瓜蔞籽油提取工藝優化及其抗氧化活性研究

侯宗坤,高振秋,楊 麗,季慶治,耿榮慶,王伯初,*

(1.南京工業大學生物與制藥工程學院,江蘇南京 211800;2.鹽城師范學院藥學院,江蘇鹽城 224007)

瓜蔞籽油提取工藝優化及其抗氧化活性研究

侯宗坤1,高振秋2,楊 麗1,季慶治2,耿榮慶2,王伯初2,*

(1.南京工業大學生物與制藥工程學院,江蘇南京 211800;2.鹽城師范學院藥學院,江蘇鹽城 224007)

采用液壓冷榨技術,通過單因素和正交實驗對瓜蔞籽油提取工藝條件進行優化并對瓜蔞籽油脂肪酸組成、理化性質及抗氧化活性進行分析。結果表明:最佳提取工藝條件為入榨水分5%、壓榨壓力40 MPa、壓榨時間50 min、壓榨溫度60 ℃,在此條件下出油率為28.64%±0.12%,提取率為90.26%;瓜蔞籽油中主要不飽和脂肪酸含量為89.06%,包括亞油酸(41.54%±0.11%),油酸(29.63%±0.07%)和瓜蔞酸(17.89%±0.30%)為主。酸值(0.44±0.03)(KOH) mg/g、過氧化值(0.06±0.00) g/100 g等指標均符合食用植物油衛生標準;瓜蔞籽油清除羥基自由基的IC50值為(0.25±0.01) mg/mL,當濃度為100 mg/mL時,DPPH·清除率為89.50%± 1.04%。優化的液壓冷榨工藝能夠提高出油率,保證質量,瓜蔞籽油具有較強的抗氧化活性。

瓜蔞籽油,液壓冷榨,正交實驗,抗氧化活性

瓜蔞籽為葫蘆科植物栝樓(TrichosanlheskirilovuiiMaxim)或雙邊栝褸(TrichosanlhesrosthorniiHarms)的干燥成熟種子,性味甘、寒。歸肺、胃、大腸經。具有潤肺化痰,滑腸通便的功能[1]。瓜蔞籽富含油脂、甾醇、三萜及其皂苷、蛋白質及多種氨基酸,具有改善心血管疾病、抗炎、抗腫瘤、降血糖和止瀉等藥理作用[2-3],具有很高的研究價值。

油脂的提取方法主要有壓榨法、浸提法、水酶法、超臨界萃取法以及溶劑萃取法等,目前,瓜蔞籽油的提取工藝多是采用超臨界萃取法[4-5]和溶劑萃取法[6-7],而液壓冷榨法提取瓜蔞籽油的研究還未見報道。液壓冷榨技術是在低于65 ℃的壓榨溫度下,采用高強度壓力將油脂從油料中擠壓出來,這種方法較超臨界萃取法的投入成本大大降低,同時也避免了溶劑萃取法中有機溶劑的殘留,最大限度的保留了油脂中的營養成分[8],其對特殊油料榨油工藝的效果而言,又有其設備特有的優勢,尤其是油橄欖、可可仁、油茶籽、蘋果籽及核桃仁的制油[9-11]。

本研究通過單因素實驗和正交實驗對瓜蔞籽油的提取工藝進行優化,以期獲得科學有效的提取條件,并對瓜蔞籽油理化性質進行了分析。通過羥基自由基法、DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)法初步評估瓜蔞籽油體外抗氧化活性,為進一步藥理研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

瓜蔞籽 購于江蘇省鹽城市洋馬鎮;DPPH、鄰二氮菲、硫酸亞鐵、雙氧水、抗壞血酸、乙醚、丙酮、三氟乙酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、硝酸、硫酸、鹽酸、氧化鎂、三氧化二砷、甲醇、苯、石油醚、正己烷、無水乙醇、酚酞、冰乙酸、三氯甲烷、碘化鉀、淀粉、硫代硫酸鈉、碳酸鈉、無水硫酸鈉、氯化鈉、二甲基亞砜 均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司。

