甘草油脂提取工艺优化与脂肪酸成分分析

豆康宁 白春启

(漯河医学高等专科学校食品营养系1，漯河 462002)(河南工业大学粮油食品学院;粮食储藏与安全教育部工程研究中心;粮食储运国家工程实验室2，郑州 450001)

甘草为多年生草本植物，属豆科，是一种药食两用资源，其提取物广泛应用于食品、医药、日用化工等领域。甘草油脂含有丰富的必需脂肪酸，具有较高的营养价值。而且，甘草油脂具有医疗保健作用，甘草油脂对湿疹、皮炎、溃疡等皮肤病具有一定的保健和治疗作用[3-4]。

目前，对甘草油脂的提取工艺、脂肪酸成分分析及其理化性质鲜有研究报道。本实验以甘草(根部)为原料，研究各种提取条件对甘草油脂提取率的影响，对提取工艺条件进行优化，并对甘草油脂进行脂肪酸成分分析，进一步测定了甘草油脂的基本理化性质，为甘草的综合利用和甘草油脂的开发利用提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料

乌拉尔甘草：产地宁夏盐池；无水乙醚、甲醇、氢氧化钾、正己烷、碘化钾：均为分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 主要仪器

FT-200型万能粉碎机：温岭市林大机械有限公司；SXT-06型索氏抽提器：上海洪纪仪器设备有限公司；202A型电热恒温干燥箱：南京莱步科技实业有限公司；RE-52 A型旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；F48000型马弗炉：苏州柏兆科学仪器有限公司；100Conc型紫外可见分光光度计：Agilent公司；SQ456-GC型毛细管气相色谱-质谱联用仪：美国布鲁克公司。

1.3 方法

1.3.1 营养成分分析

蛋白质测定：GB5009.5—2016食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定；水分测定： GB5009.3 —2016食品安全国家标准 食品中水分的测定；还原糖测定：GB 5009.7—2016食品安全国家标准 食品中还原糖的测定；脂肪测定：GB5009.6—2016食品安全国家标准 食品中脂肪的测定；灰分测定：GB5009.4—2016食品安全国家标准 食品中灰分的测定；粗纤维测定：GB/T5009.10—2003 植物类食品中粗纤维的测定。

1.3.2 甘草油脂的提取

将甘草用万能粉碎机粉碎成20～40目的粉末，称量5.0 g甘草粉样品，放入索氏抽提器的圆底烧瓶中，加入一定量的正己烷，将索氏抽提器安装在恒温水浴锅上，加热并冷凝回流提取甘草油脂。提取结束后，将冷却的提取液转移到旋转蒸发器中蒸馏回收溶剂，浓缩液在恒温鼓风干燥箱中烘干至质量恒定后得到甘草油脂。每次实验平行测定3次。根据差量法计算甘草油脂提取率。甘草油脂提取率计算公式为：

注:M1为甘草油脂质量/g；M0为甘草粉质量/g；W为含水量/%。

1.3.3 甘草油脂提取工艺参数与优化

选择提取温度、提取时间、液料比3个工艺参数开展单因素实验，设定温度40、50、60、70、80 ℃，提取时间3、4、5、6、7 h，液料比5、10、15、20、25 mL/g。通过L9( 34) 正交实验定甘草油脂最佳提取工艺条件。

1.3.4 甘草油脂脂肪酸成分分析

甘草油脂甲酯化方法及气质色谱条件按照GB5009.168—2016《食品中脂肪酸的测定》方法进行。脂肪酸GC-MS定性与定量分析采用Wiley7n.1标准谱库检索进行定性，通过气相色谱法按色谱峰面积计算各组分的相对含量。

1.3.5 甘草油脂理化指标的测定

色泽：GB/T5525—2008《植物油脂透明度、气味、滋味鉴定法》；折光指数：GB/T5527—2010《动植物油脂折光指数的测定》；熔点：GB/T24892—2010《动植物油脂在开口毛细管中熔点(滑点) 的测定》；酸价：GB/T5009.37—2003《食用植物油卫生标准的分析方法》；碘值：GB/T5532—2008《动植物油脂碘值的测定》；皂化值：GB/T5534—2008《动植物油脂皂化值的测定》；过氧化值：GB/T5538—2005 《动植物油脂过氧化值测定》。

