超临界萃取带鱼鱼油的研究Word文档格式.docx
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摘要
带鱼是我国四大海产经济鱼类，而且在各种海洋鱼类中其产量最高。
其体内的脂肪含量也比较高，脂肪成分中含有较多的不饱和脂肪酸，其中的DHA和EPA是人体的必需氨基酸（EFA），它们具有降血脂、预防动脉硬化、抗炎和抗过敏性疾病、抗肿瘤、健脑名目等重要的生理作用。
利用超临界萃取法萃取带鱼鱼油的研究，将会为带鱼的综合利用提供一定的理论依据。
本论文以新鲜的带鱼为原料，研究采用超临界萃取法萃取带鱼鱼油，以带鱼鱼油的萃取率为指标，通过对萃取压力，萃取温度，萃取时间的单因素实验得到大致的萃取条件，然后通过正交试验优化超临界萃取带鱼鱼油的工艺参数，从而确定超临界萃取带鱼鱼油的最佳工艺参数：
萃取压力为22.0640MPa，萃取温度为39℃，萃取的时间为165min，萃取时二氧化碳的流量为15ml/min。
在该条件下带鱼鱼油的萃取率为0.8475%,所得鱼油为浅黄色的油状液体，有鱼腥味。
关键词：
带鱼；
超临界萃取；
鱼油；
萃取率
ABSTRACT
Ribbonfish（Trichiurushaumela）isthefourthlargestmarinefoodfishesofChinaanditishasthehighestyieldinavarietyofmarinefishes.FishoilisrichinDHAandEPAwhichcontaintheunsaturatedfattyacidthatisveryimportanttohumanhealth.Studyingonsupercriticalextractionhairtailfishoiluse,willprovidetheoreticalbasisforcomprehensiveutilizationofribbonfish.
Inmystudy，withthefreshribbonfishasrawmaterial，Iextractedfishoilbyusingsupercriticalextraction.Throughthesinglefactorexperimentofextractionpressure,extractiontemperature,extractiontimetogettheroughlyextractionconditions，andfromtheorthogonalexperimentIgettheconclusionthattheoptimalprocessconditionsofsupercriticalextractionis:
extractionpressure26.0640MPa，extractiontemperature39℃，extractiontime165minandthecarbondioxideflowfor15ml/min，andtheratioofoilis0.8475%.
Keywords:
Ribbonfish;
SupercriticalFluidextraction;
fishoil;
Processingcondition
目录
第一章绪论1
1.1研究背景1
1.2研究现状1
1.3主要研究工作及意义2
第二章实验材料与方法3
2.1实验用品3
2.1.1材料和试剂3
2.1.2仪器设备3
2.2实验方法3
2.2.1工艺流程3
2.2.2实验过程4
2.2.3带鱼鱼油萃取率的计算4
第三章实验结果分析及讨论5
3.1实验条件的选择5
3.1.1萃取压力对带鱼鱼油萃取率的影响5
3.1.2萃取温度对带鱼鱼油萃取率的影响6
3.1.3萃取时间对带鱼鱼油萃取率的影响6
3.1.4正交试验7
3.2最佳工艺条件的验证8
第四章结论10
参考文献11
致谢12
第一章绪论
1.1研究背景
带鱼（Trichiurushaumela）是鱼纲鲈形目带鱼科鱼类，有白带鱼、刀鱼、高鳍带鱼、鞭鱼等别名。
在我国的黄海、东海、渤海、南海都有分布，数量甚多，属于四大海产经济鱼类之一。
带鱼的鱼肉厚而且刺少，营养丰富，其脂肪含量高于一般鱼类，每百克带鱼内含脂肪7.4g[1]。
另外,带鱼表层的银脂中不饱和脂肪酸的含量比较多,其具有很多重要的作用,比如降低胆固醇、使皮肤细嫩、增强表皮细胞的活力等。
近年的相关研究表明，鱼油中含有的亚麻酸、亚油酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）等多种不饱和脂肪酸对人体的健康有重要的影响。