DHG-9006電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏公司;T100液壓榨油機 山東恒翔機具廠(定制);FA2004N電子分析天平 上海梅特勒-托利多公司;UV-1800紫外可見分光光度計 日本島津公司;MB25水分測定儀 上海奧豪斯公司;7890B-7000C氣相色譜質譜聯用儀 美國Agilent公司;5810R冷凍離心機 德國Eppendorf公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 冷榨瓜蔞籽油提取工藝優化

1.2.1.1 提取工藝流程 瓜蔞籽的預處理→50 ℃低溫烘干→液壓冷榨→離心分離→瓜蔞籽油。

1.2.1.2 操作方法 精選瓜蔞籽后進行水洗、瀝干,放入50 ℃干燥箱內調節至水分含量為5%,放入壓榨機內用鐵板隔開均勻分布,在投料量300 g、壓榨溫度50 ℃、壓榨時間30 min及壓榨壓力40 MPa條件下壓榨制得毛油,經過離心分離得到瓜蔞籽油。

1.2.1.3 單因素實驗 固定提取條件為入榨水分5%、壓榨溫度50 ℃、壓榨時間30 min及壓榨壓力40 MPa,考察不同投料量(100、200、300、400和500 g)對瓜蔞籽油出油率的影響;固定提取條件為投料量300 g、壓榨溫度50 ℃、壓榨時間30 min及壓榨壓力40 MPa,考察不同入榨水分(3%、4%、5%、6%和7%)對瓜蔞籽油出油率的影響;固定提取條件為投料量300 g、入榨水分5%、壓榨時間30 min及壓榨壓力40 MPa,考察不同壓榨溫度(20、30、40、50和60 ℃)對瓜蔞籽油出油率的影響;固定提取條件為投料量300 g、入榨水分5%、壓榨溫度50 ℃及壓榨時間30 min,考察不同壓榨壓力(20、30、40、50和60 MPa)對瓜蔞籽油出油率的影響；固定提取條件為投料量300 g、入榨水分5%、壓榨溫度50 ℃及壓榨壓力40 MPa,考察不同壓榨時間(20、30、40、50和60 min)對瓜蔞籽油出油率的影響。

1.2.1.4 正交實驗 以單因素實驗結果為依據,設計四因素三水平L9(34)的正交實驗,其因素水平如表1所示。每組實驗重復3次,以瓜蔞籽油出油率為評價指標,對正交實驗結果進行分析,最后優選最佳壓榨條件。

表1 正交實驗因素和水平

1.2.1.5 瓜蔞籽油的出油率及提取率計算 按下列公式計算:

出油率(%)=[(M1-M2)/M1]×100

提取率(%)=(出油率/含油率)×100

式中:M1為壓榨前瓜蔞籽質量(g);M2為壓榨后瓜蔞籽質量(g)。

1.2.2 瓜蔞籽油品質分析 瓜蔞籽含油率的測定參照GB/T 14488.1-2008;瓜蔞籽出仁率的檢驗參照SN/T 0803.10-1999;透明度、氣味和滋味鑒定參照GB/T 5525-2008;水分及揮發物含量的測定參照GB/T 14489.1-2008;過氧化值的測定參照GB/T 5538-2005;酸價的測定參照GB/T 5530-2005;碘值的測定參照GB/T 5532-2008;總砷及無機砷的測定參照GB/T 5009.11-2014;黃曲霉毒素B1的測定參照GB/T 5009.22-2003;苯并(a)芘的測定參照GB/T 5009.27-2008;鉛的測定參照GB/T 5009.12-2010。

1.2.3 瓜蔞籽油GC-MS分析

1.2.3.1 瓜蔞籽油的甲酯化 稱取0.10 g瓜蔞籽油置于具塞試管中,加入2 mL石油醚(30～60 ℃)與苯的混合液(V(石油醚)∶V(苯)=1∶1),振蕩使油脂完全溶解,再加入2 mL 0.4 mol/L KOH-甲醇溶液,混勻后在室溫下靜置5～10 min。再加入一定量的飽和NaCl溶液,待分層后取上層清液進行色譜分析[12]。

