棉油皂脚饲料化的可行性研究

■罗 兰陈红莉 唐 辉*赵 满彭鑫鑫

（1.石河子大学药学院新疆特种植物药资源省部共建教育部重点实验室，新疆石河子832002；

2.新疆西部牧业股份有限公司，新疆石河子832099）

中国的棉花产量名列世界前茅，棉籽产量世界第一，产量约占世界总产量的1/4。根据德国汉堡以及美国相关部门分析：最近几年中国每年的棉籽的产量超过1 000×104t，而拿来制油的棉籽约占600×104t，在中国人的食用油结构中，棉籽油约占所有食用油的17%[1]。在棉籽制油的生产过程中，油脚、皂脚是油脂精炼产生的副产物，若以产生10%的皂脚计算，我国每年将产生60×104t的棉籽油皂脚，资源来源非常丰富，而目前大部分棉籽油加工厂并没有将棉油皂脚很好地开发和利用，造成了资源的浪费，有些边远小企业因为不具备对皂脚的处理能力，也造成了一定的环境污染[2]。新疆是中国的棉花最大的产区，畜牧业也相对发达，饲料缺口较大。针对新疆的实际情况，如何利用好棉油皂脚，就地取材、变废为宝已极为迫切，比如将棉油皂脚中的脂肪酸通过提取制备，就地取材实现饲料化等深度开发、具有很好的经济效益和应用发展前景。

皂脚中脂溶性成分主要包括脂肪酸钠盐和中性油两部分，其中不饱和的脂肪酸盐含量约占30%～48%，中性油含量为15%～25%，总脂肪酸含量约占皂脚总量的40%～50%[3]。在皂脚中，脂肪酸通常以甘油脂或磷脂等结合态的形式存在，游离态含量很少，经过酸化、水解及相关工序，则多以脂肪酸(游离态)的形式存在。为了充分利用资源，可利用棉油皂脚为原料，经过酸化、水解、蒸馏、分离等工序，制备混合脂肪酸进而进行其它工业原料进一步的深加工。工业上皂脚提取制备脂肪酸的常见方法有3种[4-5]，分别为酸化水解法[6-7]、皂化酸解法[8]及水解酸化法。运用GCMS对棉油皂脚使用酸化水解法制备的脂肪酸的组分进行准确定性定量分析[9-11]，进而为棉油皂脚提取制备混合的脂肪酸的生产应用提供依据。

棉油皂脚之所以没有像大豆皂脚、菜籽油皂脚那样直接用于饲料添加剂的主要原因是因为棉油皂脚中所特有的游离棉酚(FGP)、棉油或者棉粕如果不进行脱酚处理，对人和动物的毒性都很大。一般来说，添加到日粮中的棉籽饼粕游离棉酚含量在200 mg/kg时无毒，在200～500 mg/kg时有轻微的毒性，高于1 500 mg/kg时具有强毒性。棉酚在体内代谢比较慢，所以食用棉酚后的毒性是累积性的。国家饲料卫生标准规定了在各种饲料中的安全使用限量棉粕小于1 200 mg/kg，动物日粮中游离棉酚小于125 mg/kg，世界卫生组织建议标准规定棉酚含量小于400 mg/kg。本实验通过对棉油皂脚进行提取制备，获得高纯度的粗脂肪酸，进一步对产物进行脱酚处理，达到世界卫生组织建议标准规定的游离棉酚含量，从而得到在饲料标准限度内的高纯度的粗脂肪酸。

1 材料和方法

1.1 实验材料

棉油皂脚（来自新疆石河子汇昌油脂厂），碱蓝6B指示剂、硫酸、95%乙醇、无水乙醇、盐酸、氯化钠、氢氧化钠、甲醇、硫酸铜、过氧化氢、三氟化硼等均为分析纯，甲醇、乙腈为色谱纯（Fisher Science），重蒸水。

1.2 仪器

BP211D电子天平(德国赛多利斯)、电子计价秤(上海永杰衡器有限公司)、TDL-40B离心机(上海安亭飞鸽)、SK5200HP超声清洗器(KUDOS）、HJ-6磁力搅拌器（金坛市鑫鑫实验仪器厂)、6890N GC/5973MS型气相色谱-四极杆质谱联用仪(美国Agilent公司)、电热套、真空冷冻干燥器、日本岛津LC-15C高效液相色谱仪(包括在线脱气机、紫外检测器、LC solution工作站等)、北京光明DKZW型电子恒温水浴锅、德国EYELA旋转蒸发仪。

