提取方法对紫云英籽油脂肪酸组成及氧化稳定性的影响

蒋新龙 蒋益花 张雨生

(浙江树人大学生物与环境工程学院，杭州 310015)

紫云英 (Astragalussinicus) 是豆科黄芪属二年生草本植物，广泛分布于北纬24°～35°地区[1]，集观赏植物、蜜源作物、青贮饲料原料、食用于一身[2-4]，具有培肥改土、节能减排、改善生态环境等多种功能[2-3]，其种子具有祛风明目之功效[5]。国内外有关紫云英研究主要集中其回田对土壤有机质、结构性、氮磷钾养分、微生物和酶活性以及肥力状况等的影响[6-10]，对于紫云英种子的研究主要集中在提高种子发芽率方法[11-12]和新品种选育与鉴定[13-14]。目前，关于紫云英籽油的研究鲜见报道。为了科学、充分地利用紫云英籽油资源，本研究以微波-超声协同提取法(MUAE)、超声辅助法(UAE)和溶剂提取法(SE)三种方法提取的紫云英籽油为原料，分析其理化指标和脂肪酸成分，并采用烘箱法研究提取方法对其氧化稳定性的影响，建立氧化动力学模型，预测不同提取方法下的活化能，为紫云英籽油的生产和储存提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

微波-超声协同提取法(MUAE)、超声辅助法(UAE)和溶剂提取法(SE)三种方法提取的紫云英籽油。

37种脂肪酸混合标准品；其他试剂均为分析纯。

1.2 实验仪器

CW-2000微波-超声协同萃取仪，101A-3B电热恒温鼓风干燥箱，Agilent 7890B气相色谱仪，FW80高速万能粉碎机，AB204型分析天平，KQ5200DE型超声波清洗器，RV10旋转蒸发仪，SXT-06型索氏抽提器。

1.3 实验方法

1.3.1 紫云英籽油的提取

超声-微波协同提取法：精密称取40目的紫云英籽粉末3.000 0 g，置于100 mL 仪器专用萃取瓶中，加入30 mL石油醚(沸程60～90 ℃，下同)后搅拌使样品良好分散于溶剂中。将萃取瓶放于仪器萃取炉腔中，安装好冷凝回流装置，设置微波功率200 W、提取时间150 s，检查完毕后开启微波及超声(固定超声条件，功率50 W，频率40 kHz)进行萃取。萃取结束后进行减压抽滤，滤液用旋转蒸发器浓缩，浓缩物放恒温鼓风干燥箱干燥(110 ℃加热30 min，下同)。所得紫云英籽油的出油率为31.45%。

超声辅助提取法：准确称取3.000 0 g粉碎成40目的的紫云英籽粉，装入烧瓶中，加入30 mL石油醚，在超声功率160 W、超声温度60 ℃条件下超声提取15 min，超声结束后进行减压抽滤，滤液用旋转蒸发器浓缩，浓缩物放恒温鼓风干燥箱干燥，直到恒重。所得紫云英籽油的出油率为31.55%。

溶剂提取法：准确称取3.000 0 g粉碎成40目的的紫云英籽粉，放入索氏抽提器的圆底烧瓶中，加入30 mL石油醚，将索氏抽提器安装在恒温水浴锅上，80 ℃恒温提取3 h并冷凝回流提取紫云英籽油。提取结束后，将冷却的提取液用旋转蒸发器浓缩，浓缩物放恒温鼓风干燥箱干燥，直到恒重。所得紫云英籽油的出油率为32.01%。

1.3.2 紫云英籽油理化性质测定

酸值：中和滴定法(GB/T 5009.229—2016)；过氧化值(POV)：硫代硫酸钠滴定法(GB 5009.227—2016)；碘值：硫代硫酸钠滴定法(GB/T 5532—2008)；苯并(α)芘：反相高效液相色谱法(GB/T 22509—2008)；密度：密度瓶法(GB/T 5518—2008)；折光指数：折光仪法(GB/T 5527—2010)。平行3次，取平均值。

1.3.3 紫云英籽油的GC 成分分析

脂肪酸组成：GC外标法(GB/T 5009.168—2016)。

GC分析条件：色谱柱：CNW CD-2560(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；检测器类型：FID；检测器温度：260 ℃；进样量：1 μL；进样口温度：250 ℃；升温程序：130 ℃保持5 min，再以4 ℃/min的速率升温至240 ℃并保持30 min；载气流速：0.5 mL/min；分流比：10∶1。

1.3.4 紫云英籽油的表观活化能Ea测定

采用Schaal烘箱法[15]测定样品POV随储藏温度、时间的变化。将不同提取方法所得紫云英籽油置于碘量瓶中密封，分别置于45、55、65 ℃的电热恒温鼓风干燥箱中。每隔2 d(共10 d)取样，测定样品POV0。

植物油的氧化符合一阶动力学反应[16-17]。本研究根据一级反应动力学方程ln (POV/POV0)=-kt，对不同时间t的POV进行拟合，得到回归方程和相关系数，求得反应速率常数k。根据Arrhenius反应速率k与温度T的关系经验公式(lnk=lnk0-Ea/RT)，用lnk对1/T作图，可得到一条斜率为-Ea/R的直线，由斜率可得表观活化能Ea[17-18]。

