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杜仲籽浸出取油条件及籽油与仁油品质比较研究

发布日期:2018-01-12 中国油脂网

刘玉兰,焦惠丽,张东东,赵风光,王动民 
(河南工业大学 粮油食品学院,郑州 450001)


摘要:对杜仲翅果粉碎后筛选分离出部分翅壳,可使物料的含仁率提高18.1个百分点,含油率提高7.5个百分点,杜仲胶含量降低9.0个百分点。以正己烷为溶剂提取油脂,通过单因素实验及L9(34)正交实验得到杜仲籽油的最佳浸出条件为:浸出时间15 min,浸出温度55 ℃,料液比1∶ 16,浸出次数4次。在最佳条件下的出油率为18.60%,出胶率为1.34%。对杜仲籽油与杜仲籽仁油的检测分析表明,杜仲籽油的酸值和过氧化值均高于杜仲籽仁油(酸值(KOH)分别为4.1、0.8 mg/g,过氧化值分别为5.3、2.6 mmol/kg);杜仲籽油不皂化物含量也明显高于杜仲籽仁油(分别为2.37%、087%);杜仲籽油和杜仲籽仁油的脂肪酸组成、维生素E、甾醇及磷脂含量相差不大。对杜仲籽浸出混合油进行冷冻后经离心分离可将杜仲籽油中的杜仲胶基本去除。
关键词:杜仲翅果;杜仲籽油;杜仲胶;正己烷;脂肪酸组成
中图分类号:TS224;TQ644    文献标识码:A

文章编号:1003-7969(2016)11-0006-06
 

Extraction conditions of Eucommia seed oil and quality comparison of
Eucommia seed oil and Eucommia kernel oil
LIU Yulan, JIAO Huili, ZHANG Dongdong, ZHAO Fengguang, WANG Dongmin
(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)


Abstract:Eucommia seed was crushed, screened and separated part shell, and the contents of kernel and oil of the obtained material increased by 18.1, 7.5 percentage points,respectively, and Eucommia rubber content decreased by 9.0 percentage points.With n-hexane as solvent, the extraction conditions of Eucommia seed oil were optimized by single factor experiment and L9(34) orthogonal experiment as follows:extraction time 15 min, extraction temperature 55 ℃, ratio of solid to liquid 1∶ 16, extraction times 4 times. Under these conditions, the yields of oil and rubber were 18.60% and 1.34%, respectively. The determination results of Eucommia seed oil and kernel oil showed that the acid value (4.1 mgKOH/g) and peroxide value (5.3 mmol/kg) of Eucommia seed oil were both higher than those of Eucommia kernel oil(0.8 mgKOH/g, 2.6 mmol/kg); also unsaponifiables content of Eucommia seed oil(2.37%) was significantly higher than that of Eucommia kernel oil (0.87%);while the fatty acid composition and contents of vitamin E, sterol and phospholipid of Eucommia seed oil and Eucommia kernel oil had no difference with each other. Eucommia rubber could be basically removed by centrifugation after freezing of Eucommia seed miscella.
Key words:Eucommia seed; Eucommia seed oil; Eucommia rubber; n-hexane; fatty acid composition


