八角金盘籽油和果油的超声波-微波协同提取及其脂肪酸组成比较

蒋新龙 蒋益花

(浙江树人大学生物与环境工程学院，杭州 310015)

八角金盘(Fatsiajaponica)为五加科八角金盘属常绿灌木，是广泛分布于长江流域以南地区的优良观叶植物。八角金盘籽富含油脂[1]。本团队已采用超声波辅助提取法提取籽油，出油率可达35.55%，并从八角金盘籽油中鉴定出15种脂肪酸，其中不饱和脂肪酸含量为97.10%，尤其以油酸为主[1]。目前，有关八角金盘果油的研究鲜见报道。为了科学、充分地利用八角金盘油脂资源，本研究以八角金盘果和种子为原料，对微波-超声协同辅助提取八角金盘籽油和果油工艺进行优化，并通过GC分析籽油和果油脂肪酸组成，明确八角金盘籽油和果油的超声波-微波协同提取及其脂肪酸组成差异，为进一步开发利用八角金盘油脂资源提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

八角金盘果和种子：市售，经除杂、干燥、粉碎后制成40～60目原料粉末，备用。

所用试剂均为分析纯，所用水为蒸馏水，37种脂肪酸混合标准品(Sigma Aldrich)。

UV-1600型紫外/可见分光光度计，CW-2000微波-超声协同萃取仪，AB204型分析天平，Agilent 7890B气相色谱仪，RV10旋转蒸发仪。

1.2 油脂超声-微波协同提取条件的优化

1.2.1 提取方法

根据本团队八角金盘籽油超声波辅助提取结果，提取溶剂选用石油醚(60～90 ℃)[1]。

精密称取3.000 0 g原料粉末，置于100 mL 仪器专用萃取瓶中，按液料比加入石油醚，搅拌均匀，将萃取瓶置于仪器萃取炉腔中，安装好冷凝回流装置，分别设置提取时间、微波功率等参数，检查完毕后开启微波及超声(超声输出功率50 W，频率40 kHz)进行萃取。萃取结束后减压抽滤，旋转蒸发器浓缩滤液，浓缩物放恒温鼓风干燥箱干燥(110 ℃加热30 min)，精密称量。每组实验重复3次，取平均值。按公式计算出油率。

式中：M为原料质量/g；M2为空瓶质量/g；M1为空瓶和油脂的质量/g。

1.2.2 提取优化实验

单因子实验：提取时间、微波功率、液料比是影响出油率的主要因素。按照1.2.1提取方法，固定初始条件其他条件不变，采用控制变量法，考量提取时间、微波功率、液料比等因素对出油率的影响。超声条件固定(超声输出功率50 W，频率40 kHz)，其他各因素的实验梯度如下：6个提取时间梯度分别为60、90、120、150、180、210 s；6个微波功率梯度分别为0、50、150、200、250、300 W；6个液料比梯度分别为6、8、10、12、14、16 mL·g-1。每个实验重复3次。

正交优化实验：在单因素实验的基础上，确定提取时间、微波功率、液料比3个主要因素的水平变化范围，选取提取时间、微波功率、液料比三个因素为自变量，以出油率为评价指标，利用正交实验 L9(34)对提取条件进行优化。

1.3 油脂理化性质分析

过氧化值测定GB 5009.227—2016；碘值测定GB/T 5532—2008；酸价测定GB/T 5009.229—2016；密度测定GB/T 5526—1985；折光率测定GB/T 5527—2010。平行三次，取平均值。

1.4 油脂的GC 成分分析

脂肪酸组成用Agilent 7890B气相色谱仪，参照 GB/T 5009.168—2016的GC 外标法进行成分测定。

GC分析条件：色谱柱：CNW CD-2560(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；进样量：1 μL；载气流速：0.5 mL/min；分流比：10∶1；检测器类型：FID；检测器温度：260 ℃；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。

1.5 统计方法及分析软件

利用Origin8软件作图；应用SPSS20.0软件进行数据统计分析，并用Duncan多重比较(SSR法)检验各处理平均数之间的差异显著性(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 提取优化实验

2.1.1 单因素实验

图1表明，提取时间对籽油提取和果油提取的影响一致，随着提取时间的增加，出油率先升高后降低，提取时间为150 s时，油脂的出油率最高。本实验的最佳提取时间为150 s。

图1表明，微波功率对籽油提取和果油提取的影响也比较一致，随着微波功率的增加，出油率先升高后降低，当微波功率达到250 W时，出油率达到最高。物料内部温度随着微波功率的增大而升高，温度升高越快，局部压力增加越快，细胞破裂越快，内容物透过细胞壁流出并溶解到溶剂中的传递速度越快[2]。在微波功率达到 250 W之后， 高微波功率导致的热效应使油挥发或分解，导致出油率降低[3]。

图1 微波-超声协同提取油脂单因子实验结果

图1表明，液料比对籽油提取和果油提取的影响趋势表现不完全一致。随着液料比的增加，油脂的出油率也不断增大，液料比达到10 mL·g-1时，出油率最高；液料比达到10 mL·g-1后，再增加溶剂用量，出油率增幅不大，继续增加溶剂用量，出油率趋向稳定。提取溶剂用量的增加相当于降低了油的浓度，增加了溶剂与原料细胞中油脂的浓度差，增加了传质推动力，油脂在提取剂中的扩散速度也就提高了。当溶剂用量增大到一定程度后，油脂提取趋于完全，出油率趋向稳定。当溶剂过大时，相同时间提供的热量被提取溶剂吸收的比例增加，空化效应和机械效应等作用的强度反而减弱，使油脂的出油率反而逐渐减少。而且溶剂用量过大，会造成溶剂回收困难和生产成本增加。由图1可知，液料比10 mL·g-1较为适宜。

