甘草油脂提取工藝優化與脂肪酸成分分析

豆康寧 白春啟

(漯河醫學高等專科學校食品營養系1，漯河 462002)(河南工業大學糧油食品學院;糧食儲藏與安全教育部工程研究中心;糧食儲運國家工程實驗室2，鄭州 450001)

甘草為多年生草本植物，屬豆科，是一種藥食兩用資源，其提取物廣泛應用于食品、醫藥、日用化工等領域。甘草油脂含有豐富的必需脂肪酸，具有較高的營養價值。而且，甘草油脂具有醫療保健作用，甘草油脂對濕疹、皮炎、潰瘍等皮膚病具有一定的保健和治療作用[3-4]。

目前，對甘草油脂的提取工藝、脂肪酸成分分析及其理化性質鮮有研究報道。本實驗以甘草(根部)為原料，研究各種提取條件對甘草油脂提取率的影響，對提取工藝條件進行優化，并對甘草油脂進行脂肪酸成分分析，進一步測定了甘草油脂的基本理化性質，為甘草的綜合利用和甘草油脂的開發利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

烏拉爾甘草：產地寧夏鹽池；無水乙醚、甲醇、氫氧化鉀、正己烷、碘化鉀：均為分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器

FT-200型萬能粉碎機：溫嶺市林大機械有限公司；SXT-06型索氏抽提器：上海洪紀儀器設備有限公司；202A型電熱恒溫干燥箱：南京萊步科技實業有限公司；RE-52 A型旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器廠；F48000型馬弗爐：蘇州柏兆科學儀器有限公司；100Conc型紫外可見分光光度計：Agilent公司；SQ456-GC型毛細管氣相色譜-質譜聯用儀：美國布魯克公司。

1.3 方法

1.3.1 營養成分分析

蛋白質測定：GB5009.5—2016食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定；水分測定： GB5009.3 —2016食品安全國家標準 食品中水分的測定；還原糖測定：GB 5009.7—2016食品安全國家標準 食品中還原糖的測定；脂肪測定：GB5009.6—2016食品安全國家標準 食品中脂肪的測定；灰分測定：GB5009.4—2016食品安全國家標準 食品中灰分的測定；粗纖維測定：GB/T5009.10—2003 植物類食品中粗纖維的測定。

1.3.2 甘草油脂的提取

將甘草用萬能粉碎機粉碎成20～40目的粉末，稱量5.0 g甘草粉樣品，放入索氏抽提器的圓底燒瓶中，加入一定量的正己烷，將索氏抽提器安裝在恒溫水浴鍋上，加熱并冷凝回流提取甘草油脂。提取結束后，將冷卻的提取液轉移到旋轉蒸發器中蒸餾回收溶劑，濃縮液在恒溫鼓風干燥箱中烘干至質量恒定后得到甘草油脂。每次實驗平行測定3次。根據差量法計算甘草油脂提取率。甘草油脂提取率計算公式為：

注:M1為甘草油脂質量/g；M0為甘草粉質量/g；W為含水量/%。

1.3.3 甘草油脂提取工藝參數與優化

選擇提取溫度、提取時間、液料比3個工藝參數開展單因素實驗，設定溫度40、50、60、70、80 ℃，提取時間3、4、5、6、7 h，液料比5、10、15、20、25 mL/g。通過L9( 34) 正交實驗定甘草油脂最佳提取工藝條件。

1.3.4 甘草油脂脂肪酸成分分析

甘草油脂甲酯化方法及氣質色譜條件按照GB5009.168—2016《食品中脂肪酸的測定》方法進行。脂肪酸GC-MS定性與定量分析采用Wiley7n.1標準譜庫檢索進行定性，通過氣相色譜法按色譜峰面積計算各組分的相對含量。

1.3.5 甘草油脂理化指標的測定

色澤：GB/T5525—2008《植物油脂透明度、氣味、滋味鑒定法》；折光指數：GB/T5527—2010《動植物油脂折光指數的測定》；熔點：GB/T24892—2010《動植物油脂在開口毛細管中熔點(滑點) 的測定》；酸價：GB/T5009.37—2003《食用植物油衛生標準的分析方法》；碘值：GB/T5532—2008《動植物油脂碘值的測定》；皂化值：GB/T5534—2008《動植物油脂皂化值的測定》；過氧化值：GB/T5538—2005 《動植物油脂過氧化值測定》。