  杜仲 (Eucommia ulmoide Oliv.)是我国特有的单科、单属、单种植物,又名丝连木、丝棉皮、思仲、胶树等[1],在我国被广泛种植,自然中心在中部地区,国外仅有少量的栽培[2]。目前我国杜仲栽培面积已发展到35 万hm2,占世界杜仲总量的99% 以上[3]。
     杜仲翅果富含油脂,且油脂中富含α-亚麻酸,是一种优质的木本油料资源,卫生部2009年12号公告将杜仲籽油确定为新资源食品。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。种壳由纤维素、木质素和细丝状的杜仲胶组成。种壳含胶可高达17%(杜仲整籽含胶达12%)。杜仲胶的分子式结构为反式-聚异戊二烯,具有独特的“橡(胶)-塑(料)二重性”,是十分珍贵的优质天然橡胶资源[4-5]。但杜仲翅果种壳中密布的胶丝使得杜仲籽剥壳取仁榨油非常困难。如果将杜仲翅果直接粉碎后用正己烷、石油醚等溶剂浸出取油,由于溶剂对种壳中杜仲胶的溶胀作用,给浸出工艺带来困难,且浸出毛油中含有大量的杜仲胶。为此,杜仲籽和杜仲籽仁制取食用油受到很大限制。国内外对杜仲翅果浸出取油和油中杜仲胶脱除的研究报道很少。本研究首先对杜仲翅果粉碎,筛选除去一部分成絮团状的杜仲翅果壳,以降低杜仲胶含量、提高含油率,再对这种预处理物料进行溶剂浸出取油,并对浸出混合油进行冷冻脱杜仲胶,脱除溶剂后得到杜仲籽油。将所得杜仲籽油与杜仲籽仁油进行检测及对比分析,研究溶剂浸出和冷冻脱杜仲胶对杜仲籽油品质的影响。目的是为杜仲籽油生产工艺技术的开发应用提供支持。
1 材料与方法
1.1 实验材料
1.1.1 原料与试剂
     杜仲翅果,产地为贵州省遵义市温泉县。
     正己烷、石油醚、丙酮、无水乙醇、氢氧化钾、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠、乙醚、甲醇、95%乙醇、碘化钾、钼酸钠、三氯甲烷、冰乙酸、乙醚、三氟化硼乙醚溶液、环己烷等,均为分析纯;邻苯二甲酸氢钾,优级纯;正己烷,色谱纯,美国VBS 公司;11 种脂肪酸甲酯标准品,美国Sigma 公司;α-、β-、γ-、δ-生育酚和生育三烯酚标准品(纯度≥98.0%),北京三区生物技术有限公司;β-谷甾醇(纯度75%)、豆甾醇(纯度95%)、菜油甾醇(纯度65%)、胆固醇(纯度99%)、5α-胆甾烷醇(纯度≥95%),美国Sigma 公司。
1.1.2 仪器与设备
     Agilent GC-7890B气相色谱仪:美国安捷伦公司;Waters-e2695高效液相色谱仪:美国Waters公司; UV-1100紫外分光光度计:上海美谱达仪器有限公司; RE-2000A旋转蒸发器;2WAJ阿贝折光仪;FW-100高速万能粉碎机。
1.2 实验方法
1.2.1 原料的脱壳预处理
     将杜仲翅果粉碎过4 mm分样筛,筛上物再重复粉碎过2 mm分样筛,筛上物为成絮团状的杜仲翅果壳,筛下物为提取油脂的物料。
1.2.2 预处理物料浸出取油及溶剂优选[6-9]
     溶剂的优选:选取不同的溶剂(石油醚、正己烷、无水乙醇、丙酮)分别对脱壳预处理物料进行浸出取油,对浸出混合油进行抽滤。若抽滤时有物料堵塞滤纸,则认为浸出混合油中溶胀有杜仲胶。浸出混合油经冷冻、离心分离去除杜仲胶,旋蒸,除去溶剂得到杜仲籽油。若混合油抽滤顺畅,则认为这种溶剂对杜仲胶没有或很少有溶胀作用,浸出混合油直接旋蒸脱溶即得杜仲籽油。
