無患子籽仁油的提取工藝及其成分分析

陳茜文，梅文靜，高旭暉，李曌君，谷 睿 ，李年存，趙培瑞

（1.中南林業科技大學 材料科學與工程學院，湖南 長沙 410004；2.湖南省農委 機關二處綠色食品安全中心，湖南 長沙 410005）

無患子Sapindus mukorossi Gatren.屬無患子科Sapindaceae無患子屬Sapindus的高大落葉喬木，別名為黃金樹，洗手果等，分布在江西、福建等淮河以南省地，在印度、日本等國[1]也有栽培。無患子作為一種可綜合利用型樹種，可以用來研發添加有皂苷的日化用品，其無毒、易分解，可減少化工洗滌劑的污染和危害；以無患子油生產生物柴油，對于經濟的可持續發展，減少環境污染都有重要意義；無患子籽仁中含有各種營養素、抗氧化物，對其加以利用，對于人類社會的健康發展也有重大意義。

無患子籽油常用的提取工藝有壓榨法、浸出法（又稱萃取法）。吳燕等人[2]探討了以超臨界CO2萃取法提取無患子籽仁油的工藝條件；王娜等人[3]研究了微波預處理對提取工藝的影響情況。但是，所用設備投資高，而提取得率低，故對其提取工藝尚需改進。為給無患子籽仁油的開發利用提供理論依據，筆者研究了以石油醚萃取無患子籽仁油的工藝流程及主要工藝參數對籽仁油提取得率的影響情況，以探尋較優的提取工藝條件；還采用氣質聯用儀，對無患子籽仁油中的脂肪酸成分及含量進行了分析，同時對其它成分——氰甙和油脂的主要理化性質進行了分析，現將研究結果分析報道如下。

1 材料與方法

1.1 供試材料、試劑與儀器設備

供試的無患子籽仁產于廣西壯族自治區貴港地區。

化學試劑：石油醚、正庚烷、2,4,6-三硝基苯酚、甲醇、硫酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉。

儀器設備：SHZ-D（III）型循環水式真空泵，鞏義市子華儀器有限責任公司；RE-52A旋轉蒸發器，上海雅榮生化儀器設備有限責任公司；GZX-9070電熱鼓風干燥箱，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；HH-S1s數顯恒溫水浴鍋，金壇市大地自動化儀器廠；索氏抽提器；實驗室用粉碎機；超聲波儀，寧波新芝生物科技股份有限公司；氣質聯用儀7890A-5975C，美國Agilent（安捷倫）。

1.2 方 法

1.2.1 無患子籽的預處理

將無患子種子于烘箱中85 ℃烘4 h后，敲開試驗用無患子籽殼，取出籽仁，測得含仁率為22.66%，將籽仁用植物粉碎機粉碎至20～40目，備用。

1.2.2 無患子籽含水率的測定

稱取1 g（精確到0.000 1）無患子籽仁，置于（100±3）℃的烘箱中烘4.0 h，冷卻0.5 h后稱量，而后繼續將稱量瓶移入烘箱中烘1.0 h，冷卻稱量，如此反復，直至質量恒定[8]，計算含水率。

1.2.3 無患子籽油提取試驗方法

以預處理的無患子籽仁為原料，以石油醚作為溶劑，準確稱取籽仁質量（即無患子籽仁粉末質量，G）10.00 g，將籽仁及石油醚按照一定比例裝入圓底燒瓶中，并置于一定溫度下的恒溫水浴鍋中，回流浸提一定時間后取出，對所得浸提液進行抽濾，用同樣條件重復1次，合并兩次提取液，減壓蒸餾脫除有機溶劑，分離得到棕黃色無患子籽仁油[4-5]。干基得率（V，%）的計算公式為：