1.4 數據分析

采用SPSS軟件計算標準差，采用正交設計助手軟件設計L9(34) 正交實驗，并進行極差、方差等指標計算。

2 結果與分析

2.1 甘草基本營養成分

甘草基本營養成分組成見表1。

由表1可知，甘草中粗蛋白、粗纖維和碳水化合物的含量較高，其他成分含量相對較低。其中粗脂肪質量分數為5.38%，這說明甘草屬于低油脂植物資源，但由于甘草油脂不僅具有較高的營養價值和醫療保健作用，而且還能促進甘草資源的綜合利用，提高其附加值，因此，仍然具有開發應用價值。甘草的營養成分因品種、產地、生長周期不同而不同，一般生長3年以上的甘草，其營養價值較高。

表1 甘草營養成分

2.2 甘草油脂提取工藝參數確定

2.2.1 提取溫度、時間、液料比對甘草油脂提取率的影響

由圖1可知，隨著提取溫度的升高，甘草油脂提取率也逐步提高。隨著溫度的提高，分子的無秩序熱運動得到加強，溶劑和油脂的黏度下降，因而減小了傳質阻力，提高了擴散速度，油脂提取率增加。但是隨著溫度升高到 70 ℃以后，油脂的提取率又開始下降。溫度超過正己烷的沸點69 ℃后，溶劑開始氣化，當溫度超過70 ℃后，溶劑蒸發回流過快，反而導致油脂的提取率下降。因此，考慮到實際效果，確定提取溫度70 ℃比較適宜。

圖1 各因素對甘草油脂提取率的影響

隨著提取時間的增加，油脂提取率開始的增加幅度較大，但當提取時間達到6 h后，油脂提取率增加幅度變得很小。隨著提取時間的延長，油脂提取率逐漸向極限值靠近，致使油脂提取率變化幅度很小。物料顆粒度較小，料液充分混勻，提取時間較短，否則提取時間較長。隨著提取時間的延長，耗能也越大，生產成本提高。因此，綜合考慮，確定提取時間為6 h比較適宜。

隨著溶劑用量的增加，甘草油脂的提取率開始增加比較明顯。當液料比達到20 mL/g時，甘草油脂的提取率基本達到最大區域，繼續增加溶劑用量，提取率增加幅度非常小。隨著溶劑量增加時，物料內外油脂的濃度差增大，油脂浸出速度增加，油脂提取率也提高。但是，當溶劑量增加到一定限度，油脂浸出速率和提取率受溶劑量的影響下降，而且造成溶劑中油脂濃度下降，增加油脂提取成本。因此，從降低生產成本考慮，采用液料比為20 mL/g比較適宜。

2.2.2 甘草油脂提取正交實驗優化結果

根據前面甘草油脂提取單因素實驗所得三因素三水平分別是：溫度：60、70、80 ℃，時間：5、6、7 h，液料比：15、20、25 mL/g。該三因素三水平按照L9(34)正交實驗表進行實驗，因素水平組合及實驗結果見表2。

表2 甘草油脂提取正交實驗結果及分析

由表2中正交實驗統計分析結果極差R值可知，影響甘草酸提取率的因素大小順序依次是A>C>B，即提取溫度>液料比>提取時間，最佳因素水平組合是：A2C2B1，即提取溫度70 ℃、液料比20 mL/g、提取時間5 h，在此條件下，甘草油脂提取率為4.49%。

以空白列為誤差，在顯著水平為0.05的基礎上，對甘草油脂提取正交實驗進行方差分析，其結果見表3。

表3 正交實驗方差分析

注：*表示差異顯著。

由表3方差分析可知，提取溫度和液料比對甘草油脂提取率影響顯著，而提取時間對甘草酸提取率影響不顯著，說明提取時間在5～7 h范圍內，甘草油脂提取率變化不顯著。

2.3 甘草油脂脂肪酸成分分析

甘草油脂脂肪酸甲酯經GC-MS分析，可得其脂肪酸成分見表4，共有19種脂肪酸酸，占出峰物質的98.36%。

表4 甘草油脂脂肪酸組成及含量

注：按照碳原子數從小到大順序排列。

由表4可知，十六烷酸/棕櫚酸(19.15%)、順-9-十八碳烯酸/油酸(4.92%)、9,12-十八碳二烯酸/亞油酸(59.5%)、9,12,15-十八碳三烯酸/亞麻酸(11.16%)這4種脂肪酸的質量分數占總脂肪酸94.73%，說明這4種脂肪酸為甘草油脂主要組成脂肪酸。

