芍藥籽油提取及其理化性質(zhì)研究

(揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

牡丹籽油作為一種新興的木本油料作物，因富含α-亞麻酸而備受人們關(guān)注[1]。在分類學(xué)上，牡丹和芍藥同為芍藥科芍藥屬，親緣關(guān)系相近，生物學(xué)性狀相似，均在中國(guó)具有悠久的栽培和觀賞歷史。與牡丹相比，芍藥種子不僅結(jié)實(shí)率高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化采收，更適應(yīng)勞動(dòng)力越來(lái)越少的現(xiàn)代農(nóng)村的生產(chǎn)發(fā)展。目前在芍藥籽油上已有相關(guān)研究報(bào)道，如馬廣瑩等[2]通過(guò)對(duì)牡丹和芍藥籽油的研究比較，發(fā)現(xiàn)兩者成分相近，但相較于牡丹籽油，芍藥籽油中油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、亞油酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，其中亞油酸因具有降低血清膽固醇水平的作用而在預(yù)防心肌梗塞等心血管疾病方面有良好作用[3]；芍藥籽油中的鈣鎂含量顯著比牡丹籽油高，抗氧化能力也優(yōu)于牡丹籽油，對(duì)人體健康有著十分重要的作用[4]；此外，芍藥籽油還含有大量的生育酚，尤其是γ -生育酚具有較強(qiáng)的抗氧化能力[5]。由此可見(jiàn)，芍藥籽油也極具開(kāi)發(fā)價(jià)值，它在某些方面具有牡丹籽油無(wú)可比擬的優(yōu)越性。

植物籽油的傳統(tǒng)提取方法主要有壓榨法和溶劑法，但隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化，水代法、水酶法、超臨界CO2萃取法、超聲輔助提取法和微波輔助法等常規(guī)方法也在大量涌現(xiàn)[6]。目前，關(guān)于芍藥籽油的提取大多采用水代法和溶劑法，但相關(guān)報(bào)道的出油率均不超過(guò)30%，并且部分使用的芍藥品種不明確[2,7-9]。此外，目前關(guān)于芍藥籽油理化性質(zhì)測(cè)定的研究極少，除了碘值、皂化值、礦質(zhì)元素含量以及4種脂肪酸含量的測(cè)定外[2]，其它性質(zhì)還有待于進(jìn)一步的研究測(cè)定和完善。因此，在前人研究基礎(chǔ)之上，選用種子結(jié)實(shí)率高的杭芍種子為材料[10]，進(jìn)一步通過(guò)L9(34)正交試驗(yàn)對(duì)溶劑法提取的芍藥籽油的最佳條件進(jìn)行研究，進(jìn)而檢測(cè)其密度、酸值、碘值、皂化值和過(guò)氧化值幾個(gè)理化性質(zhì)，并與牡丹籽油進(jìn)行比較，以期為芍藥籽油的開(kāi)發(fā)和利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

以栽植于揚(yáng)州大學(xué)牡丹芍藥種質(zhì)資源圃中的杭芍為材料，選取花后95 d成熟期的顆粒飽滿、無(wú)蟲(chóng)害的種子洗凈，在80 ℃干燥箱中處理48 h，脫殼后用粉碎機(jī)破碎過(guò)40目篩，篩后備用，多余芍藥籽粉置于干燥器中儲(chǔ)存。

1.2 主要儀器與設(shè)備

T-500電子天平(常熟雙杰測(cè)試儀器廠)；DHG-9076 A鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)；KQ-200 VDB超聲波反應(yīng)器(昆山超聲波儀器廠恒溫)；HH-4水浴鍋(國(guó)華電器有限公司)；5810 R離心機(jī)(德國(guó)Eppendorf公司)；85-2 B磁力攪拌器(上海比朗儀器有限公司)；RE-52 A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器公司)。

1.3 方 法

1.3.1溶劑提取法

準(zhǔn)確稱取30 g芍藥籽粉于容器中，按一定料液比加入正己烷萃取劑，連接萃取裝置，設(shè)置超聲功率(200 W，80 kHz)和一定的提取溫度并進(jìn)行反應(yīng)，離心后取上清液，在50 ℃下旋蒸分離籽油與溶劑，稱取籽油重量并計(jì)算出油率。

