奇亞籽油、多酚和芳香水的分級提取及理化性質(zhì)分析

文寧，李曉朋，陶寧萍,2*

1(上海海洋大學 食品學院，上海，201306)2(上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海，201306)

奇亞(Salviahispanica)起源于墨西哥和危地馬拉等地，奇亞籽是該植物的種子[1-2]。在南美洲，奇亞有著悠久的種植和食用歷史[3-4]。奇亞籽主要生長于南美洲1200 m海拔的荒漠地區(qū)，國內(nèi)并無種植[5]。奇亞籽中含有豐富的n-3系列不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)、膳食纖維和其他活性成分[6]。目前，奇亞籽主要作為營養(yǎng)補充劑添加于谷物產(chǎn)品、烘焙食品和飲料中[7]。2014年我國衛(wèi)生部發(fā)布公告批準奇亞籽為新食品原料，擴大了奇亞籽在國內(nèi)的開發(fā)應(yīng)用前景。

奇亞籽餅是奇亞籽經(jīng)螺旋壓榨制油后的副產(chǎn)物，含有豐富的膳食纖維、蛋白質(zhì)、活性成分及未提取完全的油脂，具有較高的開發(fā)應(yīng)用價值。國內(nèi)外對奇亞籽餅的研究較少，多數(shù)將其作為動物飼料使用，其中的有效成分未能充分利用。一般來說，各類油作物餅的利用主要集中在提取殘油和其中的活性成分，如油茶籽餅的利用集中在提取殘留的油脂、茶素皂和多糖[8]等。經(jīng)壓榨制油后的奇亞籽餅中的殘余脂肪約11%，根據(jù)奇亞籽餅中各成分的溶解特性，利用相似相溶的原理，擬分級提取奇亞籽餅中的殘余油脂、多酚和芳香水，固體殘渣主要含蛋白質(zhì)和膳食纖維，可進一步利用。

選用超臨界CO2流體萃取法能夠進一步萃取奇亞籽餅中的殘油，避免高含量膳食纖維對奇亞籽油得率的影響。超臨界CO2萃取法是利用CO2流體在超臨界狀態(tài)下具有密度大、黏度小、分散系數(shù)大的特點，對原料有較高的滲透性和較好的溶解能力，能夠?qū)⒃现械哪承┏煞痔崛〕鰜韀12]。萃取溫度、萃取時間、萃取壓力是影響超臨界CO2萃取效果的重要因素。

本研究采用超臨界CO2萃取奇亞籽餅中的殘油，研究萃取溫度、萃取時間及萃取壓力對油得率的影響，得出適宜提取條件。對奇亞籽油的理化性質(zhì)進行分析，分析其脂肪酸和揮發(fā)性成分組成。經(jīng)超臨界CO2提取油后的奇亞籽粕殘存脂肪約0.18%，用70%的乙醇提取奇亞籽多酚；并收集過濾后的濾渣，用水蒸氣蒸餾法制得奇亞籽芳香水，對奇亞籽芳香水中的揮發(fā)性成分進行分析，為奇亞籽餅粕的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

奇亞籽，上海中福集團有限公司；奇亞籽餅，奇亞籽經(jīng)螺旋壓榨制油的副產(chǎn)物；奇亞籽粕，奇亞籽餅經(jīng)超臨界CO2流體進一步萃取殘油的副產(chǎn)物；37種脂肪酸甲酯標準溶液(質(zhì)量濃度10 mg/mL)，美國Supelco公司；無水乙醇、NaOH、無水Na2CO3、HCl、溴甲酚綠、甲基紅(分析純)、甲醇、二氯甲烷，正己烷(色譜純)，中國國藥集團化學試劑有限公司；實驗用水，均為實驗室自制。

1.1.2 儀器與設(shè)備

WMTL-ZYJ-H榨油機，中山市唯美天麗電器有限公司；標準分樣過濾篩，上海豐行篩網(wǎng)制造有限公司；Knifetec8400全自動定氮儀，Knifetec粉粹機，Soxtec2050全自動索式抽提系統(tǒng)，均為FOSS公司；SXL-1002型馬弗爐，上海精弘試驗設(shè)備有限公司；DHG-9140A型電熱鼓風干燥箱，上?；葩亙x器制造有限公司；SENCO GG17 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；UV2300 紫外分光光度計，麥儀科學儀器上海有限公司；Spe-ed SFE-2/4超臨界CO2萃取裝置，美國ASI；閃式高速提取器，上海釩幟精密設(shè)備有限公司；WAY-ZT自動阿貝折光儀，上海申光儀器儀表有限公司；電位滴定儀；Thermo TRACE GC ULTRA；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀Agilent 5977A，美國安捷倫科技(上海)有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品前處理

