无患子籽仁油的提取工艺及其成分分析

2018-01-30陈茜文梅文静高旭晖李曌君李年存赵培瑞

经济林研究 2018年1期

陈茜文，梅文静，高旭晖，李曌君，谷睿，李年存，赵培瑞

（1.中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南长沙 410004；2.湖南省农委机关二处绿色食品安全中心，湖南长沙 410005）

无患子Sapindus mukorossi Gatren.属无患子科Sapindaceae无患子属Sapindus的高大落叶乔木，别名为黄金树，洗手果等，分布在江西、福建等淮河以南省地，在印度、日本等国[1]也有栽培。无患子作为一种可综合利用型树种，可以用来研发添加有皂苷的日化用品，其无毒、易分解，可减少化工洗涤剂的污染和危害；以无患子油生产生物柴油，对于经济的可持续发展，减少环境污染都有重要意义；无患子籽仁中含有各种营养素、抗氧化物，对其加以利用，对于人类社会的健康发展也有重大意义。

无患子籽油常用的提取工艺有压榨法、浸出法（又称萃取法）。吴燕等人[2]探讨了以超临界CO2萃取法提取无患子籽仁油的工艺条件；王娜等人[3]研究了微波预处理对提取工艺的影响情况。但是，所用设备投资高，而提取得率低，故对其提取工艺尚需改进。为给无患子籽仁油的开发利用提供理论依据，笔者研究了以石油醚萃取无患子籽仁油的工艺流程及主要工艺参数对籽仁油提取得率的影响情况，以探寻较优的提取工艺条件；还采用气质联用仪，对无患子籽仁油中的脂肪酸成分及含量进行了分析，同时对其它成分——氰甙和油脂的主要理化性质进行了分析，现将研究结果分析报道如下。

1 材料与方法

1.1 供试材料、试剂与仪器设备

供试的无患子籽仁产于广西壮族自治区贵港地区。

化学试剂：石油醚、正庚烷、2,4,6-三硝基苯酚、甲醇、硫酸、氢氧化钾、氢氧化钠。

仪器设备：SHZ-D（III）型循环水式真空泵，巩义市子华仪器有限责任公司；RE-52A旋转蒸发器，上海雅荣生化仪器设备有限责任公司；GZX-9070电热鼓风干燥箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；HH-S1s数显恒温水浴锅，金坛市大地自动化仪器厂；索氏抽提器；实验室用粉碎机；超声波仪，宁波新芝生物科技股份有限公司；气质联用仪7890A-5975C，美国Agilent（安捷伦）。

1.2 方法

1.2.1 无患子籽的预处理

将无患子种子于烘箱中85 ℃烘4 h后，敲开试验用无患子籽壳，取出籽仁，测得含仁率为22.66%，将籽仁用植物粉碎机粉碎至20～40目，备用。

1.2.2 无患子籽含水率的测定

称取1 g（精确到0.000 1）无患子籽仁，置于（100±3）℃的烘箱中烘4.0 h，冷却0.5 h后称量，而后继续将称量瓶移入烘箱中烘1.0 h，冷却称量，如此反复，直至质量恒定[8]，计算含水率。

1.2.3 无患子籽油提取试验方法

以预处理的无患子籽仁为原料，以石油醚作为溶剂，准确称取籽仁质量（即无患子籽仁粉末质量，G）10.00 g，将籽仁及石油醚按照一定比例装入圆底烧瓶中，并置于一定温度下的恒温水浴锅中，回流浸提一定时间后取出，对所得浸提液进行抽滤，用同样条件重复1次，合并两次提取液，减压蒸馏脱除有机溶剂，分离得到棕黄色无患子籽仁油[4-5]。干基得率（V，%）的计算公式为：

式中：G1为无患子籽仁残渣质量（g），G为无患子籽仁提取前的质量（g），M为无患子籽仁的含水率（%）。

1.2.4 提取方法与提取工艺

在热回流法的工艺基础上探讨索氏抽提法、浸渍法、超声辅助提取法[6]的工艺条件。

索氏提取法的提取工艺：用500 mL的索氏提取器，称取5.0 g无患子籽仁粉末，用250 mL的石油醚抽提10 h，水浴温度为90～95 ℃，每隔10～15 min回流1次。提取完成后过滤，烘干测定剩余渣的质量，计算其得率，籽仁油留用检测。

常温浸渍法的提取工艺：称取无患子籽仁粉末10. 0 g，于室温条件下，将其浸渍在足量的石油醚（250 mL）中2 d。过滤，烘干，测定剩余渣的质量，计算其得率，籽仁油留用检测。

常温浸渍超声波辅助法的提取工艺：称取无患子籽仁粉末10.30 g于室温条件下，将其浸渍在足量的石油醚（250 mL）中2 d，辅助以超声波25 KHz。过滤，烘干，测定剩余渣的质量，计算其得率，籽仁油留用检测。