式中：G1為無患子籽仁殘渣質量（g），G為無患子籽仁提取前的質量（g），M為無患子籽仁的含水率（%）。

1.2.4 提取方法與提取工藝

在熱回流法的工藝基礎上探討索氏抽提法、浸漬法、超聲輔助提取法[6]的工藝條件。

索氏提取法的提取工藝：用500 mL的索氏提取器，稱取5.0 g無患子籽仁粉末，用250 mL的石油醚抽提10 h，水浴溫度為90～95 ℃，每隔10～15 min回流1次。提取完成后過濾，烘干測定剩余渣的質量，計算其得率，籽仁油留用檢測。

常溫浸漬法的提取工藝：稱取無患子籽仁粉末10. 0 g，于室溫條件下，將其浸漬在足量的石油醚（250 mL）中2 d。過濾，烘干，測定剩余渣的質量，計算其得率，籽仁油留用檢測。

常溫浸漬超聲波輔助法的提取工藝：稱取無患子籽仁粉末10.30 g于室溫條件下，將其浸漬在足量的石油醚（250 mL）中2 d，輔助以超聲波25 KHz。過濾，烘干，測定剩余渣的質量，計算其得率，籽仁油留用檢測。

1.3 檢測方法

1.3.1 氰甙的鑒定

取供試的無患子籽仁粉末0.5 g置于試管中，加入5%的硫酸溶液3 mL，充分搖勻，在試管口放入檢測氰甙試紙，加熱，觀察試紙條是否由黃色變為磚紅色。

1.3.2 無患子籽仁油皂化值、酸值及碘值的測定

分別按照GB/T5530-2005、GB/T5534-2008、GB/T5532-2008中規定的方法依次測定無患子籽仁油的酸值、皂化值和碘值。

1.3.3 無患子籽仁油成分的GC-MS分析

對分別以熱回流法、索氏抽提法、浸漬法、超聲輔助提取法[7]提取的無患子籽仁油進行氣-質聯用色譜（GC-MS）分析。將無患子籽仁油進行甲酯化處理，取0.5 g油樣，加入5 mL正庚烷，再加入2mol·L-1的 KOH-CH3OH 溶液 0.25 mL，振蕩搖勻，靜置分層，取上層液進樣，進行色譜分析[8-9]。

采用 Thermo science GC-MS 檢測儀進行分析。進樣口溫度250 ℃，分流比為20∶1，柱流量為0.5 mL·min-1，傳輸輔助加熱250 ℃。升溫程序為：80 ℃保持2min，再以8℃·min-1升至250 ℃，250 ℃下保持10 min。離子源230 ℃，四極桿150 ℃，離子能量70 ev，色譜柱HP-5MS。

2 結果與分析

2.1 熱回流法正交試驗確定提取工藝

經查閱與參考有關文獻資料[2-4,10]得出，影響回流提取的四個主要因素可設為料液比（因素A）、提取溫度（因素B）、提取時間（因素C）、提取次數（因素D），選用正交表L9(34)安排正交試驗，試驗結果見表1。

表1 L9(34)正交試驗結果Table1 Results of L9(34) orthogonal experiment

由表1可知，料液比、提取溫度、提取時間和提取次數各影響因素的不同水平均值間的極差值分別為3.960、4.760、1.333和9.176，極差值越大，表明該因素對試驗結果的影響越顯著，由此得出，各影響因素對無患子籽仁油得率的影響主次順序為：提取次數＞提取溫度＞料液比＞提取時間。較優的提取條件為：料液比1∶5，提取溫度80 ℃，提取時間2 h，提取2次。以此參數進行驗證試驗，提取的得率分別是41.30%、41.50%、42.10%，平均得率為41.63%。

2.2 采用幾種工藝提取的得率比較

采用索氏提取、浸漬提取、超聲提取、熱回流工藝提取的得率分別為41.26%、34.26%、42.22%、41.63%。幾種工藝的提取得率的大小順序為：超聲＞熱回流＞索氏＞浸漬。