取適量奇亞籽，螺旋壓榨后得奇亞籽餅，置于干燥器中冷卻至室溫，用高速粉碎機粉粹奇亞籽餅，過60目篩，將篩出的奇亞籽餅粉末收集后密封，于干燥器內(nèi)貯藏待用。

1.2.2 奇亞籽餅基本營養(yǎng)成分分析

粗蛋白含量，參照GB/T 5009.5—2016；粗脂肪含量，參照GB/T 5009.5—2003，索式抽提法測定；水分含量，參照GB/T 5009.3—2016；灰分含量，參照GB/T 5009.4—2016。

1.2.3 超臨界CO2萃取奇亞籽油工藝

稱取一定量的奇亞籽餅粉末放入萃取釜中，將系統(tǒng)密閉，分別設(shè)定所需溫度(40、60、80 ℃)、壓力(136、272、408 Bar)，開CO2進氣閥，開壓縮機對體系進行加壓，當溫度、壓力達到設(shè)定值時，開始計時(1.0、1.5、2.0 h)并檢測壓力變化。開放料閥收集奇亞籽油，并計算油的得率，如公式(1)所示。

(1)

1.2.4 奇亞籽油理化性質(zhì)分析

色澤，參照GB/T 26516—2011；氣味，參照GB/T 14454.2—2008；密度，參照GB/T 13531.4；折光率，GB/T614—2006；酸值，參照LS/T 6107—2012；皂化值，GB/T 5534—2008。

1.2.5 奇亞籽油脂肪酸組成分析方法

脂肪酸組成采用氣相色譜法進行分析檢測，脂肪酸甲酯方法參照GB/T 5009.168-2016中的三氟化硼法。氣相色譜條件如下：色譜柱，Agilent SP-2560(100 mm×0.25 mm，0.2 μm)；升溫程序，柱初始溫度70 ℃，以50 ℃/min升溫至140 ℃，保持1 min，4 ℃/min升溫至180 ℃，保持1 min，3 ℃/min升溫至225 ℃，保持30 min；氣化室溫度25 ℃；載氣(N2)流速1 mL/min；進樣量1 μL，分流比45∶1；脂肪酸含量采用峰面積百分比法確定。

1.2.6 閃式高速提取奇亞籽粕多酚

多酚含量的測定參照文獻[8]中的福林酚法，并適當修改。準確稱取4 g奇亞籽粕于燒杯中，按照料液比1∶25加入70%的乙醇，在50 V電壓下提取2 min后高速離心。取上清液過濾，并旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)到一定體積，定容至50 mL，取1 mL待測液，加1.5 mL福林酚試劑，加 3 mL 75 g/L的碳酸鈉溶液，用蒸餾水定容至10 mL，靜置反應(yīng)2 h。以蒸餾水為參比溶液，在 760 nm處測定吸光度。通過沒食子酸在蒸餾水中的標準曲線：y=1.862 6x+0.016 9,R2=0.997 9和已獲得的吸光度值計算沒食子酸的濃度。奇亞籽多酚的提取量(mg/g)計算公式如式(2)所示。

(2)

1.2.7 奇亞籽芳香水的制備

準確稱取4 g奇亞籽餅粕置于1 000 mL蒸餾燒瓶中，加400 mL蒸餾水與少量沸石，連接蒸餾裝置，冷凝回流1 h，收集芳香水約20 mL，于4 ℃冰箱冷藏待用。

1.2.8 奇亞籽油和奇亞籽芳香水揮發(fā)性成分組成分析

1.2.8.1 固相微萃取條件

準確稱取2 g奇亞籽油和2 g奇亞籽芳香水分別置于15 mL頂空固相萃取瓶中，于60 ℃水浴鍋熱平衡10 min，加熱60 min，將65 μm PDMS/DVB固相微萃取頭迅速插入樣品瓶頂空部分進行熱吸附，然后將吸附后的萃取頭插入氣相色譜進樣口，在250 ℃條件下進行解吸，進入GC-MS系統(tǒng)進行分離檢測。參考相關(guān)文獻確定油揮發(fā)性組分，采用面積歸一法確定各成分相對含量。

1.2.8.2 GC-MS條件

參照文獻[8]色譜條件：hp5彈性毛細管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；柱溫40 ℃，保持2 min，5 ℃/min升溫至210 ℃，保持 5 min；載氣(He)流速1 mL/min，進樣量 1 μL；分流比3∶1。質(zhì)譜條件：EI離子源，電離電壓70 eV，離子源溫度230 ℃，質(zhì)量掃描范圍35～550 amu。

