毛葉山桐子成分分析及開發(fā)利用

張 旋，呂名蕊

1.中糧工科(西安)國際工程有限公司 (西安 710082) 2.西安悟空檢測科技有限公司 (西安 710000)

毛葉山桐子，又名水冬瓜、油葡萄等，屬大風子科，山桐子屬的一個變種。毛葉山桐子是高大落葉喬木，主要分布在四川、陜西、浙江、甘肅、安徽、湖南、云南等地，橫跨亞熱帶與溫帶廣泛分布；其植株適應性強，速生，掛果快，產量高，果實含油率較高，富含不飽和脂肪酸(以亞油酸為主)及維生素E，是一種兼具觀賞性、油材兩用等多功能的速生經濟型樹種。

1 毛葉山桐子的生物學特性

毛葉山桐子是高大落葉喬木，樹高8～20 m，主根不發(fā)達，干較直，枝平展，花期長，漿果呈圓球形，形似葡萄，紅色，果肉黃色，果成熟期9～10月。每果內含種子30～40粒，種子千粒重為2.75～3.75 g，種皮覆有一層白色蠟質，果實成熟后宿存枝上，長期不落。毛葉山桐子生長快，結果年限長，4～5年開始持果，15年后單株產果量可達50 kg以上，最大單株產果量可達200 kg。盛產期長達50～70年[1-2]。

毛葉山桐子分布于東亞地區(qū)，主產于朝鮮、日本、俄羅斯遠東地區(qū)與中國，在我國主要分布于貴州、安徽、河南、浙江、江西、湖北、陜西、福建、云南、四川等省[1]。調查資料顯示，四川的朝天、北川、青川、安縣、大邑、旺蒼等縣區(qū)均有毛葉山桐子野生分布，資陽等地有人工種植。毛葉山桐子適應性較強，耐低溫高熱(-14 ℃～40 ℃)、耐旱(年降雨量在800～2 000 mm都可以正常生長)，還具有耐貧瘠、須根發(fā)達、易于生長等特點，對環(huán)境的適應能力非常強，種植毛葉山桐子種苗一般不占用耕地，是利用低效林地和“四荒”地，對于耕地資源嚴重缺乏的我國，提高土地利用率和土地生產力具有更為重要的意義，所以山桐子是十分理想的高效經濟林木。

2 毛葉山桐子理化性質及成分分析

毛葉山桐子果肉部分占果實(果肉和種子)總重量的62.3%，種子占37.7%，毛葉山桐子油理化常數(shù)和主要成分見表1[3]。

表1 毛葉山桐子油理化常數(shù)和主要成分

毛葉山桐子種子和果實含有非常豐富的油脂，都可榨油，是名副其實的油料樹種。毛葉山桐子油主要由亞油酸、油酸、棕櫚烯酸、棕櫚酸、硬脂酸、十六碳烯酸等脂肪酸組成，其亞油酸含量可高達73.2%，營養(yǎng)價值高。劉春雷等[4]對山桐子油主要脂肪酸組成進行分析，研究表明，山桐子油中富含油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸，其亞油酸含量高達68%，與紅花籽油和葵花籽油相當，比菜籽油、芝麻油、橄欖油和花生油的含量都高。

楊朝福[5]目前已經從毛葉山桐子果實提取物中，分離出了15種非脂肪酸類物質，大多為酚性葡萄糖苷類物質，另有生物堿、醇、酚等物質。毛葉山桐子種子的化學成分較果皮成分復雜，如蒽醌類及其苷類、香豆素、皂苷類物質。利用GCMS檢測種子、果皮揮發(fā)性化學成分，在種子中發(fā)現(xiàn)豆甾二烯、β香樹脂醇等重要活性物質的存在；利用柱層析、薄層制備及重結晶等分離純化技術，從毛葉山桐子種子提取物中，分離出了2個化合物；利用現(xiàn)代波譜技術(IR， HNMR，ELM，BCNMR，HPLC，DEPT)，對其中8個化合物進行了鑒定，首次從該屬植物中分離得到β-香樹脂醇、β-谷甾醇、二十碳烷酸。