1.2.3.2 GC-MS分析條件 氣相色譜條件:色譜柱Agilent19091s-433:HP-5 ms;柱溫:從50 ℃以10 ℃/min升溫至280 ℃保留2 min;氣化室溫度:250 ℃;離子源溫度:230 ℃;分流比:20∶1;進樣口載氣:高純氦氣;采用頂空進樣。

質譜條件:離子源:EI源;電子能量:70 eV;分子量掃描范圍:50～550 amu。

數據處理和質譜檢索:樣品經GC-MS分析,各分離組分利用計算機NISTSearch譜庫進行檢索,并參考相關文獻和根據質譜裂解規律進行定性,采用色譜峰面積歸一法進行定量。

1.2.4 瓜蔞籽油抗氧化活性分析

1.2.4.1 羥基自由基清除率的測定 通過Fenton反應[13],按照趙小云等[14]方法進行。取1 mL 0.75 mmol/L的鄰二氮菲溶液加入10 mL的試管中,再加2 mL 0.2 mmol/L的磷酸鹽緩沖液(pH7.4),混合均勻后加入1 mL 0.75 mmol/L的硫酸亞鐵溶液,將1 mL濃度為0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL的樣品溶液加入,最后加入1 mL 0.01% H2O2,在37 ℃保溫1 h,536 nm處測定吸光度為A1。將體系中的樣品改為蒸餾水,測定得A2?？瞻讓φ詹患?.01% H2O2,以蒸餾水代替,測定得A3。每組實驗重復3次,取平均值。羥基自由基的清除率計算公式如下:

清除率(%)=(A1-A2)/(A3-A2)×100

1.2.4.2 DPPH自由基清除率的測定 參照文獻[14],將瓜蔞籽油分別用無水乙醇配成濃度為5、10、20、40、60、80和100 mg/mL的溶液,取2 mL樣品溶液于10 mL試管中,加入2 mL 0.2 mmol/mL的DPPH溶液,搖勻后在25 ℃水浴中加熱15 min,以無水乙醇調零,測定517 nm處的吸光值Ai;取2 mL無水乙醇代替樣品溶液測得吸光度A0;取2 mL樣品溶液加入2 mL無水乙醇,測得吸光度Aj,同一測定重復3次,取平均值,按下式計算清除率:

清除率(%)=[A0-(Ai-Aj)/A0]×100

2 結果與分析

2.1 液壓冷榨單因素實驗

2.1.1 投料量對出油率的影響 由圖1可知,瓜蔞籽的出油率隨著投料量的增加而逐步升高,當投放量大于200 g時,出油率的增長變得緩慢,可能是由于投料量的增加,瓜蔞籽之間的相互作用力更加均勻,更利于瓜蔞籽油的榨出。基于成本因素的考慮,選擇投料量為300 g進行后續的實驗。

圖1 投料量對出油率的影響Fig.1 Effect of feeding amount on extraction rate of TSO

2.1.2 入榨水分對出油率的影響 由圖2可知,隨著入榨水分含量的增加,瓜蔞籽油提取率逐漸升高,當水分含量為5%時,出油率達到最大值,之后隨著水分含量的增加,出油率顯著下降。水分對油料的物理性質(彈性、可塑性、機械強度等)產生影響,隨著水分含量的增加,可塑性也逐漸增加,當水分含量達到某一值時,最有利于油脂分離出來。當水分含量過低時,可塑性也降低,使粒子結合松散,不利于油脂的榨出[15]。所以,最終選擇入榨水分為5%。

圖2 入榨水分對出油率的影響Fig.2 Effect of moisture content on extraction rate of TSO

2.1.3 壓榨溫度對出油率的影響 由圖3可知,出油率與壓榨溫度呈正相關,壓榨溫度越高,出油率越高,這是由于在壓榨溫度低時榨料粒子結合不好,所得餅塊松散不易成型,而隨著溫度的增加,可塑性增加,同時使得瓜蔞籽中蛋白質變性,進一步破壞結合油脂,從而提高出油率[15-16]。但壓榨溫度的進一步增加會導致油脂中的活性成分的損失,綜合考慮油脂氧化程度及能耗問題選擇壓榨溫度為50 ℃。

