不同提取方法對杜仲籽油質量的影響

王小媛,馬寶晨,縱 偉

(1.鄭州輕工業大學食品與生物工程學院,河南鄭州 450002; 2.食品生產與安全河南省協同創新中心,河南鄭州 450002)

杜仲(EucommiaulmoideOliv.)是中國特有的經濟價值與藥用價值并存的樹種[1]。目前,杜仲分布在中國20多個省市、自治區,杜仲林面積達36萬hm2[2]。杜仲翅果為棕黃色,狹長橢圓形,扁而薄,梭子形狀,線形長30～39 mm,寬8～13 mm,中間部位的種殼內有1粒種仁,種殼的周圍有薄翅[3]。杜仲翅果的含油量為7%～15%,而杜仲籽仁的含油量可達到30%～40%[4]。杜仲籽油富含α-亞麻酸,占脂肪酸總量的60%以上[5],α-亞麻酸是人體必需的脂肪酸,在體內代謝生成二十二碳六烯酸(DHA)和二十碳五烯酸(EPA),還具有有效預防心腦血管疾病、降血脂、抗腫瘤和抗癌癥等重要的生理功能[6-8]。

與傳統油脂提取工藝相比,亞臨界萃取法具有非熱加工、無污染、可工業化生產、運行成本低、易于和產物分離等優點[9-10];超臨界CO2萃取法具有無毒、不易燃、易于從所需的提取物中分離、無有害溶劑殘留、無溶劑處理成本等優點[11-13]。Zhang等[14]對杜仲籽油的理化性質、脂肪酸組成、熱力學特性等進行了研究,結果表明,杜仲籽油中的主要脂肪酸為α-亞麻酸、油酸、亞油酸,杜仲籽油在食品、制藥等行業具有廣闊的發展前景。王藍等[15]分析了壓榨法、有機溶劑浸出法和超臨界CO2法的優缺點,有機溶劑浸出法得油率較高,超臨界CO2萃取法所得油品質好,但未比較三種提取工藝得到的杜仲籽油的各項指標;張郁松等[16]對溶劑回流提取法、微波輔助法和超臨界CO2萃取法得到的杜仲籽油的理化指標進行了比較,結果表明,超臨界CO2法和微波輔助萃取法要優于傳統溶劑提取法,但未對三種提取方法得到的杜仲籽油的脂肪酸組成進行比較分析。本文采用索氏提取法、亞臨界萃取法和超臨界CO2萃取法提取杜仲籽油,并對其提油率、理化指標及脂肪酸組成進行比較分析,綜合考察不同提取方法對杜仲籽油品質的影響,為杜仲籽油的開發利用提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

杜仲籽 供試材料均采于中國林業科學研究院經濟林研究開發中心杜仲基因庫,由于杜仲籽的脂肪幾乎全部存在于籽仁中,利用杜仲籽一旦被破開,其殼、仁不粘連的特點,采用手工將杜仲翅果一側剪開,取出完整籽仁[17];一氯化碘、無水乙醇、石油醚、冰乙酸等均為分析純 天津市富宇精細化工有限公司。

CBE-5L亞臨界萃取實驗室設備 河南省亞臨界生物技術有限公司;美國ASI超臨界萃取儀 美國應用分離公司(Applied Separations Inc.)Applied Separations;Agilent GC-7890B氣相色譜儀 美國安捷倫公司;SC-80C型全自動色差計 北京康光光學儀器有限公司;RE-52AA旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠;DHG-9070型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海鴻都電子科技有限公司;HH-S4型數顯恒溫水浴鍋 金壇市醫療儀器廠;JJ223BC型電子天平 常熟市雙杰測試儀器公司;RRHP 100型粉碎機 歐凱萊芙(香港)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 索氏提取 參考張郁松[16]的方法并略作修改,利用粉碎機將杜仲籽進行粉碎,準確稱取5 g經粉碎的杜仲籽,放入濾紙筒內,將濾紙筒置于索氏提取器中,加入一定量石油醚(60～90 ℃),控制水浴溫度為75 ℃,冷凝回流7h后,旋轉蒸發除去石油醚直至恒重。