從表 1 得知毛葉山桐子油的皂化值為192.5～209.9 mg/g，郭華等[6]研究得出，毛葉山桐子油脂肪酸的平均碳鏈長度與油茶籽油和雙低菜籽油的脂肪酸平均碳鏈長度相當，此種脂肪易于消化吸收。碘值的大小在一定范圍內反映了油脂的不飽和程度，毛葉山桐子油的碘值(I2)在109.5～142.9 g/100 g，為干性油，說明該油的脂肪酸碳鏈中含較多雙鍵，在體內易轉化成具有生物活性的不飽和脂肪酸。

3 毛葉山桐子的開發(fā)利用

3.1 毛葉山桐子保健食用油

毛葉山桐子含有相當豐富的油脂，毛葉山桐子油主要由亞油酸、油酸、棕櫚酸等脂肪酸組成，其亞油酸含量可高達73.2%，營養(yǎng)價值高。

3.1.1毛葉山桐子油的可食用性

早在1981～1985年間，我國已經對毛葉山桐子油食用的衛(wèi)生安全性進行了系統(tǒng)的衛(wèi)生毒理學研究和流行病學調查，證明了其食用的安全性。在川陜甘交界的毛葉山桐子種植區(qū)，人們食用制熟的毛葉山桐子油已有百多年歷史[7]。李蘊濤[8]等通過動物的急性毒性試驗、亞慢毒性試驗、致畸致突變試驗、一代繁殖試驗和壽命觀察，結果顯示：均未發(fā)現(xiàn)異常；并對四川廣元食用毛葉山桐子油地區(qū)的人群健康狀況進行了調查，回顧調查59 370人，結果表明：高血壓患病率、惡性腫瘤死亡率、常見先天性畸形及遺傳性疾病與正常人群相比較，均在正常范圍內或屬低水平，與同樣生活條件下食用菜籽油人群比較，差別無統(tǒng)計學意義。按照化學物質經口急性毒性分級標準，毛葉山桐子油屬無毒范圍。

3.1.2毛葉山桐子油的組成和理化性質

吳全珍[9]對毛葉山桐子油的脂肪酸組成、維生素E含量、理化性質和衛(wèi)生指標做了對比總結，結果見表2。其中，毛油：果實和種子壓榨取得的油本文稱為毛油。熟油：毛油經農民用制熟方法取得油稱為熟油。堿煉油：毛油經堿煉法堿煉得到的油本文稱為堿煉油。

表2 不同毛葉山桐子油的脂肪酸組成、維生素E含量和理化性質對比

毛葉山桐子油油品質量高，其不飽和脂肪酸含量超過75%，脂肪酸組成中亞油酸含量在60%以上，一般常用食用油，如花生油中亞油酸含量為40%左右，芝麻油亞油酸含量為36%～48%，菜籽油中亞油酸含量為11%～23%[10]。毛葉山桐子油因其亞油酸含量高、富含維生素E，而逐漸受到人們青睞，隨著人們物質需求的日益提高，毛葉山桐子保健油具有非?？捎^的開發(fā)利用前景。

3.1.3毛葉山桐子油的制備工藝

由于受其特殊氣味、滋味的影響，毛葉山桐子油至今未得到充分的開發(fā)利用。魏明山等[11]從毛葉山桐子種子中分離出山桐子苷，并證實了山桐子苷在毛葉山桐子果實壓榨過程中隨種子進入毛油，是毛油產生味苦的原因。

