文冠果种仁油开发和应用的研究进展

白　雪,胡文忠,*,姜爱丽,萨仁高娃,钱红梅,孙　录

(1.大连民族学院生命科学学院,辽宁大连 116600;2.大连理工大学生命科学与技术学院,辽宁大连 116024;3.大连工业大学食品学院,辽宁大连 116034)



文冠果种仁油开发和应用的研究进展

白雪1,胡文忠1,*,姜爱丽1,萨仁高娃2,钱红梅3,孙录1

(1.大连民族学院生命科学学院,辽宁大连 116600;2.大连理工大学生命科学与技术学院,辽宁大连 116024;3.大连工业大学食品学院,辽宁大连 116034)

文冠果种仁油是以文冠果种仁为原料,经过提取加工得到的在许多领域被广泛应用的一类植物油脂。油脂富含多种生物活性物质,性质符合制成生物燃油的标准,近些年来在许多少数民族地区被作为油料树种大量开发种植。本文对文冠果种仁油的提取方法、营养成分、保健功效及其作为生物燃油、食品添加剂、肥皂等产品生产原料的开发与应用方面进行了总结与归纳,并综述了其种植与加工应用过程中存在的问题,弥补了文冠果种仁油研究领域相关油类开发与应用综述的不足,为今后文冠果种仁油在生物能源领域新产品的开发提供参考,为文冠果种仁油在其它生产领域的开拓应用奠定基础,也为提高民族地区经济水平、促进民族地区农业发展做出了一定的贡献。

文冠果种仁油,活性成分,生物柴油,开发应用

文冠果(Xanthocerassorbifolia)又叫“北方油茶”,是中国特有的一类无患子科油料灌木,广泛分布于北方黄土高原地区,具有很强的抗性,种植期间病虫害较少,不仅被誉为防固风沙,治理荒漠化的优良树种而且是城镇、园林、高速公路绿化过程中经常被使用的风景树[1]。文冠果的果仁、果壳、叶片、花、茎干、根等部位包含多种活性物质,叶片中的蛋白质含量较高,咖啡因含量与花茶接近,经过加工后可以当做茶叶饮用,起到利尿、稳定毛细血管、止血的疗效[2]。茎干中的甾醇、香豆素、黄酮、鞣质等活性物质食用后同样具有抗炎、改善记忆、抗病毒、抗癌的作用[3-4]。文冠果种皮可制成活性炭,油渣经加工后可做饲料,木材可加工成高档工艺品。文冠果种仁油中的不饱和脂肪酸含量较高,富含的蛋白质品质好,活性成分较丰富,是一种健康的、具有保健价值的理想食用油。文冠果种仁油的油料指标和加工工艺指标符合生物能源的标准,其加工制成的生物柴油也被看作是我国21世纪最具潜力的可再生绿色能源[5]。

1　文冠果种仁油

1.1种仁的产量

文冠果是我国陕西、山西、河北、河南等地区常见的树种,其对土壤适应力强、耐干旱、耐贫瘠,又因近些年来人们对健康饮食和生物柴油产业发展的不断重视,文冠果的种植也作为拉动经济增长,提高地方生活水平的一项重要举措在宁夏、甘肃、内蒙古等少数民族地区迅速展开[6]。但由于民族地区的种植者经验欠缺,在种植文冠果的过程中存在一定问题,造成的文冠果的落果现象影响着文冠果种仁的产量和种植文冠果的经济价值[7]。