對表4中甘草油脂脂肪酸按照飽和度進行分類總結可知：飽和脂肪酸質量分數為23.31%，不飽和脂肪酸質量分數為76.69%，其中單不飽和脂肪酸質量分數為5.71%，二不飽和脂肪酸質量分數為59.83%，三不飽和脂肪酸質量分數為11.16%。這說明，甘草油脂中以不飽和脂肪酸為主，不飽和脂肪酸中，以亞油酸為主。

亞油酸和亞麻酸是人體必需脂肪酸，具有多種生理功能[8-10]。甘草油脂中所含亞油酸為59.50%，高于菜籽油(16.30%)、油茶籽油(12.20%)、花生油(41.3%)、米糠油(47.70%)、大豆油(49.30%)、芝麻油(50.30%)、玉米胚芽油(56.20%)等常見富含亞油酸的油脂，但低于核桃油(64.90%)、葵花籽油(68.40%)、葡萄籽油(67.77%)[11-12]。甘草油脂中亞麻酸質量分數為11.16%，高于大豆油(7.95%)、菜籽油(8.01%)、花椒油(6.75%)、辣椒油(6.03%)等常見富含亞麻酸油脂[13]，但低于亞麻籽油(54.19%)[14]。這說明，甘草油脂含有豐富的必需脂肪酸，具有較高的營養價值和應用前景。

2.4 甘草油脂的理化性質

甘草油脂的理化性質測定結果見表5。

表5 甘草油脂的理化指標

參考NY/T 751—2011《綠色食品食用植物油》中植物油脂的理化性質，對表5中的甘草油脂的理化性質進行對比分析。由表5可知，甘草油脂呈深黃色，說明甘草中色素含量較高，甘草色素主要成分是異甘草黃素，為棕黃色[15]，因此，所提甘草油脂色澤較深。甘草油脂折光指數為1.467，接近玉米油折光指數，但低于亞麻籽油折光指數，折光指數隨著脂肪酸雙鍵和共扼程度的增大而增加[16]，說明甘草油脂不飽和度較高，但低于亞麻籽油。熔點為-12 ℃，接近玉米油和菜籽油，說明甘草油脂熔點較低。碘價為128.62 g，略高于玉米油，但低于亞麻籽油，這說明甘草油脂不飽和度較高，但低于亞麻籽油，與折光指數反應的油脂理化性質相似。甘草油脂酸價為0.986 mg/g，該甘草油脂沒有精煉，因此酸價較高。甘草油脂皂化值為192 mg/g，接近常見的植物油脂，如大豆油、菜籽油，皂化值是酯值與酸值的總和，反應了游離脂肪酸和甘三酯的含量。過氧化值為4.65 mmol/kg，這說明所檢測的甘草油脂中含有少量的過氧化物，尚無氧化酸敗。

3 結論

3.1 采用單因素實驗和L9 (34)正交實驗相結合的方法對影響甘草油脂提取率的因素進行了優化。在實驗設定的范圍內，影響甘草油脂提取率的因素大小順序依次是溫度、液料比、時間，溫度和液料比對甘草油脂提取率影響顯著，時間影響不顯著，甘草油脂的最佳提取工藝條件為：提取溫度 70℃、液料比20 mL/g，提取時間5 h，甘草油脂提取率達4.49%。

3.2 利用GC-MS 鑒定出 19種脂肪酸，占比重較大的主要有4種，分別是十六烷酸/棕櫚酸(19.15%)、順-9-十八碳烯酸/油酸(4.92%)、9,12-十八碳二烯酸/亞油酸(59.5%)、9,12,15-十八碳三烯酸/亞麻酸(11.16%)。飽和脂肪酸質量分數為23.31%，不飽和脂肪酸質量分數為76.69%，其中單不飽和脂肪酸質量分數為5.71%，二不飽和脂肪酸質量分數為59.83%，三不飽和脂肪酸質量分數為11.16%。這表明甘草油脂具有較高的營養價值和較好的應用前景。