已有許多學者對毛葉山桐子制油工藝進行了研究，劉春雷等[4]通過單因素試驗和正交試驗確定了毛葉山桐子油的最佳索氏提取條件，其得率可達28.5%。用索氏提取法提取的毛葉山桐子油得率高于壓榨法。薛剛等[12]用石油醚作為溶劑提取毛葉山桐子籽油，研究得出在料液比1∶5、提取溫度65 ℃、每次4 h、提取2次的條件下，毛葉山桐子籽油提取率可達87.84%。近年來，也有研究超聲波等輔助技術與有機溶劑提取相結合的工藝，以縮短提取時間，提高油脂提取率，提高油脂品質。楊朝福[13]利用均勻設計法優(yōu)化超聲波溶劑提取毛葉山桐子油工藝條件，毛葉山桐子油得率可達26.61%。

毛葉山桐子油高碘值、高酸值，表明該油脂不飽和脂肪酸含量較高，容易被氧化。吳斌等[14]報道了乙醇萃取脫酸工藝及最佳條件，處理后酸價(KOH)降至0.59 mg/g。崔艷南等[15]研究了毛葉山桐油的精制工藝，如下，也是目前生產中使用最多的工藝。制備毛葉山桐油的技術路線：原料 → 壓榨 → 水化脫膠 → 一次干燥脫水 → 堿煉脫酸 → 二次干燥脫水 → 脫色 → 精制油。

3.1.3.1 水化脫膠

攪拌狀態(tài)下將毛葉山桐子油加熱至70 ℃，并加入濃度為0.7%的食鹽水，加入量為油質量的5%。根據膠粒的吸水情況，逐漸降低攪拌速度，當絮凝膠粒易于沉降，油中無懸浮膠粒時停止攪拌，趁熱離心分離，離心機轉速控制在4 000 r/min，分離時間10 min。此步驟的目的是實現(xiàn)油和膠質的分離，并除去原料油中以磷脂為主的膠溶性雜質。

3.1.3.2 干燥脫水

若堿煉脫酸前油脂中水分含量過高，會降低堿液濃度，影響脫酸效果；脫色前，水分會影響白土的活性，進而影響脫色效果。因此堿煉脫酸和脫色前都應先進行干燥脫水處理。為了避免油脂在高溫下易被氧化變質，本工藝采用減壓干燥脫水。

3.1.3.3 堿煉脫酸

將油脂加熱至一定溫度，快速加入堿液的同時注意應強烈攪拌，堿液加完后，根據油皂分離情況，適時調整攪拌速率。然后再加入與油溫相同，量為油質量5%的軟水，繼續(xù)慢速攪拌，當油皂分離明顯時，停止攪拌，離心，分離出油。水洗1～2次，離心脫水得堿煉油。

堿煉是一個復雜的過程，在堿煉過程中，堿及其用量、堿濃度、操作溫度和攪拌速度對堿煉脫酸效果有較為明顯的影響。油脂脫酸應用的中和劑較多，常見的有燒堿、氫氧化鈣、苛性鉀以及純堿等。燒堿和苛性鉀堿性強，脫酸效果好，并且有較高的脫色能力，苛性鉀價格貴，因此在工業(yè)生產上不如燒堿應用廣泛；氫氧化鈣堿性強，但易皂化中性油，脫色能力差，因此很少用于脫酸；純堿堿性適宜，但反應中產生的碳酸氣會使皂腳上浮于油面，分離困難，很少單獨應用于工業(yè)生產。堿用量不足，油中的游離脂肪酸中和不完全，并且生成的皂粒細，不能很好地絮凝，分離困難；用堿過多，中性油被皂化，從而增大精煉損耗。中性油被皂化的概率隨操作溫度的升高而增加，溫度過高時，會導致堿煉油得率低。此外，加堿時攪拌應強烈些以增加堿液和游離脂肪酸的接觸面積，加快反應速率；加堿完畢后，攪拌要溫和些，以增進堿液與游離脂肪酸之間的相對運動，提高反應速率，以免強烈攪拌使已經分散了的堿液重新聚集引起乳化。

