毛叶山桐子成分分析及开发利用

张 旋，吕名蕊

1.中粮工科(西安)国际工程有限公司 (西安 710082) 2.西安悟空检测科技有限公司 (西安 710000)

毛叶山桐子，又名水冬瓜、油葡萄等，属大风子科，山桐子属的一个变种。毛叶山桐子是高大落叶乔木，主要分布在四川、陕西、浙江、甘肃、安徽、湖南、云南等地，横跨亚热带与温带广泛分布；其植株适应性强，速生，挂果快，产量高，果实含油率较高，富含不饱和脂肪酸(以亚油酸为主)及维生素E，是一种兼具观赏性、油材两用等多功能的速生经济型树种。

1 毛叶山桐子的生物学特性

毛叶山桐子是高大落叶乔木，树高8～20 m，主根不发达，干较直，枝平展，花期长，浆果呈圆球形，形似葡萄，红色，果肉黄色，果成熟期9～10月。每果内含种子30～40粒，种子千粒重为2.75～3.75 g，种皮覆有一层白色蜡质，果实成熟后宿存枝上，长期不落。毛叶山桐子生长快，结果年限长，4～5年开始持果，15年后单株产果量可达50 kg以上，最大单株产果量可达200 kg。盛产期长达50～70年[1-2]。

毛叶山桐子分布于东亚地区，主产于朝鲜、日本、俄罗斯远东地区与中国，在我国主要分布于贵州、安徽、河南、浙江、江西、湖北、陕西、福建、云南、四川等省[1]。调查资料显示，四川的朝天、北川、青川、安县、大邑、旺苍等县区均有毛叶山桐子野生分布，资阳等地有人工种植。毛叶山桐子适应性较强，耐低温高热(-14 ℃～40 ℃)、耐旱(年降雨量在800～2 000 mm都可以正常生长)，还具有耐贫瘠、须根发达、易于生长等特点，对环境的适应能力非常强，种植毛叶山桐子种苗一般不占用耕地，是利用低效林地和“四荒”地，对于耕地资源严重缺乏的我国，提高土地利用率和土地生产力具有更为重要的意义，所以山桐子是十分理想的高效经济林木。

2 毛叶山桐子理化性质及成分分析

毛叶山桐子果肉部分占果实(果肉和种子)总重量的62.3%，种子占37.7%，毛叶山桐子油理化常数和主要成分见表1[3]。

表1 毛叶山桐子油理化常数和主要成分

毛叶山桐子种子和果实含有非常丰富的油脂，都可榨油，是名副其实的油料树种。毛叶山桐子油主要由亚油酸、油酸、棕榈烯酸、棕榈酸、硬脂酸、十六碳烯酸等脂肪酸组成，其亚油酸含量可高达73.2%，营养价值高。刘春雷等[4]对山桐子油主要脂肪酸组成进行分析，研究表明，山桐子油中富含油酸、亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸，其亚油酸含量高达68%，与红花籽油和葵花籽油相当，比菜籽油、芝麻油、橄榄油和花生油的含量都高。

杨朝福[5]目前已经从毛叶山桐子果实提取物中，分离出了15种非脂肪酸类物质，大多为酚性葡萄糖苷类物质，另有生物碱、醇、酚等物质。毛叶山桐子种子的化学成分较果皮成分复杂，如蒽醌类及其苷类、香豆素、皂苷类物质。利用GCMS检测种子、果皮挥发性化学成分，在种子中发现豆甾二烯、β香树脂醇等重要活性物质的存在；利用柱层析、薄层制备及重结晶等分离纯化技术，从毛叶山桐子种子提取物中，分离出了2个化合物；利用现代波谱技术(IR， HNMR，ELM，BCNMR，HPLC，DEPT)，对其中8个化合物进行了鉴定，首次从该属植物中分离得到β-香树脂醇、β-谷甾醇、二十碳烷酸。

从表 1 得知毛叶山桐子油的皂化值为192.5～209.9 mg/g，郭华等[6]研究得出，毛叶山桐子油脂肪酸的平均碳链长度与油茶籽油和双低菜籽油的脂肪酸平均碳链长度相当，此种脂肪易于消化吸收。碘值的大小在一定范围内反映了油脂的不饱和程度，毛叶山桐子油的碘值(I2)在109.5～142.9 g/100 g，为干性油，说明该油的脂肪酸碳链中含较多双键，在体内易转化成具有生物活性的不饱和脂肪酸。

