亞臨界丁烷萃取海桐籽油及其性質

王晨雨，杜蕾，張光杰，祁鯤，朱新亮，谷令彪

1.安陽工學院生物與食品工程學院河南省獸用生物制品研發與應用國際聯合實驗室（安陽 455000）；2.天津農學院食品科學與生物工程學院（天津 300380）；3.河南省亞臨界生物技術有限公司（安陽 455000）

海桐（Pittosporum tobira）為雙子葉植物綱、海桐科、海桐花屬植物，海桐籽產量較高，籽中含14.07%～16.67%油脂[1]。翁德寶等[2]對海桐和皺葉海桐籽油脂肪酸的組成進行分析評價，結果表明2種籽油均含有6種脂肪酸，主要成分均為軟脂酸和油酸。常規的食用油提取技術主要包括化學提取和機械壓榨。但前者操作危險，使用的溶劑（例如己烷）通常對環境和人體健康有害；機械壓榨過程消耗大量能量且提取率低。超臨界CO2萃取具有無毒、殘留有機溶劑為零以及可進行更具選擇性的萃取等優點，但需要高壓和較長的提取時間。

亞臨界萃取與其他分離技術相比有許多優點：無毒，無害，無污染，非熱加工，不氧化，節能，產能大，不破壞提取物的活性成分，可大規模工業化生產，運行成本低，易于和產物分離等[3-5]。因此，將亞臨界萃取技術應用于海桐籽油提取可以有效防止油脂氧化的發生，最大程度上保護生物活性物質。

目前與海桐籽相關的研究較少，且海桐籽油具有開發為食用油新資源的巨大潛力，能夠緩解我國食用油依賴于進口的局面。然而已有研究主要集中在海桐籽的其他成分，對海桐籽油的研究鮮有報道，海桐籽油的亞臨界萃取還未見報道，亞臨界萃取技術在油脂提取領域具有其獨特的優勢，逐漸受到越來越多研究人員的關注與認可。因此，采用亞臨界丁烷萃取海桐籽油，并對其理化性質、脂肪酸組成和熱穩定性進行研究，探討其利用價值，以期為海桐籽資源的開發利用提供一定的依據。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 原料與試劑

海桐籽，2018年采自安陽工學院，經干燥、粉碎、過0.180 mm（80目）孔徑篩備用；丁烷（純度＞99%），濮陽市龍宇化工有限公司；標準甲酯，德國Sigma公司；石油醚、正己烷、鹽酸、甲醇等，均為市售分析純。

1.1.2 儀器與設備

CBE-5L型亞臨界萃取裝置，河南亞臨界生物技術有限公司；MP502B電子天平，上海精密科學儀器公司；SDT-Q600熱重/差熱同步分析儀，美國TA儀器公司；FSJS-500多功能粉碎機，上海長沙工貿有限公司；PFX880羅維朋比色計，英國羅維朋公司；Agilent 7890A高效氣相色譜儀，美國安捷倫科技公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 亞臨界丁烷萃取

準確稱取50 g樣品粉末于料袋中，封口置于萃取罐中，加蓋密封，將萃取罐抽真空。將丁烷通過計量泵以亞臨界流體的形式注入萃取罐。提取過程的壓力和溫度均由控制器根據設定值自動達到并保持。提取結束時，提取液到達分離器，通過蒸發除去溶劑后，收集提取物，以4000 r/min離心15 min除雜，即得海桐籽油，稱其質量后存儲在4 ℃冰箱備用。海桐籽油的亞臨界萃取流程如圖1所示。

圖1 海桐籽油的亞臨界萃取流程圖

1.2.2 索氏提取

準確稱取20 g海桐籽粉末，放置于濾紙筒內，以石油醚為溶劑，置于索氏提取裝置內，在80 ℃條件下回流提取4 h，減壓蒸餾回收溶劑，得到黃色液體，即為海桐籽油。

海桐籽油提取率計算如式（1）所示。

1.2.3 海桐籽的組成分析

海桐籽的水分測定參照GB 5009.236—2016；粗脂肪測定參照GB/T 14488.1—2008；粗蛋白測定參照GB 5009.5—2016；粗纖維測定參照GB/T 5009.10—2003；礦物質測定參照GB 5009.4—2016。

