亚麻酸,在抗动脉粥样软化、调理血压等疾病方面具有显著结果。番茄籽油由约75%的不饱和脂肪酸和约25%的饱和脂肪酸构成[3],此中,不饱和脂肪酸能够改变脂卵白的分子陈列布局,促使脂卵白充实流动,从而起到改善血管壁的感化。

  超临界流体(supercritical fluids,SCF)是指跨越临界温度和临界压力形态的流体,将超临界流体优异的溶剂机能用于萃取,能在食物、生化、化工及化学阐发等范畴具有普遍的使用前景。目前,最受青睐的是超临界CO2流体萃取手艺,这是由于CO2不只具有较低的临界温度合用于食物出产加工,其对热敏性物料和生物活性物质十分有益,且平安无毒、无味、无色、对产物无害,易与萃取物分手,无残留,产品质量高[4,5]。

  当前,国表里番茄红素的出产企业采用的出产方式次要有溶剂萃取法、超临界萃取法、微波法、化学合成法、超声波辅助溶剂萃取法等,可是以上保守溶剂萃取法具有无机溶剂的残留,对于食物加工业来说具有局限性。超声波辅助溶剂萃取法产量较低[6],难以实现规模化出产。因而,本试验操纵超临界CO2流体萃取手艺,在恰当前提下从番茄的皮和籽中提取出番茄红素和番茄籽油,以确定番茄红素和番茄籽油提取产品合理的工艺前提。

  1 材料与方式

  1.1 材料与仪器

  材料:番茄皮籽由山西华晟果蔬饮品无限公司供给;CO2纯度在99.5%以上;试剂均为阐发纯。

  仪器:FW200A型破坏机(昆山强威粉体设备无限公司);GZX-9070 MBE型数显鼓风干燥箱(上海博迅实业无限公司医疗设备厂);Ha20-50-2型超临界萃取安装(江西华云超临界萃取设备公司);LA204型电子阐发天平(常熟市鸿泰仪器仪表手艺无限公司)。

  1.2 工艺流程简述

  1.2.1 超临界CO2流体萃取工艺流程

  超临界CO2流体萃取工艺流程如图1所示[7]。萃取率的计较体例为:

  1.2.2 超临界CO2流体提取番茄红素

  称取100g番茄籽粉置于萃取罐中,二氧化碳从储气罐中经净化器流出,在制冷槽中液化,尔后再由高压泵和热流互换安装进入到后面的萃取安装,而且升高压力至预定的尝试压力,最终构成超临界流体。在萃取器中,超临界流体与原料物融合后经一系列反映将此中的番茄红素消融出来。尝试过程中优先考虑的要素有:时间、温度、压力。分手之后获得番茄红素的夹杂物进行称重处置,然后计较番茄红素的最终萃取率[8]。

  1.2.3 超临界CO2流体提取番茄籽油

  称取100g番茄籽粉置于萃取缸中,按照萃取前提的多次改变来进行多次尝试。将CO2从储存的钢瓶放出后,起首净化器将气体进一步除去杂质后达到液化槽,然后通过液压泵,预热器使流体达到超临界形态,再次经净化器b去往萃取缸与原料汇合。萃取完成后,流体带着方针产物进入分手器,分手器a压力为6.0~7.0Mpa,分手器b压力为4.0~5.0Mpa,随压力逐级削减,流体对萃取物的消融能力逐渐下降,目标产品被分手出来。此次尝试采用温度不异的方式来实现分手,流经分歧压力的分手器因CO2消融能力变小,萃取物与CO2分手[9]。