2 结果与分析

2.1 理化指标测定

按1.3.1提取条件制备紫云英籽油并测定其理化性质，结果见表1。由表1可知，MUAE、UAE和SE油脂质量指标均符合GB/T 2716—2018《食品安全国家标准 植物油》。提取方法对紫云英籽油的酸值、过氧化值和碘值都有影响，且差异显著(P>0.05)。两种籽油的颜色、密度、折光率、苯并(α)芘等都比较接近。籽油理化性质的差异不仅与提取过程中有无加热、加热温度的高低及提取时间的长短有关[15]，还与有无微波处理有关[16]。溶剂提取法在相对较高温度和较长时间下提取，高温加速自由基的生成从而加速油脂中氧化基质的氧化，所以过氧化值偏高[15]。超声-微波协同法提取时微波处理产生高温而且微波作为种射线能够加速自由基的生成从而加速油脂中氧化基质的氧化[16]，所以过氧化值也偏高。因为MUAE和SE两种方法提取过程中温度高，不饱和键容易受到破坏，致碘值减小[17]。

表1 不同提取方法制备紫云英籽油的理化指标对比

2.2 脂肪酸组成分析

采用气相色谱分析法对MUAE、UAE和SE脂肪酸组分进行分析测定，结果如表2。由表2可看出，紫云英籽油脂肪酸组成成分非常丰富，主要含硬脂酸、棕榈酸、亚油酸、亚麻酸、油酸等5种成分。紫云英籽油中不饱和脂肪酸含量高达82%以上，其中油酸12.8%～15.7%，亚油酸37.5%～42.1%，α-亚麻酸24.3%～31.1%。

表2可知，不同提取方法所得紫云英籽油在饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的总量上无明显差异，但脂肪酸构成上有较大差异，其中MUAE和UAE差异不大，但与SE差异明显。油酸和亚油酸以SE最高且与MUAE和UAE差异明显；亚麻酸以UAE最高，与MUAE差异不大，但与SE差异明显；饱和脂肪酸棕榈酸以UAE最高，但与MUAE和SE差异不明显。提取方法对紫云英籽油脂肪酸组分含量有影响，且SE的影响较大，主要原因是SE需要在相对较高温度和较长时间下提取，随着提取温度增加和加热时间的延长，脂肪酸的氧化速度就越快。实验结果显示：亚麻酸氧化速度为亚油酸的两倍[18]。油脂在高温下“不饱和”的氢键就会因为加氢而成为“饱和”，油脂中的不饱和脂肪酸和亚麻酸之类的抗氧化物质被氧化，变成饱和脂肪酸[19]。所以SE油脂油酸和亚油酸较高而亚麻酸较低。

表2 不同提取方法制备紫云英籽油的脂肪酸组成/%

2.3 紫云英籽油的表观活化能Ea测定分析

图1为不同提取方法所得紫云英籽油热稳定性POV值～t的对应实验数据。由图1可知，在45 ℃、55 ℃和65 ℃时，不同提取方法所得紫云英籽油的过氧化值变化趋势大体相同。随着温度升高和加热时间的延长，紫云英籽油的过氧化值逐渐升高，氧化速度加快。热能够引发油脂自动氧化链反应，促进产生游离基，增加氧化反应速度[15]。所以低温储存下紫云英籽油的氧化稳定性较强。

根据1.2.3方法得到过氧化值的回归方程。由表3可知，紫云英籽油的氧化反应属于一级反应，其回归系数R>0.97，拟合度高，与周婵玉等研究结果一致[16，17，20]。且随着温度升高，氧化速率增大。

根据1.2.3 方法得到表观活化能。表3可知，不同提取方法所得籽油的活化能相对大小：SE>MUAE>UAE，说明3种提取方法中，溶剂提取法所得紫云英籽油抗氧化稳定性最好，超声辅助提取法的抗氧化稳定性最差。这是因为不同提取方法所得紫云英籽油在脂肪酸构成上有较大差异所致。油酸和亚油酸以SE最高且与MUAE和UAE差异明显；亚麻酸以UAE最高，与MUAE差异不大。油酸含量高，氧化稳定性较好；亚油酸和亚麻酸含量高，其氧化稳定性差。亚油酸和亚麻酸的氧化反应速率分别是油酸的12倍和25倍[21]。Min等[22]研究表明三重态氧对油酸∶亚油酸∶亚麻酸氧化的速率比为1∶27∶77。油脂中多不饱和脂肪酸含量的不同，决定了油脂氧化速率的快慢[18]。所以不同提取方法的氧化稳定性为SE>MUAE>UAE。

图1 不同提取方法制备紫云英籽油在不同时间温度下POV的变化

表3 植物油过氧化值的回归方程及活化能参数

3 结论

3种提取方法中索氏溶剂提取的紫云英籽油的出油率最高，不同方法提取的紫云英籽油的颜色、折光率、密度、苯并(α)芘差异不明显，过氧化值、酸值和碘值存在差异。其中超声辅助法的碘值最高，溶剂提取法的酸价和过氧化值最高，但理化指标均符合GB/T 2716—2018国家标准。另外，3 种方法提取的油脂脂肪酸组成以油酸、亚油酸和α-亚麻酸为主，不饱和脂肪含量均达到 82%以上。3 种方法提取的籽油，在饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的总量上无明显差异，但对脂肪酸组分含量有影响，其中超声辅助法的亚麻酸含量最高，溶剂提取法的油酸和亚油酸含量最高。抗氧化稳定性实验表明，紫云英籽油的氧化均遵循一级化学反应，温度越高，氧化速度越快；3种提取方法的氧化稳定性顺序为溶剂提取法>微波-超声协同提取法>超声辅助法。综合评定紫云英籽油油品及其脂肪酸成分，选择超声辅助法较好，但建议低温避光储存。