圖3 壓榨溫度對出油率的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on extraction rate of TSO

2.1.4 壓榨壓力對出油率的影響 由圖4可知,出油率隨壓力的增加而增加,當壓力到達40 MPa后,出油率趨于平穩,其原因可能是由于過大的壓力阻斷了油脂流出的通道,其影響效果與文獻中報道的相近[15,17]。同時過高的壓力會增加壓榨機的損耗及能耗,故選用壓榨壓力為40 MPa較為適宜。

圖4 壓榨壓力對出油率的影響Fig.4 Effect of pressing presure on extraction rate of TSO

2.1.5 壓榨時間對出油率的影響 由圖5可知,出油率隨壓榨時間呈上升趨勢,在20～50 min之間壓榨時間與出油率具有一定的線性關系,當高于50 min以后出油率增長緩慢,原因可能是在一定的條件下,能夠流出的油脂是一定的,當壓榨時間繼續增加時,出油率增加緩慢或不增加,同時過長的壓榨時間會影響工作效率增加能耗,綜合考慮選擇壓榨時間為40 min。

圖5 壓榨時間對出油率的影響Fig.5 Effect of extraction time on extraction rate of TSO

2.2 正交實驗

表5 瓜蔞籽油中主要脂肪酸組成與對比

正交實驗結果見表2,方差分析結果見表3。由表3得知,影響液壓冷榨提取瓜蔞籽油提取率各因素間主次關系為:壓榨溫度(C)>壓榨時間(D)>入榨水分(A)>壓榨壓力(B),四因素中,壓榨溫度影響最為顯著,經過正交優化得到提取瓜蔞籽油的最佳條件組合為A2B2C3D3,即入榨水分5%、壓榨壓力40 MPa、壓榨溫度60 ℃、壓榨時間50 min,按照此條件提取瓜蔞籽油出油率達28.64%± 0.12%,高于表2正交實驗結果中的最高出油率28.42%± 0.15%,說明通過正交實驗得到的最佳提取條件合理、可行。

表2 正交實驗結果

注:結果表示三次重復的平均值(平均值±SD);表4、表5同。

表3 回歸方程的方差分析

2.3 瓜蔞籽油理化指標測定

從表4中得知,瓜蔞籽中瓜蔞仁占58.76%± 0.82%,含油率為31.73%± 0.19%,碘值為(132.75± 2.59) g/100 g,高于食用菜籽油94～120 g/100 g,碘值越高,不飽和度越高,營養價值越高。酸價、過氧化值等項目均符合食用植物油衛生標準(GB 2716-2005),由此可見采用液壓冷榨方法可獲得高品質的瓜蔞籽油。

表4 瓜蔞籽油理化常數

2.4 瓜蔞籽油脂肪酸組成分析

經過GC-MS分析,結果見表5,可得知瓜蔞籽油中主要含有五種脂肪酸,其中主要不飽和脂肪酸含量為89.06%,包括亞油酸、油酸和瓜蔞酸,本研究還通過氣相色譜對脂肪酸組成進行分析,同時通過與文獻中對比,與李福星等[18]通過GC法測定的脂肪酸組成含量相近,閆永婷等[19]也采用了GC-MS法對脂肪酸組成進行測定,結果差異性很大,可見分析方法的不同或產地的不同得到的脂肪酸相對含量具有一定差異。

2.5 瓜蔞籽油抗氧化活性結果分析

2.5.1 對羥基自由基的清除能力 羥基自由基是活性氧中化學性質最活潑的自由基,它幾乎能與活細胞中任何生物大分子發生反應,且反應速率極快,是對機體危害最大的自由基[20]。羥自由基清除能力的測定為評價天然產物的抗氧化活性提供重要依據。由圖6可知,羥基自由基的清除能力與瓜蔞籽油的濃度呈正相關,當瓜蔞籽油濃度為1.0 mg/mL時,清除率達95.41%±1.89%。瓜蔞籽油、VC清除羥基自由基的IC50值分別為(0.25±0.01)、(0.21±0.01) mg/mL,表明,瓜蔞籽油具有較強的清除羥基自由基的能力,但弱于VC。