     正己烷浸出取油及脱杜仲胶:称取杜仲籽脱壳预处理后的物料,在一定的条件下进行溶剂浸出取油,将浸出混合油在-20 ℃冷冻1 h,离心分离出的杜仲胶烘干后称重,计算出胶率;浸出混合油旋蒸脱溶后得到杜仲籽油,称重并计算出油率。
     出油率=提取油脂质量/浸提物料质量×100%
     出胶率=提取杜仲胶质量/浸提物料质量×100%
1.2.3 杜仲籽仁的浸出取油[10] 
     手工剥壳得到较为纯净的杜仲籽仁,粉碎, 乙醚为溶剂,索氏抽提装置抽提8 h,旋转蒸发除去乙醚直至恒重,3 000 r/min离心5 min去除杂质,得到杜仲籽仁油。 
1.2.4 杜仲胶含量测定
     将杜仲翅果粉碎后用石油醚(60~90 ℃沸程)多次回流浸出,浸出液旋蒸脱溶后得到杜仲胶粗品,再经丙酮回流纯化后得到杜仲胶纯品,用铬酸氧化法[11]测杜仲胶含量。
1.2.5 杜仲籽油和杜仲籽仁油理化指标的测定
     折光指数测定参照GB/T 5527—2010;相对密度测定参照GB/T 5518—2008中的密度小瓶法;酸值测定参照GB/T 5530—2005;过氧化值测定参照GB/T 5538—2005;碘值测定参照GB/T 5532—2008;皂化值测定参照GB/T 5534—2008;色泽测定参照GB/T 22460—2008;水分及挥发物测定参照GB/T 5528—2008;不皂化物测定参照GB/T 5535.1—2008;磷脂测定参照GB/T 5537—2008。
1.2.6 杜仲籽油和杜仲籽仁油的脂肪酸组成测定
     参照GB/T 17376—2008 《动植物油脂 脂肪酸甲酯制备》及GB/T 17377—2008 《动植物油脂 脂肪酸甲酯的气相色谱分析》。脂肪酸甲酯的制备选用三氟化硼法[12-13]。
     色谱条件:HP-88色谱柱(100 m×0.25 mm×0.2 μm);进样口温度240 ℃,分流比50∶ 1;采用程序升温,140 ℃保持5 min,4 ℃/min升至240 ℃,保持10 min;氢火焰离子化检测器(FID)温度280 ℃;载气氮气,流速22 mL/min;辅助气氢气,流速30 mL/min;助燃气空气,流速350 mL/min;进样量 1 μL。
1.2.7 杜仲籽油和杜仲籽仁油中维生素E组分含量测定
     维生素E含量测定参照GB/T 26635—2011《动植物油脂 生育酚及生育三烯酚含量测定 高效液相色谱法》及文献[14]。
     色谱条件:Waters 2475荧光检测器;大连依利特NH2柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);流动相流速0.8 mL/min;柱温40 ℃;激发波长298 nm;发射波长325 nm。
1.2.8 杜仲籽油与杜仲籽仁油中去甲基甾醇含量的测定
     参照COI/T.20/Doc.no.10《气相色谱法测定甾醇组成及甾醇含量》及文献[15],采用内标法计算样品中去甲基甾醇的含量,总去甲基甾醇的含量为几种单一去甲基甾醇含量之和。
     色谱条件:HP-5毛细管色谱柱( 30.0 m×250 μm×0.25 μm) ; 进样口温度300 ℃; 载气为高纯氮气; 分流比20∶ 1; 柱流速1.0 mL/min; 升温程序为285 ℃保持30 min,以10 ℃/min的速率升温至300 ℃,保持5 min;FID 检测器温度360 ℃;进样量1 μL。
2 结果与讨论
2.1 杜仲翅果及预处理物料的组成分析
     对杜仲翅果及脱壳预处理物料进行主要组分含量测定,结果见表1。

