煙籽油提取工藝的優(yōu)化及脂肪酸評價

馬文廣， 宋碧清， 鄭昀曄， 邵健豐， 古吉， 徐盛春， 李素娟*

(1.玉溪中煙種子有限責(zé)任公司，云南 玉溪 653100； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，浙江 杭州 310021)

煙草種子含高油高蛋白[1-2]，含油量可達(dá)40%左右[3]。煙籽油是從煙草種子中提取的油脂，有研究表明，煙籽油可用于生產(chǎn)生物柴油[4-5]和醇酸樹脂[6]；煙籽油中富含不飽和脂肪酸，占比高達(dá)90%，其中亞油酸含量高達(dá)70%左右，可以作為亞油酸的原料[7]。由于人體自身不能合成不飽和脂肪酸，而不飽和脂肪酸對于軟化血管、促進(jìn)膽固醇代謝以及預(yù)防和治療高血壓、動脈硬化等心腦血管疾病有著很重要的作用，所以煙籽油在成為新型食用油原料及保健功能油類產(chǎn)品方面具有巨大潛力[8-9]。而在成為一種新型食品或保健產(chǎn)品，對其安全性的考慮是重中之重。煙籽油中還含有哪些脂肪酸成分，不同提取工藝對煙籽油脂肪酸成分是否有影響，關(guān)于這方面的報道目前相對較少。因此，研究煙籽油提取工藝及對對不同提取工藝來源的煙籽油中脂肪酸成分進(jìn)行差異分析顯得尤為迫切和重要。

種子油的提取方法包括物理方法和化學(xué)方法2種。有研究[10]報道，柑橘種子油以超臨界CO2萃取法最佳，出油率較高，油脂感官品質(zhì)較好，油脂中活性物質(zhì)檸檬苦素、諾米林及β-谷甾醇的含量較高；水酶法提取的油茶籽油酸值、VE、β-胡蘿卜素含量顯著高于浸出法和壓榨法，多酚含量、磷脂含量顯著低于浸出法和壓榨法；浸出法提取的核桃油脂中總飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸含量最高，水酶法提取的油脂中單不飽和脂肪酸含量最高[11]；低溫壓榨法提取的杏仁油和苦杏仁油油脂品質(zhì)最好[12-13]。Srbinoska等[7]研究認(rèn)為,超聲預(yù)處理提取煙籽油可提高收油率，縮短提取時間，防止亞油酸氧化，但該方法提取的煙籽油無法作為食品、保健品進(jìn)一步開發(fā)?？梢?，不同種子所適用的油脂提取方法不同，提取方法對油脂的出油率、成分及品質(zhì)有顯著影響。因此，本研究采用壓榨法和索氏提取法優(yōu)化煙籽油脂提取工藝，評價不同提取工藝獲得的煙籽油脂肪酸，可為煙籽油開發(fā)應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐，對拓展煙草種子產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)、推動種子產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和煙草種子產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展具有現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以種植于云南西雙版納州的MS云煙85(2008年種子和2019年種子)、MS云煙87(2009年種子)和MS K326(2011年種子)為材料。

1.2 處理設(shè)計

按照GB/T 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)—食品中水分的測定》進(jìn)行煙籽含水率的測定，并將符合標(biāo)準(zhǔn)的煙籽洗凈晾干、研磨過篩(50目)。分別以索氏提取法和壓榨法對煙草種子油進(jìn)行提取工藝的優(yōu)化，并對不同提取來源的煙籽油進(jìn)行脂肪酸成分分析和評價。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 煙籽油提取率

索氏提取法采用GB/T 14488.1—2008《植物油料—含油量測定》中的索氏提取法進(jìn)行提取。將煙草種子研磨后，準(zhǔn)確稱取一定量的樣品，分別以正己烷、石油醚、95%乙醇為溶劑，用不同溫度梯度、不同料液比及不同提取時間來優(yōu)化煙籽油的提取工藝。煙籽油索氏提取法提取率計算公式為：X=(m1-m0)/m2×100%，X為提取率(%)，m1為恒重后接收瓶和油的含量，m0為接收瓶的質(zhì)量，m2為試樣的質(zhì)量，單位均為g。

壓榨法首先準(zhǔn)確稱取一定量研磨后的樣品，記為m0。將接油盆洗凈、烘干至恒重，并稱量記為m1，榨油機(jī)預(yù)熱15 min后進(jìn)行壓榨。將接完油后的接油盆稱量記為m2。煙籽油壓榨法提取率計算公式為：X=(m2-m1)/m0×100，式中X是提取率(%)，m2是恒重后接收盆和油的含量，g，m1是接收盆的質(zhì)量，g，m0是試樣的質(zhì)量，單位均為g。