1.3 检测方法

1.3.1 氰甙的鉴定

取供试的无患子籽仁粉末0.5 g置于试管中，加入5%的硫酸溶液3 mL，充分摇匀，在试管口放入检测氰甙试纸，加热，观察试纸条是否由黄色变为砖红色。

1.3.2 无患子籽仁油皂化值、酸值及碘值的测定

分别按照GB/T5530-2005、GB/T5534-2008、GB/T5532-2008中规定的方法依次测定无患子籽仁油的酸值、皂化值和碘值。

1.3.3 无患子籽仁油成分的GC-MS分析

对分别以热回流法、索氏抽提法、浸渍法、超声辅助提取法[7]提取的无患子籽仁油进行气-质联用色谱（GC-MS）分析。将无患子籽仁油进行甲酯化处理，取0.5 g油样，加入5 mL正庚烷，再加入2mol·L-1的 KOH-CH3OH 溶液 0.25 mL，振荡摇匀，静置分层，取上层液进样，进行色谱分析[8-9]。

采用 Thermo science GC-MS 检测仪进行分析。进样口温度250 ℃，分流比为20∶1，柱流量为0.5 mL·min-1，传输辅助加热250 ℃。升温程序为：80 ℃保持2min，再以8℃·min-1升至250 ℃，250 ℃下保持10 min。离子源230 ℃，四极杆150 ℃，离子能量70 ev，色谱柱HP-5MS。

2 结果与分析

2.1 热回流法正交试验确定提取工艺

经查阅与参考有关文献资料[2-4,10]得出，影响回流提取的四个主要因素可设为料液比（因素A）、提取温度（因素B）、提取时间（因素C）、提取次数（因素D），选用正交表L9(34)安排正交试验，试验结果见表1。

表1 L9(34)正交试验结果Table1 Results of L9(34) orthogonal experiment

由表1可知，料液比、提取温度、提取时间和提取次数各影响因素的不同水平均值间的极差值分别为3.960、4.760、1.333和9.176，极差值越大，表明该因素对试验结果的影响越显著，由此得出，各影响因素对无患子籽仁油得率的影响主次顺序为：提取次数＞提取温度＞料液比＞提取时间。较优的提取条件为：料液比1∶5，提取温度80 ℃，提取时间2 h，提取2次。以此参数进行验证试验，提取的得率分别是41.30%、41.50%、42.10%，平均得率为41.63%。

2.2 采用几种工艺提取的得率比较

采用索氏提取、浸渍提取、超声提取、热回流工艺提取的得率分别为41.26%、34.26%、42.22%、41.63%。几种工艺的提取得率的大小顺序为：超声＞热回流＞索氏＞浸渍。

由于热回流的时间、温度、溶剂量等条件都达到了较优水平，故以此工艺提取的得率较高。超声波具有机械效益、空化效益和热效应，增大介质的分子运动速度，有助于增大介质的穿透力，使物质更有效地被提取，所以其得率大于以其他三种工艺提取的得率。浸渍的时间是2 d，处理时间足够长，所用溶剂量也相当多，但温度不高，分子运动较小，扩散的推动力较小，并且溶剂量较大，回收溶剂时也会造成一定质量的损失，故其得率最低。而索氏抽提器的容积虽然小，溶剂量也不大，但此方法的浓度差在这四种工艺中是最大的，主要因为提取温度较热回流的低，所以得率略低。

2.3 无患子籽仁油中的化学物质分析

2.3.1 氰甙的鉴定分析

检测中发现，并无砖红色产生，说明无患子籽仁油中不含氰甙成分。氰甙在人的胃中会分解出氢氰酸，如果食用过量就会致命。这一检测结果说明，无患子籽仁油无毒性，可用于食品生产。

2.3.2 无患子籽仁油理化特性及脂肪酸组成分析

采用不同方法提取的无患子籽仁油其主要理化指标的测定结果见表2。

采用气质联用仪对以四种提取方法提取得到的无患子籽仁油进行色谱分析，并将分析结果与质谱库中的标准质谱进行对比分析，得出的以四种方法提取到的无患子籽仁油中脂肪酸的成分及含量分别如图1与表3所示。由图1和表3可知，在允许的一定误差范围内，以四种方法提取的无患子籽仁油中所含的脂肪酸比例相差无几。由此可知，超声波和提取温度等因素对某种脂肪酸在籽仁油中所占的比例并无影响。

无患子籽仁的含油量达42%左右，其含油率

较高，接近于油茶籽仁的含油率（45%），高于油菜籽的含油量（33%），其籽仁油无论用作食用油还是生物柴油都是高产油。由表3 可知，无患子籽仁油由11种脂肪酸组成。其中，不饱和脂肪酸含量为83%，油酸含量达50%左右，这两种脂肪酸的含量均低于茶油却高于菜籽油和花生油；亚油酸和亚麻酸含量分别为8.5%和1.5%，均接近茶油。亚油酸和亚麻酸均为动物必需的脂肪酸，动物本身不能合成，只能从食物中摄取[11-12]。如果将无患子籽仁油作为食用油开发，就必须进一步对其进行毒理学的安全评价，了解其功能特性，而目前这方面的研究报道较少。

表2 采用不同方法提取的籽仁油其主要理化指标的测定结果Table2 Main physical and chemical indexes of kernel oil extracted by different methods