其中的ω-3型的氨基酸二十五碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（EFA）是人体的必需氨基酸（EFA）,它们具有降血脂、预防动脉硬化、抗炎和抗过敏性疾病、抗肿瘤、健脑名目[2]等重要的生理作用。
1.2研究现状
国内萃取鱼油的一般采用压榨法、有机溶剂法、蒸煮法、淡碱水解法、酶解法、超临界流体萃取法等。
（1）压榨法
压榨法是直接对原料进行压榨进而得到粗鱼油。
压榨法操作简单但是提取率比较低[3]。
（2）有机溶剂法
有机溶剂法是利用有机溶剂对原料中的脂肪进行提取[4]。
有机溶剂法提取鱼油不能将与蛋白质结合的脂肪分离、提取出来，因此提取率相对较低，而且在提取的过程中有机溶剂有些易挥发从而造成经济损失和一定的环境污染。
（3）蒸煮法
蒸煮法是在蒸煮加热的条件下，使鱼体的细胞破坏，从而使鱼油分离出来[5]。
蒸煮法具有比较大的缺点,投资比较大,而且不能将与蛋白质结合的脂肪完全分离出来,因此提取率较低,蒸煮法提取温度一般在60℃左右，会降低鱼油的品质。
（4）淡碱水解法
淡碱水解法是利用淡的碱液将鱼类原料中的蛋白质分解，破坏蛋白质与脂肪
的结合关系，使脂肪分离出来。
传统的淡碱水解法所用的淡碱为氢氧化钠的稀溶液,盐为氯化钠溶液,而且工艺已经非常成熟.此方法简单,所得的鱼油质量好,价格低廉,但是在提取过程中产生的废液钠盐的含量高,从而形成新的废物,也对环境造成一定的污染。
氨法提取鱼油解决了钠盐含量高的问题，而且这种方法的提取废液可作为肥料得到利用。
但是工艺过程中得到氨水，其挥发性比较大，具有刺激性，因此很少利用[6]。
钾法提取鱼油，所用的原料钾盐是传统农业肥料，再加上提取鱼油后的废料里含有大量的氨基酸、蛋白质等，是良好的绿色肥料[7]。
（5）酶解法
酶解法是利用蛋白酶的水解作用，破坏蛋白质和脂肪的结合关系，使油脂释放出来[8]。
这种方法大大提高了原料的利用率，提取率相对较高，且操作条件比较温和，同时酶解液中还有丰富的小分子肽和氨基酸等，可以进一步利用。
（6）超临界流体萃取法
超临界流体萃取（SFE）是在超临界状态下，将超临界流体（一般采用CO2）与待分离的物质接触，控制体系的压力和温度使其有选择性的萃取其中的某一成分，然后通过温度或压力的变化，降低超临界流体的密度，对萃取的物质进行分离出来[9]。
超临界流体萃取技术的提取率高，对鱼油的功能成分破坏最小，产品的纯度比较高，没有溶剂残留，对环境无污染，是一种具有相当发展潜力的高新分离方法。
1.3主要研究工作及意义
本文主要研究了以带鱼为原料，采用超临界萃取法从带鱼中提取鱼油。
超临界CO2萃取由于萃取温度低（CO2的临界温度为31.1℃）、不易破坏被萃取物的生理活性、选择性好、无溶剂残留，所以特别适合萃取鱼油这类热敏性、易氧化的天然产物[10]。
本文对超临界萃取带鱼鱼油的过程中萃取压力、萃取温度、萃取时间这几个对鱼油萃取率有影响的因素进行探讨，从而确定合适的工艺参数。
目前国内外对鱼油的萃取研究有比较多的报道，但是没有利用超临界萃取带鱼鱼油的研究报道，因此开展利用超临界技术萃取带鱼鱼油的研究变得尤为重要。
本研究以市售的带鱼为原料，采用超临界萃取技术对其中鱼油的萃取条件进行研究，可以为带鱼资源的综合利用提供理论依据。
第二章实验材料与方法
2.1实验用品
2.1.1材料和试剂
带鱼三亚市售；
2.1.2仪器设备
高纯度二氧化碳（纯度99.999%）海南佳腾化工气体有限公司；
超临界萃取仪SFT-100XW美国超临界流体技术公司；
九阳料理机九阳股份有限公司；
电子分析天平（精密度0.0001g）赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；
电冰箱青岛海尔股份有限公司；
玻璃仪器；
菜刀
2.2实验方法
2.2.1工艺流程
工艺流程图如下：
图2-1工艺流程图
2.2.2实验过程
（1）粉碎将市售干新鲜带鱼放到豆浆机内进行粉碎，粉碎度适宜即可。
（2）装料将萃取釜清洁并干燥后安装到正确位置,放入料包,并拧紧螺纹使之不发生泄露。
（3）吹扫打开萃取釜出口阀门，用CO2吹扫整个系统管路，到CO2气体流出后持续几分钟，吹扫结束，关闭萃取釜的出口阀门。
（4）设定参数设定萃取釜的工作压力、警报压力（比工作压力高1000psi）、CO2流量、萃取釜工作温度、背压阀温度（背压阀的温度以高于萃取釜工作温度5-10℃为宜）。
（5）萃取先打开二氧化碳钢瓶，再打开制冷开关及CO2高压泵开关，经过一段时间后，萃取釜内的温度和压力会在设定的平衡值内上下浮动。
调节动态流量使其小于CO2泵的设置流量以维持恒定压力，使萃取达到一个动态平衡，直至萃取结束。