3 毛叶山桐子的开发利用

3.1 毛叶山桐子保健食用油

毛叶山桐子含有相当丰富的油脂，毛叶山桐子油主要由亚油酸、油酸、棕榈酸等脂肪酸组成，其亚油酸含量可高达73.2%，营养价值高。

3.1.1毛叶山桐子油的可食用性

早在1981～1985年间，我国已经对毛叶山桐子油食用的卫生安全性进行了系统的卫生毒理学研究和流行病学调查，证明了其食用的安全性。在川陕甘交界的毛叶山桐子种植区，人们食用制熟的毛叶山桐子油已有百多年历史[7]。李蕴涛[8]等通过动物的急性毒性试验、亚慢毒性试验、致畸致突变试验、一代繁殖试验和寿命观察，结果显示：均未发现异常；并对四川广元食用毛叶山桐子油地区的人群健康状况进行了调查，回顾调查59 370人，结果表明：高血压患病率、恶性肿瘤死亡率、常见先天性畸形及遗传性疾病与正常人群相比较，均在正常范围内或属低水平，与同样生活条件下食用菜籽油人群比较，差别无统计学意义。按照化学物质经口急性毒性分级标准，毛叶山桐子油属无毒范围。

3.1.2毛叶山桐子油的组成和理化性质

吴全珍[9]对毛叶山桐子油的脂肪酸组成、维生素E含量、理化性质和卫生指标做了对比总结，结果见表2。其中，毛油：果实和种子压榨取得的油本文称为毛油。熟油：毛油经农民用制熟方法取得油称为熟油。碱炼油：毛油经碱炼法碱炼得到的油本文称为碱炼油。

表2 不同毛叶山桐子油的脂肪酸组成、维生素E含量和理化性质对比

毛叶山桐子油油品质量高，其不饱和脂肪酸含量超过75%，脂肪酸组成中亚油酸含量在60%以上，一般常用食用油，如花生油中亚油酸含量为40%左右，芝麻油亚油酸含量为36%～48%，菜籽油中亚油酸含量为11%～23%[10]。毛叶山桐子油因其亚油酸含量高、富含维生素E，而逐渐受到人们青睐，随着人们物质需求的日益提高，毛叶山桐子保健油具有非常可观的开发利用前景。

3.1.3毛叶山桐子油的制备工艺

由于受其特殊气味、滋味的影响，毛叶山桐子油至今未得到充分的开发利用。魏明山等[11]从毛叶山桐子种子中分离出山桐子苷，并证实了山桐子苷在毛叶山桐子果实压榨过程中随种子进入毛油，是毛油产生味苦的原因。

已有许多学者对毛叶山桐子制油工艺进行了研究，刘春雷等[4]通过单因素试验和正交试验确定了毛叶山桐子油的最佳索氏提取条件，其得率可达28.5%。用索氏提取法提取的毛叶山桐子油得率高于压榨法。薛刚等[12]用石油醚作为溶剂提取毛叶山桐子籽油，研究得出在料液比1∶5、提取温度65 ℃、每次4 h、提取2次的条件下，毛叶山桐子籽油提取率可达87.84%。近年来，也有研究超声波等辅助技术与有机溶剂提取相结合的工艺，以缩短提取时间，提高油脂提取率，提高油脂品质。杨朝福[13]利用均匀设计法优化超声波溶剂提取毛叶山桐子油工艺条件，毛叶山桐子油得率可达26.61%。

毛叶山桐子油高碘值、高酸值，表明该油脂不饱和脂肪酸含量较高，容易被氧化。吴斌等[14]报道了乙醇萃取脱酸工艺及最佳条件，处理后酸价(KOH)降至0.59 mg/g。崔艳南等[15]研究了毛叶山桐油的精制工艺，如下，也是目前生产中使用最多的工艺。制备毛叶山桐油的技术路线：原料 → 压榨 → 水化脱胶 → 一次干燥脱水 → 碱炼脱酸 → 二次干燥脱水 → 脱色 → 精制油。

3.1.3.1 水化脱胶

搅拌状态下将毛叶山桐子油加热至70 ℃，并加入浓度为0.7%的食盐水，加入量为油质量的5%。根据胶粒的吸水情况，逐渐降低搅拌速度，当絮凝胶粒易于沉降，油中无悬浮胶粒时停止搅拌，趁热离心分离，离心机转速控制在4 000 r/min，分离时间10 min。此步骤的目的是实现油和胶质的分离，并除去原料油中以磷脂为主的胶溶性杂质。