1.3.2 脂肪酸組成

測量方法。稱取40 mg樣品移入具塞試管中，加入4 mL氯乙酰的甲醇溶液(1∶10)和1 mL用甲醇配制的1 mg·L-1十一碳酸甲酯內(nèi)標(biāo)溶液，密封后在80 ℃條件下水浴2.5 h。冷卻至室溫后加入5 mL的7% K2CO3水溶液。隨后2 000 r·min-1離心1 min，取上清液過0.22 μm尼龍濾膜，用氣相色譜儀進(jìn)行測定?；旌现舅峒柞?biāo)準(zhǔn)品用正己烷配制成適當(dāng)濃度用于脂肪酸的定性分析。

氣相色譜條件。以氮氣為載氣，流速為2 mL·min-1，進(jìn)樣量為1 μL，分流比為1∶29.5，進(jìn)樣口溫度和檢測器溫度分別為270 ℃和280 ℃；初始柱溫100 ℃保持3 min，以20 ℃·min-1升至170 ℃，保持10 min，再以10 ℃·min-1升至200 ℃，保持5 min，最后以2 ℃·min-1升至230 ℃，保持5 min。通過對照標(biāo)準(zhǔn)品保留時間對樣品中脂肪酸進(jìn)行定性，使用內(nèi)標(biāo)法定量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 索氏提取法條件優(yōu)化分析

2.1.1 煙籽粒徑對索氏提取法煙籽油提取率的影響

根據(jù)GB/T 14488.1—2008《植物油料—含油量測定》的要求，小粒油料需要過16目篩，而煙籽樣品在不研磨的前提下可過30目篩，滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。但是為了提高提取率，稱取相同質(zhì)量的研磨且過50目篩的煙籽和未研磨的煙籽，分別在55 ℃的石油醚溶液中索氏提取8 h。按索氏提取法進(jìn)行煙籽油的提取，根據(jù)索氏提取法計算公式進(jìn)行煙籽油提取率的計算。結(jié)果表明，研磨且過50目篩的煙籽油提取率為(38.53±2.01)%，未研磨的煙籽油提取率為(1.64±0.03)%(圖1)，兩者差異顯著，因此，選用研磨且過50目篩的煙籽進(jìn)行索氏提取試驗。

柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，圖2同。圖1 煙籽粒徑對索氏提取法煙籽油提取率的影響

2.1.2 有機(jī)溶劑對索氏提取法煙籽油提取率的影響

提取時間為8 h，3種溶劑提取條件分別如下：正己烷在85 ℃，料液比為1∶20 mg·L-1；石油醚在50 ℃，料液比為1∶25 mg·L-1；95%乙醇在95 ℃，料液比為1∶20 mg·L-1。按索氏提取法進(jìn)行煙籽油的提取，根據(jù)索氏提取法計算公式進(jìn)行煙籽油提取率的計算。結(jié)果表明，石油醚、正己烷和95%乙醇煙籽提取率分別為(46.21±1.33)%、(49.32±1.31)%和(11.43±2.31)%(圖2)。不同溶劑提取效果依次為正己烷>石油醚>95%乙醇。95%乙醇提取率最低，而且由于提取溫度高，容易引起油脂渾濁。雖然石油醚沸程較寬(30～60 ℃)，但是在加熱回流過程中溶劑低沸點成分容易揮發(fā)流失，影響提取效果。正己烷不僅沸點適中，提取出的油脂清澈透亮，而且提取率最高。因此，本試驗選擇正己烷為試驗溶劑進(jìn)行進(jìn)一步條件優(yōu)化。

圖2 不同有機(jī)溶劑對索氏提取法煙籽油提取率的影響

2.1.3 溫度對索氏提取法煙籽油提取率的影響

以正己烷為溶劑、料液比為1∶20 mg·L-1、提取時間為8 h的條件下，分別以75、80、85和90 ℃按索氏提取法進(jìn)行煙籽油的提取，根據(jù)索氏提取法計算公式進(jìn)行煙籽油提取率的計算。結(jié)果如圖3所示，4個溫度的提取率分別為41.77%、44.09%、45.87%和45.81%。煙籽油提取率在溫度為75～85 ℃之間隨溫度升高而升高，而溫度到了85 ℃時提取率基本不再變化。所以選取85 ℃作為煙籽浸提溫度。此溫度下提取出的油脂清澈鮮亮，有利于后續(xù)研究。