出油率(%)=(芍藥籽油質(zhì)量/芍藥籽粉質(zhì)量)×100%。

1.3.2L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)中獲得的最佳提取溫度、時(shí)間和料液比在此范圍內(nèi)設(shè)定3個(gè)合適的超聲溫度、超聲時(shí)間和料液比水平，進(jìn)行三因素三水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)(見(jiàn)表1)。

表1 超聲輔助提取優(yōu)化L9(34)正交試驗(yàn)因素水平表

因素 水平123A料液比/(g·mL-1)1∶111∶131∶15B時(shí)間/h11.52C溫度/℃606570

1.3.3芍藥籽油理化性質(zhì)測(cè)定

1) 密度：將芍藥籽油置于水浴中加溫至25 ℃，稱量干燥的100 mL容量瓶質(zhì)量W1(g)，后將芍藥籽油定容至100 mL，再次稱量質(zhì)量W2(g)，減去空容量瓶質(zhì)量即求得100 mL的芍藥籽油質(zhì)量(g)。

密度(g·mL-1)=(W2-W1)/100。

2) 酸值、碘值、皂化值和過(guò)氧化值：稱取芍藥籽油3～5 g，根據(jù)《GB/T 5530-2005 動(dòng)植物油脂、酸值和酸度測(cè)定》[12]的操作步驟和計(jì)算方法對(duì)酸值進(jìn)行測(cè)定；稱取芍藥籽油0.25 g左右，根據(jù)《GB/T 5532-2008動(dòng)植物油脂、碘值的測(cè)定》[13]的操作步驟和計(jì)算方法對(duì)碘值進(jìn)行測(cè)定；稱取芍藥籽油2 g，根據(jù)《GB/T 5534-2008動(dòng)植物油脂皂化值的測(cè)定》[14]的操作步驟和計(jì)算方法對(duì)皂化值進(jìn)行測(cè)定；稱取芍藥籽油2～3 g，根據(jù)《GB/T 5538-2005動(dòng)植物油脂過(guò)氧化值的測(cè)定》[15]的操作步驟和計(jì)算方法對(duì)過(guò)氧化值進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均通過(guò)3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)后計(jì)算均值所得。在所獲得的數(shù)據(jù)指標(biāo)基礎(chǔ)上，正交試驗(yàn)提取芍藥籽油的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中每個(gè)因素下各個(gè)水平的指標(biāo)總和分別為K 1、K 2、K 3；每個(gè)因素下各個(gè)水平的指標(biāo)總和的均值(K/3)分別為k 1、k 2、k 3；通過(guò)k 1、k 2、k 3中的最大值和最小值之差計(jì)算各因素下的極差R。數(shù)據(jù)分析均采用Excel軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 芍藥籽油提取的最佳條件

在前期單因素對(duì)芍藥籽油提取的影響實(shí)驗(yàn)中，曾獲得最佳提取溫度、時(shí)間和料液3個(gè)值。本研究在這3個(gè)值的合適范圍內(nèi)又分別設(shè)定了芍藥籽油提取實(shí)驗(yàn)的溫度、時(shí)間和料液比，組合搭配進(jìn)行三因素三水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。對(duì)設(shè)計(jì)出的9種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行籽油提取，獲得的提取率和相關(guān)數(shù)值分析如表2所示：方案5出油率最高為(34.93±0.94)%；K值和k值在A、B、C 3個(gè)因素下的最大值分別為K 2、K 2、K 3和k 2、k 2、k 3，即各因素下的較優(yōu)水平分別為A2、B2、C3，與出油率最高的實(shí)驗(yàn)方案A2B2C3結(jié)果一致；在k值基礎(chǔ)上獲得的極差R值的大小順序?yàn)锳>B>C，即相對(duì)應(yīng)的因素順序?yàn)榱弦罕?、時(shí)間、溫度。

表2 正交試驗(yàn)提取芍藥籽油的結(jié)果

實(shí)驗(yàn)方案編號(hào)各因素及水平ABC出油率/%111130.10±0.87212230.83±0.56313331.01±0.77421233.32±0.36522334.93±0.94623133.41±1.12731331.30±0.57832132.30±0.87933232.13±0.22K191.9494.7295.81K2101.6698.0696.28K395.7396.5597.24k130.6531.5731.94k233.8932.6932.09k331.9132.1832.41極差R3.241.110.48分析較優(yōu)水平A2B2C3主次因素A>B>C

