文冠果種仁油開發(fā)和應(yīng)用的研究進(jìn)展

白　雪,胡文忠,*,姜愛麗,薩仁高娃,錢紅梅,孫　錄

(1.大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600;2.大連理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,遼寧大連 116024;3.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧大連 116034)

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文冠果種仁油開發(fā)和應(yīng)用的研究進(jìn)展

白雪1,胡文忠1,*,姜愛麗1,薩仁高娃2,錢紅梅3,孫錄1

(1.大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600;2.大連理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,遼寧大連 116024;3.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧大連 116034)

文冠果種仁油是以文冠果種仁為原料,經(jīng)過提取加工得到的在許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的一類植物油脂。油脂富含多種生物活性物質(zhì),性質(zhì)符合制成生物燃油的標(biāo)準(zhǔn),近些年來在許多少數(shù)民族地區(qū)被作為油料樹種大量開發(fā)種植。本文對文冠果種仁油的提取方法、營養(yǎng)成分、保健功效及其作為生物燃油、食品添加劑、肥皂等產(chǎn)品生產(chǎn)原料的開發(fā)與應(yīng)用方面進(jìn)行了總結(jié)與歸納,并綜述了其種植與加工應(yīng)用過程中存在的問題,彌補(bǔ)了文冠果種仁油研究領(lǐng)域相關(guān)油類開發(fā)與應(yīng)用綜述的不足,為今后文冠果種仁油在生物能源領(lǐng)域新產(chǎn)品的開發(fā)提供參考,為文冠果種仁油在其它生產(chǎn)領(lǐng)域的開拓應(yīng)用奠定基礎(chǔ),也為提高民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平、促進(jìn)民族地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展做出了一定的貢獻(xiàn)。

文冠果種仁油,活性成分,生物柴油,開發(fā)應(yīng)用

文冠果(Xanthocerassorbifolia)又叫“北方油茶”,是中國特有的一類無患子科油料灌木,廣泛分布于北方黃土高原地區(qū),具有很強(qiáng)的抗性,種植期間病蟲害較少,不僅被譽(yù)為防固風(fēng)沙,治理荒漠化的優(yōu)良樹種而且是城鎮(zhèn)、園林、高速公路綠化過程中經(jīng)常被使用的風(fēng)景樹[1]。文冠果的果仁、果殼、葉片、花、莖干、根等部位包含多種活性物質(zhì),葉片中的蛋白質(zhì)含量較高,咖啡因含量與花茶接近,經(jīng)過加工后可以當(dāng)做茶葉飲用,起到利尿、穩(wěn)定毛細(xì)血管、止血的療效[2]。莖干中的甾醇、香豆素、黃酮、鞣質(zhì)等活性物質(zhì)食用后同樣具有抗炎、改善記憶、抗病毒、抗癌的作用[3-4]。文冠果種皮可制成活性炭,油渣經(jīng)加工后可做飼料,木材可加工成高檔工藝品。文冠果種仁油中的不飽和脂肪酸含量較高,富含的蛋白質(zhì)品質(zhì)好,活性成分較豐富,是一種健康的、具有保健價值的理想食用油。文冠果種仁油的油料指標(biāo)和加工工藝指標(biāo)符合生物能源的標(biāo)準(zhǔn),其加工制成的生物柴油也被看作是我國21世紀(jì)最具潛力的可再生綠色能源[5]。

1　文冠果種仁油

1.1種仁的產(chǎn)量

文冠果是我國陜西、山西、河北、河南等地區(qū)常見的樹種,其對土壤適應(yīng)力強(qiáng)、耐干旱、耐貧瘠,又因近些年來人們對健康飲食和生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不斷重視,文冠果的種植也作為拉動經(jīng)濟(jì)增長,提高地方生活水平的一項重要舉措在寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古等少數(shù)民族地區(qū)迅速展開[6]。但由于民族地區(qū)的種植者經(jīng)驗欠缺,在種植文冠果的過程中存在一定問題,造成的文冠果的落果現(xiàn)象影響著文冠果種仁的產(chǎn)量和種植文冠果的經(jīng)濟(jì)價值[7]。