1.2.4 海桐籽油理化指標測定

油的顏色由Lovibond PFX880色度計使用1英寸的樣品池測定；折光指數測定參照GB/T 5527—2010；油密度測定參照GB/T 5498—2013；酸值測定參照GB 5009.229—2016；碘值測定參照GB/T 5532—2008；皂化值測定參照GB/T 5534—2008；不皂化物測定參照GB/T 5535.1—2008；過氧化值測定參照GB 5009.227—2016；生育酚含量測定參照GB/T 26635—2011。

1.2.5 海桐籽油脂肪酸測定

（1）樣品甲酯化

準確稱取1.0 g海桐籽油于100 mL具塞錐形瓶中，瓶中加入10 mL 0.1 mol/L的甲醇鈉溶液，在70 ℃條件下水浴20 min，再加入15 mL 1 mol/L的鹽酸-甲醇溶液，于70 ℃水浴30 min，冷卻至室溫后向瓶內加入10 mL蒸餾水，與10 mL正己烷混合后轉移至分液漏斗，振蕩1 min，靜置、分層，放出下層溶液，再用10 mL正己烷對下層溶液反復萃取3次，合并以上萃取液于分液漏斗中，用蒸餾水進行多次洗滌，直至廢水層呈中性為止。將溶液用無水硫酸鈉干燥后過濾，濾液用適量正己烷稀釋，經0.45 μm微孔濾膜過濾，在4 ℃條件下保存待測。

（2）氣相色譜條件

Agilent 7890A氣相色譜，10 μL微量進樣器，色譜柱為HP-88毛細管柱（100 m×0.25 mm×0.20 μm）；進樣口溫度240 ℃；采用程序升溫：初始溫度50 ℃，以8 ℃/min升至200 ℃，保持15 min；再以29 ℃/min升至250 ℃，保持40 min；分流比10∶1。

為了鑒定脂肪酸，將樣品中各脂肪酸甲酯組分的出峰時間與脂肪酸甲酯標準品（Sigma-aldrich Co.，Darmstadt，Germany）進行對比，進行定性分析；并采用峰面積歸一方法對各組分的相對含量進行計算。

1.2.6 海桐籽油熱穩定性分析

使用熱重/差熱同步分析儀（SDT-Q600，Ta Instruments，Chicago，USA）對海桐籽油的熱穩定性進行測試。準確稱取10 mg樣品放入裝樣坩堝，以10℃/min的程序升溫速率從室溫加熱至600 ℃，同時在氮氣環境中連續記錄樣品質量。

2 結果與討論

2.1 海桐籽主要成分

由表1 可知，海桐籽的主要成分為粗纖維（19.49%），其他依次是粗蛋白（18.65%）、粗脂肪（13.90%）和礦物質（11.01%）。由此可知，海桐籽中富含油脂，雖然低于大豆油脂含量（17%～23%）[6]和玉米油脂含量（23.09%）[7]，但仍具有開發為新型油料資源的潛力。

表1 海桐籽的組成 單位：%

2.2 提取率和理化特性

亞臨界丁烷萃取和索氏提取法的提取率和油脂理化性質如表2所示。亞臨界丁烷萃取和索氏提取的提取率分別為13.854%和13.737%，亞臨界丁烷萃取略高于索氏提取，可能是由于溶劑處于亞臨界狀態時，具有和液體相近的密度，且黏度與氣體相近，溶劑分子的極性也會發生改變；溶劑分子的密度和黏度同時發生改變，導致其擴散能力及傳質性能提高；溶劑分子極性發生改變，導致其對原料中油脂的溶解能力增強[8]。

