辣木籽油功能性成分檢測及多元統(tǒng)計分析

王鐵旦，楊 敏，楊 芳，杜 萍,*

（1.昆明理工大學(xué)分析測試研究中心，云南省分析測試中心，云南 昆明 652094；2.十堰市疾病預(yù)防控制中心，湖北 十堰 442000；3.武漢工程大學(xué)環(huán)境生態(tài)與生物工程學(xué)院，湖北 武漢 430205）

辣木是一種具有獨特經(jīng)濟價值的熱帶植物，為辣木科（Moringaceae）辣木屬（MoringaAdans.）多年生熱帶落葉喬木[1]，又被稱為楊椿樹、鼓槌樹或辣根樹[2]。目前，種植最多的辣木品種是印度辣木（M. oleifera）和非洲辣木（M. stenopetala），其中又以印度辣木分布最廣[3]。辣木素來就有“奇跡之樹”的美譽[4-5]，其葉、種子、樹皮以及根等均是民間傳統(tǒng)的藥物，用于保健和治療多種疾病。研究表明，辣木具有抗腫瘤[6]、降血糖[7]、免疫調(diào)節(jié)[8]、抑菌[9]、抗病毒[10]、抗輻射[11]等多種藥理作用，被譽為新時代的健康食物。2012年，辣木已被批準(zhǔn)為新資源食品，很多地區(qū)開始重視辣木的引種培育和開發(fā)利用，包括我國的云南、臺灣、廣東及廣西[12]。

作為辣木加工副產(chǎn)物，辣木籽中油脂含量為25%～35%[13]，目前，辣木籽油的提取工藝有壓榨法[14]、微波輔助提取[15]、水酶法[16]、亞臨界萃取[17]以及同時蒸餾萃取法[18]等。化學(xué)組成方面研究主要包括脂肪酸組成，作為構(gòu)成油脂主要成分，脂肪酸的組成及配比很大程度上決定了植物油脂的營養(yǎng)價值和生物活性，是評價植物油的主要指標(biāo)之一[19]。辣木籽中不飽和脂肪酸含量較高，其中油酸含量大于50%[20]。辣木籽油中還含有多種功能性成分，例如，生育酚和植物甾醇等可作為優(yōu)質(zhì)的食用油來源[13]。植物甾醇是一類以環(huán)戊烷全氫菲為主體骨架的活性物質(zhì)，其中含量較多的有β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇以及谷甾烷醇等，具有降血脂、降膽固醇、預(yù)防心血管疾病等作用，可用作食品抗氧化劑[21]。

我國云南省在20世紀(jì)初已從緬甸引種辣木[22]，并進行辣木籽油系列產(chǎn)品的開發(fā)與精深加工[23]，目前國內(nèi)外對辣木的研究主要集中在辣木葉，而對辣木籽油中功能性成分的報道較少。為提高辣木綜合加工的附加值，本實驗從云南省8 個有代表性的產(chǎn)區(qū)的辣木籽中提取油脂，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)研究其脂肪酸組成，采用高效液相色譜法測定其生育酚和甾醇的含量，并用主成分分析（principal component analysis，PCA）和聚類分析（clustering analysis，CA）等多元統(tǒng)計方法對云南八產(chǎn)區(qū)的辣木籽油功能性成分進行差異分析，構(gòu)建云南八產(chǎn)區(qū)辣木籽油功能性成分的綜合指標(biāo)評價模型，以期為辣木籽綜合開發(fā)中原料的優(yōu)選分級和功能因子評價提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辣木籽樣品采自云南省8 個辣木產(chǎn)區(qū)，編號為S1～S8，詳細信息見表1，其品種均為印度辣木。樣品經(jīng)過挑選、烘干及粉碎后過40 目篩即得辣木籽粉，干燥密封待用。

生育酚系列標(biāo)準(zhǔn)品DL-α-生育酚（＞96%）、(+)-δ-生育酚（＞98%）、豆甾醇（純度90%） 美國Sigma公司；其他試劑均為國產(chǎn)。

表1 辣木籽樣品產(chǎn)地Table 1 Qeographical origins of M. oleiffeerraa seed samples used in this study

1.2 儀器與設(shè)備

S C I O N S Q 4 5 6-G C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀美國B u r k e r公司；D B-W A X彈性石英毛細管柱（30 mm×0.25 mm，0.25 μm）、75 μm碳分子篩/聚二甲基硅氧烷萃取頭 美國Supelco公司；KQ2200型超聲波提取儀昆山市超聲儀器有限公司；R-201D-II型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀鄭州長城科工貿(mào)有限公司；ACQuity Arc高效液相色譜儀、Symmetry C18色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）美國沃特世公司。