1.4 数据分析

采用SPSS软件计算标准差，采用正交设计助手软件设计L9(34) 正交实验，并进行极差、方差等指标计算。

2 结果与分析

2.1 甘草基本营养成分

甘草基本营养成分组成见表1。

由表1可知，甘草中粗蛋白、粗纤维和碳水化合物的含量较高，其他成分含量相对较低。其中粗脂肪质量分数为5.38%，这说明甘草属于低油脂植物资源，但由于甘草油脂不仅具有较高的营养价值和医疗保健作用，而且还能促进甘草资源的综合利用，提高其附加值，因此，仍然具有开发应用价值。甘草的营养成分因品种、产地、生长周期不同而不同，一般生长3年以上的甘草，其营养价值较高。

表1 甘草营养成分

2.2 甘草油脂提取工艺参数确定

2.2.1 提取温度、时间、液料比对甘草油脂提取率的影响

由图1可知，随着提取温度的升高，甘草油脂提取率也逐步提高。随着温度的提高，分子的无秩序热运动得到加强，溶剂和油脂的黏度下降，因而减小了传质阻力，提高了扩散速度，油脂提取率增加。但是随着温度升高到 70 ℃以后，油脂的提取率又开始下降。温度超过正己烷的沸点69 ℃后，溶剂开始气化，当温度超过70 ℃后，溶剂蒸发回流过快，反而导致油脂的提取率下降。因此，考虑到实际效果，确定提取温度70 ℃比较适宜。

图1 各因素对甘草油脂提取率的影响

随着提取时间的增加，油脂提取率开始的增加幅度较大，但当提取时间达到6 h后，油脂提取率增加幅度变得很小。随着提取时间的延长，油脂提取率逐渐向极限值靠近，致使油脂提取率变化幅度很小。物料颗粒度较小，料液充分混匀，提取时间较短，否则提取时间较长。随着提取时间的延长，耗能也越大，生产成本提高。因此，综合考虑，确定提取时间为6 h比较适宜。

随着溶剂用量的增加，甘草油脂的提取率开始增加比较明显。当液料比达到20 mL/g时，甘草油脂的提取率基本达到最大区域，继续增加溶剂用量，提取率增加幅度非常小。随着溶剂量增加时，物料内外油脂的浓度差增大，油脂浸出速度增加，油脂提取率也提高。但是，当溶剂量增加到一定限度，油脂浸出速率和提取率受溶剂量的影响下降，而且造成溶剂中油脂浓度下降，增加油脂提取成本。因此，从降低生产成本考虑，采用液料比为20 mL/g比较适宜。

2.2.2 甘草油脂提取正交实验优化结果

根据前面甘草油脂提取单因素实验所得三因素三水平分别是：温度：60、70、80 ℃，时间：5、6、7 h，液料比：15、20、25 mL/g。该三因素三水平按照L9(34)正交实验表进行实验，因素水平组合及实验结果见表2。

表2 甘草油脂提取正交实验结果及分析

由表2中正交实验统计分析结果极差R值可知，影响甘草酸提取率的因素大小顺序依次是A>C>B，即提取温度>液料比>提取时间，最佳因素水平组合是：A2C2B1，即提取温度70 ℃、液料比20 mL/g、提取时间5 h，在此条件下，甘草油脂提取率为4.49%。

以空白列为误差，在显著水平为0.05的基础上，对甘草油脂提取正交实验进行方差分析，其结果见表3。

表3 正交实验方差分析

注：*表示差异显著。

由表3方差分析可知，提取温度和液料比对甘草油脂提取率影响显著，而提取时间对甘草酸提取率影响不显著，说明提取时间在5～7 h范围内，甘草油脂提取率变化不显著。

2.3 甘草油脂脂肪酸成分分析

甘草油脂脂肪酸甲酯经GC-MS分析，可得其脂肪酸成分见表4，共有19种脂肪酸酸，占出峰物质的98.36%。

表4 甘草油脂脂肪酸组成及含量

注：按照碳原子数从小到大顺序排列。

由表4可知，十六烷酸/棕榈酸(19.15%)、顺-9-十八碳烯酸/油酸(4.92%)、9,12-十八碳二烯酸/亚油酸(59.5%)、9,12,15-十八碳三烯酸/亚麻酸(11.16%)这4种脂肪酸的质量分数占总脂肪酸94.73%，说明这4种脂肪酸为甘草油脂主要组成脂肪酸。