圖3 溫度對索氏提取法煙籽油提取率的影響

2.1.4 料液比對索氏提取法煙籽油提取率的影響

以正己烷為溶劑、溫度為85 ℃、提取時間為8 h條件下分別以1∶10、1∶15、1∶20、1∶25 mg·L-1料液比按索氏提取法進(jìn)行煙籽油的提取，根據(jù)索氏提取法計算公式進(jìn)行煙籽油提取率的計算(圖4)。不同料液比的提取率分別為45.68%、45.13%、45.81%和40.97%。整體來看在料液比為1∶10～1∶20 mg·L-1時，隨料液比的降低，提取率并沒有明顯的變化趨勢，而是具有波動性，其中料液比為1∶20 mg·L-1時煙籽油的索氏提取效果最好，所以選取1∶20 mg·L-1為最佳料液比。

圖4 料液比對索氏提取法煙籽油提取率的影響

2.1.5 提取時間對索氏提取法煙籽油提取率的影響

以正己烷為溶劑、溫度為85 ℃、料液比為1∶20 mg·L-1的條件下分別用4、6、8和10 h按索氏提取法進(jìn)行煙籽油的提取，根據(jù)索氏提取法計算公式進(jìn)行煙籽油提取率的計算(圖5)。不同提取時間的提取率分別為35.06%、41.60%、45.81%和43.68%。起初，隨著索氏提取時間的增加，提取率不斷升高。當(dāng)時間為8 h時煙籽的提取率達(dá)到最大值，隨后提取率隨時間的增加而降低。因此，選取8 h為提取時間。

圖5 提取時間對索氏提取法煙籽油提取率的影響

2.2 壓榨法條件優(yōu)化分析

2.2.1 進(jìn)樣量對壓榨法提取效果的影響

由于煙籽樣品稀少且珍貴，所以用白芝麻籽代替煙籽進(jìn)行進(jìn)樣量的優(yōu)化試驗。在壓榨溫度為200 ℃、白芝麻含水率為4%(與煙籽保持一致)、物料粒徑為30目的條件下，分別將50、80、100和200 g做為壓榨進(jìn)樣量，按壓榨法進(jìn)行芝麻油的提取，根據(jù)壓榨提取法計算公式進(jìn)行提取率的計算(圖6)。白芝麻油的提取率依次為53.81%、59.83%、54.16%和52.13%。其中進(jìn)樣量為80 g時白芝麻籽的壓榨效果最好，為最佳進(jìn)樣量，所以在以后的試驗中選擇80 g為進(jìn)樣量。

圖6 進(jìn)樣量對壓榨法提取效果的影響

2.2.2 粒徑對壓榨法提取效果的影響

對煙籽直接壓榨，發(fā)現(xiàn)并未能壓榨出油。將煙籽研磨至50目時，可以壓榨出油。索氏提取法所選取的粒徑也為50目，粒徑相同更有可比性，所以壓榨法煙籽油的提取選取50目粒徑進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

2.2.3 溫度對壓榨法提取效果的影響

在物料粒徑50目、含水率為4%的條件下，壓榨溫度分別為160、200和240 ℃按壓榨法進(jìn)行煙籽油的提取，根據(jù)壓榨提取法計算公式進(jìn)行提取率的計算(圖7)。煙籽油提取率依次為25.67%、35.82%和28.28%。可以看出在200 ℃時可以獲得最高提取率，所以壓榨提取煙籽油的最佳提取溫度為200 ℃。

圖7 溫度對壓榨法提取煙籽效果的影響

2.3 不同方法提取的煙籽油脂肪酸組成對比

對3種索氏提取法和一種壓榨法提取的煙籽油進(jìn)行脂肪酸組成分析。索氏提取法提取條件：提取溶劑正己烷提取時間8 h，料液比1∶20，溫度85 ℃，提取率為49.32%；提取溶劑石油醚提取時間8 h，料液比1∶25，溫度50 ℃，提取率為46.21%；提取溶劑95%乙醇提取時間8 h，料液比1∶20，溫度95 ℃，提取率為11.43%。壓榨法提取條件：溫度200 ℃，提取率為35.82%。

