牡丹籽油的提取方法及其营养价值的研究进展

张乾浩，马望京，马倩文，宫清涛，肖 露，程 敏,4

(1.浙江万里学院生物与环境学院，浙江 宁波 315100；2.中国科学院理化技术研究所，北京 100190；3.商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西 商州 726000；4.陕西秦岭特色生物资源产业技术研究院有限公司，陕西 商州 726000；5.南京科津新材料研究院有限公司，江苏 南京 211106)

牡丹在我国种植已有非常悠久的历史，早期主要以药用价值和观赏价值为主。近年来人们发现牡丹籽油中含有大量人体所需的不饱和脂肪酸(UFAs)，其中尤以α-亚麻酸(ALA)含量最高，占总不饱和脂肪酸质量分数的42%以上[1]。牡丹籽油中含有植物甾醇、VE、角鲨烯等以及钙、铁、钾、锌、镁等微量元素[2-4]，能有效改善人体机能、增强免疫、维护大脑健康、降低心血管疾病，还有预防糖尿病、肥胖症以及抗癌抗氧化等作用[5-7]。牡丹籽油的提取方法大致可分为水代法、水酶法、溶剂浸提法、超临界CO2流体萃取法以及压榨法等，不同提取技术对牡丹籽油的提取效率、品质和营养成分都有很大的影响。因此探索出一套经济、高效、绿色、安全的生产模式，是目前牡丹籽油产业面临的巨大挑战。本文主要对牡丹籽油的几种提取方法和影响提取效率的主要因素以及其在人体健康中的营养价值进行综述，以期为牡丹籽油产业快速发展、提高大众对牡丹籽油营养价值认可度提供帮助。

1 牡丹籽油的提取方法

1.1 水提法

牡丹籽油的水提法可分为水代法和水酶法。其中水代法是我国提取植物油脂的一项传统技术，其主要是利用了水分在油料中对油脂成分和非油成分亲和力的不同，从而将油脂置换并分离开[8]。而水酶法(AEE)又称酶辅助水提法，是一种以水为介质利用生物酶溶解细胞壁提取油料中油脂的技术[9]。这两种方法最大的相似之处在于都是以水为溶剂，提取过程中都会因为水溶性蛋白与油脂发生乳化作用形成难以回收的乳化层[10]。最大的区别在于前期处理方式不同，水代法是利用物理手段研磨兑浆破坏细胞壁，而水酶法是利用生物酶溶解细胞壁释放油脂。

除了乳化层的影响外，体系pH值、温度、处理时间、料液比、油料颗粒大小以及搅拌等因素也是影响油提取率的关键[11]，此外酶的种类是影响水酶法提油率的关键因素。因此对于如何控制提取条件、去除乳化层提高游离油的回收率是水提法技术的难点之一[12]。为解决这一问题，昌友权等[13]在利用超高压电裂解辅助水代法提取牡丹籽油的过程中，控制电场强度400 V/cm、电流频率27.12 MHz、料液比1.0 ml/g，通电处理5 min可使游离油的回收率达到96.4%，其中ALA质量分数41.9%、总UFAs质量分数92%、酸值0.46 mg/g、过氧化值3.9 μg/g。王惠娟等[14]采用乙醇辅助水酶法提取牡丹籽油的过程中，先利用80%的乙醇预处理，再在碱性蛋白酶的作用下调节体系温度35℃反应7 h，最终使游离油的回收率达到90.31%。其另一篇文章中提到利用先冷冻，再解冻的破乳方法[15]，可将游离油的回收率从86.21%提高到91.23%。又如江连洲等[16]采用超声波辅助水酶法提取牡丹籽油的过程中，在40℃下调节超声波功率到400 W提取45 min，再在纤维素酶的作用下可有效降低乳化率，提高牡丹籽油得率。

水代法和水酶法最大的优点在于安全、健康、无溶剂残留，操作简单、作用条件温和，能有效保护油中营养成分[17]。但水酶法最大限制在于生物酶的成本太高，反应时间太长，因此尚未取得工业化大批量运用[18]，而水代法就相对于成本更低。

1.2 溶剂浸提法

溶剂浸提法是利用脂溶性溶剂，在油料被粉碎研磨破除细胞壁的基础上，运用固液萃取的原理[19]，来提取油料中的油脂。对于植物油的提取来说，常用的溶剂有烃类如正己烷、石油醚等，醇类如乙醇、丁醇-1等以及酯类中的乙酸乙酯等[20]。该方法具有较高的出油率，但提取效率一般，主要影响因素是提取温度和提取时间以及有机溶剂的蒸除与回收等[21]。如王兴宏等[22]利用石油醚浸提牡丹籽油的过程中，将牡丹籽粉碎过40目筛、料液比1∶11于57℃浸提5 h，最终精炼油的得率为21.37%。而林湘湘等[23]利用超声波辅助石油醚浸提牡丹籽油时控制超声波功率40 W、料液比1∶7于45℃提取45 min，使牡丹籽出油率提高到33.90%。这是因为超声波的能量促使细胞分子高频振动，加快了油脂的溶出速度从而大大缩短了浸提时间并提高了出油率。