2 結(jié)果與分析

2.1 奇亞籽餅的營養(yǎng)成分

對奇亞籽餅的營養(yǎng)成分進行分析，并與奇亞籽[10]作比較，結(jié)果見表1。可以看出，螺旋壓榨制油后的奇亞籽餅仍含有11.49 g/100 g的粗脂肪。奇亞籽油中含有豐富的n-3系列不飽和脂肪酸，是神經(jīng)元細胞的重要營養(yǎng)素和主要成分。同時，奇亞籽餅中的膳食纖維含量高達44.79 g/100 g，膳食纖維不僅能提高人體對葡萄糖、脂質(zhì)代謝和礦物質(zhì)生物利用度，而且能夠促進腸道上表皮細胞新陳代謝和再生，保護其結(jié)構(gòu)功能[11]。但奇亞籽餅中的膳食纖維遇水膨脹后形成膠狀物質(zhì)，不利于與其他成分分離。

如表1所示，奇亞籽餅中含量最多的是膳食纖維。膳食纖維遇水溶脹，在使用水蒸氣蒸餾法提取奇亞籽精油的過程中，會阻止原料和水充分的接觸，易發(fā)生焦糊現(xiàn)象，不利于精油的提取，影響其品質(zhì)。

表1 奇亞籽餅的營養(yǎng)成分 單位：g/100g

2.2 超臨界CO2流體萃取奇亞籽油

從圖1可以看出，在一定的壓力下隨著溫度升高，油提取率增加。在較高壓力下，隨著溫度的增加，效果更明顯。同樣，在一定的溫度下增加壓力，奇亞籽油的提取率也不斷增加。

圖1 不同的萃取溫度、萃取時間、萃取壓力對奇亞籽油得率的影響Fig.1 Effect of different extraction temperature， extraction time and extraction pressure on the yield of Chia seed oil

隨著提取時間的不斷增加，奇亞籽油的提取率也不斷增加。奇亞籽油的得率與萃取溫度、萃取時間和萃取壓力均呈正相關(guān)。這是由于增加萃取溫度會提高奇亞籽餅的油溶性，增加萃取壓力會提高超臨界CO2的密度。在萃取溫度80 ℃、萃取時間2 h、萃取壓力408 Bar時，奇亞籽油的得率達到最大，為8.92%。由于實驗室設(shè)備條件的限制，收集管不能完全密閉，導致少量油揮發(fā)。萃取結(jié)束后，對超臨界CO2萃取釜中的奇亞籽粕進行索氏抽提脂肪，測得殘油率為0.18%。這表明，奇亞籽餅中的絕大部分油溶性成分已被萃取出來。

2.3 奇亞籽油理化性質(zhì)

按照GB/T 26516—2011對奇亞籽油進行相關(guān)感官、理化指標的分析，并與其他油進行對比，結(jié)果見表2。

表2 奇亞籽油和其他油的感官、理化指標(20 ℃)Table 2 Physical and chemical indicators of Chia seed oil and other oil

在20 ℃條件，奇亞籽餅油呈淺黃色，無結(jié)晶生成，密度0.932 2g/mL、折光度1.479、酸值0.183 2([(KOH/(mg/g)]、皂化值186.50 mg/g。與茶樹油相比，奇亞籽油的密度稍高，折光率相近。與金桔果皮油和檸檬油相比，奇亞籽餅油的酸值均低于兩者，奇亞籽來源天然，含有大量的抗氧化活性成分，具有較高的品質(zhì)。與其他油相比，奇亞籽油的香味較淡，這可能與奇亞籽油中含有的揮發(fā)性成分較少有關(guān)。

2.4 奇亞籽油脂肪酸組成分析

對奇亞籽油的脂肪酸組成進行分析，測定其脂肪酸組成和含量，結(jié)果見表3。由表3可以看出，奇亞籽油中共檢測出10種脂肪酸。其中的飽和脂肪酸主要有丁酸、硬脂酸和花生酸，含量約占1.38%。單不飽和脂肪酸中主要由銀杏酸、棕櫚油酸、油酸和二十碳烯酸組成。多不飽和脂肪酸有亞油酸、α-亞麻酸和γ-亞麻酸。奇亞籽油內(nèi)的α-亞麻酸和亞油酸的含量很高，這2種必需脂肪酸占脂肪酸組成的57%。其中，α-亞麻酸的含量27.79 g/100 g，α-亞麻酸屬于ω3系列多不飽和脂肪酸，在防止皮膚表面水分流失、維護角質(zhì)層表皮屏障、中斷皮膚黑色素生成等方面具有良好的生物學功能[16]。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)能消除生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的超氧自由基。谷胱甘肽過氧化物酶可以保護細胞膜的結(jié)構(gòu)及功能不受過氧化物的干擾及損害[17]。α-亞麻酸能使谷胱甘肽過氧化物酶及超氧化物歧化酶活性增加，減少自由基代謝產(chǎn)物丙二醛的生成，具有良好抗衰老作用[18]。