1.2.2 亞臨界萃取 參考舒象滿等的方法并做修改[18],利用粉碎機將杜仲籽進行粉碎,過20目篩,以丁烷為提取劑,料液比1∶1.5,萃取溫度40 ℃,萃取時間40 min,萃取次數4次,萃取壓力0.45 MPa。

1.2.3 超臨界CO2萃取 參考劉秋玲等的方法并略做修改[19],利用粉碎機將杜仲籽進行粉碎,過40目篩,稱取杜仲籽粉20 g,置于100 mL萃取斧中,設置萃取溫度為45 ℃,萃取壓力為0.35 MPa,分離溫度為45 ℃,萃取時間為2h。

1.2.4 杜仲籽油得率的計算 計算公式為:

式中:m2:提取所得的杜仲籽油的質量,g;m1:為杜仲籽粉的質量,g。

1.2.5 理化指標的測定 過氧化值的測定依據GB/5009.227-2016;酸價的測定依據GB/5009.229-2016;相對密度的測定依據GB/T-5518-2008;碘值的測定依據GB/T-5532-2008。

1.2.6 色澤的測定 利用色差儀測定不同方法提取的杜仲籽油的色澤,采用L*、a*、b*模式進行評價,其中，L*是樣品顏色的亮度;a*、b*是色方向,a*為紅色方向、-a*為綠色方向、b*為黃色方向、-b*為藍色方向。每個樣品平行測定三次[20]。

1.2.7 脂肪酸組成的測定 主要脂肪酸組成及含量的測定按照GB 5009.168-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪酸的測定》進行甲酯化后再進行GC分析。GC條件:OV-1色譜柱(30 m×0.32 mm×0.5 μm);柱起始溫度180 ℃,以10 ℃/min的速度升溫到220 ℃,再以8 ℃/min的速度升溫到250 ℃(13 min),載氣(He)流速1.0 mL/min,尾吹25 mL/min,分流比100∶1。

1.3 數據處理

采用SPSS 22.0軟件和Origin 8.5對數據進行處理和分析,結果采用平均值±標準差表示。P<0.05為顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 不同提取方法對杜仲籽油得率的影響

由表1可見,索氏提取法的油得率最高,為34.47%,其次為亞臨界萃取法,而超臨界萃取法油得率較低,僅為18.68%。分析其原因可能與萃取溶劑和時間有關,索氏提取法用石油醚作為溶劑,提取時間久,提取比較完全,所以提取率最高[21]。亞臨界萃取法用丁烷作為萃取溶劑,根據相似相溶原理,亞臨界萃取法的油得率比超臨界CO2萃取法高。超臨界CO2萃取法油得率最低,因為三酰基甘油酯在超臨界二氧化碳中的溶解度較低,可添加乙醇等夾帶劑來提高提油率[22]。索氏提取法和亞臨界萃取法,均采用有機溶劑為萃取劑,易存在有機溶劑殘留的問題,對最終產品的品質造成影響,而超臨界萃取無有機溶劑殘留[15]。

表1 不同提取方法對杜仲籽油得率的影響Tabe 1 Effect of different extraction methods on oil yield of Eucommia ulmoides seeds

2.2 不同提取方法對杜仲籽油理化指標的影響

由圖1可知,索氏提取法提取的杜仲籽油過氧化值為(0.087±0.002) g/100 g,顯著高于亞臨界萃取法((0.035±0.001) g/100 g)和超臨界CO2萃取法((0.041±0.004) g/100 g)(P<0.05),這可能是因為索氏提取法溫度高,提取時間久,杜仲籽油含有豐富的不飽和脂肪酸,高溫條件下易被氧化,進而導致過氧化值偏高[23]。王林林等[24]研究了不同制油方法對石榴籽油品質的影響,得出有機溶劑萃取法得到的石榴籽油酸值與過氧化值均高于亞臨界萃取法和超臨界CO2萃取法。