（6）结束萃取结束先关闭CO2高压泵再关闭二氧化碳钢瓶，等待萃取釜的表面温度降低后，釜内压力达到常压，打开萃取釜，取出带鱼，操作结束。
（7）称量用分析天平分别称量萃取前后萃取后玻璃收集瓶的质量。
2.2.3带鱼鱼油萃取率的计算
带鱼鱼油的萃取率是超临界萃取效果的考察指标，其数值直接影响各因素的水平选择，计算带鱼鱼油的萃取率：
式中：
m为萃取所得的带鱼鱼油的质量（g）；
M为带鱼原料的质量（g）。
第三章实验结果分析及讨论
3.1实验条件的选择
对超临界萃取带鱼鱼油的三个条件即萃取压力（MPa），萃取温度（℃），萃取时间（min）进行单因素实验，以确定单因素的最佳水平。
3.1.1萃取压力对带鱼鱼油萃取率的影响
萃取压力的高低是影响被萃取物质中溶质在超临界CO2流体中溶解度高低的重要因素，同时也影响到萃取率的高低。
因此需要通过单因素实验来确定适宜的压力范围。
本文选取的萃取压力分别为17.9270MPa、20.685MPa、23.443MPa、26.201MPa。
萃取的温度为42℃，萃取的时间为150min，萃取时二氧化碳的流速为15ml/min，萃取时使用的二氧化碳的纯度≥99.9%，实验结果见表3-1。
表3-1萃取压力单因素实验结果
原料质量/g
50.1269
50.0837
50.0091
51.0233
萃取压力/MPa
17.9270
20.6850
23.4430
26.2010
初始质量/g
25.4879
25.9983
25.4994
16.2284
结束质量/g
25.7089
26.2284
25.9984
26.6099
鱼油质量/g
0.2210
0.2301
0.4990
0.3815
萃取率/%
0.4409
0.4594
0.9978
0.7477
从萃取压力对带鱼鱼油萃取率影响的表中可以看出压力从17.9270MPa升至20.6850MPa的过程中，萃取率的变化不大，从20.6850MPa升至23.4430MPa时带鱼鱼油的萃取率迅速提高。
这主要是由于超临界萃取的压力变化,既影响着萃取效率,同时也影响着萃取的选择性。
当温度一定时，随压力的增大，超临界CO2流体的密度也会增加，从而使其溶解度增大，溶解度对压力呈正相关关系。
但是萃取压力从23.4430MPa升至26.2010MPa时带鱼鱼油的萃取率有明显的下降。
主要原因是因为当萃取压力不断地升高后，超临界CO2流体的密度不断地增大，使CO2流体扩散性能有所减弱，从而造成两相接触传质效率降低，这对于带鱼鱼油萃取率的提高十分不利。
在实际生产的过程中，萃取压力太高之后，对萃取设备的耐压等级的要求就高，这就对于材质提出更高的要求，使得设备的费用提高。
综合考虑萃取压力为23.4430MPa左右最好。
3.1.2萃取温度对带鱼鱼油萃取率的影响
对于温度来说，31.06℃以上才是超临界状态，因此本实验选取的萃取温度分别为35℃、39℃、45℃、49℃，进行萃取温度对带鱼鱼油萃取率影响的单因素实验。
从而确定最佳的温度。
实验时的萃取压力为23.4430MPa，萃取的时间为90min，萃取时二氧化碳的流速为15ml/min，萃取时二氧化碳的纯度为99.999%，实验结果见表3-2。
表3-2萃取温度单因素实验结果
50.0114
50.2452
50.2388
50.0017
萃取温度/℃
35
39
45
49
26.8719
26.6134
25.6246
25.7174
27.0593
26.8764
25.7355
25.8043
0.1874
0.2630
0.1109
0.0869
0.3747
0.5234
0.2207
0.1738
从萃取温度对带鱼鱼油的萃取率的表中可以看出当温度从35℃升39℃时，带鱼鱼油的萃取率明显的增加，当温度从39℃增加至49℃时，带鱼鱼油的萃取率明显的降低。
这是由于在一定的压力下，萃取温度通过影响有机分子和CO2分子的结合与解离的难易而影响到萃取率。
萃取温度还影响萃取过程的总体热效应，一方面萃取温度越高CO2流体的密度越小，其对有机物的溶解能力越差及携带物质的能力降低；
另一方面萃取温度越高则流体传质速度越快，前者不利于提取,后者有利于提取[11]。
当萃取温度在35℃至39℃之间时，随着萃取温度的不断升高，带鱼鱼油的挥发性是影响带鱼鱼油的萃取率的主要因素，因而在这段范围内随温度升高萃取率也不断提高。
但是当温度超过39℃时，CO2流体的密度则成为影响带鱼鱼油萃取率的主要因素，因而在温度高于39℃时随温度升高萃取率不断地降低。
综合考虑萃取温度在39℃左右时最佳。
3.1.3萃取时间对带鱼鱼油萃取率的影响