劉洋洋, 劉春生, 曾斌芳, 等.甘草種質資源研究進展.中草藥, 2013, 44(24):3593-3596

LIU Y Y, LIU C S, ZENG B F, et al. Research progress of licorice germplasm resources. Chinese Herbal Medicine, 2013, 44(24):3593-3596

李艷, 周玉香, 羅海玲, 等. 7種羊肉風味植物中脂肪酸成分分析.畜牧與獸醫, 2012, 44(8):49-51

LI Y, ZHOU Y X, LUO H L,et al. Analysis of fatty acids in seven types of lamb, Animal Husbandry and Veterinary Medicine, 2012, 44(8):49-51

SCHIRALDI M, RAUCCI A, MUNOZ L M, et al. HMGB1 promotes recruitment of inflammatory cells to damaged tissues by forming a complex with CXCL12 and signaling via CXCR4 . Journal of Experimental Medicine, 2012, 209(3):551-563

GWAK G Y, MOON T G, LEE D H, et al. Glycyrrhizin attenuates HMGB1-induced hepatocyte apoptosis by inhibiting the 38-dependent mitochondrial pathway . World Journal of Gastroenterology, 2012, 18(7): 679-684

金麗梅, 宋麗娜, 吳天法, 等.溶劑法提取萬壽菊籽油的工藝研究.化學與生物工程, 2005(12):26-28

JIN L M, SONG L N, WU F T, et al. Study on the process of extraction of marigold seed oil by solvent. Chemical and Biological Engineering, 2005(12):26-28

趙雅姣, 杜文華.不同甘草種質材料營養價值研究.草原與草坪, 2014, 34(2):63-71

ZHAO Y J, DU W H.Study on nutritional value of different liquorice germplasm materials. Grassland and the Lawn, 2014, 34(2): 63-71

劉玉蘭.油脂制取與加工工藝學.北京:科學出版社, 2003:246-247

LIU Y L. Production and processing technology of oil. Beijing: Science Press, 2003:246-247

KAUR N, Chugh V,Gupta A K. Essential fatty acids as functional components of foods-a review. Journal of Food Science & Technolgy,2014,51(10)：2289-2303

DUAN Y H, YIN Y L,Li L L,et al. Review on the regulatory mechanisms of n-3 pufas on lipid metabolism and inflammation-immunity.Biotechnology bulletin, 2012, 3:28-34

[10]CAO W T, LIU N,WANG L. Effects of polyunsaturated fatty acids ratios on rats with DSS-induced colitis.China Journal Public Health, 2013, 29: 538-540

[11]楊月欣.中國食物成分表2004.北京:北京大學醫學出版社, 2005:247

YANG Y X. Chinese food ingredients list in 2004. Beijing: Beijing University Medical Press, 2005:247

[12]中國預防醫學科學院營養與食品研究所.食物成分表 .北京:人民衛生出版社, 1991:100-101

Institute of nutrition and food of thechinese academy of preventive medicine. Food composition table . Beijing: The People′s Health Press, 1991:100-101

[13]楊春英, 劉學銘, 陳智毅.15種食用植物油脂肪酸的氣相色譜-質譜分析.食品科學, 2013, 34(6):211-214

YANG C Y, LIU X M, CHEN Z Y. Determination of fatty acid profiles in fifteen kinds of edible vegetable oil by gas chromatography-mass spectrometry . Food Science, 2013,34(6):211-214

[14]蔣秀琴, 劉立成, 趙福忠, 等.常見植物油脂肪酸含量的分析.飼料博覽, 2010(3):27-30

JIANG X Q, LIU L C, ZHAO F Z, et al. Analysis of content in common vegetable oil . Feed Expo, 2010(3):27-30

[15]杜宇, 王欣林, 朱龍, 等.甘草色素優化提取及其熱裂解產物在卷煙品質評價上的應用.貴州農業科學, 2015, 43(12):178-181

DU Y, WANG X L, ZhU L, et al. Optimal extraction of licorice pigment and application of its pyrolysis product in quality evaluation of cigarette. Guizhou Agricultural Sciences, 2015, 43(12):178-181

[16]葛含靜.蘋果籽油提取、理化性質測定及脂肪酸分析研究.西安: 陜西師范大學, 2006:45

GE H J. Research on the extraction, chemical properties and analysis of fatty acid of apple seed oil. Xi′an: Shanxi Normal University，2006：45.