研究發(fā)現(xiàn),影響文冠果種仁產(chǎn)量的主要因素有文冠果的栽培密度、優(yōu)秀果樹的利用率、數(shù)目形態(tài)、結(jié)果枝類、自交敗育和授粉受精不良、樹體營養(yǎng)受限制等,其中優(yōu)質(zhì)文冠果植株的選擇是直接影響文冠果種仁產(chǎn)量的關(guān)鍵因素,對于單株文冠果而言,平茬復(fù)壯能夠較大幅度的提高文冠果種仁的產(chǎn)量[8]。白金友[9]等人在5月份的花期取30株文冠果進(jìn)行實驗,研究表明,每株文冠果施肥0.3斤,灌水2擔(dān)可明顯增加文冠果的座果率,對文冠果進(jìn)行適當(dāng)?shù)男藜?使其結(jié)果枝的長度在41 cm以上,或徑粗在0.71 cm以上都可以明顯提高文冠果的座果率,提高其種仁的產(chǎn)量。還有研究顯示文冠果的種植密度在每公頃定植2715株時[10],種仁產(chǎn)量達(dá)最高值,為195 kg/hm2,通過人工異花授粉操作也能顯著提高文冠果結(jié)實率,但需要控制每個花序上的果實數(shù),防止由于營養(yǎng)競爭而出現(xiàn)落果現(xiàn)象[11]。

1.2種仁油的提取

石油醚和甲醇混合液提法、亞臨界萃取法、微波輔助萃取法、生物酶法等都是文冠果種仁油常用的提取方法。

表1　不同提取方法對文冠果種仁油提取效率的影響Table 1　Effect of different extraction methods on Xanthoceras sorbifoliaolia oil extraction efficiency

不同的提取方法對文冠果種仁油的提取效率不同,超臨界萃取法是常用的文冠果種仁油提取方法,研究發(fā)現(xiàn)超臨界萃取法中影響種仁油提取效率最主要的因素是萃取的溫度和萃取時間,而萃取壓力對萃取率的影響效果并不顯著[16]。石油醚混合法是近些年來研究最多的文冠果種仁油提取方法,Ding[19]等人證實影響石油醚提取效率的因素主要是提取過程中的料液比和甲醇的用量大小,提取的溫度和NaOH的用量多少則對提取效率的影響不大。在采用熱鹽水法提取文冠果種仁油時發(fā)現(xiàn),當(dāng)NaCl的添加量不超過10%時,文冠果種仁油提取率與其加入量呈成正相關(guān),且攪拌時間在150 min時達(dá)到最高效果,整個方法使用的儀器可以降低提油過程中的破乳成本,具有較高的經(jīng)濟(jì)價值[12]。

2　文冠果種仁油的成分和功效

2.1文冠果種仁油的營養(yǎng)成分

文冠果種仁油是從文冠果種仁中提取得到的一類植物油,測定發(fā)現(xiàn)其種子含油量為30.4%,去皮后種仁含油率會高出35.99%[20]。人們生活中經(jīng)常食用的植物油種類很多,與芝麻油、花生油、橄欖油、菜籽油等這些油類相比,文冠果種仁油能夠促進(jìn)人體健康,富含的營養(yǎng)物質(zhì)更易被人體吸收,屬于植物食用油中的極品油。文冠果種仁油是國家一級食用植物油,色澤金黃,香氣怡人,油中蛋白質(zhì)的含量比核桃油高,蛋白質(zhì)中氨基酸的種類也比較齊全,共計17種[21],蛋白質(zhì)中谷氨酸、精氨酸的含量優(yōu)于油菜籽油,高出其一倍多[22],必需氨基酸異亮氨酸、天冬氨酸、絲氨酸等氨基酸評分高達(dá)75分,比花生中蛋白質(zhì)的評分還要高[23]。文冠果種仁油中富含多種蛋白質(zhì)、生物堿,粗纖維、甾醇、大黃酚、大黃素、槲皮素、皂苷、維生素B1、維生素C、維生素E、胡蘿卜素等多種維生素及鈉、鐵、鋅、等礦物質(zhì)元素,可被用作高級藥、食兼用植物油,是純天然的保健品和美容用品[24]。

文冠果種仁油中富含12種脂肪酸,花生酸、木焦油酸、廿碳二烯-11,14酸、山俞酸這四種脂肪酸的含量占總脂肪酸含量的1%～1.5%,硬脂酸、神經(jīng)酸、棕櫚酸、芥酸、蜜酸占總脂肪酸含量的15%～20%,亞油酸、亞麻酸、油酸這三種脂肪酸含量占總脂肪酸含量的78.5%～84%[25-26]。文冠果種仁油中的飽和脂肪酸的含量較低,花生油中的飽和脂肪酸含量是文冠果油中的飽和脂肪酸含量的1.9倍,橄欖油中的飽和脂肪酸含量也是文冠果油中飽和脂肪酸含量的1.78倍[24]。高含量的不飽和脂肪酸是文冠果種仁油優(yōu)于其他品種食用油的關(guān)鍵因素,文冠果種仁油中的不飽和脂肪酸包含亞油酸、亞麻酸和油酸,亞油酸、亞麻酸是人體自身不能合成,只能從膳食中補(bǔ)充得到的必需脂肪酸;亞油酸在文冠果種仁油中的含量占總不飽和脂肪酸的42.9%,是形成細(xì)胞膜、提高細(xì)胞活性、改善血液循環(huán)并參與人體新陳代謝的重要物質(zhì);油酸的含量占文冠果種仁油不飽和脂肪酸含量的52.8%,是幫助人體防止脫發(fā)和多種皮膚疾病的有益脂肪酸[27]。