对广大消费者来说，绿色健康产品是人们迫切追求的目标。而对于该方法提取的食用油，人们总会有健康问题上的担忧是否会有溶剂残留。因此，研究者也在尝试运用柠檬烯、蒎烯等绿色溶剂代替己烷等来提取食用油[20]。

1.3 超临界CO2萃取法

超临界CO2萃取技术是利用CO2在超临界温度(31.26℃)和超临界压力(7 MPa)条件下形成具有极强溶解力和扩散性的均匀流体来萃取目标物质[24],然后通过降温减压就可以使目标物质依次析出[25]。因为CO2是一种无毒、安全、便宜对油等非极性分子具有极强选择性的物质，不会对目标物质产生任何影响且对热敏性物质具有极好的保护作用[26]。

近年来利用超临界CO2萃取技术提取牡丹籽油的研究比较多，其中温度、压力、流体流速、萃取时间是影响萃取效率的关键[27]。如易军鹏等[28]将牡丹籽粉碎过60目筛后，控制萃取温度45℃、压力35 MPa、流量20 L/h、萃取120 min使牡丹籽油出油率达到24.22%。又如陆少兰等[29]先用微波预处理再利用超临界CO2萃取牡丹籽油的过程中，先将牡丹籽粉碎过100目筛后用800 W微波预处理40 s，控制萃取温度40℃、压力33 MPa、流量25 kg/h共萃取100 min后可使萃取效率达到98.55%，且品质良好无杂质残留。所以该技术用在食用油的提取上是一种安全、健康、环境友好型方法，从原料、设备以及可控性来看都有望实现工厂化生产。

1.4 压榨法

压榨法是比较传统的植物油提取技术，也是目前中小型工厂提取牡丹籽油的主要方法。通过压榨方式的不同可分为液压压榨、单螺旋压榨、双螺旋压榨以及比较传统的楔式压榨和杠杆式压榨[30]。压榨法是通过物理挤压将油脂从油料中分离出来，所以出油率不高且油渣中有较高的残余油，主要影响因素是压榨温度、进料速度、压力等，如李汶罡等[31]在利用适温压榨法提取牡丹籽油的过程中，控制温度73℃、压力4.6 MPa、进料速度1 600 g/min、含水率4.6%，出油率达到23.11%，但仍有7.02%残油。该方法最大的优点在于不加任何添加剂，具有操作简单、绿色健康、营养成分保全完整的特点，非常符合当代人们健康饮食的理念。

2 牡丹籽油的营养价值

2.1 免疫调节作用

众所周知，糖尿病是一种内分泌代谢性疾病，其发生主要有两个原因：一是胰腺功能缺失不能将血糖及时分解，二是免疫调节系统紊乱不能及时反馈抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的产生[32-33]。而ALA是一种天然的免疫调节剂能有效调节机体血糖水平，降低糖尿病的发病率、提高机体免疫力[34]。牡丹籽油中富含的ALA能有效抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性从而降低血脂水平[35]。如张梦兰[33]实验发现牡丹籽油对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的半数抑制率(IC50)分别为14.03 mg/ml和4.28 mg/ml。通过复方牡丹籽油对糖尿病小鼠灌胃30 d后发现小鼠血糖水平明显降低，其可能作用是通过调节小鼠体内牛磺酸、油酸的代谢，促进了亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸的合成，在改善血糖代谢紊乱的同时还增强了小鼠淋巴细胞增殖能力和NK细胞活性。又如孙燕[36]等在研究牡丹籽油对ICR清洁级雄性小鼠免疫功能影响的过程中发现，连续灌胃牡丹籽油20 d后小鼠血清中一氧化氮(NO)水平、脾脏中白介素-2(IL-2)水平以及肠黏膜组织中分泌型免疫球蛋白(sI-gA)水平均显著提高，而脾脏中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)显著降低。不仅如此，ALA还具有调节神经递质、防治神经炎症，能有效预防或减轻抑郁症、焦虑症等精神疾病的发生[37-38]。