表3 奇亞籽油脂肪酸組成分析 單位：g/100 g

2.5 閃式提取器提取奇亞籽多酚

采用實驗室優(yōu)化的方法，利用閃式提取器提取奇亞籽多酚。經(jīng)測定，奇亞籽多酚的得率為7.25 mg/g，高于常見的蘋果果肉[19]中的多酚含量(1.95 mg/g)，低于藍莓[20](11.05 mg/g)和綠茶[21](66.03 mg/g) 的多酚含量。國內(nèi)外研究表明，多酚類化合物對人體皮膚具有美白、抗氧化、收斂毛孔、保濕等作用[22-23]。多酚可以作為酪氨酸酶的底物類似物與酶進行結(jié)合，降低黑色素的形成[24]。多酚與蛋白質(zhì)以疏水鍵和氫鍵方式進行復合，產(chǎn)生收斂效果，有利于收縮毛孔，改善皮膚粗糙的狀態(tài)，減少油膩性皮膚皮脂的過度分泌[25]。多酚作為強效的自由基清除劑可以減輕組織氧化受損程度，通過抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的誘導防止紫外線引起的皮膚損傷[26]。多酚含有大量親水性酚羥基，作用于皮膚時能與水發(fā)生結(jié)合，減少水分散失，從而達到保濕效果[27]。

2.6 奇亞籽油和芳香水揮發(fā)性成分分析

奇亞籽油和芳香水的揮發(fā)性成分的分析結(jié)果如表4所示。奇亞籽油中共檢測出24種揮發(fā)性成分，其中種類最多的是芳香烴類和烷烴類，分別為8種和5種。這與于蕓等[28]用超臨界CO2流體萃取的牡丹油中，芳香烴類和烷烴類成分種類最多結(jié)果一致。奇亞籽油低沸點揮發(fā)物少，這可能是因為超臨界CO2流體萃取過程中損失部分低沸點呈香物質(zhì)；奇亞籽芳香水中共有28種揮發(fā)性成分，多為含氧化合物，包括酯類，醛類、酚類、酮類。含氧化合物通常是芳香氣味突出或生物活性較強的成分，此類化合物對芳香水感官品質(zhì)有重要影響[29]。奇亞籽芳香水中種類最多的成分是酯類物質(zhì)，這是由于在蒸餾的過程中，有少部分水溶性油被蒸出，但是此類成分在水相中的濃度低于其飽和濃度，難以析出至油層。因此在蒸餾結(jié)束后，芳香水中會溶有少部分水溶性油。酞酸二異丁酯和苯乙醛是奇亞籽芳香水中的關(guān)鍵成分，苯乙醛別名風信子醛，具有類似風信子的香氣，酞酸二異丁酯具有芳香氣味。經(jīng)水蒸汽蒸餾制得芳香水后的殘渣主要含膳食纖維和蛋白質(zhì)，經(jīng)烘干后可進一步制得膳食纖維和蛋白質(zhì)相關(guān)產(chǎn)品。

表4 奇亞籽油和奇亞籽芳香水揮發(fā)性成分分析Table 4 Analysis of volatile components in Chia seed oil and aroma water