表2 海桐籽油的提取率和理化特性

在室溫下，海桐籽油呈黃色，與羅維朋比色法測得的結果一致。羅維朋比色法測得的數據表明兩種海桐籽油的黃色值最高，分別為70.166和70.223，紅色值次之，分別為26.042和25.922，藍色值最低，分別為0.001和0.002。亞臨界萃取的海桐籽油折光指數（1.470）約等于大豆油（1.477）和玉米油（1.473）[9]。高折射率表明其自身不飽和脂肪酸含量高，并表明該油具有開發為食用油的潛力。兩種方法得到的海桐籽油的相對密度（0.906和0.903），與大部分食用油基本一致。

酸值是脂質總酸度的量度，過氧化值是在脂質氧化初期形成的過氧化物和氫過氧化物濃度的量度。酸值和過氧化值是油穩定性的良好指標。索氏提取的海桐籽油的酸值（42.123 mg KOH/g）高于亞臨界萃取的海桐籽油的酸值（41.927 mg KOH/g），且均高于食用油國家標準4 mg KOH/g，這可能是海桐籽毛油中游離脂肪酸的含量較高導致的，可經過與堿反應適當精煉，達到國家食用油標準。亞臨界萃取的海桐籽油的過氧化值（0.092 g/100 g）明顯低于索氏提取的海桐籽油（0.141 g/100 g），這可能是因為索氏提取溫度高、時間久，而亞臨界萃取是在真空、低溫條件下進行的，不飽和脂肪酸在高溫條件下易被氧化，進而導致索氏提取的過氧化值偏高，但均低于國家標準（0.15 g/100 g）。

碘值代表油脂的不飽和度，皂化值是評估油脂中三?；视椭兄舅徭滈L（相對分子量質量）的指標[10]。亞臨界萃取海桐籽油的碘值較高（76.429 g I2/100 g），這可能與其富含不飽和脂肪酸有關；海桐籽油中低相對分子質量的甘油三酯含量較高，導致其皂化值高達191.051～193.373 mg KOH/g。另外，海桐籽油的不皂化物的含量（3.655%～3.797%）高于葵花籽油（1.6%）、大豆油（1.6%）和橄欖油（1.7%）[9]。植物油不皂化物主要包括維生素E、固醇類、三萜醇、烴類和脂族醇類等[11-12]。海桐籽油的總生育酚含量為120.857～123.996 mg/100 g，兩種方法間無顯著差異，且均富含α-生育酚（107.883～110.728 mg/100 g），β-生育酚含量相對較低（12.974～13.268 mg/100 g），α-生育酚可以提高油脂的穩定性和抗氧化性[13]。因此，海桐籽油具備用作功能性食用油的潛力。

2.3 脂肪酸組成

亞臨界丁烷萃取以及索氏提取所獲得的海桐籽油脂肪酸的組成示于表3。亞臨界丁烷萃取與索氏提取兩種方法所提取的油均富含不飽和脂肪酸，分別為87.060%和88.458%；其中單不飽和脂肪酸57.418%～61.300%、多不飽和脂肪酸27.158%～29.642%；單不飽和脂肪可有效降低血漿中血清總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇的含量，多不飽和脂肪酸在體內的平衡對于穩定細胞膜功能、維持細胞因子和脂蛋白平衡、抗心血管病、促進生長發育等方面起著重要作用。飽和脂肪酸含量均相對較低，分別為12.941%和11.540%。亞臨界丁烷萃取海桐籽油的不飽和脂肪酸略低于索氏提取，飽和脂肪酸略高于索氏提取，但其油酸、亞油酸和亞麻酸總量（63.778%）則顯著高于索氏提取（50.873%）。海桐籽油脂肪酸主要成分是油酸和亞油酸。其油酸含量（23.714%～34.136%）高于大豆油（19.696%～20.015%），但亞油酸（26.777%～29.083%）和亞麻酸（0.382%～0.559%）含量均低于大豆油[14]，該結果與翁德寶等[2]對海桐和皺葉海桐籽油的研究結果主要成分為油酸和棕櫚酸有些偏差，可能是由于材料及提取方法的不同，導致試驗結果有些差異。油酸為單不飽和脂肪酸，對于心血管疾病預防和治療具有重要意義[15]；此次研究中油酸含量低于石磊等[16]的研究結果，這可能與試驗原料不同有關。作為一種重要的多不飽和脂肪酸，亞油酸在人體肌肉、腦細胞及神經系統發育中發揮著重要的作用，并且對人體皮膚、骨骼、新陳代謝和生殖系統都十分有益[5]。海桐籽油的芥酸含量高達23.282%～37.585%，芥酸分子碳鏈長，潤滑性能優異，疏水性、防水性強，是一種重要的油脂化工產品[17]；然而，過多攝入芥酸會造成肝硬化、血管壁增厚、心肌脂肪沉積等危害[18-19]。