2.2文冠果種仁油的保健功效

文冠果種仁油中的不飽和脂肪酸可以與血液中的膽固醇結(jié)合成脂,降解為膽酸,直接排出體外,具有祛風(fēng)濕、消腫止痛、治療高血脂、高血壓、消除血栓的保健功能。文冠果種仁油還可以提供前列腺素,促進(jìn)前體物質(zhì)的合成幫助人體進(jìn)行生長發(fā)育,在醫(yī)藥領(lǐng)域中,被用于預(yù)防、治療小兒發(fā)育不良、尿床、老人滴尿等主要癥狀[34]。文冠果種仁油具有調(diào)節(jié)大腦皮質(zhì)興奮性的作用,在協(xié)助精神病、神經(jīng)病的治療、提神醒腦方面具有顯著療效。文冠果種仁油還具有抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的效果,可以有效的調(diào)節(jié)機(jī)體代謝、保護(hù)器官生物膜、減少細(xì)胞病變發(fā)生、降低機(jī)體神經(jīng)、器官、組織受損概率。文冠果種仁油富含多種抗氧化皂苷成分,在臨床上常被用于記憶力減退、老年癡呆、智力低下等癥狀的治療,同時具有消炎、消痛的功能[35-36]。

3　文冠果種仁油在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1文冠果種仁油作為生物柴油的原料

生物柴油是替代化石燃料,且相對石化燃料更為環(huán)保的、可再生的、安全性高的、產(chǎn)物綠色的、被廣泛開發(fā)利用的合成能源用品。張紅云[37]等人認(rèn)為文冠果可作為生產(chǎn)生物柴油的優(yōu)先選料,與其它產(chǎn)油作物相比,文冠果種植不用占用耕地,具有很強(qiáng)的抗性,在干燥的氣候和一般的土壤中就可以生長的較好,種植3年便可開花結(jié)果,樹的壽命可達(dá)600年,15～20年進(jìn)入果樹的盛果期,盛果期長達(dá)一百年之久,產(chǎn)量很高。

文冠果種仁油可作為生產(chǎn)合成一種代替柴油、石油等不可再生資源的生物清潔能源,屬于半干性油,酸值較低,為0.52,制備生物柴油時不用預(yù)先處理;碘值很高,可達(dá)到125.8,皂化值185.7,硫氰值79.8,各項指標(biāo)均符合生物柴油加工制造的工藝要求[38]。文冠果種仁油中的油酸、亞油酸、亞麻酸等主要脂肪酸碳鏈長度主要集中在C16～C18之間,與生化柴油的C15～C19相近,是理想的柴油替代品[39]。文冠果種仁油具有良好的理化性能,烴脂類成分含量高,不含S、N等污染環(huán)境因子,是合成生物柴油的優(yōu)質(zhì)選擇,合成的生物柴油含水率為0.035%,硫酸鹽灰分為0.014%,符合國家現(xiàn)行的GB/T20828-2014的有關(guān)生物柴油質(zhì)量的規(guī)定[40]。

文冠果種仁油的C16值為37,提取得到后通過堿催化酯交換法、固體酸催化法、生物酶法等手段可合成生物柴油,得到的生物柴油C18相關(guān)烴脂占93.4%,總甘油與游離甘油含量極低,在0.2%和0.02%左右,燃燒產(chǎn)生的廢氣對人體的危害比化石燃油低,本身又具有較高的生物降解性,對環(huán)境的污染小,其廣泛的應(yīng)用對降低空氣污染、緩解能源危機(jī)和維護(hù)國家能源安全有重要的意義[41]。

3.2文冠果種仁油在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

文冠果種仁油除了食用和工業(yè)生產(chǎn)生物燃油之外,還經(jīng)常被用作高級潤滑油,其制成的高級潤滑油可以進(jìn)行生物降解,不會造成大量的環(huán)境污染,是一種環(huán)境友好型潤滑油制品。文冠果種仁油的蛋白質(zhì)利用率較高,具有很強(qiáng)的乳化性,凝固點較低為-37 ℃,乳化后穩(wěn)定性也較好,所以經(jīng)常被當(dāng)做油漆、肥皂、發(fā)蠟、護(hù)膚品等生活用品的生產(chǎn)原料,有的甚至可以用于食品添加劑的生產(chǎn)[42]。文冠果種仁油的不飽和脂肪酸含量高、滲透進(jìn)入皮膚的能力較強(qiáng),也常被當(dāng)作按摩推拿用的底油[43]。文冠果種仁油同樣可以用作制造精制甘油的原料,其產(chǎn)物中的甘油含量很高,加工后便可得到純度大于90%的精制甘油[44]。