  1.3 单要素及正交试验

  为获得番茄红素和番茄籽油提取的优化工艺前提,以萃取时间、萃取压力、CO2流量、萃取温度作为调查要素,进行单要素试验并测定提取率;通过正交试验确定最优工艺前提。

  所有尝试反复3次,操纵Excel 2003进行表格制造与数据阐发。

  2 成果与会商

  2.1 超临界CO2流体提取番茄红素的优化

  2.1.1 萃取时间对超临界CO2流体提取番茄红素的优化

  图2表白,在压力为25Mpa,温度40℃,CO2流速为20kg/h的前提下,萃取时间的差别将间接影响番茄红素的收受接管率。图中能够较着看出,尝试时间越长番茄红素的收受接管率越好,在2h时更是达到了96.1%。跟着时间的推移,传质结果好,萃取率增大;当大部门物质被提取后,跟着时间的耽误,萃取率变化不大。考虑到出产的现实使用和成本预算不倡导长时间功课,所以在出产当选择的萃取时间维持在2小时最佳。

  2.1.2 萃取压力对超临界CO2流体提取番茄红素的优化

  通过表1能够看出,萃取压力的不竭增加间接影响收受接管率。压力维持在10Mpa下尝试番茄红素的收受接管率并不抱负,只要65.8%,而在25Mpa时收受接管率达到96.6%。虽然跟着压力的升高收受接管率还有所增加,可是提取压力过高会导致各类分子之间发生彼此感化,晦气于CO2与番茄红素的分手。萃取压力高,流体密度增大,萃取率随之添加,可是高的萃取压力也会添加成本。因而,分析出产的可行性前提选择萃取压力为20~25Mpa较为合适。

  2.1.3 CO2流量对超临界CO2流体提取番茄红素的优化

  通过尝试发觉,CO2流量差别也会对萃取率有影响。在萃取压力为25Mpa,温度为40℃,时间为2h,其余工作参数同上的环境下进行试验。从图3能够看出,跟着流量的添加能更好地提高萃取效率,在流量20kg/h之后萃取效率的增加呈现平缓以至是降低趋向。若是CO2流量过大,CO2与萃取物质无法充实传质,导致萃取率下降,在添加CO2流量的耗损的同时添加了出产成本。因而,本试验的CO2流量维持在20~25kg/h较为适宜。

  2.1.4 萃取温度对超临界CO2流体提取番茄红素的优化

  研究表白,尝试中萃取温度的差别会导致番茄红素的萃取率差别,温度对于SCF-CO2溶质中消融度的影响更为复杂[10]。萃取温度对提取番茄红素的影响成果如图4所示,图中的两个峰值别离出此刻了40℃和50℃。温度的升高会加强溶质的挥发性,加速了分子热活动,增大扩散系数,从而有益于番茄红素的萃取。可是,温度升高后,CO2分子间距增大,密度降低,消融力下降,反而晦气于萃取。考虑到出产的最优化,所以最佳萃取温度该当在40~50℃下最抱负。

  2.1.5 单要素及正交试验

  单要素试验表示出分歧萃取时间对萃取率的影响很大,为再一步研究将萃取时间设置为2h,能够对萃取时的压力和温度采用二要素三程度的正交试验。

  由表2察看可知,最优尝试的前提为6号,萃取率高达69.4%。但考虑到萃取压力越大对设备要求越大、能耗越高,最优尝试应为5号尝试。利用超临界二氧化碳萃取番茄红素,工艺过程中在压力25Mpa,温度40℃,流量20kg/h,萃取时间2h的环境下可提取90%以上的番茄红素。

  2.2 超临界CO2流体提取番茄籽油的优化

  2.2.1 分歧压力前提下萃取番茄籽油的影响

  温度拔取40℃,在CO2流速为20kg/h,萃取2h的前提下,设定分歧压力所得番茄籽油的萃取率如图5所示随压力的增大,萃取率呈上升趋向,压力在30Mpa时萃取率最多。萃取压力升高,流体密度增大,因此萃取率添加,可是高的萃取压力也会添加成本。所以,分析出产的可行性选择萃取压力为30Mpa比力合适。