圖1 不同提取方法對杜仲籽油過氧化值的影響Fig.1 Effects of different extraction methods on peroxide value of Eucommia ulmoides seed oil注:圖中不同字母表示差異顯著性,P<0.05;圖2～圖4同。

酸價反映油脂中游離脂肪酸含量,游離脂肪酸含量越高,酸價越高,油脂的品質越差,因此酸價是衡量油脂品質的重要指標之一。由圖2可知,索氏提取法得到的杜仲籽油酸價最高為(1.64±0.02) mg/g,即索氏提取法得到的杜仲籽油游離脂肪酸最多,這可能是因為索氏提取法提取時間長,溫度相對較高,在提取過程中容易發生水解[25]。而亞臨界萃取法和超臨界CO2萃取法的酸價分別為(1.50±0.02) mg/g和(1.46±0.07) mg/g,可能是因為兩種萃取方法的整個萃取和分離過程中都在低溫下進行,能很好地保留提取物中的活性成分,因此提取的油脂品質較好。

圖2 不同提取方法對杜仲籽油酸價的影響Fig.2 Effects of different extraction methods on acid value of Eucommia ulmoides seed Oil

油脂的相對密度與其脂肪酸的組成有關,不飽和脂肪酸含量越高,脂肪酸不飽和程度越高,脂肪的相對密度越高。由圖3可知,超臨界CO2萃取法得到的杜仲籽油相對密度最高為0.97±0.01,亞臨界萃取的杜仲籽油相對密度僅次于超臨界CO2萃取法為0.96±0.01,索氏提取的杜仲籽油相對密度最低為0.87±0.01。說明超臨界CO2萃取法得到的杜仲籽油不飽和脂肪酸含量最高,品質最好。

圖3 不同提取方法對杜仲籽油相對密度的影響Fig.3 Effects of different extraction methods on relative density of Eucommia ulmoides seed Oil

碘值可以用來判斷所含脂肪酸的不飽和程度,碘值越高,說明油的不飽和程度越高[26]。由圖4可知,超臨界CO2萃取法得到的杜仲籽油的碘值最高為(192.4±0.8) g/100 g,即超臨界CO2萃取法得到的杜仲籽油不飽和脂肪酸含量最高,索氏提取法得到的杜仲籽油碘值最低為(190.4±0.8) g/100 g。超臨界CO2萃取法得到的杜仲籽油的碘值與Zhang等[4]超臨界CO2萃取的杜仲籽油的碘值結果相似。

圖4 不同提取方法對杜仲籽油碘值的影響Fig.4 Effects of different extraction methods on iodine value of Eucommia ulmoides seed Oil

2.3 不同提取方法對杜仲籽油色澤的影響

色澤與油脂中的色素、加工工藝及精煉程度有關,油料品質劣變及油脂的酸敗會引起油脂色澤加深[27]。由表2可知,3種杜仲籽油的亮度值L*順序為:亞臨界萃取法<索氏提取法<超臨界CO2萃取法。杜仲籽油的a*值順序為:超臨界CO2萃取法<索氏提取法<亞臨界萃取法,而b*值大小順序依次為索氏提取法>亞臨界萃取法>超臨界CO2萃取法。表明亞臨界萃取法得到的杜仲籽油的亮度不及超臨界CO2萃取法,超臨界CO2萃取法所得杜仲籽油色澤最鮮亮,為亮黃色,無雜質,透明,品質較好;而其他兩種方法提取所得杜仲籽油的色澤較深。3種杜仲籽油的色澤差異可能與油中的葉綠素和類胡蘿卜素等色素的含量密切有關。與陳中偉等[28]研究的亞臨界丙烷、超臨界CO2及正己烷對米糠油提取品質的對比研究得到的結果相似。

表2 不同提取方法對杜仲籽油色澤的影響Table 2 Effect of different extraction methods on the color of Eucommia seed oil