2 粗脂肪酸的制备与处理

皂脚中的脂肪酸主要是以脂肪酸钠盐和中性油的形式存在。以脂肪酸钠盐形式存在的脂肪酸可以通过硫酸酸化得到，中性油可以先皂化后再用硫酸分解，也可以直接水解得到脂肪酸。

2.1 酸价的测定方法

参照中华人民共和国国家标准（GB/T5530─2005/ISO 660:1996）：动植物油脂酸值和酸度测定标准按规定方法测定。

2.2 皂化值的测定方法

参照中华人民共和国国家标准（GB/T5534─2008/ISO 3657:2002）：动植物油脂皂化值的测定标准按规定方法测定。

2.3 酸化水解法制备脂肪酸

将皂脚中的脂肪酸钠盐先经过硫酸酸化，得到脂肪酸与中性油的混合物，然后再进一步水解其中的中性油得到粗脂肪酸。酸化水解法的工艺流程图见图1。

图1 酸化水解法工艺

酸化水解法具体步骤：

①投料

100 g皂脚加入到等质量的水中，充分搅拌、混合均匀转移至三口烧瓶中，连接滴液漏斗及冷凝回流装置。

②酸化除杂

85℃水浴加热，在机械搅拌下，缓慢加入稀释后的硫酸至pH值2～3酸化1.5 h，得到的酸化液转移至分液漏斗、静置分层，除去下层水相，上层液体经热水水洗到中性再经过冷冻干燥之后得到酸化油。

③催化水解

取5 g上述酸化油置于平底烧瓶中，在5 ml蒸馏水中加入6%(与酸化油质量体积比)的浓硫酸转移至平底烧瓶再加入3%的十二烷基磺酸钠。连接回流冷凝管，在温度设定为100℃的磁力搅拌器上反应5 h。

④收集脂肪酸

停止加热，将反应液转移至分液漏斗静置分层，弃去下层水相，上层油相经水洗、真空干燥得到粗脂肪酸。

2.4 粗脂肪酸的脱酚处理

称取50 g酸化油(含FGP:4707.3 mg/kg)用0.5%CuSO4和双氧水(分析纯，取50 g粗脂肪酸的质量百分数的量)溶于2 ml水中制成脱毒剂，再将制备好的脱毒剂均匀喷洒于试样中，置于三角烧瓶中密闭，在80℃下烘1 h，检测FGP含量，计算脱毒率。

实验结果及数据见表1、表2。

表1 酸化水解法制备脂肪酸

表2 脂肪酸酸值的测定

3 检测方法

3.1 混合脂肪酸的GC-MS分析

3.1.1 样品脂肪酸甲酯化

精确称量0.3 g油脂于100 ml烧瓶中，加入6 ml 0.5 mol/l NaOH-甲醇溶液，迅速连接冷凝管，将烧瓶放入水浴中加热至油脂完全溶解后，加7 ml 15%BF3-甲醇溶液，持续煮沸3 min，连续以10 ml的石油醚萃取两次，合并萃取液加入10 ml蒸馏水，以5 000 r/min的速度离心样品10 min，取其中上清液10 ml，吹氮气浓缩至2 ml，待GC-MS分析。

3.1.2 气质联用条件

色谱条件：HP-5MS色谱柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；载气高纯度氦（He），总流速16.87 ml/min，分流比50∶1，进样量：1 μl；进样温度：250 ℃；检测器温度：300℃；升温程序：柱温150℃，以10℃/min升到180℃（保持5 min），然后以3℃/min升到230℃（保持15 min），再以3 ℃/min升到270 ℃（保持20 min）。

质谱条件：GC-MS接口温度：280℃；EI离子源，离子源温度：230℃，电子能量70 eV，电子倍增器电压1 950 V；四级杆温度：150℃，质量扫描范围（m/z）50～550 amu。

