不同提取方法对杜仲籽油质量的影响

王小媛,马宝晨,纵 伟

(1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院,河南郑州 450002; 2.食品生产与安全河南省协同创新中心,河南郑州 450002)

杜仲(EucommiaulmoideOliv.)是中国特有的经济价值与药用价值并存的树种[1]。目前,杜仲分布在中国20多个省市、自治区,杜仲林面积达36万hm2[2]。杜仲翅果为棕黄色,狭长椭圆形,扁而薄,梭子形状,线形长30～39 mm,宽8～13 mm,中间部位的种壳内有1粒种仁,种壳的周围有薄翅[3]。杜仲翅果的含油量为7%～15%,而杜仲籽仁的含油量可达到30%～40%[4]。杜仲籽油富含α-亚麻酸,占脂肪酸总量的60%以上[5],α-亚麻酸是人体必需的脂肪酸,在体内代谢生成二十二碳六烯酸(DHA)和二十碳五烯酸(EPA),还具有有效预防心脑血管疾病、降血脂、抗肿瘤和抗癌症等重要的生理功能[6-8]。

与传统油脂提取工艺相比,亚临界萃取法具有非热加工、无污染、可工业化生产、运行成本低、易于和产物分离等优点[9-10];超临界CO2萃取法具有无毒、不易燃、易于从所需的提取物中分离、无有害溶剂残留、无溶剂处理成本等优点[11-13]。Zhang等[14]对杜仲籽油的理化性质、脂肪酸组成、热力学特性等进行了研究,结果表明,杜仲籽油中的主要脂肪酸为α-亚麻酸、油酸、亚油酸,杜仲籽油在食品、制药等行业具有广阔的发展前景。王蓝等[15]分析了压榨法、有机溶剂浸出法和超临界CO2法的优缺点,有机溶剂浸出法得油率较高,超临界CO2萃取法所得油品质好,但未比较三种提取工艺得到的杜仲籽油的各项指标;张郁松等[16]对溶剂回流提取法、微波辅助法和超临界CO2萃取法得到的杜仲籽油的理化指标进行了比较,结果表明,超临界CO2法和微波辅助萃取法要优于传统溶剂提取法,但未对三种提取方法得到的杜仲籽油的脂肪酸组成进行比较分析。本文采用索氏提取法、亚临界萃取法和超临界CO2萃取法提取杜仲籽油,并对其提油率、理化指标及脂肪酸组成进行比较分析,综合考察不同提取方法对杜仲籽油品质的影响,为杜仲籽油的开发利用提供一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

杜仲籽 供试材料均采于中国林业科学研究院经济林研究开发中心杜仲基因库,由于杜仲籽的脂肪几乎全部存在于籽仁中,利用杜仲籽一旦被破开,其壳、仁不粘连的特点,采用手工将杜仲翅果一侧剪开,取出完整籽仁[17];一氯化碘、无水乙醇、石油醚、冰乙酸等均为分析纯 天津市富宇精细化工有限公司。

CBE-5L亚临界萃取实验室设备 河南省亚临界生物技术有限公司;美国ASI超临界萃取仪 美国应用分离公司(Applied Separations Inc.)Applied Separations;Agilent GC-7890B气相色谱仪 美国安捷伦公司;SC-80C型全自动色差计 北京康光光学仪器有限公司;RE-52AA旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂;DHG-9070型电热恒温鼓风干燥箱 上海鸿都电子科技有限公司;HH-S4型数显恒温水浴锅 金坛市医疗仪器厂;JJ223BC型电子天平 常熟市双杰测试仪器公司;RRHP 100型粉碎机 欧凯莱芙(香港)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 索氏提取 参考张郁松[16]的方法并略作修改,利用粉碎机将杜仲籽进行粉碎,准确称取5 g经粉碎的杜仲籽,放入滤纸筒内,将滤纸筒置于索氏提取器中,加入一定量石油醚(60～90 ℃),控制水浴温度为75 ℃,冷凝回流7h后,旋转蒸发除去石油醚直至恒重。