4種提取方法煙草籽油的脂肪酸組成分析結(jié)果見表1，氣相色譜圖見圖8～11。分析了36種脂肪酸，檢測出17種脂肪酸。油脂樣品均主要含4種脂肪酸，即棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、亞油酸(C18∶2n6c)和α-亞麻酸(C18∶3n3)，這4種脂肪酸占總脂肪酸的98%以上。根據(jù)脂肪酸的不飽和程度，可分為飽和脂肪酸(saturated fatty acid，SFA)、單不飽和脂肪酸(monounturated fatty acid，MUFA)和多不飽和脂肪酸(polyunturated fatty acid，PUFA)。4種方法提取的煙草籽油飽和脂肪酸含量均值為12.82%，單不飽和脂肪酸含量均值為0.26%，多不飽和脂肪酸含量均值為86.93%，說明煙草籽油中脂肪酸以多不飽和脂肪酸為主，飽和脂肪酸為輔。其中多不飽和脂肪酸主要為亞油酸，飽和脂肪酸主要為棕櫚酸。其他常見植物油脂中亞油酸含量分別為甘草油59.50%、菜籽油16.30%、油茶籽油12.20%、花生油41.3%、米糠油47.70%、大豆油49.30%、芝麻油50.30%、玉米胚芽油56.20%、核桃油64.90%、葵花籽油68.40%、葡萄籽油67.77%[14]。上述植物油脂中亞油酸含量均低于煙草籽油中亞油酸含量(84.72%)。亞油酸是人體不能自行合成的必需脂肪酸之一，是功能性多不飽和脂肪酸中最早被認(rèn)識的一種，有助于生長、發(fā)育及妊娠，特別是有利于皮膚和腎的完整性，攝入大量亞油酸對高甘油三酯血癥病人治療效果較為明顯。我國藥典仍采用亞油酸乙酯丸劑、滴劑做為預(yù)防和治療高血壓、動脈粥樣硬化及冠心病的藥物。在預(yù)防高血壓病的膳食研究中，更多的研究者傾向于亞油酸和鉀與膳食纖維結(jié)合，在低脂飲食中發(fā)揮有益作用。棕櫚酸具有提高血液膽固醇和低密度脂蛋白的作用，因此，棕櫚酸含量越低對人體健康越有益。常見植物油脂中棕櫚酸含量分別為榛子油2.82%、甘草油19.15%、巴塘核桃油5.06%、花生油10.09%、油莎豆油20.39%、茶油8.80%、橄欖油10.14%、牡丹籽油5.26%、菜籽油4.5%、大豆油10.50%[14-18]。煙草籽油中棕櫚酸含量在8.45%～9.00%，與其他植物相比處于居中水平。有研究[19]表明，煙籽油可影響大鼠血清膽固醇水平及肝臟中膽固醇代謝相關(guān)調(diào)控基因的表達(dá)，具有明顯的降低膽固醇作用。綜上所述，煙草籽油既具有很高的營養(yǎng)價值，又含有部分對人體不利的脂肪酸。對比4種方法提取的煙草籽油脂肪酸組成可知，浸提和壓榨獲得的煙草籽油的脂肪酸含量與組成差異不顯著。

表1 不同方法提取的煙籽油脂肪酸組成含量分析結(jié)果

圖8 索氏提取法提取溶劑為正己烷的煙籽油脂肪酸氣相色譜

圖9 索氏提取法提取溶劑為石油醚的煙籽油脂肪酸氣相色譜

圖10 索氏提取法提取溶劑為95%乙醇的煙籽油脂肪酸氣相色譜

圖11 壓榨法煙籽油脂肪酸的氣相色譜

3 小結(jié)與小結(jié)

煙籽油作為新型油料，在功能油脂方面具有較高的開發(fā)價值。本文通過對煙草種子油脂提取工藝的研究，綜合出油率和脂肪酸組分分析結(jié)果，確定出最佳的壓榨和浸提工藝。壓榨工藝為：研磨至粒度為50目大小的煙草種子粉末(含水率4.6%)，200 ℃壓榨，出油率達(dá)35.82%。浸提工藝為：將同樣含水率和粒度的煙草種子粉末，以正己烷為溶劑，料液比1∶20 mg·L-1，85 ℃浸提8 h，可獲得最高出油率49.32%。結(jié)果表明，浸提法出油率明顯高于壓榨法，但壓榨法更綠色安全無溶劑殘留。浸提法提取溫度低，而壓榨法提取溫度較高，長時間高溫可能會使煙草籽油的品質(zhì)有所下降。脂肪含量是評價油質(zhì)量優(yōu)劣的一個重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。通過脂肪酸成分分析可知煙籽油中主要為多不飽和脂肪酸，含量達(dá)86.93%。同時煙籽油還含有對健康有害的棕櫚酸，含量為8.67%，與其他油料作物相比處于居中水平。煙籽油既具有很高的營養(yǎng)價值和保健功能，又含有部分對人體不利的脂肪酸，可經(jīng)過進(jìn)一步對有益脂肪酸的提取獲得更高價值的功能性產(chǎn)品，從而發(fā)揮更高的經(jīng)濟(jì)價值。通過對比不同提取方法的煙籽油脂肪酸含量和組成，處理間脂肪酸組成差異并不顯著，說明壓榨過程中的高溫對脂肪酸的影響不大。綜上所述，建議不考慮健康品質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)可用高出油率的正己烷浸提法提取煙籽油；如用于食用油或者保健品，鑒于煙籽油是煙草行業(yè)的副產(chǎn)物，需進(jìn)行進(jìn)一步的品質(zhì)分析及毒理學(xué)評價[20-21]。