对表4中甘草油脂脂肪酸按照饱和度进行分类总结可知：饱和脂肪酸质量分数为23.31%，不饱和脂肪酸质量分数为76.69%，其中单不饱和脂肪酸质量分数为5.71%，二不饱和脂肪酸质量分数为59.83%，三不饱和脂肪酸质量分数为11.16%。这说明，甘草油脂中以不饱和脂肪酸为主，不饱和脂肪酸中，以亚油酸为主。

亚油酸和亚麻酸是人体必需脂肪酸，具有多种生理功能[8-10]。甘草油脂中所含亚油酸为59.50%，高于菜籽油(16.30%)、油茶籽油(12.20%)、花生油(41.3%)、米糠油(47.70%)、大豆油(49.30%)、芝麻油(50.30%)、玉米胚芽油(56.20%)等常见富含亚油酸的油脂，但低于核桃油(64.90%)、葵花籽油(68.40%)、葡萄籽油(67.77%)[11-12]。甘草油脂中亚麻酸质量分数为11.16%，高于大豆油(7.95%)、菜籽油(8.01%)、花椒油(6.75%)、辣椒油(6.03%)等常见富含亚麻酸油脂[13]，但低于亚麻籽油(54.19%)[14]。这说明，甘草油脂含有丰富的必需脂肪酸，具有较高的营养价值和应用前景。

2.4 甘草油脂的理化性质

甘草油脂的理化性质测定结果见表5。

表5 甘草油脂的理化指标

参考NY/T 751—2011《绿色食品食用植物油》中植物油脂的理化性质，对表5中的甘草油脂的理化性质进行对比分析。由表5可知，甘草油脂呈深黄色，说明甘草中色素含量较高，甘草色素主要成分是异甘草黄素，为棕黄色[15]，因此，所提甘草油脂色泽较深。甘草油脂折光指数为1.467，接近玉米油折光指数，但低于亚麻籽油折光指数，折光指数随着脂肪酸双键和共扼程度的增大而增加[16]，说明甘草油脂不饱和度较高，但低于亚麻籽油。熔点为-12 ℃，接近玉米油和菜籽油，说明甘草油脂熔点较低。碘价为128.62 g，略高于玉米油，但低于亚麻籽油，这说明甘草油脂不饱和度较高，但低于亚麻籽油，与折光指数反应的油脂理化性质相似。甘草油脂酸价为0.986 mg/g，该甘草油脂没有精炼，因此酸价较高。甘草油脂皂化值为192 mg/g，接近常见的植物油脂，如大豆油、菜籽油，皂化值是酯值与酸值的总和，反应了游离脂肪酸和甘三酯的含量。过氧化值为4.65 mmol/kg，这说明所检测的甘草油脂中含有少量的过氧化物，尚无氧化酸败。

3 结论

3.1 采用单因素实验和L9 (34)正交实验相结合的方法对影响甘草油脂提取率的因素进行了优化。在实验设定的范围内，影响甘草油脂提取率的因素大小顺序依次是温度、液料比、时间，温度和液料比对甘草油脂提取率影响显著，时间影响不显著，甘草油脂的最佳提取工艺条件为：提取温度 70℃、液料比20 mL/g，提取时间5 h，甘草油脂提取率达4.49%。

3.2 利用GC-MS 鉴定出 19种脂肪酸，占比重较大的主要有4种，分别是十六烷酸/棕榈酸(19.15%)、顺-9-十八碳烯酸/油酸(4.92%)、9,12-十八碳二烯酸/亚油酸(59.5%)、9,12,15-十八碳三烯酸/亚麻酸(11.16%)。饱和脂肪酸质量分数为23.31%，不饱和脂肪酸质量分数为76.69%，其中单不饱和脂肪酸质量分数为5.71%，二不饱和脂肪酸质量分数为59.83%，三不饱和脂肪酸质量分数为11.16%。这表明甘草油脂具有较高的营养价值和较好的应用前景。