通過試驗，確定最佳堿煉工藝為：加堿量為理論加堿量與超量堿的總和，配制的堿濃度為19.02%，堿煉溫度為75 ℃，經堿煉脫酸處理后酸值降至0.615(KOH)/(mg/g)。

3.1.3.4 脫色

油脂脫色主要是一定條件下吸附油脂中的色素及其他雜質。先將白土120 ℃條件下活化處理2 h，然后加熱油脂，加入活化后的白土，攪拌脫去油中的有色物質，過濾得到精制油。

謝雨芮等[16]以冷榨毛葉山桐子油作為試驗材料，經脫膠和脫酸處理后，對吸附劑種類、吸附劑用量、脫色溫度、脫色時間和攪拌速度的單因素試驗，得出適合毛葉山桐子油的脫色的最佳條件為：吸附劑為活性白土，用量8%～9%，溫度100～110 ℃，時間30～40 min，攪拌速度240～300 r/min，毛葉山桐子油的脫色率達到90%以上。

3.2 毛葉山桐子果渣生產發(fā)酵飼料

毛葉山桐子脫脂果渣作為制油生產的副產物，通常被當做廢料閑置，不僅污染環(huán)境，而且對資源造成極大浪費，事實上，毛葉山桐子脫脂果渣擁有較高的開發(fā)價值，有研究表明，其含有山桐子屬的重要活性成分，可用于抗氧化和美白[17]。

劉曦南北等[18]采用固體發(fā)酵法，即每次取一定量種子液(挑取2環(huán)活化復壯后的發(fā)酵菌種產朊假絲酵母，接入50 mL液體培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，收獲接種后培養(yǎng)4 h的菌液作為所需種子液)轉接到裝有5 g已滅菌且于55 ℃烘干固體發(fā)酵培養(yǎng)基的100 mL三角瓶中，并加入一定量的硝酸銨和無菌水，一定溫度下置于生化培養(yǎng)箱中進行發(fā)酵。研究得出，料液比1∶1.2，接種量10.5%，硝酸銨添加量8.5%，料液比、接種量和硝酸銨添加量均以餅粕質量計，測得發(fā)酵后，毛葉山桐子固態(tài)發(fā)酵脫脂果渣中粗蛋白含量為19.13%，相對偏差為1.24%，與預測值較為接近。為驗證該方法的應用性，對反應體系進行放大，以上述優(yōu)化條件進行150 g托盤發(fā)酵試驗，所得產品中粗蛋白含量為18.65%，比較接近小瓶發(fā)酵的試驗結果，說明此方法可較好地應用于毛葉山桐子發(fā)酵飼料的生產。

3.3 毛葉山桐子制備生物柴油

毛葉山桐子是落葉喬木，在許多地方都有分布，尤其在陜西的陜南地區(qū)，野生山桐子集中分布較廣，且人工栽培資源也非常豐富。毛葉山桐子含有豐富的油脂，其果實的含油率高達32%，是制備生物柴油的良好原料；壓榨法制取的毛葉山桐子籽油酸值高而且味道苦澀，因口感等原因食用較少，因此利用毛葉山桐子籽油制備生物柴油，為山桐子油開發(fā)利用的創(chuàng)造了新途徑。

環(huán)境污染和能源危機兩大問題的出現(xiàn)，使可再生燃料的研發(fā)工作得到了全世界的高度重視。生物柴油以其可再生性和優(yōu)良的燃料性能吸引了廣大科研工作者。截止目前，雖然許多研究者從原料和加工工藝等方面對生物柴油的研制做了大量研究，并取得了很大的成績，但目前生物柴油產業(yè)化的程度仍不高，主要原因是生物柴油的生產成本太高。原料成本占生物柴油制備成本的75%，因此，采用廉價原料降低生產成本是生物柴油實現(xiàn)產業(yè)化的關鍵。