1.3 方法

1.3.1 辣木籽油的提取

參考王 美霞等[24]的方法提取油脂，略有改動。分別稱取辣木籽粉樣品17.0 g于三角燒瓶中，加入100 mL沸程30～60 ℃的石油醚，浸泡過夜，離心，濾渣用30 mL的石油醚分3 次洗滌，合并濾液及洗滌液于圓底燒瓶，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮、干燥制得辣木籽油。將含有辣木籽油的浸提燒杯于80 ℃烘干至恒質(zhì)量，冷卻稱質(zhì)量，并按下式計算含油量：

式中：A0為辣木仁樣品質(zhì)量/mg；A1為浸提燒杯質(zhì)量/mg；A2含有辣木籽油的浸提燒杯質(zhì)量/mg。

1.3.2 辣木籽油脂肪酸組成分析

甲酯化條件：稱取油樣0.2 g于20 mL具塞試管中，加入4 mL 0.4 mol/L氫氧化鉀-甲醇溶液，搖勻。于60 ℃水浴中加熱至油珠完全溶解（約30 min），冷卻后加入2.0 mL的25%三氟化硼-甲醇溶液，于60 ℃水浴酯化20 min，冷卻至室溫后加入2.0 mL正己烷，搖勻；再加入2 mL飽和氯化鈉溶液搖勻，10 000 r/min離心5 min，取上層溶液進行GC-MS分析。

氣相色譜條件：DB-WAX彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升溫：170 ℃，保持1 min，以4 ℃/min升溫至260 ℃，保持10 min。進樣方式為分流進樣，分流比10∶1，進樣量0.2 μL；進樣口溫度260 ℃，檢測器溫度280 ℃，載氣為高純氦氣，流速1.7 mL/min。

質(zhì)譜條件：電子電離源；電子能量70 eV；離子源溫度200 ℃。監(jiān)測方式為全掃描；質(zhì)量掃描范圍m/z25～450；溶劑延遲時間4 min。

定性方法：將樣品色譜圖中的每個峰與Wiley和NIST譜庫中進行比對，僅選取相似度指數(shù)大于800的物質(zhì)，同時通過比對文獻化合物中的相對保留指數(shù)對所得化合物定性結(jié)果進行驗證。

1.3.3 辣木籽油生育酚含量測定

皂化前處理[25]：準(zhǔn)確稱取1.0 g油樣于10 mL皂化管中，依次加入0.1 g VC、3 mL氫氧化鉀-95%乙醇（2 mol/L）溶液，渦旋30 s后，在90 ℃恒溫振蕩器（220 r/min）中振蕩反應(yīng)60 min，皂化后冷卻，加入5 mL正己烷，渦旋5 min后，5 000 r/min離心10 min，取上清液，重復(fù)2 次。將上清液旋蒸干燥至1 nL左右，用甲醇定容至10 mL。過0.45 μm濾膜，進行高效液相色譜分析。

標(biāo)準(zhǔn)品的配制：分別稱取10 mg的α-生育酚和δ-生育酚標(biāo)準(zhǔn)品，溶于100 mL乙醇中，過0.45 μm濾膜，進行高效液相色譜分析。

高效液相色譜條件：Symmetry C18色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動相為甲醇，流速1. 0 mL/min，等度洗脫，柱溫30 ℃。α-生育酚和δ-生育酚的檢測 波長均為292 nm[25]。

1.3.4 辣木籽油甾醇含量測定

取1.3.3節(jié)中皂化后的樣品，過0.45 μm微孔濾膜后，進行高效液相色譜測定[25]。

標(biāo)準(zhǔn)品的配制：分別稱取10 mg豆甾醇的標(biāo)準(zhǔn)品，溶于100 mL乙醇中，過0.45 μm濾膜，進行高效液相色譜分析。

高效液相色譜條件：SymmetryC18色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動相為甲醇，流速為1.0 mL/min，等度洗脫，柱溫30 ℃。豆甾醇的檢測波長為205 nm，進樣量10 μL。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均為3 組平行實驗數(shù)據(jù)取平均值；采用IBM SPSS Statistics 25（IBM, Armonk, NY, USA）軟件進行PCA、CA以及顯著性分析，采用Tukey's HSD法進行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣木籽含油量分析

如表2所示，云南八產(chǎn)地辣木籽樣品的含油量在19.50%～26.34%之間，平均含油量為23.10%。含油量最高的是臨滄市耿馬縣辣木樣品S6（23.95%），含油量低的是麗江市華坪縣辣木樣品S5（21.95%），但總體上看，八產(chǎn)地的辣木籽樣品的含油量無顯著差異（P＞0.05）。

表2 不同產(chǎn)地辣木籽的含油量Table 2 Oil yields of M. oleifera seeds from different areas

2.2 辣木籽油脂肪酸組成的氣相色譜-質(zhì)譜檢測結(jié)果

圖1 辣木籽油（S8）脂肪酸樣品的典型總離子流圖Fig. 1 Typical total ion current chromatograms of fatty acids of M. oleifera seed oil (S8) from Shuangbai county, Yunnan