表1 杜仲翅果及预处理物料的组成分析

样品 含壳率/% 含仁率/% 水分/% 含油率(干基)/% 杜仲胶含量(干基)/%
杜仲翅果 57.09 42.91 7.76 14.81 10.80
预处理物料 38.98 61.02 6.57 22.34   1.80
 
  从表1可以看出,对杜仲翅果经粉碎并脱除一部分翅壳后,含仁率提高18.1个百分点,含油率提高7.5个百分点,杜仲胶含量降低9.0个百分点,这对提高浸出取油出油率及降低油脂中杜仲胶含量都是非常有利的。翅果壳中残留有少量籽仁,但富集了大量的杜仲胶,可作为提取杜仲胶的优良原料。
2.2 杜仲籽浸出取油溶剂的优选
     经过粉碎脱壳预处理的物料中仍然含有杜仲胶,为减少浸出取油时溶剂对杜仲胶的溶胀作用,需要对浸提溶剂进行优选。石油醚、正己烷、无水乙醇、丙酮对杜仲籽油浸出和杜仲胶提取的影响见表2。

表2 不同溶剂浸出所得杜仲籽油出油率及感官分析

溶剂 出油率/% 是否溶胀杜仲胶 油脂性状
石油醚 11.35 金黄色,较清澈
正己烷 13.14 金黄色,清澈
无水乙醇 2.48 墨绿色、流动性差
丙酮 8.65 深墨绿色、浑浊
 
  从表2可以看出,无水乙醇和丙酮作为溶剂浸出时,虽然油中不含杜仲胶,但出油率较低,对色素溶解能力较强,导致油的色泽呈很深的墨绿色。正己烷和石油醚浸出油中杜仲胶含量均较高,但考虑正己烷比石油醚的出油率高,因此优选正己烷为浸出溶剂。
2.3 杜仲籽油浸出单因素实验
2.3.1 浸出时间对杜仲籽油浸出效果的影响
     选取料液比1∶ 8,浸出温度45 ℃,浸出次数1次,考察不同浸出时间(5、10、15、20、25 min)对物料出油率和出胶率的影响,结果如图1所示。
    

QQ截图20180112105710
    

图1 浸出时间对出油率和出胶率的影响
  从图1可以看出,浸出时间超过15 min后,出油率随浸出时间的延长不再增加,原因可能是15 min之后随大量杜仲胶的溶出影响了对油脂的浸出。出胶率则随浸出时间的延长逐渐增大,尤其超过20 min后,溶剂对杜仲胶的溶解明显增大,这可能是因为随浸出时间延长正己烷大量渗透到杜仲胶的晶格内,破坏晶格使之润胀、溶解[8]。综合考虑出油率和出胶率,浸出时间选15 min为宜。
2.3.2 浸出温度对杜仲籽油浸出效果的影响
     选取料液比1∶ 8,浸出时间15 min,浸出次数1次,考察不同浸出温度(25、35、45、55、65 ℃)对物料出油率和出胶率的影响,结果如图2所示。
    

QQ截图20180112105723
    

图2 浸出温度对出油率和出胶率的影响
  从图2可以看出,浸出温度对出油率和出胶率的影响显著。从25~55 ℃,随浸出温度升高出油率明显升高,超过55 ℃之后出油率有所降低,这可能是随杜仲胶溶胀作用的增强吸附了更多的油脂,导致出油率的下降。而出胶率则随浸出温度升高持续增大,这可能是因为随着浸出温度的升高,增加了分子之间的扩散作用,即浸出溶剂更易进入杜仲胶内破坏其晶格,使之溶胀并被提取。综合考虑出油率和出胶率,选取浸出温度55 ℃为宜。
2.3.3 料液比对杜仲籽油浸出效果的影响
     选取浸出温度55 ℃,浸出时间15 min,浸出次数1次,考察不同料液比(1∶ 8、1∶ 10、1∶ 12、1∶ 14、1∶ 16)对物料出油率和出胶率的影响,结果如图3所示。
    

QQ截图20180112105736
    

图3 料液比对出油率和出胶率的影响
  从图3可以看出,随着料液比的增加,出油率不断增加,这是因为随着料液比的增加,浸出浓度梯度和渗透压增大,油脂更容易被萃取出来,料液比 1∶ 14 时达到出油率的最大值16.45%,此后出油率基本保持不变。由图3还可以看出,随着料液比的增大,出胶率总体呈现略微下降的趋势,可能是因为由于提出液较多,冷冻使浸出混合油所接触的容器面积大,胶丝析出时粘在容器壁上损失的多,导致所测得的出胶率略微下降。综合考虑出油率和出胶率,选取料液比1∶ 14为宜。
2.3.4 浸出次数对杜仲籽油浸出效果的影响
     选取浸出温度55 ℃,浸出时间15 min,料液比1∶ 14,考察不同浸出次数(1、2、3、4、5)对物料出油率和出胶率的影响,结果如图4所示。
    