楊芳霞等[19]分析了山桐子油制備生物柴油工藝中Na2CO3溶液濃度、反應溫度、反應攪拌強度和水洗溫度4 種因子對毛葉山桐子油堿煉脫酸效果的影響。結果表明：在一定條件下，用Na2CO3堿煉毛葉山桐子油比用NaOH的效果好，以堿煉油的酸值和得率為考核指標，得出在Na2CO3的用量為油重的10.5%、濃度為17%、攪拌速度100 r/min、反應溫度75 ℃和水洗溫度80 ℃的堿煉條件下，得率達80%以上，酸值可降低至1 mg/g以下。再以低酸值的毛葉山桐子油為原料制備生物柴油，其最優(yōu)工藝條件為：醇油摩爾比55∶1、催化劑用量占油重的15%、600 r/min、30 ℃、反應時間30 min，在此條件下，產物油中脂肪酸甲酯的含量可達到98%以上。用氣相色譜測定生物柴油主要脂肪酸甲酯組成，測的有油酸、亞油酸、棕櫚油酸、亞麻酸、棕櫚酸、硬脂酸等，其中亞油酸含量占總脂肪酸甲酯含量的70%以上。

汪全義等[20]以毛葉山桐子油和甲醇為原料，采用堿催化酯交換法制備生物柴油，并優(yōu)化了制備工藝。試驗考察了反應溫度、醇油摩爾比、NaOH濃度及反應時間對毛葉山桐子油轉化率的影響。結果表明，最佳酯交換反應條件：反應溫度為60 ℃，醇油摩爾比為6∶1，NaOH用量為油重的1.0%，反應時間為60 min，在此條件下毛葉山桐子油轉化率最高，達到95.5%。檢測結果顯示，制備的生物柴油性能達到美國生物柴油的標準。宋航[7]等以山桐子油為原料，采用固體堿催化法制備生物柴油的方法獲得成功。所以山桐子在燃油方面是酯交換法制取生物柴油的好原料。

3.4 毛葉山桐子制備天然抗氧化劑

毛葉山桐子中除油有較高的利用價值外，亦含有酚類粗提物。酚類物質通常具有一定的抗氧化性，因此，可研究將毛葉山桐子中的酚類物質提取出來，并測定其抗氧化性，探索從毛葉山桐子中提取天然抗氧化劑的可能性。

葛紅光等[21]先用石油醚萃取毛葉山桐子，得到約19.23%的毛油，萃取油之后的殘渣再用80%乙醇抽提可得21.77%的粗提物A，該粗提物具較強的抗氧化作用。采用溶劑分級和醋酸鉛(堿性和中性)沉淀兩種方法對A進行精制。研究得出，堿式醋酸鉛沉淀物C2抗氧性能最強，其次是乙酸乙酯萃取物B1，但B1的得率高，約為C2的4.77倍。而且溶劑萃取法省時、工藝簡單、生產成本較低，而醋酸鉛沉淀法，費時，須脫鉛，且脫鉛很難徹底。綜合考慮，采用溶劑分級法精制毛葉山桐子中的抗氧化有效成分，較為合理，適應性高。根據定性預試驗可初步判斷，毛葉山桐子中抗氧化有效成分是具有間苯二酚或間苯三酚結構的酚酸類化合物。

4 結束語

毛葉山桐子含油率高，油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸含量豐富，營養(yǎng)價值高，可用于制備毛葉山桐子保健食用油。面對能源危機，現(xiàn)有的能源資源產能有限，供應不足，長期以煤炭為主的能源消費結構，同時也造成了嚴重的環(huán)境污染問題，毛葉山桐子在我國資源豐富，含油率高，因此著力發(fā)展毛葉山桐子等生物質能源植物不僅有利于緩解能源緊張的局面，而且對于改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。毛葉山桐子籽中含有酚類物質，具有一定的抗氧化性，可用于提取天然抗氧化劑。