1.2.2 亚临界萃取 参考舒象满等的方法并做修改[18],利用粉碎机将杜仲籽进行粉碎,过20目筛,以丁烷为提取剂,料液比1∶1.5,萃取温度40 ℃,萃取时间40 min,萃取次数4次,萃取压力0.45 MPa。

1.2.3 超临界CO2萃取 参考刘秋玲等的方法并略做修改[19],利用粉碎机将杜仲籽进行粉碎,过40目筛,称取杜仲籽粉20 g,置于100 mL萃取斧中,设置萃取温度为45 ℃,萃取压力为0.35 MPa,分离温度为45 ℃,萃取时间为2h。

1.2.4 杜仲籽油得率的计算 计算公式为:

式中:m2:提取所得的杜仲籽油的质量,g;m1:为杜仲籽粉的质量,g。

1.2.5 理化指标的测定 过氧化值的测定依据GB/5009.227-2016;酸价的测定依据GB/5009.229-2016;相对密度的测定依据GB/T-5518-2008;碘值的测定依据GB/T-5532-2008。

1.2.6 色泽的测定 利用色差仪测定不同方法提取的杜仲籽油的色泽,采用L*、a*、b*模式进行评价,其中，L*是样品颜色的亮度;a*、b*是色方向,a*为红色方向、-a*为绿色方向、b*为黄色方向、-b*为蓝色方向。每个样品平行测定三次[20]。

1.2.7 脂肪酸组成的测定 主要脂肪酸组成及含量的测定按照GB 5009.168-2016《食品安全国家标准 食品中脂肪酸的测定》进行甲酯化后再进行GC分析。GC条件:OV-1色谱柱(30 m×0.32 mm×0.5 μm);柱起始温度180 ℃,以10 ℃/min的速度升温到220 ℃,再以8 ℃/min的速度升温到250 ℃(13 min),载气(He)流速1.0 mL/min,尾吹25 mL/min,分流比100∶1。

1.3 数据处理

采用SPSS 22.0软件和Origin 8.5对数据进行处理和分析,结果采用平均值±标准差表示。P<0.05为显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 不同提取方法对杜仲籽油得率的影响

由表1可见,索氏提取法的油得率最高,为34.47%,其次为亚临界萃取法,而超临界萃取法油得率较低,仅为18.68%。分析其原因可能与萃取溶剂和时间有关,索氏提取法用石油醚作为溶剂,提取时间久,提取比较完全,所以提取率最高[21]。亚临界萃取法用丁烷作为萃取溶剂,根据相似相溶原理,亚临界萃取法的油得率比超临界CO2萃取法高。超临界CO2萃取法油得率最低,因为三酰基甘油酯在超临界二氧化碳中的溶解度较低,可添加乙醇等夹带剂来提高提油率[22]。索氏提取法和亚临界萃取法,均采用有机溶剂为萃取剂,易存在有机溶剂残留的问题,对最终产品的品质造成影响,而超临界萃取无有机溶剂残留[15]。

表1 不同提取方法对杜仲籽油得率的影响Tabe 1 Effect of different extraction methods on oil yield of Eucommia ulmoides seeds

2.2 不同提取方法对杜仲籽油理化指标的影响

由图1可知,索氏提取法提取的杜仲籽油过氧化值为(0.087±0.002) g/100 g,显著高于亚临界萃取法((0.035±0.001) g/100 g)和超临界CO2萃取法((0.041±0.004) g/100 g)(P<0.05),这可能是因为索氏提取法温度高,提取时间久,杜仲籽油含有丰富的不饱和脂肪酸,高温条件下易被氧化,进而导致过氧化值偏高[23]。王林林等[24]研究了不同制油方法对石榴籽油品质的影响,得出有机溶剂萃取法得到的石榴籽油酸值与过氧化值均高于亚临界萃取法和超临界CO2萃取法。