QQ截图20180112105752
    

图4 浸出次数对出油率和出胶率的影响
  从图4可以看出,在浸出次数为4次时,出油率和出胶率均达到最高,分别为18.71%和1.42%,之后再增加浸出次数,出油率和出胶率不再增加甚至有所降低。考虑到溶剂用量和出油率、出胶率的综合效果,浸出次数选取3次为宜。
2.4 杜仲籽油浸出取油的正交实验结果与分析
     根据单因素实验结果,以出油率和出胶率为考察指标,采用L9(34 )正交实验,对浸出取油的工艺条件进行优化。杜仲籽油浸出工艺因素水平见表3,正交实验安排及结果见表4。

表3 杜仲籽浸出取油工艺因素水平

水平 A
浸出时间/min
B
浸出温度/ ℃
C
料液比
D
浸出次数
1 10 45 1∶ 12 2
2 15 55 1∶ 14 3
3 20 65 1∶ 16 4
 

表4 杜仲籽浸出取油的正交实验安排及结果

实验号 A B C D 出油率/% 出胶率/%
1 1 1 1 1 17.10 1.17
2 1 2 2 2 17.88 1.29
3 1 3 3 3 20.24 1.52
4 2 1 2 3 18.82 1.14
5 2 2 3 1 17.89 1.32
6 2 3 1 2 19.01 1.51
7 3 1 3 2 18.13 1.48
8 3 2 1 3 17.83 1.35
9 3 3 2 1 17.96 1.44
出油率
k1 18.41 18.02 17.98 17.65    
k2 18.57 17.87 18.22 18.34    
k3 17.97 19.07 18.75 18.96    
R 0.60 1.20 0.77 1.31    
出胶率
k1 1.33 1.26 1.34 1.31    
k2 1.32 1.32 1.29 1.43    
k3 1.43 1.49 1.44 1.34    
R 0.11 0.23 0.15 0.12    
  从表4可以看出,影响出油率的因素主次顺序为D>B>C>A,即浸出次数>浸出温度>料液比>浸出时间,最高出油率条件为A2B3C3D3;影响出胶率的因素主次顺序为B>C>D>A,即浸出温度>料液比>浸出次数>浸出时间,为了减少随浸出油脂带出杜仲胶的数量,应该降低浸出温度。综合考虑提高出油率同时降低出胶率,选取最佳条件为A2B2C3D3,即浸出时间15 min,浸出温度55 ℃,料液比1∶ 16,浸出次数4次。在最佳条件下进行验证实验,出油率18.60%,出胶率1.34%。
2.5 杜仲籽油与杜仲籽仁油的品质对比分析
2.5.1 杜仲籽油与杜仲籽仁油的理化指标对比分析
     对本实验所得杜仲籽油的主要指标进行测定,并与杜仲籽仁油的指标进行对比分析,结果见表5。

表5 杜仲籽油与杜仲籽仁油的主要指标

项目 杜仲籽油 杜仲籽仁油
折光指数(n20) 1.479 5 1.481 3
相对密度(d2020) 0.938 7 0.931 2
酸值(KOH)/(mg/g) 4.1 0.8
过氧化值/(mmol/kg) 5.3 2.6
碘值(I)/(g/100 g) 187.4 191.1
皂化值(KOH)/(mg/g) 184.16 190.3
色泽(罗维朋比色25.4 mm槽) Y35,R5,B0.0 Y35,R2.0,B5.0
水分及挥发物/% 0.02 0.04
不皂化物/% 2.37 0.87
冷冻试验(0 ℃储藏5.5 h) 较浑浊 澄清
 