研究发现,影响文冠果种仁产量的主要因素有文冠果的栽培密度、优秀果树的利用率、数目形态、结果枝类、自交败育和授粉受精不良、树体营养受限制等,其中优质文冠果植株的选择是直接影响文冠果种仁产量的关键因素,对于单株文冠果而言,平茬复壮能够较大幅度的提高文冠果种仁的产量[8]。白金友[9]等人在5月份的花期取30株文冠果进行实验,研究表明,每株文冠果施肥0.3斤,灌水2担可明显增加文冠果的座果率,对文冠果进行适当的修剪,使其结果枝的长度在41 cm以上,或径粗在0.71 cm以上都可以明显提高文冠果的座果率,提高其种仁的产量。还有研究显示文冠果的种植密度在每公顷定植2715株时[10],种仁产量达最高值,为195 kg/hm2,通过人工异花授粉操作也能显著提高文冠果结实率,但需要控制每个花序上的果实数,防止由于营养竞争而出现落果现象[11]。

1.2种仁油的提取

石油醚和甲醇混合液提法、亚临界萃取法、微波辅助萃取法、生物酶法等都是文冠果种仁油常用的提取方法。

表1　不同提取方法对文冠果种仁油提取效率的影响Table 1　Effect of different extraction methods on Xanthoceras sorbifoliaolia oil extraction efficiency

不同的提取方法对文冠果种仁油的提取效率不同,超临界萃取法是常用的文冠果种仁油提取方法,研究发现超临界萃取法中影响种仁油提取效率最主要的因素是萃取的温度和萃取时间,而萃取压力对萃取率的影响效果并不显著[16]。石油醚混合法是近些年来研究最多的文冠果种仁油提取方法,Ding[19]等人证实影响石油醚提取效率的因素主要是提取过程中的料液比和甲醇的用量大小,提取的温度和NaOH的用量多少则对提取效率的影响不大。在采用热盐水法提取文冠果种仁油时发现,当NaCl的添加量不超过10%时,文冠果种仁油提取率与其加入量呈成正相关,且搅拌时间在150 min时达到最高效果,整个方法使用的仪器可以降低提油过程中的破乳成本,具有较高的经济价值[12]。

2　文冠果种仁油的成分和功效

2.1文冠果种仁油的营养成分

文冠果种仁油是从文冠果种仁中提取得到的一类植物油,测定发现其种子含油量为30.4%,去皮后种仁含油率会高出35.99%[20]。人们生活中经常食用的植物油种类很多,与芝麻油、花生油、橄榄油、菜籽油等这些油类相比,文冠果种仁油能够促进人体健康,富含的营养物质更易被人体吸收,属于植物食用油中的极品油。文冠果种仁油是国家一级食用植物油,色泽金黄,香气怡人,油中蛋白质的含量比核桃油高,蛋白质中氨基酸的种类也比较齐全,共计17种[21],蛋白质中谷氨酸、精氨酸的含量优于油菜籽油,高出其一倍多[22],必需氨基酸异亮氨酸、天冬氨酸、丝氨酸等氨基酸评分高达75分,比花生中蛋白质的评分还要高[23]。文冠果种仁油中富含多种蛋白质、生物碱,粗纤维、甾醇、大黄酚、大黄素、槲皮素、皂苷、维生素B1、维生素C、维生素E、胡萝卜素等多种维生素及钠、铁、锌、等矿物质元素,可被用作高级药、食兼用植物油,是纯天然的保健品和美容用品[24]。

文冠果种仁油中富含12种脂肪酸,花生酸、木焦油酸、廿碳二烯-11,14酸、山俞酸这四种脂肪酸的含量占总脂肪酸含量的1%～1.5%,硬脂酸、神经酸、棕榈酸、芥酸、蜜酸占总脂肪酸含量的15%～20%,亚油酸、亚麻酸、油酸这三种脂肪酸含量占总脂肪酸含量的78.5%～84%[25-26]。文冠果种仁油中的饱和脂肪酸的含量较低,花生油中的饱和脂肪酸含量是文冠果油中的饱和脂肪酸含量的1.9倍,橄榄油中的饱和脂肪酸含量也是文冠果油中饱和脂肪酸含量的1.78倍[24]。高含量的不饱和脂肪酸是文冠果种仁油优于其他品种食用油的关键因素,文冠果种仁油中的不饱和脂肪酸包含亚油酸、亚麻酸和油酸,亚油酸、亚麻酸是人体自身不能合成,只能从膳食中补充得到的必需脂肪酸;亚油酸在文冠果种仁油中的含量占总不饱和脂肪酸的42.9%,是形成细胞膜、提高细胞活性、改善血液循环并参与人体新陈代谢的重要物质;油酸的含量占文冠果种仁油不饱和脂肪酸含量的52.8%,是帮助人体防止脱发和多种皮肤疾病的有益脂肪酸[27]。