續(xù)表4

保留時間/min化合物含量/(μg·100g-1)油芳香水8.216對二甲苯p-Xylene6.81-9.311丙基環(huán)己烷Cyclohexane, propyl-1.09-10.276安息香醛Benzaldehyde-1.2610.3161-乙基-3-甲苯Benzene, 1-ethyl-3-methyl--10.5461,2,4-三甲基苯Benzene, 1,2,4-trimethyl-1.90-11.205己酸Hexanoic acid1.02-11.3111,3,5-三甲基苯Benzene, 1,3,5-trimethyl-3.31-12.875苯乙醛Benzeneacetaldehyde4.3013.1101-甲基-3-丙基-苯Benzene, 1-methyl-3-propyl-0.66-13.705(E,E) -3,5 -辛二烯-2 -酮3,5-Octadien-2-one, (E,E)-0.551.8614.711壬醛Nonanal2.2115.4752,5-吡咯烷二酮2,5-Pyrrolidinedione0.61-15.775芐基腈Benzyl nitrile1.1516.657癸烷,1,1'-氧雙Decane, 1,1'-oxybis-0.47-16.7161-壬醇1-Nonanol0.70-17.104萘Naphthalene1.03-17.693癸醛Decanal0.9918.281苯并噻唑Benzothiazole0.9220.233甘菊環(huán)Bicyclo[4.4.1]undeca-1,3,5,7,9-pentaene1.04-20.7632-甲氧基-4-乙烯基苯酚2-Methoxy-4-vinylphenol1.3520.8922,5-十八碳二炔酸甲酯2,5-Octadecadiynoic acid, methyl ester0.59-21.787Propanoic acid, 2-methyl-, 2,2-dimethyl-1-(2-hydroxy-1-methylethyl)propyl ester0.3321.922丁香酚Eugenol0.5522.3452,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯Propanoic acid, 2-methyl-, 3-hydroxy-2,4,4-trimethylpentyl ester1.2223.016香草醛Vanillin2.97-24.1331-(2-羥基-4-甲氧基)-苯乙酮Ethanone, 1-(2-hydroxy-4-methoxyphenyl)-31.940.4224.2922-甲氧基-4-(1-丙烯基)-苯酚,Phenol, 2-methoxy-4-(1-propenyl)-1.0124.398鄰酞酸二甲酯Dimethyl phthalate0.6325.280蘭桉醇Globulol0.61-25.4152,4-雙(1,1-二甲基乙基) -苯酚Phenol, 2,4-bis(1,1-dimethylethyl)-0.4127.792Pentanoic acid, 2,2,4-trimethyl-3-carboxyisopropyl, isobutyl ester1.6428.0698-丙氧基柏木烷Cedrane, 8-propoxy-0.7528.563苯甲酮Benzophenone1.6729.145β-桉葉醇2-Naphthalenemethanol, decahydro-ππ4a-trimethyl-8-methylene-, [2R-(2π4aπ8aπ]-0.2431.362 4-甲基二苯甲酮Methanone, (4-methylphenyl)phenyl-0.3731.551(4-甲基苯基)苯基-苯甲酸芐酯甲酮Methanone, (4-methylphenyl)phenyl-Benzyl Benzoate2.4032.686肉豆蔻酸異丙酯i-Propyl tetradecanoate1.160.2533.615鄰酞酸二異丁酯1,2-Benzenedicarboxylic acid, bis(2-methylpropyl) ester6.5634.539鄰苯二甲酸正丁異辛酯1,2-Benzenedicarboxylic acid, butyl octyl ester0.4034.554鄰苯二甲酸異十八醇酯Phthalic acid, isobutyl octadecyl ester0.2835.468酞酸二丁酯Dibutyl phthalate1.2336.609十六烷酸異丙酯i-Propyl hexadecanoate0.92總量149.8637.07

3 結(jié)論

采用超臨界CO2萃取奇亞籽餅中的殘油，奇亞籽油的得率與萃取溫度、萃取時間、萃取壓力均呈正相關(guān)。在萃取溫度80 ℃、萃取時間2 h、萃取壓力408 Bar的條件下，奇亞籽油的得率最高，達到8.92%。

在20 ℃條件下，奇亞籽油的外觀呈淺黃色，無結(jié)晶生成，密度0.932 2 g/mL、折光度1.479、酸值0.183 2[(KOH/(mg/g)]、皂化值186.50 mg/g。奇亞籽油中的不飽和脂肪酸含量占總含量的98.60%，其中亞油酸和α-亞麻酸的含量最高，分別為(28.92±0.02)g/100g和(27.79±0.13)g/100g。

采用閃式提取器提取奇亞籽多酚，在乙醇濃度70 %、料液比1：25、提取電壓50 V，提取時間2 min的條件下，奇亞籽多酚的提取量為7.25 mg/g。

超臨界CO2萃取的奇亞籽油，共檢測出24種揮發(fā)性成分，但呈香物質(zhì)含量較低，感官表現(xiàn)為奇亞籽油香味較茶樹油和檸檬油淡。奇亞籽油中影響氣味組成的主要物質(zhì)有1-(2-羥基-4-甲氧基)-苯乙酮、甲苯、間二甲苯等。奇亞籽芳香水中的揮發(fā)性成分種類高于奇亞籽油，多為含氧化合物，這類成分氣味豐富，賦予奇亞籽芳香水天然的香味。