本实验选取的萃取时间分别为90min、120min、150min、180min，进行萃取时间对带鱼鱼油萃取率影响的单因素实验，从而确定最佳的萃取时间。
实验时的萃取压力为23.4430MPa，萃取的温度为42℃，萃取时二氧化碳的流速为15ml/min，萃取时使用的二氧化碳的纯度为99.999%，实验结果见表3-3
表3-3萃取时间单因素实验结果
50.1129
50.1372
50.6551
50.0386
50.1355
萃取时间/g
90
120
150
180
25.7515
25.5749
25.6000
25.4928
25.4688
25.8583
25.7440
25.8632
25.5516
25.5521
0.1068
0.1691
0.2632
0.0588
0.0833
0.2131
0.3373
0.5196
0.1175
0.1661
从萃取时间对带鱼鱼油萃取率影响的表中可以看出在150min内随着萃取时间的增加带鱼鱼油的萃取率不断地提高，只是萃取时间在90min至120min内萃取率的增加速率小于萃取时间在120min至150min。
在萃取时间大于150min是萃取率明显降低。
超临界CO2萃取过程是一个动态的传质的过程，在初始萃取阶段，随着超临界CO2流体与溶质接触时间的延长，这很有利于超临界CO2流体与带鱼鱼油挥发组分的溶解平衡，延长萃取时间就增加了萃取率。
而时间从150min升到180min时带鱼鱼油的萃取率下降，可能是由于实验温度过高时间延长导致鱼油分解使得萃取率下降。
综合考虑，萃取时间在150min左右最佳。
3.1.4正交试验
根据单因素实验，以带鱼鱼油萃取率为考察指标，选择萃取压力，萃取温度，萃取时间3个因素，每个因素3个水平进行L9（34）正交试验。
因素与水平设计见表3-4。
正交试验结果见表3-5。
表3-4L9（34）正交试验因素与水平设计
因素
水平
A
B
C
萃取时间/min
1
22.0640
36
135
2
3
24.8220
42
165
表3-5正交试验结果
试验号
0.5870
0.8243
0.4080
4
0.3526
5
0.5987
6
0.4653
7
0.3223
8
0.4003
9
0.4377
k1
0.6064
0.4206
0.5373
--
k2
0.4722
0.6066
0.3870
k3
0.3868
0.4370
0.5411
R
0.2196
O.1882
0.1541
在超临界萃取带鱼鱼油的正交试验中，以萃取率为考察指标，从正交试验的结果表中萃取率可以得出2号试验组的组合条件A1B2C1所得的带鱼鱼油的萃取率为0.8243%，为9组试验的萃取率的最高值。
比较正交试验结果表中的k1、k2、k3值可以得出，在试验设计范围内，超临界萃取带鱼鱼油的最佳组合条件为A1B2C3即是萃取压力为22.0640MPa，萃取温度为39℃，萃取时间为165min。
比较正交试验结果表中的R值可以得出，萃取压力对带鱼鱼油萃取率的影响最大，其次是萃取温度，萃取时间对带鱼鱼油萃取率影响最小，即各因素对带鱼鱼油萃取率影响的主次顺序为萃取压力（A）>
萃取温度（B）>
萃取时间（C）。
3.2最佳工艺条件的验证
根据正交试验的结果表中的最佳组合条件A1B2C3，萃取压力为22．0640MPa，萃取温度为39℃，萃取的时间为165min条件下进行验证试验。
实验结果见表6。
表6最佳工艺条件验证结果
30.1233
25.4120
25.6673
0.2483
0.8475
从最佳工艺条件验证结果中得出，在该条件下，超临界萃取带鱼鱼油的萃取率为0.8475%。
表明超临界萃取带鱼鱼油的最佳条件为萃取压力22.0640MPa，萃取温度39℃，萃取时间165min。
第四章结论
1.超临界萃取法可用于萃取带鱼鱼油。
2.超临界萃取法萃取带鱼鱼油的最佳工艺条件：
采用新鲜带鱼为原料，萃取压力为22.0640MPa，萃取温度为39℃，萃取时间为165min，萃取时二氧化碳的流量为15ml/min，二氧化碳纯度≥99.9%。
在该条件下带鱼鱼油的萃取率为0.8475%。
3.用超临界萃取法萃取得到的带鱼鱼油为浅黄色的油状液体，有鱼腥味。
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致 谢
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感谢我的导师教授，本论文是在导师的悉心指导下完成的。
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