  2.2.2分歧温度前提下萃取番茄籽油的影响

  萃取压力拔取30Mpa,CO2流速为20kg/h,萃取2h,设定分歧温度所得番茄籽油的萃取率如图6所示跟着温度的上升萃取率在升高,但在接近40℃之后萃取率起头逐步下降。其缘由为,在温度升高后,CO2分子间距增大,密度降低,消融力下降,从而晦气于萃取。

  2.2.3 分歧CO2流速前提下对萃取番茄籽油的影响

  萃取压力拔取30Mpa,温度拔取40℃,萃取2h的时间,设定分歧压力所得番茄籽油的萃取率如图7所示CO2流速在20kg/h达到颠峰,之后趋于平缓。CO2流速在20kg/h时萃取了大部门物质,因而当CO2流量过大时,萃取率并无较大变化,同时也添加了出产成本。因而本试验的CO2流量为20kg/h时较为适宜。

  2.2.4 分歧萃取时间前提下对萃取番茄籽油的影响

  在萃取压力为30Mpa,温度为40℃,CO2流速设定为20kg/h的前提下,选择分歧萃取时间所得番茄籽油的萃取率如图8所示萃取2h所得的萃取率最高,当大部门物质被提取后,跟着时间的耽误,萃取率变化不大。萃取4h同2h没有太大不同,因而萃取时间选用2h为合适。

  2.2.5 单要素及正交试验

  通过单要素试验表白,分歧萃取时间对萃取率的影响很大,萃取时间在1h的萃取率弘远于0.5h。为进一步研究对萃取率的影响,可固定萃取时间为1h,萃取流速为20kg/h,对萃取时的温度和压力进行二要素三程度的正交试验。经优化尝试能够发此刻萃取压力为35Mpa,温度为40℃,CO2流速为20kg/h,萃取时间为1h的环境下,获得萃取率最高,为87.4%(见表3)。

  将超临界CO2流体萃取方式使用于提取番茄红素和番茄籽油这两种物质,别离操纵单要素试验测得萃取番茄红素和番茄籽油的最佳工艺前提。提取番茄红素最佳萃取温度为40~50℃、萃取压力为20~25Mpa,流量为20kg/h,萃取时间为2h的环境下可提取90%以上的番茄红素。提取番茄籽油最佳萃取压力为35Mpa,温度为40℃,CO2流速为20kg/h,萃取时间选择1h,此前提下获得萃取率为87.4%。与常规萃取手艺比拟,超临界CO2萃取手艺的萃取速度比液体快、参数容易操控,并且超临界CO2的扩散系数比力大、粘度比液体小,能够在接近室温及CO2庇护的前提下进行提取,无效庇护了受热易变性分化的目标物,避免了保守提取方式的短处[11]。在此工艺前提下,可获得纯度在90%以上无溶剂残留且无异味的番茄红素和番茄籽油。

  [1] 杨新辉,励建荣.番茄皮籽的收受接管操纵研究进展[J].食物工业科技,2001,22(4):83-85.

  [3] 刘玉梅,刘奎钫,刘罡.番茄红素油树脂中番茄红素的阐发方式的研究[J].食物工业科技,2004,12(6):127-129.

  [4] 杨万政,常华,杜晓鸣等.超临界二氧化碳萃取番茄红素的研究[J].河北农业大学学报,2009,32(6):114-116.

  [5] 沈心妤.番茄籽的分析操纵[D].无锡:江南大学,2005.

  [6] 王华,朱中艳,陶美玲等.番茄红素的理化性质及其出产方式的研究进展[J].使用化工,2013,42(8);1513-1516.

  [8] 曾健青,张镜澄,郭振刚.超临界萃取番茄红素的研究.化学工程,1997,25(6):40-43.

  [9] 孙庆杰,丁霄霖.超临界流体萃取番茄籽油的研究[J].中国油脂,1998,23(3):12-14.

  [10] 黄伟坤等编著.番茄红素的检测与阐发.北京:中国轻工业出书社,1990,537-539.

  基金项目:山西省大同市科技攻关项目(2016046)。

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