表3 海桐籽油脂肪酸的組成

海桐籽油中飽和脂肪酸占總脂肪酸含量的11.540%～12.941%，分別是肉豆蔻酸0.138%～0.364%、棕櫚酸9.209%～10.243%、硬脂酸1.106%～1.662%、花生酸0.435%～0.515%和山崳酸0.383%～0.426%；除肉豆蔻酸和山崳酸以外，索氏提取的海桐籽油中棕櫚酸、硬脂酸和花生酸的含量均低于亞臨界萃取的海桐籽油中各脂肪酸的含量。其中棕櫚酸的含量均低于海桐和皺葉海桐籽油（分別為29.66%和34.72%）的報道[2]。所以海桐籽油可作為工業用油，也可通過技術手段降低芥酸含量后開發為食用油新資源。

2.4 熱穩定性

亞臨界丁烷萃取海桐籽油的熱失重曲線（TG）、熱失重速率曲線（DTG）及差示掃描量熱（DSC）曲線如圖2所示?？梢钥闯觯Ｍ┳延驮?90 ℃時發生5%的質量損失，在441 ℃時發生90%的質量損失，因此290～441 ℃是海桐籽油的主要失重溫度范圍，由此可以看出海桐籽油具有較好的熱穩定性，可以用作高溫煎炸用油。曲線顯示海桐籽油在整個過程中有兩個失重階段，分別是在412 ℃和456 ℃，這兩個階段可能與甘油三酯的揮發或者燃燒緊密相關。在這兩個失重階段中，第一次主要為熱分解過程，是鑒定食用油熱穩定順序的關鍵，該階段通常是由多不飽和脂肪酸分解造成的。隨著溫度的不斷上升，單不飽和脂肪酸的雙鍵被打開，甘油三酯分子形成飽和鍵，造成TG/DTG曲線中的第二次失重[9]。

圖2 亞臨界丁烷萃取海桐籽油的TG/DTG及DSC曲線

3 結論

亞臨界丁烷萃取海桐籽油的提取率略高于索氏提取，除酸值和芥酸含量外，海桐籽油的其他指標均符合食用油國家標準。海桐籽油脂肪酸主要成分是油酸（23.714%～34.136%）和亞油酸（26.777%～29.083%），亞臨界萃取海桐籽油的油酸以及亞油酸含量均高于索氏提取，但索氏提取海桐籽油中的總不飽和脂肪酸（88.459%）略高于亞臨界萃取海桐籽油（87.059%）；此外，海桐籽油還具有較好的熱穩定性。綜合以上結論并結合亞臨界丁烷萃取與索氏提取的特點可知，亞臨界丁烷萃取相較傳統索氏提取更適合作為一種高效的方法應用于海桐籽油的提取。海桐籽油可開發為工業用油，或在經過適當精煉與處理后開發為食用油新資源。