图1 采用不同方法提取的无患子籽仁油的GC-MS分析结果Fig.1 GC-MS analysis results of S. mukorossi kernel oil extracted by different methods

表 3 采用不同方法提取的籽仁油其脂肪酸组成与相对含量Table3 Fatty acid composition and relative contents in S. mukorossi kernel oil extracted by different methods

由表2与表3还可得知，无患子籽仁油中油酸和亚油酸的含量均达54%以上，其酸值为2.46 mg·g-1，皂化值 202.46 mg·g-1，碘值 0.9853g·g-1。其酸值比麻疯树籽油的酸值（9.7 mg·g-1）低，说明无患子籽仁油中的游离脂肪酸含量低，低酸值的油脂生产出的生物柴油不仅可减少发动机工作时由积炭的增加而造成的活塞磨损，而且可省去预酯化步骤，直接甲酯化生产生物柴油。无患子籽仁油的碘值为0.9853g·g-1，符合德国等国家现行生物柴油标准中对碘值的要求（≤115 g/100 g），碘值的大小表征着其不饱和的程度，油脂的碘值越高，其不饱和程度越大，凝固点越低，易被氧化[12]；作为理想的生物柴油原料油，其皂化值越高越好，C20以下的直链脂肪酸占绝大多数。从表3中可以看出，无患子籽仁油的脂肪酸碳链长度在C16～C24之间，其中 C16～C20的脂肪酸占 97%。综合这几项指标来看，无患子籽仁油符合生物柴油标准，是较为理想的生物柴油原料油。此外，无患子籽仁油中的油酸所占比例达到50%，适合用作洗涤剂原料，其二十碳烯酸、花生酸、亚油酸的含量也均相对较多，可用于医药行业。

3 结论与讨论

以前的相关研究常仅探讨单种提取方法的影响因素，本文在此基础上对四种提取方法的出油率进行了比较，得出了以下结论：热回流提取法、索氏提取法、浸渍提取法、超声辅助提取法对无患子籽仁油的组分及其比例均无明显影响；以热回流法、索氏提取法、浸渍提取法、超声辅助提取法提取的得率分别为41.63%、41.26%、34.26%、42.22%，其得率的高低顺序为浸渍＜索氏＜热回流＜超声。

GC-MS分析结果表明，无患子籽仁油的脂肪酸碳链长度在 C16～C24之间，其包括棕榈酸、棕榈稀酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、花生酸、亚麻酸、二十碳烯酸、山嵛酸、芥子酸、二十四烷酸等11种脂肪酸，含量较高的主要是油酸（18:1）和二十碳烯酸（20:1），其中，C16～C20的脂肪酸占 97%。其不饱和脂肪酸含量在83%以上，油酸和亚油酸的含量均在54%以上；无患子籽仁油的酸值为2.46 mg·g-1，皂化值202.46 mg·g-1，碘值 0.9853g·g-1；无氰甙成分。这一分析结果表明，无患子籽仁油可适用为生物柴油、洗涤剂、医药等领域的生产原料。

无患子籽仁油作为食用油开发，必须要对其进行毒理学的安全评价，对其功能特性也有待于进一步的研究。

限于试验条件，本文对无患子籽仁油的研究仍存在不足之处，试验仅针对无患子籽仁，未能对无患子的种壳进行研究。无患子作为一种可以综合利用型的树种，既可作为天然洗涤剂的制造原料，也是生产生物柴油的原料之一。因此，扩大无患子的种植规模，对于提高我国的经济效益、社会效益和生态效益都具有重要意义。

[1] 辜夕容.不同种源无患子的种子品质差异分析[J].西南大学学报(自然科学版),2009,31(6):51-54.

[2] 吴燕,肖新玉,葛发欢.响应曲面法优化无患子油超临界CO2萃取工艺研究及其成分分析[J].中药材,2012,35(2):300-303.

[3] 王娜,伍恒,翁震,等.无患子种仁油特性及微波预处理提取无患子种仁油工艺研究[J].中国油脂,2013,38(8):1-3.

[4] 王晓云,袁玉霞,郝志海,等.常压下乌桕皮油的最佳提取工艺实验研究[J].中国林副特产,2002(1): 42-43.

[5] 赵晓霞.江西不同区域无患子的品质比较及生物柴油制备等综合利用的研究[D].南昌:江西农业大学,2014.

[6] 严婧,李亚梅,贺福元,等.基于相似度价比法优化天然药物有效成分的提取工艺[J].中南林业科技大学学报,2016,36(10): 124-127.

[7] 杨艳红,李湘洲,唐克军.正交实验法优化香桂叶油的超声-微波协同提取工艺[J].中南林业科技大学学报,2016, 36(11):125-128.

[8] 孙尚德,崔龙龙,宋范范,等.无患子油理化指标和甘三酯结构分析[J].中国油脂,2011,36(6):64-67.

[9] 邵凤侠,王森.余江帆.南北产区不同品种漆树籽仁含油率及漆油成分分析[J].经济林研究,2016,34(4):67-72.

[10] 李瑞敏,李湘洲,张胜.姜黄油的不同提取方法及其化学成分的研究[J].中南林业科技大学学报,2013,33(4):114-116.