表3 云南八產(chǎn)地辣木籽油脂肪酸組成的氣相色譜-質(zhì)譜分析Table 3 GC-MS analysis results of fatty acid components of M. oleifera seed oils from eight areas of Yunnan

由圖1、表3可知，從云南八產(chǎn)地辣木籽油中均檢測出20 種脂肪酸，其組成基本一致，其脂肪酸含量前十位分別為9-十八碳烯酸（油酸）、二十二烷酸（山崳酸）、十六烷酸（棕櫚酸）、十八烷酸（硬脂酸）、二十烷酸（花生酸）、(E)-11-二十烯酸、7-十六碳烯酸、二十四烷酸（木焦油酸）、13-二十二碳烯酸（芥酸）以及十七烷酸，可以認(rèn)為這10 種成分是辣木籽油脂肪酸的主要特征成分。本研究中選用的云南八產(chǎn)地辣木籽油樣品中，不飽和脂肪酸含量平均占65.39%，其中，油酸含量最高（50.16%～56.51%），略低于云南省紅河州的辣木籽油樣品（71.90%）[19]。

2.3 辣木籽油生育酚和甾醇含量測定結(jié)果

表4 云南八產(chǎn)地辣木籽油VE和甾醇含量Table 4 Contents of tocopherol and sterol of M. oleifera seed oil samples from eight areas of Yunnan

作為一種公認(rèn)的天然抗氧化劑，生育酚具有抑制膽固醇合成及腫瘤細胞生長、改善動脈粥樣硬化及預(yù)防心血管疾病等生理功效。在化學(xué)結(jié)構(gòu)上均系苯二氫吡喃的衍生物，根據(jù)甲基位置及數(shù)量的不同分為α、β、γ和δ幾種。本實驗中選取α-生育酚和δ-生育酚為代表，研究辣木籽油生育酚的組成，其中α-生育酚的生理活性最強，植物油中生育酚的存在對油脂的氧化穩(wěn)定性亦具有重要意義。由表4可以看出，辣木籽油中α-生育酚含量為45～80 mg/100 g，平均含量為62 mg/100 g，高于呂秋冰等[26]報道的超聲波輔助提取所得辣木籽油的α-生育酚（0.945 mg/100 g）。辣木籽油中δ-生育酚含量為0.21～0.53 mg/100 g，平均含量為0.40 mg/100 g。

甾醇在降低血清膽固醇、抗菌及消炎等方面具有顯著療效，本實驗中以豆甾醇為代表，研究辣木籽油樣品中的甾醇含量。實驗結(jié)果顯示，辣木籽油中豆甾醇含量為243～495 mg/100 g，平均含量為369 mg/100 g。豆甾醇含量最高的辣木籽油產(chǎn)地為S3（西雙版納州景洪市），含量為495 mg/100 g，高于葡萄籽中的豆甾醇含量（15 mg/100 g）[27]。

2.4 不同產(chǎn)地辣木籽油的多元統(tǒng)計分析

2.4.1 不同產(chǎn)地辣木籽油的PCA

采用IBM SPSS Statistics 25軟件對云南八產(chǎn)區(qū)辣木籽油樣品含量前十的脂肪酸含量、α-生育酚、δ-生育酚以及豆甾醇進行PCA，結(jié)果顯示前4 個主成分的累計方差貢獻率為93.234%（表5），說明前4 個主成分基本包含了辣木籽油脂肪酸組成的絕大部分信息，可用于綜合品質(zhì)評價與分類。在前4 個主成分中，PC1的貢獻率為28.550%，貢獻最大的為十八烷酸（硬脂酸），對應(yīng)的特征值為0.371。PC2的貢獻率為28.452%，貢獻最大的為9-十八碳烯酸（油酸）和豆甾醇，對應(yīng)的特征值為0.392和0.198。PC3的貢獻率為19.214%，貢獻最大的為(E)-11-二十烯酸（花生油酸），對應(yīng)的特征值為－0.468。PC4的貢獻率為17.018%，貢獻最大的為十七烷酸，對應(yīng)的特征值為0.415。

表5 PCA特征向量、特征值、方差貢獻率及累計方差貢獻率Table 5 Eigenvectors, eigenvalues, contribution rates and cumulative contribution rates to total variance of principal components

圖2 云南八產(chǎn)地辣木籽油樣品的PCA評分圖Fig. 2 PCA Score plot of M. oleifera seed oil samples from eight areas of Yunnan