2.4 不同提取方法對杜仲籽油脂肪酸組成及含量的影響

由表3可知,三種方法提取的杜仲籽油的主要脂肪酸種類基本相同,以油酸、亞油酸、α-亞麻酸為主,但各種脂肪酸的含量有所差異。其中,杜仲籽油的不飽和脂肪酸含量依次為超臨界CO2萃取法提(90.78%)>索氏提取法(90.45%)>亞臨界萃取法(89.79%)。杜仲籽油的α-亞麻酸含量依次為超臨界CO2萃取法(64.55%±0.08%)>亞臨界萃取法(63.65%±0.06%)>索氏提取法(63.00%±0.01%)。可能是由于超臨界CO2萃取法和亞臨界萃取法萃取溫度較低,能很好地保留提取物中的活性成分。木焦油酸在索氏提取的杜仲籽油中未檢出,可能是因為索氏提取法溫度較高,提取物中的活性成分被破壞。索氏提取法的飽和脂肪酸含量(9.26%)高于亞臨界萃取法(8.88%)和超臨界CO2萃取法(8.78%)。索氏提取法得到的杜仲籽油脂肪酸組成和含量與焦慧麗等[5]報道的基本一致。三種提取方法得到的杜仲籽油脂肪酸組成基本相同,但各種脂肪酸的含量有所差異。杜仲籽油的不飽和脂肪酸含量高,其中必需脂肪酸α-亞麻酸含量與紫蘇籽油相似[29],是一種營養豐富的植物油,具有較高的開發利用價值。

圖5 杜仲籽油氣相色譜圖(索氏提取法)Fig.5 Gas chromatogram of Eucommia ulmoides seed oil(SE)

圖6 杜仲籽油氣相色譜圖(亞臨界萃取法)Fig.6 Gas chromatogram of Eucommia ulmoides seed oil(SBE)

圖7 杜仲籽油氣相色譜圖(超臨界CO2萃取法)Fig.7 Gas chromatogram ofEucommia ulmoides seed oil(SC-CO2)注:1:十六碳酸甲酯;2:十八碳酸甲酯;3:順-9-十八碳一烯酸甲酯;4:順,順-9,12-十八碳二烯酸甲酯;5:二十碳酸甲酯;6:順,順,順-9,12,15-十八碳三烯酸甲酯;7:二十二碳酸甲酯;8:二十四碳酸甲酯。

表3 不同提取方法所得杜仲籽油脂肪酸組成與相對含量Table 3 Composition and relative content of the fatty acids in Eucommia ulmoides seed oil obtained by different extraction methods

3 結論

采用索氏提取法、亞臨界萃取法和超臨界CO2法提取杜仲籽油,結果表明,三種提取方法的杜仲籽油得率為:索氏提取法>亞臨界萃取法>超臨界CO2萃取法。在理化性質方面,超臨界CO2萃取法和亞臨界萃取法得到的杜仲籽油質量較好,索氏提取法得到的杜仲籽油品質較差。三種提取方法得到的杜仲籽油脂肪酸組成相似,但各種脂肪酸的含量有所差異,其中杜仲籽油的不飽和脂肪酸含量依次為:超臨界CO2萃取法>索氏提取法>亞臨界萃取法。綜合分析3種不同提取方法的優缺點,索氏提取法雖然油得率最高,但是得到的杜仲籽油各項指標較差,且有溶劑殘留;亞臨界萃取法的油得率介于索氏提取法和超臨界CO2萃取法之間,提取相對高效,得到的杜仲籽油的各項指標與超臨界CO2萃取法相似,但顏色較差。超臨界CO2萃取法提取的杜仲籽油,無有機溶劑殘留,安全性較高,得到的杜仲籽油品質較高,但油得率低,而且存在設備投資大、能耗大、生產成本高等缺點。從總體上看,超臨界CO2萃取法得到的杜仲籽油質量最好,如果綜合考慮成本因素和工業化操作方便程度,亞臨界萃取法也是杜仲籽油提取的一種新型綠色工藝。