图1 不同提取方法对杜仲籽油过氧化值的影响Fig.1 Effects of different extraction methods on peroxide value of Eucommia ulmoides seed oil注:图中不同字母表示差异显著性,P<0.05;图2～图4同。

酸价反映油脂中游离脂肪酸含量,游离脂肪酸含量越高,酸价越高,油脂的品质越差,因此酸价是衡量油脂品质的重要指标之一。由图2可知,索氏提取法得到的杜仲籽油酸价最高为(1.64±0.02) mg/g,即索氏提取法得到的杜仲籽油游离脂肪酸最多,这可能是因为索氏提取法提取时间长,温度相对较高,在提取过程中容易发生水解[25]。而亚临界萃取法和超临界CO2萃取法的酸价分别为(1.50±0.02) mg/g和(1.46±0.07) mg/g,可能是因为两种萃取方法的整个萃取和分离过程中都在低温下进行,能很好地保留提取物中的活性成分,因此提取的油脂品质较好。

图2 不同提取方法对杜仲籽油酸价的影响Fig.2 Effects of different extraction methods on acid value of Eucommia ulmoides seed Oil

油脂的相对密度与其脂肪酸的组成有关,不饱和脂肪酸含量越高,脂肪酸不饱和程度越高,脂肪的相对密度越高。由图3可知,超临界CO2萃取法得到的杜仲籽油相对密度最高为0.97±0.01,亚临界萃取的杜仲籽油相对密度仅次于超临界CO2萃取法为0.96±0.01,索氏提取的杜仲籽油相对密度最低为0.87±0.01。说明超临界CO2萃取法得到的杜仲籽油不饱和脂肪酸含量最高,品质最好。

图3 不同提取方法对杜仲籽油相对密度的影响Fig.3 Effects of different extraction methods on relative density of Eucommia ulmoides seed Oil

碘值可以用来判断所含脂肪酸的不饱和程度,碘值越高,说明油的不饱和程度越高[26]。由图4可知,超临界CO2萃取法得到的杜仲籽油的碘值最高为(192.4±0.8) g/100 g,即超临界CO2萃取法得到的杜仲籽油不饱和脂肪酸含量最高,索氏提取法得到的杜仲籽油碘值最低为(190.4±0.8) g/100 g。超临界CO2萃取法得到的杜仲籽油的碘值与Zhang等[4]超临界CO2萃取的杜仲籽油的碘值结果相似。

图4 不同提取方法对杜仲籽油碘值的影响Fig.4 Effects of different extraction methods on iodine value of Eucommia ulmoides seed Oil

2.3 不同提取方法对杜仲籽油色泽的影响

色泽与油脂中的色素、加工工艺及精炼程度有关,油料品质劣变及油脂的酸败会引起油脂色泽加深[27]。由表2可知,3种杜仲籽油的亮度值L*顺序为:亚临界萃取法<索氏提取法<超临界CO2萃取法。杜仲籽油的a*值顺序为:超临界CO2萃取法<索氏提取法<亚临界萃取法,而b*值大小顺序依次为索氏提取法>亚临界萃取法>超临界CO2萃取法。表明亚临界萃取法得到的杜仲籽油的亮度不及超临界CO2萃取法,超临界CO2萃取法所得杜仲籽油色泽最鲜亮,为亮黄色,无杂质,透明,品质较好;而其他两种方法提取所得杜仲籽油的色泽较深。3种杜仲籽油的色泽差异可能与油中的叶绿素和类胡萝卜素等色素的含量密切有关。与陈中伟等[28]研究的亚临界丙烷、超临界CO2及正己烷对米糠油提取品质的对比研究得到的结果相似。

表2 不同提取方法对杜仲籽油色泽的影响Table 2 Effect of different extraction methods on the color of Eucommia seed oil