由于熱回流的時間、溫度、溶劑量等條件都達到了較優水平，故以此工藝提取的得率較高。超聲波具有機械效益、空化效益和熱效應，增大介質的分子運動速度，有助于增大介質的穿透力，使物質更有效地被提取，所以其得率大于以其他三種工藝提取的得率。浸漬的時間是2 d，處理時間足夠長，所用溶劑量也相當多，但溫度不高，分子運動較小，擴散的推動力較小，并且溶劑量較大，回收溶劑時也會造成一定質量的損失，故其得率最低。而索氏抽提器的容積雖然小，溶劑量也不大，但此方法的濃度差在這四種工藝中是最大的，主要因為提取溫度較熱回流的低，所以得率略低。

2.3 無患子籽仁油中的化學物質分析

2.3.1 氰甙的鑒定分析

檢測中發現，并無磚紅色產生，說明無患子籽仁油中不含氰甙成分。氰甙在人的胃中會分解出氫氰酸，如果食用過量就會致命。這一檢測結果說明，無患子籽仁油無毒性，可用于食品生產。

2.3.2 無患子籽仁油理化特性及脂肪酸組成分析

采用不同方法提取的無患子籽仁油其主要理化指標的測定結果見表2。

采用氣質聯用儀對以四種提取方法提取得到的無患子籽仁油進行色譜分析，并將分析結果與質譜庫中的標準質譜進行對比分析，得出的以四種方法提取到的無患子籽仁油中脂肪酸的成分及含量分別如圖1與表3所示。由圖1和表3可知，在允許的一定誤差范圍內，以四種方法提取的無患子籽仁油中所含的脂肪酸比例相差無幾。由此可知，超聲波和提取溫度等因素對某種脂肪酸在籽仁油中所占的比例并無影響。

無患子籽仁的含油量達42%左右，其含油率

較高，接近于油茶籽仁的含油率（45%），高于油菜籽的含油量（33%），其籽仁油無論用作食用油還是生物柴油都是高產油。由表3 可知，無患子籽仁油由11種脂肪酸組成。其中，不飽和脂肪酸含量為83%，油酸含量達50%左右，這兩種脂肪酸的含量均低于茶油卻高于菜籽油和花生油；亞油酸和亞麻酸含量分別為8.5%和1.5%，均接近茶油。亞油酸和亞麻酸均為動物必需的脂肪酸，動物本身不能合成，只能從食物中攝取[11-12]。如果將無患子籽仁油作為食用油開發，就必須進一步對其進行毒理學的安全評價，了解其功能特性，而目前這方面的研究報道較少。

表2 采用不同方法提取的籽仁油其主要理化指標的測定結果Table2 Main physical and chemical indexes of kernel oil extracted by different methods

圖1 采用不同方法提取的無患子籽仁油的GC-MS分析結果Fig.1 GC-MS analysis results of S. mukorossi kernel oil extracted by different methods

表 3 采用不同方法提取的籽仁油其脂肪酸組成與相對含量Table3 Fatty acid composition and relative contents in S. mukorossi kernel oil extracted by different methods

由表2與表3還可得知，無患子籽仁油中油酸和亞油酸的含量均達54%以上，其酸值為2.46 mg·g-1，皂化值 202.46 mg·g-1，碘值 0.9853g·g-1。其酸值比麻瘋樹籽油的酸值（9.7 mg·g-1）低，說明無患子籽仁油中的游離脂肪酸含量低，低酸值的油脂生產出的生物柴油不僅可減少發動機工作時由積炭的增加而造成的活塞磨損，而且可省去預酯化步驟，直接甲酯化生產生物柴油。無患子籽仁油的碘值為0.9853g·g-1，符合德國等國家現行生物柴油標準中對碘值的要求（≤115 g/100 g），碘值的大小表征著其不飽和的程度，油脂的碘值越高，其不飽和程度越大，凝固點越低，易被氧化[12]；作為理想的生物柴油原料油，其皂化值越高越好，C20以下的直鏈脂肪酸占絕大多數。從表3中可以看出，無患子籽仁油的脂肪酸碳鏈長度在C16～C24之間，其中 C16～C20的脂肪酸占 97%。綜合這幾項指標來看，無患子籽仁油符合生物柴油標準，是較為理想的生物柴油原料油。此外，無患子籽仁油中的油酸所占比例達到50%，適合用作洗滌劑原料，其二十碳烯酸、花生酸、亞油酸的含量也均相對較多，可用于醫藥行業。