刘洋洋, 刘春生, 曾斌芳, 等.甘草种质资源研究进展.中草药, 2013, 44(24):3593-3596

LIU Y Y, LIU C S, ZENG B F, et al. Research progress of licorice germplasm resources. Chinese Herbal Medicine, 2013, 44(24):3593-3596

李艳, 周玉香, 罗海玲, 等. 7种羊肉风味植物中脂肪酸成分分析.畜牧与兽医, 2012, 44(8):49-51

LI Y, ZHOU Y X, LUO H L,et al. Analysis of fatty acids in seven types of lamb, Animal Husbandry and Veterinary Medicine, 2012, 44(8):49-51

SCHIRALDI M, RAUCCI A, MUNOZ L M, et al. HMGB1 promotes recruitment of inflammatory cells to damaged tissues by forming a complex with CXCL12 and signaling via CXCR4 . Journal of Experimental Medicine, 2012, 209(3):551-563

GWAK G Y, MOON T G, LEE D H, et al. Glycyrrhizin attenuates HMGB1-induced hepatocyte apoptosis by inhibiting the 38-dependent mitochondrial pathway . World Journal of Gastroenterology, 2012, 18(7): 679-684

金丽梅, 宋丽娜, 吴天法, 等.溶剂法提取万寿菊籽油的工艺研究.化学与生物工程, 2005(12):26-28

JIN L M, SONG L N, WU F T, et al. Study on the process of extraction of marigold seed oil by solvent. Chemical and Biological Engineering, 2005(12):26-28

赵雅姣, 杜文华.不同甘草种质材料营养价值研究.草原与草坪, 2014, 34(2):63-71

ZHAO Y J, DU W H.Study on nutritional value of different liquorice germplasm materials. Grassland and the Lawn, 2014, 34(2): 63-71

刘玉兰.油脂制取与加工工艺学.北京:科学出版社, 2003:246-247

LIU Y L. Production and processing technology of oil. Beijing: Science Press, 2003:246-247

KAUR N, Chugh V,Gupta A K. Essential fatty acids as functional components of foods-a review. Journal of Food Science & Technolgy,2014,51(10)：2289-2303

DUAN Y H, YIN Y L,Li L L,et al. Review on the regulatory mechanisms of n-3 pufas on lipid metabolism and inflammation-immunity.Biotechnology bulletin, 2012, 3:28-34

[10]CAO W T, LIU N,WANG L. Effects of polyunsaturated fatty acids ratios on rats with DSS-induced colitis.China Journal Public Health, 2013, 29: 538-540

[11]杨月欣.中国食物成分表2004.北京:北京大学医学出版社, 2005:247

YANG Y X. Chinese food ingredients list in 2004. Beijing: Beijing University Medical Press, 2005:247

[12]中国预防医学科学院营养与食品研究所.食物成分表 .北京:人民卫生出版社, 1991:100-101

Institute of nutrition and food of thechinese academy of preventive medicine. Food composition table . Beijing: The People′s Health Press, 1991:100-101

[13]杨春英, 刘学铭, 陈智毅.15种食用植物油脂肪酸的气相色谱-质谱分析.食品科学, 2013, 34(6):211-214

YANG C Y, LIU X M, CHEN Z Y. Determination of fatty acid profiles in fifteen kinds of edible vegetable oil by gas chromatography-mass spectrometry . Food Science, 2013,34(6):211-214

[14]蒋秀琴, 刘立成, 赵福忠, 等.常见植物油脂肪酸含量的分析.饲料博览, 2010(3):27-30

JIANG X Q, LIU L C, ZHAO F Z, et al. Analysis of content in common vegetable oil . Feed Expo, 2010(3):27-30

[15]杜宇, 王欣林, 朱龙, 等.甘草色素优化提取及其热裂解产物在卷烟品质评价上的应用.贵州农业科学, 2015, 43(12):178-181

DU Y, WANG X L, ZhU L, et al. Optimal extraction of licorice pigment and application of its pyrolysis product in quality evaluation of cigarette. Guizhou Agricultural Sciences, 2015, 43(12):178-181

[16]葛含静.苹果籽油提取、理化性质测定及脂肪酸分析研究.西安: 陕西师范大学, 2006:45

GE H J. Research on the extraction, chemical properties and analysis of fatty acid of apple seed oil. Xi′an: Shanxi Normal University，2006：45.