2.2 维护大脑健康

牡丹籽油中富含大量的ALA和植物甾醇，而ALA是合成ω-3长链多不饱和脂肪酸(ω-3 PUFAs)二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的前体物质[39]。人类大脑细胞膜中约有10%的脂质是由甾醇和ω-3系列脂肪酸组成[40]，而这些脂质关系到脑内物质代谢、能量转换以及信号转导等[41]。所以日常膳食中补充适量富含ALA等不饱和脂肪酸的物质有助于促进大脑发育、维护大脑健康以及提高记忆力和学习能力，且对于防治阿尔兹海默症(AD)、帕金森(PD)、痴呆症等神经退行性疾病具有重要意义[42-43]。如李峰等[44]在利用中链脂肪酸(MCFA)结合ALA对APPswe/PS1DE9双转基因小鼠(研究AD病理的理想动物模型)的学习记忆行为及大脑β淀粉样蛋白(Aβ42)、Tau蛋白表达的影响的研究中发现，MCFA和ALA能减少皮质及海马组织中β淀粉样蛋白斑块和Tau蛋白磷酸化水平，从而改善APPswe/PS1DE9转基因小鼠的学习记忆功能。

2.3 防治心血管疾病

近年来随着我国人民生活质量的提高，日常饮食中补充了太多饱和脂肪酸以至于引发众多心血管疾病(CVD)如高血压、高血脂、冠心病、心肌梗死以及心律失常等[45]。越来越多的研究发现ω-3系列脂肪酸能有效调节血脂水平、改善细胞膜磷脂水平，影响细胞膜流动及信号传导[46]。如梅松等[47]在利用高脂饲料对雄性成年健康SD大鼠进行造模，然后分成模型对照组和牡丹籽油低、中、高剂量组来探究牡丹籽油辅助降低SD模型大鼠血脂水平的功能作用中发现，与模型对照组相比牡丹籽油各组均能降低大鼠体重且中高剂量组可显著降低血清总胆固醇(TC)水平、高剂量组可显著降低血清甘油三酯(TG)水平。又如南瑛等[48]在探究ALA对缺血性心衰的保护作用过程中，利用大鼠建立心肌梗死(MI)模型检测心肌梗死一段时间后大鼠血清中的TNF-α、白细胞介素-6(IL-6)等炎症因子以及炎症小体NLRP3相关蛋白的变化。最终发现，投喂ALA的小鼠在心机梗死一周后炎症小体NLRP3相关蛋白相对于对照组有明显减少，且能有效改善其心脏功能抑制TNF-α和IL-6炎症因子的生成。不仅如此，ω-3系列脂肪酸还具有通过调节钠和Ⅰ型钙离子影响细胞膜离子通道的功能，来防止心律失常维护心脏健康[46]。

2.4 抗癌抗氧化作用

癌症以及人体早衰逐渐趋于年轻化，这与当代年轻人不规律饮食作息习惯有莫大关系。随着科学技术不断发展，研究者发现，细胞内质膜成分、结构以及胆固醇的合成、代谢与癌症的发生有着密切联系[49]。而ω-3系列不饱和脂肪酸具有良好的抗炎、抗癌活性，能参与细胞膜的组成，影响细胞膜的流动和诱导细胞凋亡，且对癌细胞的增殖、转移、存活有良好的防治作用[50]。如邹佳文等[51]在研究牡丹籽油对结肠癌细胞HCT116的增值和调控作用中发现，牡丹籽油能显著抑制结肠癌细胞HCT116的增殖和迁移能力。主要机理是牡丹籽油能影响细胞G1/S期相关靶基因的表达，从而抑制MAPK信号通路和下游转录因子AP-1和NF-κB的活性，抑制癌细胞的活性。不仅如此，牡丹籽油还具有极强抗氧化活性，对DPPH自由基的清除率可达52.49%[52]。如Han等[53]利用D-半乳糖注射小鼠构建衰老模型,来研究牡丹籽油的抗衰老效果时发现，连续灌胃牡丹籽油42 d后，小鼠大脑及肝脏组织中丙二醛(MDA)含量及单胺氧化酶(MAO)活性显著低于模型对照组,而谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、铜锌超氧化物歧化酶(Cu/ZnSOD)以及锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)含量显著高于模型对照组,说明牡丹籽油具有很好的抗衰老功效。所以，日常饮食补充适量富含ALA的物质，对于人体身心健康都有很大帮助。

3 结语

随着牡丹籽油营养价值的不断开发，牡丹在我国种植面积和牡丹籽的产率都在急剧增加，逐渐成为我国又一重要油料来源。但目前牡丹籽油的工业化提取存在的提取效率低和溶剂残留等问题，限制了牡丹籽油产业的快速发展，尤其是溶剂浸提法更被广大消费者所排斥。牡丹籽油的提取方法会向着安全、绿色、节能、高效等方向发展，而超临界CO2流体萃取和水酶法是最有望实现大型工业化生产的提取方法。牡丹籽油的营养价值也会随着科学技术的发展一点点被开发、被证实、被大众熟知和认可。