3 結論與討論

以前的相關研究常僅探討單種提取方法的影響因素，本文在此基礎上對四種提取方法的出油率進行了比較，得出了以下結論：熱回流提取法、索氏提取法、浸漬提取法、超聲輔助提取法對無患子籽仁油的組分及其比例均無明顯影響；以熱回流法、索氏提取法、浸漬提取法、超聲輔助提取法提取的得率分別為41.63%、41.26%、34.26%、42.22%，其得率的高低順序為浸漬＜索氏＜熱回流＜超聲。

GC-MS分析結果表明，無患子籽仁油的脂肪酸碳鏈長度在 C16～C24之間，其包括棕櫚酸、棕櫚稀酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、花生酸、亞麻酸、二十碳烯酸、山崳酸、芥子酸、二十四烷酸等11種脂肪酸，含量較高的主要是油酸（18:1）和二十碳烯酸（20:1），其中，C16～C20的脂肪酸占 97%。其不飽和脂肪酸含量在83%以上，油酸和亞油酸的含量均在54%以上；無患子籽仁油的酸值為2.46 mg·g-1，皂化值202.46 mg·g-1，碘值 0.9853g·g-1；無氰甙成分。這一分析結果表明，無患子籽仁油可適用為生物柴油、洗滌劑、醫藥等領域的生產原料。

無患子籽仁油作為食用油開發，必須要對其進行毒理學的安全評價，對其功能特性也有待于進一步的研究。

限于試驗條件，本文對無患子籽仁油的研究仍存在不足之處，試驗僅針對無患子籽仁，未能對無患子的種殼進行研究。無患子作為一種可以綜合利用型的樹種，既可作為天然洗滌劑的制造原料，也是生產生物柴油的原料之一。因此，擴大無患子的種植規模，對于提高我國的經濟效益、社會效益和生態效益都具有重要意義。

[1] 辜夕容.不同種源無患子的種子品質差異分析[J].西南大學學報(自然科學版),2009,31(6):51-54.

[2] 吳 燕,肖新玉,葛發歡.響應曲面法優化無患子油超臨界CO2萃取工藝研究及其成分分析[J].中藥材,2012,35(2):300-303.

[3] 王 娜,伍 恒,翁 震,等.無患子種仁油特性及微波預處理提取無患子種仁油工藝研究[J].中國油脂,2013,38(8):1-3.

[4] 王曉云,袁玉霞,郝志海,等.常壓下烏桕皮油的最佳提取工藝實驗研究[J].中國林副特產,2002(1): 42-43.

[5] 趙曉霞.江西不同區域無患子的品質比較及生物柴油制備等綜合利用的研究[D].南昌:江西農業大學,2014.

[6] 嚴 婧,李亞梅,賀福元,等.基于相似度價比法優化天然藥物有效成分的提取工藝[J].中南林業科技大學學報,2016,36(10): 124-127.

[7] 楊艷紅,李湘洲,唐克軍.正交實驗法優化香桂葉油的超聲-微波協同提取工藝[J].中南林業科技大學學報,2016, 36(11):125-128.

[8] 孫尚德,崔龍龍,宋范范,等.無患子油理化指標和甘三酯結構分析[J].中國油脂,2011,36(6):64-67.

[9] 邵鳳俠,王 森.余江帆.南北產區不同品種漆樹籽仁含油率及漆油成分分析[J].經濟林研究,2016,34(4):67-72.

[10] 李瑞敏,李湘洲,張 勝.姜黃油的不同提取方法及其化學成分的研究[J].中南林業科技大學學報,2013,33(4):114-116.

[11] 陳景震,李培旺,張良波,等.湖南油用牡丹籽油的理化性質及脂肪酸組分分析[J].經濟林研究,2015,33(4):119-122.

[12] 李昌珠,蔣麗娟,程樹棋.生物柴油——綠色能源[M].北京:化學工業出版社,2006:23-48.