2.2 芍藥籽油理化性質(zhì)的含量測(cè)定

由表3可知，采用溶劑法提取的芍藥籽油密度為(0.912 4±0.004 9)g·mL-1、皂化值為(176.30±5.47)mg·g-1(NaOH)，2個(gè)值均與牡丹籽油的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相近；芍藥籽油的酸值為(1.52±0.19)mg·g-1(NaOH)，符合牡丹籽油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中酸值不得高于3 mg·g-1(KOH)的規(guī)定；相比于牡丹籽油，芍藥籽油的碘值較低，為(122.29±7.71)g·(100 g)-1；芍藥籽油的過(guò)氧化值為0 mmol·kg-1，在牡丹籽油國(guó)標(biāo)的規(guī)定范圍內(nèi)。

表3 芍藥籽油的理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果及與牡丹籽油國(guó)標(biāo)比較

檢測(cè)項(xiàng)目 芍藥籽油理化數(shù)值牡丹籽油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)密度(g·mL-1)0.91±0.010.91～0.94酸值[(mg·g)-1(NaOH)]1.52±0.19≤3.0皂化值[(mg·g)-1(NaOH)]176.30±5.47183.56±3.29碘值[g·(100g)-1]122.29±7.71162～190過(guò)氧化值(mmol·kg)0≤7.5

3 討 論

本研究通過(guò)L9(34)正交試驗(yàn)探究溶劑法提取的芍藥籽油的最佳條件，結(jié)果表明：A2B2C3方案出油率最高，為(34.93±0.94)%。羅婧等[9]采用相同的提取方法得到的芍藥出油率較本研究低，根據(jù)其實(shí)驗(yàn)可知，此結(jié)果與溫度和時(shí)間等條件無(wú)關(guān)，因此推測(cè)可能與芍藥品種有關(guān)。此外，同種提取方法下牡丹的出油率與芍藥相近[17]，且相較于大多提取方法，溶劑法下提取的牡丹籽油的出油率更高[18-20]，這表明溶劑法本身可能用于提取籽油時(shí)出油率就較高；極差R值的大小順序?yàn)椋篈>B>C，即料液比為影響芍藥籽油出油率的首要因素，其次是時(shí)間的影響，三者中溫度對(duì)其影響最?。籄、B、C各因素下較優(yōu)水平分別為A2、B2、C3，表明料液比1∶13，時(shí)間1.5 h，溫度70 ℃為提取芍藥籽油的最佳條件，這與出油率最高的方案為A2B2C3的結(jié)果一致。

對(duì)于芍藥籽油的理化性質(zhì)研究，本文從密度、酸值、碘值、皂化值和過(guò)氧化值5個(gè)方面進(jìn)行指標(biāo)數(shù)值的測(cè)定。油脂密度和酸價(jià)是評(píng)價(jià)食用油脂質(zhì)量的重要指標(biāo)。油脂密度是油脂在單位體積內(nèi)的質(zhì)量，在油脂行業(yè)的生產(chǎn)計(jì)量和貿(mào)易結(jié)算中應(yīng)用比較廣泛[21]。通過(guò)參考油脂密度對(duì)照表發(fā)現(xiàn)，常溫下食用油的密度大致為0.91 g·mL-1，且牡丹籽油的國(guó)標(biāo)密度也在0.91～0.94 g·mL-1之間，與測(cè)得的芍藥籽油的密度0.91±0.01 g·mL-1極為相近，表明芍藥籽油符合食用油標(biāo)準(zhǔn)，這與彭瑤瑤等[22]的研究結(jié)果一致。酸值是油脂中游離脂肪酸含量的標(biāo)志[23]，新鮮油脂的酸值很小，但隨著貯藏期的延長(zhǎng)和油脂的酸敗，酸值增大，因此酸值的大小可直接說(shuō)明油脂的新鮮度和質(zhì)量好壞[24]。研究測(cè)得芍藥籽油的酸值為(1.52±0.19)mg·g-1(NaOH)，符合牡丹籽油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和GB 2716-2005中食用植物油的酸值≤3 mg·g-1(KOH)的規(guī)定，表明芍藥籽油符合標(biāo)準(zhǔn)且品質(zhì)良好。馬君義等[16]測(cè)得紫斑牡丹和鳳丹牡丹的酸值分別為2.13±0.08 mg·g-1NaOH和2.05±0.11 mg·g-1NaOH，滇牡丹籽油[25]和湖南油用牡丹籽油[26]的酸值也在1.70 mg·g-1NaOH左右，高于芍藥籽油，說(shuō)明相對(duì)于后者，牡丹籽油更容易腐壞，而芍藥籽油的質(zhì)量更佳。