2.2文冠果种仁油的保健功效

文冠果种仁油中的不饱和脂肪酸可以与血液中的胆固醇结合成脂,降解为胆酸,直接排出体外,具有祛风湿、消肿止痛、治疗高血脂、高血压、消除血栓的保健功能。文冠果种仁油还可以提供前列腺素,促进前体物质的合成帮助人体进行生长发育,在医药领域中,被用于预防、治疗小儿发育不良、尿床、老人滴尿等主要症状[34]。文冠果种仁油具有调节大脑皮质兴奋性的作用,在协助精神病、神经病的治疗、提神醒脑方面具有显著疗效。文冠果种仁油还具有抑制脂质过氧化反应的效果,可以有效的调节机体代谢、保护器官生物膜、减少细胞病变发生、降低机体神经、器官、组织受损概率。文冠果种仁油富含多种抗氧化皂苷成分,在临床上常被用于记忆力减退、老年痴呆、智力低下等症状的治疗,同时具有消炎、消痛的功能[35-36]。

3　文冠果种仁油在新能源领域的应用

3.1文冠果种仁油作为生物柴油的原料

生物柴油是替代化石燃料,且相对石化燃料更为环保的、可再生的、安全性高的、产物绿色的、被广泛开发利用的合成能源用品。张红云[37]等人认为文冠果可作为生产生物柴油的优先选料,与其它产油作物相比,文冠果种植不用占用耕地,具有很强的抗性,在干燥的气候和一般的土壤中就可以生长的较好,种植3年便可开花结果,树的寿命可达600年,15～20年进入果树的盛果期,盛果期长达一百年之久,产量很高。

文冠果种仁油可作为生产合成一种代替柴油、石油等不可再生资源的生物清洁能源,属于半干性油,酸值较低,为0.52,制备生物柴油时不用预先处理;碘值很高,可达到125.8,皂化值185.7,硫氰值79.8,各项指标均符合生物柴油加工制造的工艺要求[38]。文冠果种仁油中的油酸、亚油酸、亚麻酸等主要脂肪酸碳链长度主要集中在C16～C18之间,与生化柴油的C15～C19相近,是理想的柴油替代品[39]。文冠果种仁油具有良好的理化性能,烃脂类成分含量高,不含S、N等污染环境因子,是合成生物柴油的优质选择,合成的生物柴油含水率为0.035%,硫酸盐灰分为0.014%,符合国家现行的GB/T20828-2014的有关生物柴油质量的规定[40]。

文冠果种仁油的C16值为37,提取得到后通过碱催化酯交换法、固体酸催化法、生物酶法等手段可合成生物柴油,得到的生物柴油C18相关烃脂占93.4%,总甘油与游离甘油含量极低,在0.2%和0.02%左右,燃烧产生的废气对人体的危害比化石燃油低,本身又具有较高的生物降解性,对环境的污染小,其广泛的应用对降低空气污染、缓解能源危机和维护国家能源安全有重要的意义[41]。

3.2文冠果种仁油在工业生产中的应用

文冠果种仁油除了食用和工业生产生物燃油之外,还经常被用作高级润滑油,其制成的高级润滑油可以进行生物降解,不会造成大量的环境污染,是一种环境友好型润滑油制品。文冠果种仁油的蛋白质利用率较高,具有很强的乳化性,凝固点较低为-37 ℃,乳化后稳定性也较好,所以经常被当做油漆、肥皂、发蜡、护肤品等生活用品的生产原料,有的甚至可以用于食品添加剂的生产[42]。文冠果种仁油的不饱和脂肪酸含量高、渗透进入皮肤的能力较强,也常被当作按摩推拿用的底油[43]。文冠果种仁油同样可以用作制造精制甘油的原料,其产物中的甘油含量很高,加工后便可得到纯度大于90%的精制甘油[44]。