  从表5可以看出,杜仲籽油与杜仲籽仁油的折光指数和相对密度相差不大,杜仲籽油的酸值(KOH)和过氧化值明显高于杜仲籽仁油(分别为41 mg/g、5.3 mmol/kg及0.8 mg/g、2.6 mmol/kg),这可能是因为杜仲籽油不饱和程度高,用于浸提杜仲籽油的预处理物料的水分含量高,在机械化的粉碎筛分等工序过程中与空气接触时间更长,所以杜仲籽油与杜仲籽仁油相比,更容易氧化酸败。杜仲籽油的不皂化物含量为2.37%,明显高于杜仲籽仁油的不皂化物含量(0.87%)。实验中还发现,杜仲籽仁油冷冻试验合格,其皂化液加水后溶液是澄清的,而杜仲籽油冷冻试验不合格,其皂化液加水变浑浊,肉眼可见白色絮状物,这是否因其中残留少量杜仲胶所致,需要进一步的验证和研究。
2.5.2 杜仲籽油与杜仲籽仁油的脂肪酸组成对比分析
     杜仲籽油与杜仲籽仁油的脂肪酸组成检测结果见表6。
     从表6可以看出,杜仲籽油中主要含有α-亚麻酸、油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸。其中不饱和脂肪酸总量89.65%,α-亚麻酸含量为58.74%,含量极为丰富,与亚麻籽油中α-亚麻酸含量(39%~62%)相当[16]。杜仲籽油与杜仲籽仁油的脂肪酸组成相差不大,说明浸出混合油经冷冻脱除杜仲胶对油脂的脂肪酸组成没有明显影响。
   表6 杜仲籽油与杜仲籽仁油的脂肪酸组成

%

脂肪酸 杜仲籽油 杜仲籽仁油
棕榈酸C16∶ 0 6.86 6.75
硬脂酸C18∶ 0 2.25 2.26
油酸C18∶ 1 17.71 16.58
亚油酸C18∶ 2 13.20 13.75
α-亚麻酸 C18∶ 3 58.74 59.93
饱和脂肪酸SFA 9.11 9.01
不饱和脂肪酸UFA 89.65 90.26
单不饱和脂肪酸MUFA 17.71 16.58
多不饱和脂肪酸PUFA 71.94 73.68
 
2.5.3 杜仲籽油与杜仲籽仁油微量成分对比分析(见表7)

表7 杜仲籽油与杜仲籽仁油中的微量成分

微量成分 杜仲籽油 杜仲籽仁油
α-TP含量/(mg/kg) 15.8 16.3
β-TP含量/(mg/kg) 12.2 8.9
γ-TP含量/(mg/kg) 853.9 873.5
δ-TP含量/(mg/kg) 179.3 188.5
α-TT含量/(mg/kg) 12.8 12.0
(β+γ)-TT含量/(mg/kg) 6.1 7.3
δ-TT含量/(mg/kg) 1.3 1.7
VE总量/(mg/kg) 1 081.4 1 108.2
菜油甾醇含量/(mg/kg) 510.4 532.9
β-谷甾醇含量/(mg/kg) 4 021.9 4 155.1
甾醇总量/(mg/kg) 4 532.3 4 688.0
磷脂总量/% 0.464 0.689
 注:TP为生育酚,TT为生育三烯酚。
     从表7可以看出,杜仲籽油和杜仲籽仁油中的维生素E含量很高,分别为1 081.4、1 108.2 mg/kg,且最主要组分均为γ-TP和δ-TP(两组分之和占维生素E总量的95.54%、95.83%)。杜仲籽油和杜仲籽仁油中甾醇含量分别为4 532.3、4 688.0 mg/kg,主要为β-谷甾醇和菜油甾醇,β-谷甾醇占甾醇总量的8874%、88.63%。杜仲籽油与杜仲籽仁油的磷脂含量分别为0.464%、0.689%。
3 结 论
     对杜仲翅果进行粉碎、筛选脱除部分翅壳,可以明显提高物料的含油量、降低杜仲胶含量。选用正己烷为溶剂,对该物料进行浸出取油,在浸出时间15 min、浸出温度55 ℃、料液比1∶ 16、浸出次数4次的最佳条件下,出油率为18.60%,出胶率为1.34%。对杜仲籽油与杜仲籽仁油的品质进行对比分析,结果表明,杜仲籽油的酸值和过氧化值均高于杜仲籽仁油,不皂化物含量也明显高于杜仲籽仁油。杜仲籽油和杜仲籽仁油的脂肪酸组成、维生素E、甾醇和磷脂含量相差不大,对杜仲籽浸出混合油进行冷冻后再经离心分离可将杜仲籽油中的杜仲胶基本去除。采用杜仲籽粉碎脱壳预处理后再浸出取油的工艺技术是可行的。
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