3.1.3.2 干燥脱水

若碱炼脱酸前油脂中水分含量过高，会降低碱液浓度，影响脱酸效果；脱色前，水分会影响白土的活性，进而影响脱色效果。因此碱炼脱酸和脱色前都应先进行干燥脱水处理。为了避免油脂在高温下易被氧化变质，本工艺采用减压干燥脱水。

3.1.3.3 碱炼脱酸

将油脂加热至一定温度，快速加入碱液的同时注意应强烈搅拌，碱液加完后，根据油皂分离情况，适时调整搅拌速率。然后再加入与油温相同，量为油质量5%的软水，继续慢速搅拌，当油皂分离明显时，停止搅拌，离心，分离出油。水洗1～2次，离心脱水得碱炼油。

碱炼是一个复杂的过程，在碱炼过程中，碱及其用量、碱浓度、操作温度和搅拌速度对碱炼脱酸效果有较为明显的影响。油脂脱酸应用的中和剂较多，常见的有烧碱、氢氧化钙、苛性钾以及纯碱等。烧碱和苛性钾碱性强，脱酸效果好，并且有较高的脱色能力，苛性钾价格贵，因此在工业生产上不如烧碱应用广泛；氢氧化钙碱性强，但易皂化中性油，脱色能力差，因此很少用于脱酸；纯碱碱性适宜，但反应中产生的碳酸气会使皂脚上浮于油面，分离困难，很少单独应用于工业生产。碱用量不足，油中的游离脂肪酸中和不完全，并且生成的皂粒细，不能很好地絮凝，分离困难；用碱过多，中性油被皂化，从而增大精炼损耗。中性油被皂化的概率随操作温度的升高而增加，温度过高时，会导致碱炼油得率低。此外，加碱时搅拌应强烈些以增加碱液和游离脂肪酸的接触面积，加快反应速率；加碱完毕后，搅拌要温和些，以增进碱液与游离脂肪酸之间的相对运动，提高反应速率，以免强烈搅拌使已经分散了的碱液重新聚集引起乳化。

通过试验，确定最佳碱炼工艺为：加碱量为理论加碱量与超量碱的总和，配制的碱浓度为19.02%，碱炼温度为75 ℃，经碱炼脱酸处理后酸值降至0.615(KOH)/(mg/g)。

3.1.3.4 脱色

油脂脱色主要是一定条件下吸附油脂中的色素及其他杂质。先将白土120 ℃条件下活化处理2 h，然后加热油脂，加入活化后的白土，搅拌脱去油中的有色物质，过滤得到精制油。

谢雨芮等[16]以冷榨毛叶山桐子油作为试验材料，经脱胶和脱酸处理后，对吸附剂种类、吸附剂用量、脱色温度、脱色时间和搅拌速度的单因素试验，得出适合毛叶山桐子油的脱色的最佳条件为：吸附剂为活性白土，用量8%～9%，温度100～110 ℃，时间30～40 min，搅拌速度240～300 r/min，毛叶山桐子油的脱色率达到90%以上。

3.2 毛叶山桐子果渣生产发酵饲料

毛叶山桐子脱脂果渣作为制油生产的副产物，通常被当做废料闲置，不仅污染环境，而且对资源造成极大浪费，事实上，毛叶山桐子脱脂果渣拥有较高的开发价值，有研究表明，其含有山桐子属的重要活性成分，可用于抗氧化和美白[17]。

刘曦南北等[18]采用固体发酵法，即每次取一定量种子液(挑取2环活化复壮后的发酵菌种产朊假丝酵母，接入50 mL液体培养基进行培养，收获接种后培养4 h的菌液作为所需种子液)转接到装有5 g已灭菌且于55 ℃烘干固体发酵培养基的100 mL三角瓶中，并加入一定量的硝酸铵和无菌水，一定温度下置于生化培养箱中进行发酵。研究得出，料液比1∶1.2，接种量10.5%，硝酸铵添加量8.5%，料液比、接种量和硝酸铵添加量均以饼粕质量计，测得发酵后，毛叶山桐子固态发酵脱脂果渣中粗蛋白含量为19.13%，相对偏差为1.24%，与预测值较为接近。为验证该方法的应用性，对反应体系进行放大，以上述优化条件进行150 g托盘发酵试验，所得产品中粗蛋白含量为18.65%，比较接近小瓶发酵的试验结果，说明此方法可较好地应用于毛叶山桐子发酵饲料的生产。