4　展望

文冠果种仁油的营养成分丰富,可以作为优级的日常食用油,又因其含有多种天然抗氧化物质,保健功效明显,其作为药食同源性功能用油也同样具有广泛的开发前景,明确文冠果种仁油中的药理活性物质并将其与现代医学相结合充分应用于医疗工业中,将文冠果种仁榨油后剩下的种粕一同处理回收并寻求一种有效利用的方式都将成为未来文冠果种仁油相关产品研制开发的重点。文冠果种仁油被看作是不可再生的石油资源的理想替代品,而且文冠果种仁油作为生物柴油生产的燃油指标也符合国家标准,其在民族地区也已经被广泛种植,在生产制造的过程中也取得了一定的成功,但是还存着文冠果种仁产量太低、制成的生物柴油的酸值也还不稳定、制备过程中的甲醇的回收效率太低等一系列会增加生物柴油生产成本的问题,这些问题不仅会制约文冠果种仁油制成生物柴油产业的发展,也同样给环境的保护带来了一定程度的压力,而开发研制高效的、绿色的生物柴油产业化的生产工艺,实现文冠果种仁油最大化的利用效率也将成为文冠果种仁应用开发的另一重中之重。本文通过对文冠果种仁产量的提高方法、种仁油中的活性成分、脂肪酸含量、提取加工的方法、保健功效及其作为生物柴油和工业领域的相关应用进行了分析与总结,为文冠果种仁油的提取应用研究提供更为准确的基础和更好的理论依据,更为完善文冠果种仁油合成生物柴油的生产制备方法、建立完整的质量标准标准体系提供了探索的可能,更为今后新清洁能源物质的开发、能源危机的解决、可再生能源的发展、民族地区的经济发展及环境的保护指明了一定的方向。

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Research advance on the development and application ofXanthocerasSorbifoliabunge seed oil

BAI Xue1,HU Wen-zhong1,*,JIANG Ai-li1,SA-ren-gao-wa2,QIAN Hong-mei3,SUN Lu1

(1.College of Life Science,Dalian Nationalities University,Dalian 116600,China;2.College of Life Science and Biotechnology,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;3.College of Food Engineering,Dalian Polytechnic University,Dalian 116034,China)

Xanthocerassorbifoliabunge seed oil is a kind of plant oil extracted fromXanthocerassorbifoliaseeds.It not only rich in various kinds of bioactive substances,but also has the properties of generating biodiesel.It cultivated as a kind of oil tree in minority areas in recent years.Its nutrients and health functions have been summarized,which also could be used as raw materials of producing biodiesel and food additives even soap.The problems about its processing and planting in practice were also be studied.They all make up the insuffcient of the study about the development and application inXanthocerassorbifoliabunge seed oil.It will make a reference for the bio-energy research aboutXanthocerassorbifoliabunge seed oil and make a foundation of applications onXanthocerassorbifoliabunge seed oil in other production areas which has also made a certain contribution to improve the economic level and the agricultural development of the minority regions.

Xanthocerassorbifoliabunge seed oil;Active ingredients;Biodiesel;Developments and applications

2015-09-25

白雪(1992-)，女，在读硕士，研究方向：食品加工与质量安全控制，E-mail：xbbxnzb@163.com。

胡文忠(1959-)，男，博士，教授，研究方向：食品加工与质量安全控制，E-mail：hwz@dlnu.edu.cn。

满族医药与特色食品的开发(201501020101)。

TS201.1

A

1002-0306(2016)09-0393-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.09.070