圖6 瓜蔞籽油對羥基自由基的清除能力Fig.6 The elimination ability of TSO on ·OH

2.5.2 對DPPH自由基的清除能力 DPPH自由基清除實驗被認為是一個有效、方便、經濟的評估活性抗氧化劑自由基清除能力的方法,并且DPPH自由基穩定,可與抗氧化劑作用,通過顏色變化來確定抗氧化能力的大小[21]。由圖7可知,瓜蔞籽油乙醇溶液具有較強的DPPH自由基的清除能力,濃度越高,清除率越強,當濃度為100 mg/mL時,清除率為89.50%±1.04%,趙小云等采用相同的方法得到的清除率為80.2%[14],這可能與瓜蔞籽油的提取方法有關,液壓冷榨法比溶劑提取法更好的保留了油脂中的抗氧化活性成分。

圖7 瓜蔞籽油對DPPH自由基的清除能力Fig.7 The elimination ability of TSO on DPPH free radical

3 結論

通過單因素和正交實驗,液壓冷榨法提取瓜蔞籽油的最佳條件為入榨水分5%、壓榨壓力40 MPa、壓榨溫度60 ℃、壓榨時間50 min,在此條件下出油率為28.64%±0.12%,提取率達90.26%,比顏軍等采用壓榨法的得率11%[22]高出17.64%,而一般采用冷榨法提取植物油的提取率為80%～90%[23],所以采用此液壓冷榨工藝具有較高的提取率。采用國標法測定的理化指標,均符合食用植物油衛生標準,說明采用此工藝所得到的瓜蔞籽油品質好。GC-MS分析結果顯示,瓜蔞籽油中不飽和脂肪酸含量為89.06%,含有17.89%的特有共軛亞麻酸瓜蔞酸?？寡趸钚詫嶒灡砻魍ㄟ^冷榨提取的瓜蔞籽油對羥基自由基、DPPH自由基清除作用顯著,可見瓜蔞籽油

具有較高的營養價值和較強的抗氧化活性,可作為功能性油脂開發和利用。

[1]國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典[S]. 一部. 北京:中國醫藥科技出版社,2015:112-113.

[2]萬麗娟,盧金清,許俊潔,等. 瓜蔞子化學成分和藥理作用的研究進展[J]. 中國藥房,2011,26(31):4440-4443.

[3]劉金娜,溫春秀,劉銘,等. 瓜蔞的化學成分和藥理活性研究進展[J]. 中藥材,2013,36(5):843.

[4]馬志虎,侯喜林,張亞雙,等. 響應面法優化超臨界CO2萃取瓜蔞籽油[J]. 中國糧油學報,2010,25(7):67-70.

[5]顧仁勇,銀永忠. 超臨界CO2萃取栝樓籽油工藝條件優化[J]. 吉首大學學報:自然科學版,2012,33(2):99-102.

[6]孫海燕,宓建雷,袁高峰,等. 微波輔助提取栝樓籽油工藝研究[J]. 食品工業,2013,34(5):20-23.

[7]彭書明,雷濘菲,梁山,等. 微波和超聲波輔助提取瓜蔞籽油工藝研究[J]. 時珍國醫國藥,2009,20(8):1996-1997.

[8]Rombaut N,Savoire R,Thomasset B,et al. Optimization of oil yield and oil total phenolic content during grapeseed cold screw pressing[J]. Industrial Crops and Products,2015,63:26-33.

[9]王亞萍,費學謙,陳焱,等. 制油工藝對油茶籽油質量安全的影響分析[J]. 中國糧油學報,2012,27(9):60-63.

[10]魯海龍,梁宇柱. 核桃制油榨油機的比較與選擇[J]. 中國油脂,2010,35(5):68-70.

[11]張旋,呂名蕊,孟佳,等. 螺旋壓榨和液壓壓榨對蘋果籽油品質的影響[J]. 糧食與食品工業,2016,23(2):40-45.

[12]苗利利,仇農學,龐?？?等. 不同提取方法對石榴籽油中石榴酸含量的影響[J]. 中國油脂,2009,34(3):6-8.