2.1.2 正交实验

正交实验结果见表1。籽油提取：水平组合A1B2C2最佳，出油率为34.40%；果油提取：水平组合A2B3C1最佳，出油率为11.21%。由表1的极差分析，籽油提取和果油提取都是A2B2C2最佳；但极差得到的各因子对出油率的影响次序不同，籽油提取的影响依次为：B>C>A，而果油提取的影响依次为：A>C>B。

表1 正交实验结果及分析

由表2的方差分析可知，籽油提取：微波功率B对籽油提取影响显著，对籽油提取的影响次序依次为：B>C>A；果油提取：提取时间A对果油提取影响显著，对果油提取的影响次序依次为：A>C>B。

根据Duncan多重比较分析，在籽油提取中，提取时间A的90 s和150 s两个水平差异不显著；在果油提取中，微波功率B的250 W和300 W两个水平差异不显著，但液料比C的6 mL·g-1和10 mL·g-1两个水平差异显著。综合分析正交试验结果并考虑成本因素，确定最佳提取工艺条件为：籽油提取为A1B2C2，果油提取为A2B2C2。根据最佳提取工艺条件进行验证实验，当提取时间90 s、微波功率250 W、液料比10 mL·g-1时，籽油出油率为34.43%；当提取时间150 s、微波功率250 W、液料比10 mL·g-1时，果油出油率为11.32%。

表2 方差分析表

2.2 油脂理化性质

按2.1.2最佳提取条件制备八角金盘籽油和果油，并测定其理化性质，结果见表3。表3可知，两种油脂质量指标均符合GB/T 2716—2018《食品安全国家标准 植物油》国家标准。两种油脂的密度、颜色、折光率、酸值、过氧化值差异不明显，碘值存在差异。

过氧化值是衡量油脂被氧化的程度。过氧化值数值越高，油品越差。长期食用过氧化值超标的油脂，对心血管病、癌症肿瘤等慢性病有促进作用[4]。超声-微波协同法提取时，微波作为射线而且微波处理产生高温都能加速自由基的生成，从而加速油脂中氧化基质的氧化[5]。两种油脂过氧化值稍高，但低于10 mmol/kg，符合食用植物油国家标准。酸值是衡量油脂新鲜程度的指标，酸值越大，说明油脂中游离脂肪酸含量越大，油脂越不新鲜[6]。两种油脂的酸值(KOH)都低于3.00 mg/g，也符合食用植物油国家标准。碘值是判断油脂脂肪酸不饱和程度的指标，两种油脂碘值差异明显，籽油的碘值为95.18 gI/100 g，果油的碘值为110.31 gI/100 g，说明果油比籽油的不饱和度高。

表3 八角金盘籽油和果油理化性质比较

2.3 油脂脂肪酸组成及含量分析

根据1.4方法，对油脂进行GC分析，八角金盘籽油和果油的脂肪酸组成分析结果见表4。由表4可知，从八角金盘籽油中共鉴定出20种脂肪酸，从八角金盘果油中共鉴定出19种脂肪酸，籽油和果油的脂肪酸组成都非常丰富。籽油的主要脂肪酸为油酸(87.42%)、亚油酸(7.04%)、十五碳一烯酸(3.08%)，其中不饱和脂肪酸相对质量分数为98.64%，与本团队超声提取八角金盘籽油脂肪酸分析结果较一致[1]。果油的主要脂肪酸为亚油酸(61.61%)、油酸(25.96%)、棕榈酸(5.08%)、硬脂酸(3.25%)、亚麻酸(1.71%)、花生酸(0.96%)，不饱和脂肪酸含量为89.52%。

表4 八角金盘籽油和果油脂肪酸组成比较

果油比籽油含较多的棕榈酸，与其他学者研究结果一致[7-9]。八角金盘籽油和果油的不饱和脂肪酸组成差异较大，籽油中油酸高达87.42%，亚油酸只含7.04%；果油中油酸只含25.96%，但亚油酸高达61.61%，还含有1.71%的亚麻酸。油酸具有药疗、营养保健功效[10]，抗氧化稳定性好，营养界把油酸称为“安全脂肪酸”，是评定食用油品质的重要标志[11]；亚油酸的主要功效也主要体现在预防心血管疾病上[12]；亚麻酸具有预防老年痴呆、抗炎、降糖、降压等作用[13]。八角金盘籽油油酸高，可开发应用于冠状动脉粥样硬化、高血脂、心血管病人的长期食疗保健油品。果油的亚油酸和亚麻酸含量比籽油高，果油比籽油更具有食疗保健作用。尽管籽油的不饱和脂肪酸含量比果油高，但果油脂肪酸的不饱和度比籽油高，所以果油具有较高的碘值。

3 结论

在单因素实验的基础上，运用正交设计，确定了最佳提取工艺：石油醚为提取剂，微波功率250 W、液料比10 mL·g-1、提取时间90 s，籽油出油率为34.43%；提取时间150 s、液料比10 mL·g-1、微波功率250 W时，果油出油率为11.32%。出油率籽油明显比果油高。

两种油脂的理化指标均达到GB/T 2716—2018《食品安全国家标准 植物油》。除碘值外，其他理化指标差异不明显。GC分析得到：籽油的主要脂肪酸为油酸、亚油酸、十五碳一烯酸，其中不饱和脂肪酸相对含量为98.64%；果油的主要脂肪酸为亚油酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸、亚麻酸、花生酸，不饱和脂肪酸含量为89.52%。籽油出油率虽然明显比果油高，但果油的亚油酸比例则明显高于籽油，脂肪酸不饱和度高于籽油。因此，果油比籽油更具有食疗保健作用。本实验对八角金盘籽油和果油的开发利用具有指导意义。