3.3 毛叶山桐子制备生物柴油

毛叶山桐子是落叶乔木，在许多地方都有分布，尤其在陕西的陕南地区，野生山桐子集中分布较广，且人工栽培资源也非常丰富。毛叶山桐子含有丰富的油脂，其果实的含油率高达32%，是制备生物柴油的良好原料；压榨法制取的毛叶山桐子籽油酸值高而且味道苦涩，因口感等原因食用较少，因此利用毛叶山桐子籽油制备生物柴油，为山桐子油开发利用的创造了新途径。

环境污染和能源危机两大问题的出现，使可再生燃料的研发工作得到了全世界的高度重视。生物柴油以其可再生性和优良的燃料性能吸引了广大科研工作者。截止目前，虽然许多研究者从原料和加工工艺等方面对生物柴油的研制做了大量研究，并取得了很大的成绩，但目前生物柴油产业化的程度仍不高，主要原因是生物柴油的生产成本太高。原料成本占生物柴油制备成本的75%，因此，采用廉价原料降低生产成本是生物柴油实现产业化的关键。

杨芳霞等[19]分析了山桐子油制备生物柴油工艺中Na2CO3溶液浓度、反应温度、反应搅拌强度和水洗温度4 种因子对毛叶山桐子油碱炼脱酸效果的影响。结果表明：在一定条件下，用Na2CO3碱炼毛叶山桐子油比用NaOH的效果好，以碱炼油的酸值和得率为考核指标，得出在Na2CO3的用量为油重的10.5%、浓度为17%、搅拌速度100 r/min、反应温度75 ℃和水洗温度80 ℃的碱炼条件下，得率达80%以上，酸值可降低至1 mg/g以下。再以低酸值的毛叶山桐子油为原料制备生物柴油，其最优工艺条件为：醇油摩尔比55∶1、催化剂用量占油重的15%、600 r/min、30 ℃、反应时间30 min，在此条件下，产物油中脂肪酸甲酯的含量可达到98%以上。用气相色谱测定生物柴油主要脂肪酸甲酯组成，测的有油酸、亚油酸、棕榈油酸、亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸等，其中亚油酸含量占总脂肪酸甲酯含量的70%以上。

汪全义等[20]以毛叶山桐子油和甲醇为原料，采用碱催化酯交换法制备生物柴油，并优化了制备工艺。试验考察了反应温度、醇油摩尔比、NaOH浓度及反应时间对毛叶山桐子油转化率的影响。结果表明，最佳酯交换反应条件：反应温度为60 ℃，醇油摩尔比为6∶1，NaOH用量为油重的1.0%，反应时间为60 min，在此条件下毛叶山桐子油转化率最高，达到95.5%。检测结果显示，制备的生物柴油性能达到美国生物柴油的标准。宋航[7]等以山桐子油为原料，采用固体碱催化法制备生物柴油的方法获得成功。所以山桐子在燃油方面是酯交换法制取生物柴油的好原料。

3.4 毛叶山桐子制备天然抗氧化剂

毛叶山桐子中除油有较高的利用价值外，亦含有酚类粗提物。酚类物质通常具有一定的抗氧化性，因此，可研究将毛叶山桐子中的酚类物质提取出来，并测定其抗氧化性，探索从毛叶山桐子中提取天然抗氧化剂的可能性。

葛红光等[21]先用石油醚萃取毛叶山桐子，得到约19.23%的毛油，萃取油之后的残渣再用80%乙醇抽提可得21.77%的粗提物A，该粗提物具较强的抗氧化作用。采用溶剂分级和醋酸铅(碱性和中性)沉淀两种方法对A进行精制。研究得出，碱式醋酸铅沉淀物C2抗氧性能最强，其次是乙酸乙酯萃取物B1，但B1的得率高，约为C2的4.77倍。而且溶剂萃取法省时、工艺简单、生产成本较低，而醋酸铅沉淀法，费时，须脱铅，且脱铅很难彻底。综合考虑，采用溶剂分级法精制毛叶山桐子中的抗氧化有效成分，较为合理，适应性高。根据定性预试验可初步判断，毛叶山桐子中抗氧化有效成分是具有间苯二酚或间苯三酚结构的酚酸类化合物。

4 结束语

毛叶山桐子含油率高，油酸、亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸含量丰富，营养价值高，可用于制备毛叶山桐子保健食用油。面对能源危机，现有的能源资源产能有限，供应不足，长期以煤炭为主的能源消费结构，同时也造成了严重的环境污染问题，毛叶山桐子在我国资源丰富，含油率高，因此着力发展毛叶山桐子等生物质能源植物不仅有利于缓解能源紧张的局面，而且对于改善生态环境具有重要意义。毛叶山桐子籽中含有酚类物质，具有一定的抗氧化性，可用于提取天然抗氧化剂。