[13]馮雪,姜子濤,李榮,等. 中國印度產白豆蔻精油清除自由基能力研究[J]. 食品工業科技,2012,33(2):137-138.

[14]趙小云,管中華,李齊激,等. 瓜蔞籽中脂肪酸組成型態及抗氧化活性[J]. 食品工業科技,2014,35(10):177-185.

[15]周鴻翔,黃小煥,王廣莉,等. 響應面法優化火麻仁油冷榨提取工藝[J]. 食品科學,2012,33(18):67-71.

[16]沈佳奇,徐俐,舒德保,等. 正交實驗優化液壓法榨取油茶籽油工藝研究[J]. 廣東農業科學,2014(3):83-86.

[17]吳發旺,劉春雷. 響應面優化冷榨法制取山桐子油工藝的研究[J]. 食品工業科技,2012(11):278-282.

[18]李福星,張冬. 氣相色譜法測定栝樓籽油中脂肪酸組成[J]. 中國食品添加劑,2008,87(2):166-167.

[19]閆永婷,何家慶,黃訓端,等. 栝樓籽油的理化性質及其脂肪酸組成分析[J]. 中國林副特產,2008,96(5):29-31.

[20]戚向陽,曹少謙,陳偉,等. 超臨界流體萃取楊梅核仁油脂的組成及其抗氧化活性的研究[J]. 中國食品學報,2014,14(4):51-56.

[21]Sagar B,Kedare R P,Singh. Genesis and development of DPPH method of antioxidant assay[J]. Journal of Food Science and Technology,2011,48(4):412-422.

[22]顏軍,茍小軍,徐光域,等. 瓜蔞籽油清除自由基作用研究[J]. 食品科學,2008,29(11):77-79.

[23]劉林,邱樹毅,周鴻翔. 油料冷榨技術的研究進展[J]. 糧油加工,2010(9):5-8.

Optimization of extraction process ofTrichosantheskirilowiimaxim seed oil and evaluation of antioxidative activity

HOU Zong-kun1,GAO Zhen-qiu2,YANG Li1,JI Qing-zhi2,GENG Rong-qing2,WANG Bo-chu2,*

(1.Biotechnology and Pharmaceutical Engineering,Nanjing Tech University,Nanjing 211800,China;2.School of Pharmaceutical Sciences,Yancheng Teachers College,Yancheng 224007,China)

The optimum extraction conditions ofTrichosantheskirilowiimaxim seed oil(TSO)were optimized by single factor and orthogonal test using hydraulic cold pressing,and its fatty acids composition,physical chemical properties and antioxidant activity was analyzed. It was found that the optimum extraction conditions were as follows:moisture content 5%,pressing presure 40 MPa,pressing at 60 ℃ for 50 min. Under those conditions,the extraction rate was 28.64%±0.12%. The main unsaturated fatty acid content of TSO was 89.06%,including linoleic acid(41.54%± 0.11%),oleic acid(29.63%± 0.07%)and punicic acid(17.89%± 0.30%). The acid value(0.44±0.03)(KOH) mg/g,peroxide value(0.06±0.00) g/100 g and other indicators of TSO conformed to hygienic standard for edible vegetable oil. The IC50values of the TSO extracts were(0.25±0.01) mg/mL,and the DPPH radical scavenging rate of 89.50%± 1.04% was observed at the concentration of 100 mg/mL. The optimization of TSO extraction process technology could increase oil recovery,improve oil quality,and TSO had stronger antioxidant activity.

Trichosantheskirilowiimaxim seed oil;hydraulic cold pressing;orthogonal experimental;antioxidant activity

2016-09-26

侯宗坤(1986-)，男，碩士研究生，研究方向：天然藥物化學，E-mail：houzkun@126.com。

*通訊作者:王伯初(1962-)，男，教授，研究方向：天然藥物化學，E-mail：wangbc@126.com。

科技部國家星火計劃項目(2015GA690260)；江蘇省產學研前瞻性聯合研究項目(BY2016066-01)；國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201510324013)；校級青年項目(15YCKLQ007)。

TS224.4

B

1002-0306(2017)06-0261-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.06.041