PCA可以有效區(qū)分不同產(chǎn)地辣木籽油樣品的脂肪酸組成、生育酚及豆甾醇的含量，如圖2所示，在PC1方向上，8 個樣品明顯分為3 個部分，分別為S3、S8以及余下的6 個樣品，3 組樣品在PC2方向也表現(xiàn)出了極大的成分差異性。以4 個主成分F1、F2、F3和F4與其方差貢獻率構(gòu)建辣木籽油品質(zhì)指標(biāo)綜合得分模型F總，F(xiàn)總為因變量，F(xiàn)1、F2、F3和F4為自變量，F(xiàn)總為F1、F2、F3和F4的線性組合：

F總=28.550%F1+28.452%F2+19.214%F3+17.018%F4

各產(chǎn)地辣木籽油在各個主成分的得分值見表6，分值越高代表品質(zhì)越好。結(jié)果顯示，各產(chǎn)地辣木籽油品質(zhì)評價模型得分具有一定差異性，表明不同產(chǎn)地辣木籽油在脂肪酸組成、生育酚及豆甾醇的含量上存在產(chǎn)地差異性，根據(jù)得分和排序，西雙版納州景洪市的S3樣品綜合得分為1.232，高于其他樣品的得分。該樣品具有最高的油酸相對含量（56.51%）、不飽和脂肪酸總相對含量（70.11%）、α-生育酚含量（80 mg/100 g）、δ-生育酚含量（0.53 mg/100 g）以及豆甾醇含量（495 mg/100 g），具有最優(yōu)的綜合品質(zhì)。

表6 云南八產(chǎn)地辣木籽油樣品質(zhì)量評價Table 6 Quality evaluation of M. oleifera seed oil samples from eight areas of Yunnan

2.4.2 不同產(chǎn)地辣木籽油的CA

圖3 云南八產(chǎn)地辣木籽油樣品的CA樹狀圖Fig. 3 Cluster analysis dendrogram of M. oleifera seed oil samples from eight areas of Yunnan

采用IBM SPSS Statistics 25軟件對辣木籽油脂肪酸數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)CA，以平方歐式距離為度量標(biāo)準(zhǔn)，通過組間連接的方式，對云南八產(chǎn)地辣木籽油的脂肪酸組成進行CA。由圖3可知，當(dāng)距離刻度為1～25時，云南八產(chǎn)地辣木籽樣品可分為3 個集群，第1個集群是S3單獨為1 個集群，該樣品綜合得分為1.232，綜合PCA得分排名第1；其余7 個樣品（S1、S5、S4、S6、S8、S2以及S7）為第2個集群，綜合得分在－0.624～0.215之間，綜合品質(zhì)低于S3。由此可見，CA可以根據(jù)刻度不同獲得多種分類結(jié)果，其在刻度為1～25時的分類結(jié)果同PCA分析一致，說明2 種分析方法均可對八產(chǎn)地辣木籽樣品進行分類，并通過分類進行綜合品質(zhì)評價，為今后辣木籽油的生產(chǎn)加工中的品種篩選提供理論依據(jù)。

3 討論與結(jié)論

作為辣木加工副產(chǎn)物，辣木籽富含多種功能性成分，在食品、藥用及輕工等方面具有很大的應(yīng)用價值。本實驗以云南八產(chǎn)地辣木籽油為原料，分析辣木籽油中脂肪酸、α-生育酚、δ-生育酚及豆甾醇這幾類脂溶性活性成分的含量，實驗結(jié)果顯示，云南八產(chǎn)地辣木籽油均含有20 種脂肪酸，不飽和脂肪酸相對含量平均為65.39%，其中9-十八碳烯酸（油酸）的相對含量均大于50%。辣木籽油中α-生育酚（45～80 mg/100 g）、δ-生育酚（0.21～0.53 mg/100 g）、豆甾醇（243～495 mg/100 g）具有開發(fā)功能性大健康產(chǎn)品的潛力。生育酚和豆甾醇的含量差異顯著，可能與不同產(chǎn)地的地理環(huán)境、氣候條件等因素有關(guān)。通過PCA，根據(jù)特征向量構(gòu)建主成分與各產(chǎn)地辣木籽油品質(zhì)指標(biāo)之間的線性函數(shù)，構(gòu)建了辣木籽油綜合品質(zhì)評價模型，得到不同樣品綜合品質(zhì)得分從高到低為S3、S1、S5、S4、S6、S8、S2、S7。其中，西雙版納州景 洪市S3樣品的品質(zhì)明顯高于其他產(chǎn)地樣品，表明綜合指標(biāo)評價系統(tǒng)能用于辣木籽油品質(zhì)評價。通過CA，云南八產(chǎn)地辣木籽油可分成2 個集群，綜合評分最高的S3為一個集群，其余7 個樣品為第2個集群，結(jié)果與PCA一致。因此，PCA和CA能較好反映辣木籽油樣品間的差異性，本研究可為辣木籽精深加工提供一定的參考依據(jù)。