4　展望

文冠果種仁油的營養(yǎng)成分豐富,可以作為優(yōu)級的日常食用油,又因其含有多種天然抗氧化物質(zhì),保健功效明顯,其作為藥食同源性功能用油也同樣具有廣泛的開發(fā)前景,明確文冠果種仁油中的藥理活性物質(zhì)并將其與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)相結(jié)合充分應(yīng)用于醫(yī)療工業(yè)中,將文冠果種仁榨油后剩下的種粕一同處理回收并尋求一種有效利用的方式都將成為未來文冠果種仁油相關(guān)產(chǎn)品研制開發(fā)的重點。文冠果種仁油被看作是不可再生的石油資源的理想替代品,而且文冠果種仁油作為生物柴油生產(chǎn)的燃油指標(biāo)也符合國家標(biāo)準(zhǔn),其在民族地區(qū)也已經(jīng)被廣泛種植,在生產(chǎn)制造的過程中也取得了一定的成功,但是還存著文冠果種仁產(chǎn)量太低、制成的生物柴油的酸值也還不穩(wěn)定、制備過程中的甲醇的回收效率太低等一系列會增加生物柴油生產(chǎn)成本的問題,這些問題不僅會制約文冠果種仁油制成生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,也同樣給環(huán)境的保護(hù)帶來了一定程度的壓力,而開發(fā)研制高效的、綠色的生物柴油產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)工藝,實現(xiàn)文冠果種仁油最大化的利用效率也將成為文冠果種仁應(yīng)用開發(fā)的另一重中之重。本文通過對文冠果種仁產(chǎn)量的提高方法、種仁油中的活性成分、脂肪酸含量、提取加工的方法、保健功效及其作為生物柴油和工業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了分析與總結(jié),為文冠果種仁油的提取應(yīng)用研究提供更為準(zhǔn)確的基礎(chǔ)和更好的理論依據(jù),更為完善文冠果種仁油合成生物柴油的生產(chǎn)制備方法、建立完整的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)體系提供了探索的可能,更為今后新清潔能源物質(zhì)的開發(fā)、能源危機(jī)的解決、可再生能源的發(fā)展、民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及環(huán)境的保護(hù)指明了一定的方向。

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[43]劉麗,何勇,田建保.文冠果的利用價值與開發(fā)前景[J].安徽農(nóng)學(xué)通報,2009,15(1):111-112.

[44]郝一男.文冠果種仁油的提取及其生物柴油合成的研究[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

Research advance on the development and application ofXanthocerasSorbifoliabunge seed oil

BAI Xue1,HU Wen-zhong1,*,JIANG Ai-li1,SA-ren-gao-wa2,QIAN Hong-mei3,SUN Lu1

(1.College of Life Science,Dalian Nationalities University,Dalian 116600,China;2.College of Life Science and Biotechnology,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;3.College of Food Engineering,Dalian Polytechnic University,Dalian 116034,China)

Xanthocerassorbifoliabunge seed oil is a kind of plant oil extracted fromXanthocerassorbifoliaseeds.It not only rich in various kinds of bioactive substances,but also has the properties of generating biodiesel.It cultivated as a kind of oil tree in minority areas in recent years.Its nutrients and health functions have been summarized,which also could be used as raw materials of producing biodiesel and food additives even soap.The problems about its processing and planting in practice were also be studied.They all make up the insuffcient of the study about the development and application inXanthocerassorbifoliabunge seed oil.It will make a reference for the bio-energy research aboutXanthocerassorbifoliabunge seed oil and make a foundation of applications onXanthocerassorbifoliabunge seed oil in other production areas which has also made a certain contribution to improve the economic level and the agricultural development of the minority regions.

Xanthocerassorbifoliabunge seed oil;Active ingredients;Biodiesel;Developments and applications

2015-09-25

白雪(1992-)，女，在讀碩士，研究方向：食品加工與質(zhì)量安全控制，E-mail：xbbxnzb@163.com。

胡文忠(1959-)，男，博士，教授，研究方向：食品加工與質(zhì)量安全控制，E-mail：hwz@dlnu.edu.cn。

滿族醫(yī)藥與特色食品的開發(fā)(201501020101)。

TS201.1

A

1002-0306(2016)09-0393-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.09.070