3.2 HPLC法测定酸化油中游离棉酚含量

3.2.1 对照品溶液

精密称取棉酚对照品12.50 mg，置25 ml量瓶中，用乙腈溶解并稀释至刻度，再精密吸取5 ml至25 ml量瓶中，加乙腈稀释至刻度，摇匀，即得。

3.2.2 供试品溶液的制备

精密称取酸化油10 g置圆底烧瓶中，以50 ml的1.4 mol/l磷酸及84%的丁酮水溶液溶解，80℃水浴回流2 h后移至分液漏斗中静置分层，萃取丁酮层，水层分两次以少许丁酮萃取，合并丁酮液于50 ml量瓶，丁酮稀释至刻度，移取0.5 ml置10 ml量瓶，乙腈稀释至刻度，再移取1 ml至10 ml量瓶，乙腈稀释至刻度，即得供试品总棉酚(TGP)溶液。

精密称取酸化油10 g置锥形瓶中，以50 ml丙酮(HCl调节pH=2)溶解，45℃搅拌1 h后移至离心管中(3 000 r/min，15 min)离心，将上清液转移至50 ml量瓶，丙酮稀释至刻度，移取2 ml至10 ml量瓶中，乙腈稀释至刻度，再移取1 ml至10 ml量瓶中，乙腈稀释至刻度，即得供试品FGP溶液。

3.2.3 色谱条件

色谱柱：Waters TccQ·Tag Amino Acid Analysis C18 Column(3.9 mm×150 mm,4 μm)；流动相：乙腈∶0.7%磷酸水=80∶20；检测波长：238 nm；柱温：25 ℃；流速：1.0 ml/min；进样量：20 μl。

4 结果及分析

4.1 GC-MS定性分析和定量分析

通过气质联用仪按以上的条件和步骤对其组分及其含量进行检测分析，由工作站给出脂肪酸检测的总离子流图，如图2所示。

图2 酸化水解法提取脂肪酸甲酯总离子图

各色谱峰相对应的质谱图经人工解析、Wiley质谱库和NIST14质谱库进行检索定性，采用面积归一化法确定棉油皂脚中各脂肪酸成分的相对百分含量，见表3。

表3 酸化水解法制备混合脂肪酸中脂肪酸甲酯的组成及相对含量

棉油皂脚中的脂肪酸用酸化水解法制备得到，通过GC-MS分析经计算机质谱化合物库Nist05a的检索比对，其中提取的样品中共鉴定出9种脂肪酸成分(其中编号10为二十四烷酸，是皂化水解法制备所得)，含量最高的是亚油酸（百分比66.84%），其中直链饱和脂肪酸（SFA）5种，包括棕榈酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、花生酸及山俞酸，共占17.71%；单不饱和脂肪酸（MUFA）3种，包括顺9-十八碳烯酸、顺9-十六碳烯酸和反10-十九碳烯酸，占15.44%；多不饱和脂肪酸（PUFA）1种为亚油酸（百分比66.84%）。

4.2 HPLC测定游离棉酚的含量

通过HPLC按以上的条件和步骤对其组分及其含量进行检测分析，由工作站给出游离棉酚的检测图，如图3所示。

图3 HPLC法测定酸化油中游离棉酚含量

脱毒前后结果见表4。棉油皂脚中游离棉酚的含量较高，经脱酚后，含量为383.2 mg/kg，脱毒率达81.41%。世界卫生组织建议标准规定FGP＜400 mg/kg。由于棉酚具有毒性，把棉油皂脚中游离棉酚的含量控制在安全限度内，对棉油皂脚进一步饲料化具有重要意义。

表4 酸化油脱酚前后游离棉酚含量及脱毒率

5 结论

以棉油皂脚为原料用酸化水解法制备酸化油，在实际生产中酸化水解法经济环保节能、工艺简单、操作简便。制备得到的酸化油棉酚含量依然很高，经过脱毒处理后，酸化油的棉酚含量从4 707.3 mg/kg降到了383.2 mg/kg，达到世界卫生组织对建议标准规定游离棉酚含量，从而得到在饲料标准限度内的高纯度的粗脂肪酸，为棉油皂脚的充分利用开辟了一条新的道路，从而使棉油皂脚在饲料化方面有了可能。