2.4 不同提取方法对杜仲籽油脂肪酸组成及含量的影响

由表3可知,三种方法提取的杜仲籽油的主要脂肪酸种类基本相同,以油酸、亚油酸、α-亚麻酸为主,但各种脂肪酸的含量有所差异。其中,杜仲籽油的不饱和脂肪酸含量依次为超临界CO2萃取法提(90.78%)>索氏提取法(90.45%)>亚临界萃取法(89.79%)。杜仲籽油的α-亚麻酸含量依次为超临界CO2萃取法(64.55%±0.08%)>亚临界萃取法(63.65%±0.06%)>索氏提取法(63.00%±0.01%)。可能是由于超临界CO2萃取法和亚临界萃取法萃取温度较低,能很好地保留提取物中的活性成分。木焦油酸在索氏提取的杜仲籽油中未检出,可能是因为索氏提取法温度较高,提取物中的活性成分被破坏。索氏提取法的饱和脂肪酸含量(9.26%)高于亚临界萃取法(8.88%)和超临界CO2萃取法(8.78%)。索氏提取法得到的杜仲籽油脂肪酸组成和含量与焦慧丽等[5]报道的基本一致。三种提取方法得到的杜仲籽油脂肪酸组成基本相同,但各种脂肪酸的含量有所差异。杜仲籽油的不饱和脂肪酸含量高,其中必需脂肪酸α-亚麻酸含量与紫苏籽油相似[29],是一种营养丰富的植物油,具有较高的开发利用价值。

图5 杜仲籽油气相色谱图(索氏提取法)Fig.5 Gas chromatogram of Eucommia ulmoides seed oil(SE)

图6 杜仲籽油气相色谱图(亚临界萃取法)Fig.6 Gas chromatogram of Eucommia ulmoides seed oil(SBE)

图7 杜仲籽油气相色谱图(超临界CO2萃取法)Fig.7 Gas chromatogram ofEucommia ulmoides seed oil(SC-CO2)注:1:十六碳酸甲酯;2:十八碳酸甲酯;3:顺-9-十八碳一烯酸甲酯;4:顺,顺-9,12-十八碳二烯酸甲酯;5:二十碳酸甲酯;6:顺,顺,顺-9,12,15-十八碳三烯酸甲酯;7:二十二碳酸甲酯;8:二十四碳酸甲酯。

表3 不同提取方法所得杜仲籽油脂肪酸组成与相对含量Table 3 Composition and relative content of the fatty acids in Eucommia ulmoides seed oil obtained by different extraction methods

3 结论

采用索氏提取法、亚临界萃取法和超临界CO2法提取杜仲籽油,结果表明,三种提取方法的杜仲籽油得率为:索氏提取法>亚临界萃取法>超临界CO2萃取法。在理化性质方面,超临界CO2萃取法和亚临界萃取法得到的杜仲籽油质量较好,索氏提取法得到的杜仲籽油品质较差。三种提取方法得到的杜仲籽油脂肪酸组成相似,但各种脂肪酸的含量有所差异,其中杜仲籽油的不饱和脂肪酸含量依次为:超临界CO2萃取法>索氏提取法>亚临界萃取法。综合分析3种不同提取方法的优缺点,索氏提取法虽然油得率最高,但是得到的杜仲籽油各项指标较差,且有溶剂残留;亚临界萃取法的油得率介于索氏提取法和超临界CO2萃取法之间,提取相对高效,得到的杜仲籽油的各项指标与超临界CO2萃取法相似,但颜色较差。超临界CO2萃取法提取的杜仲籽油,无有机溶剂残留,安全性较高,得到的杜仲籽油品质较高,但油得率低,而且存在设备投资大、能耗大、生产成本高等缺点。从总体上看,超临界CO2萃取法得到的杜仲籽油质量最好,如果综合考虑成本因素和工业化操作方便程度,亚临界萃取法也是杜仲籽油提取的一种新型绿色工艺。