牡丹籽油碘值的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為162～190 g·(100 g)-1，各理化性質(zhì)研究中其碘值也大多都在160～180 g·(100 g)-1之間[25-27]。碘值可以判斷油脂中脂肪酸的不飽和程度[28]，其與油脂的不飽和程度成正比，碘值越大，油脂中所含的雙鍵越多，不飽和程度越大，對(duì)人體健康就越有利。芍藥籽油測(cè)得的碘值為122.29±7.71 g·(100 g)-1，相比于牡丹籽油[16]較低，因此，芍藥籽油的脂肪酸不飽和程度低于牡丹籽油，這與馬廣瑩等[2]的研究結(jié)果相反，可能是受籽油提取時(shí)溫度不同的影響[29]。但相比于花生油和菜籽油[30]，芍藥籽油仍然具有較大量的不飽和雙鍵，有很好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和食用價(jià)值。此外，依據(jù)GB/T 5532-2008中碘值的劃分標(biāo)準(zhǔn)可知，芍藥籽油屬于半干性油(100～130 mg·g-1(KOH))，與大豆油和向日葵油為同一類，可用作食用油；皂化值的大小與油脂的平均分子量成反比，皂化值高的油脂熔點(diǎn)較低，易消化。研究測(cè)得的芍藥籽油的皂化值為(176.30±5.47)mg·g-1(NaOH)，低于牡丹籽油的182.41 mg·g-1(KOH)[17]但相差不大，因此芍藥籽油中的脂肪酸及甘油酯含量也足以滿足人體對(duì)脂肪酸的需求；過(guò)氧化值是檢測(cè)油脂氧化的重要指標(biāo)，其值越大，表明油脂中氧化產(chǎn)物含量越高，油脂酸敗變質(zhì)程度也越嚴(yán)重[31]。為了防止過(guò)高的過(guò)氧化值食品引起的腹瀉等問(wèn)題，國(guó)際上對(duì)食用植物油過(guò)氧化值的標(biāo)準(zhǔn)為不超過(guò)10 mmol·kg-1，牡丹籽油在過(guò)氧化值上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也不超過(guò)7.5 mmol·kg-1。研究測(cè)定出的新鮮的芍藥籽油的過(guò)氧化值為0 mmol·kg-1，即在提取過(guò)程中芍藥籽油完全沒(méi)有被氧化，籽油中也不存在不利于人體健康的過(guò)氧化物，且在保存時(shí)也不易被氧化變質(zhì)，相較于牡丹籽油的1.36 mmol·kg-1[25]，芍藥籽油更優(yōu)，具有更好的抗氧化能力，這與馬廣瑩等[2]通過(guò)對(duì)牡丹、芍藥籽油抗氧化活性指標(biāo)(DPPH)的測(cè)定和比較獲得的結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

L9(34)正交試驗(yàn)下，使用溶劑法提取芍藥籽油的研究結(jié)果表明：料液比為影響芍藥籽油出油率的主要因素，其次是時(shí)間因素，溫度對(duì)其影響最?。涣弦罕葹?∶13、時(shí)間1.5 h、溫度70 ℃為芍藥籽油提取的最佳條件，其出油率最高，為(34.93±0.94)%；提取出的芍藥籽油的密度(0.91±0.01)g·mL-1、酸值(1.52±0.19)mg·g-1(NaOH)、碘值(122.29±7.71)g·(100 g)-1、皂化值(176.30±5.47)mg·g-1(NaOH)和過(guò)氧化值(0 mmol·kg-1)5個(gè)理化性質(zhì)總體上均大致符合牡丹籽油的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且部分理化性質(zhì)優(yōu)于牡丹籽油，具有后者不可替代的功能作用，為評(píng)價(jià)芍藥籽油的質(zhì)量和品質(zhì)、開(kāi)發(fā)其成為新型油料資源提供理論基礎(chǔ)和參考價(jià)值。