牡丹籽油的提取方法及其營養(yǎng)價值的研究進展

張乾浩，馬望京，馬倩文，宮清濤，肖 露，程 敏,4

(1.浙江萬里學院生物與環(huán)境學院，浙江 寧波 315100；2.中國科學院理化技術研究所，北京 100190；3.商洛學院生物醫(yī)藥與食品工程學院，陜西 商州 726000；4.陜西秦嶺特色生物資源產(chǎn)業(yè)技術研究院有限公司，陜西 商州 726000；5.南京科津新材料研究院有限公司，江蘇 南京 211106)

牡丹在我國種植已有非常悠久的歷史，早期主要以藥用價值和觀賞價值為主。近年來人們發(fā)現(xiàn)牡丹籽油中含有大量人體所需的不飽和脂肪酸(UFAs)，其中尤以α-亞麻酸(ALA)含量最高，占總不飽和脂肪酸質量分數(shù)的42%以上[1]。牡丹籽油中含有植物甾醇、VE、角鯊烯等以及鈣、鐵、鉀、鋅、鎂等微量元素[2-4]，能有效改善人體機能、增強免疫、維護大腦健康、降低心血管疾病，還有預防糖尿病、肥胖癥以及抗癌抗氧化等作用[5-7]。牡丹籽油的提取方法大致可分為水代法、水酶法、溶劑浸提法、超臨界CO2流體萃取法以及壓榨法等，不同提取技術對牡丹籽油的提取效率、品質和營養(yǎng)成分都有很大的影響。因此探索出一套經(jīng)濟、高效、綠色、安全的生產(chǎn)模式，是目前牡丹籽油產(chǎn)業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。本文主要對牡丹籽油的幾種提取方法和影響提取效率的主要因素以及其在人體健康中的營養(yǎng)價值進行綜述，以期為牡丹籽油產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展、提高大眾對牡丹籽油營養(yǎng)價值認可度提供幫助。

1 牡丹籽油的提取方法

1.1 水提法

牡丹籽油的水提法可分為水代法和水酶法。其中水代法是我國提取植物油脂的一項傳統(tǒng)技術，其主要是利用了水分在油料中對油脂成分和非油成分親和力的不同，從而將油脂置換并分離開[8]。而水酶法(AEE)又稱酶輔助水提法，是一種以水為介質利用生物酶溶解細胞壁提取油料中油脂的技術[9]。這兩種方法最大的相似之處在于都是以水為溶劑，提取過程中都會因為水溶性蛋白與油脂發(fā)生乳化作用形成難以回收的乳化層[10]。最大的區(qū)別在于前期處理方式不同，水代法是利用物理手段研磨兌漿破壞細胞壁，而水酶法是利用生物酶溶解細胞壁釋放油脂。

除了乳化層的影響外，體系pH值、溫度、處理時間、料液比、油料顆粒大小以及攪拌等因素也是影響油提取率的關鍵[11]，此外酶的種類是影響水酶法提油率的關鍵因素。因此對于如何控制提取條件、去除乳化層提高游離油的回收率是水提法技術的難點之一[12]。為解決這一問題，昌友權等[13]在利用超高壓電裂解輔助水代法提取牡丹籽油的過程中，控制電場強度400 V/cm、電流頻率27.12 MHz、料液比1.0 ml/g，通電處理5 min可使游離油的回收率達到96.4%，其中ALA質量分數(shù)41.9%、總UFAs質量分數(shù)92%、酸值0.46 mg/g、過氧化值3.9 μg/g。王惠娟等[14]采用乙醇輔助水酶法提取牡丹籽油的過程中，先利用80%的乙醇預處理，再在堿性蛋白酶的作用下調節(jié)體系溫度35℃反應7 h，最終使游離油的回收率達到90.31%。其另一篇文章中提到利用先冷凍，再解凍的破乳方法[15]，可將游離油的回收率從86.21%提高到91.23%。又如江連洲等[16]采用超聲波輔助水酶法提取牡丹籽油的過程中，在40℃下調節(jié)超聲波功率到400 W提取45 min，再在纖維素酶的作用下可有效降低乳化率，提高牡丹籽油得率。

水代法和水酶法最大的優(yōu)點在于安全、健康、無溶劑殘留，操作簡單、作用條件溫和，能有效保護油中營養(yǎng)成分[17]。但水酶法最大限制在于生物酶的成本太高，反應時間太長，因此尚未取得工業(yè)化大批量運用[18]，而水代法就相對于成本更低。

1.2 溶劑浸提法

溶劑浸提法是利用脂溶性溶劑，在油料被粉碎研磨破除細胞壁的基礎上，運用固液萃取的原理[19]，來提取油料中的油脂。對于植物油的提取來說，常用的溶劑有烴類如正己烷、石油醚等，醇類如乙醇、丁醇-1等以及酯類中的乙酸乙酯等[20]。該方法具有較高的出油率，但提取效率一般，主要影響因素是提取溫度和提取時間以及有機溶劑的蒸除與回收等[21]。如王興宏等[22]利用石油醚浸提牡丹籽油的過程中，將牡丹籽粉碎過40目篩、料液比1∶11于57℃浸提5 h，最終精煉油的得率為21.37%。而林湘湘等[23]利用超聲波輔助石油醚浸提牡丹籽油時控制超聲波功率40 W、料液比1∶7于45℃提取45 min，使牡丹籽出油率提高到33.90%。這是因為超聲波的能量促使細胞分子高頻振動，加快了油脂的溶出速度從而大大縮短了浸提時間并提高了出油率。

對廣大消費者來說，綠色健康產(chǎn)品是人們迫切追求的目標。而對于該方法提取的食用油，人們總會有健康問題上的擔憂是否會有溶劑殘留。因此，研究者也在嘗試運用檸檬烯、蒎烯等綠色溶劑代替己烷等來提取食用油[20]。

1.3 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取技術是利用CO2在超臨界溫度(31.26℃)和超臨界壓力(7 MPa)條件下形成具有極強溶解力和擴散性的均勻流體來萃取目標物質[24],然后通過降溫減壓就可以使目標物質依次析出[25]。因為CO2是一種無毒、安全、便宜對油等非極性分子具有極強選擇性的物質，不會對目標物質產(chǎn)生任何影響且對熱敏性物質具有極好的保護作用[26]。

近年來利用超臨界CO2萃取技術提取牡丹籽油的研究比較多，其中溫度、壓力、流體流速、萃取時間是影響萃取效率的關鍵[27]。如易軍鵬等[28]將牡丹籽粉碎過60目篩后，控制萃取溫度45℃、壓力35 MPa、流量20 L/h、萃取120 min使牡丹籽油出油率達到24.22%。又如陸少蘭等[29]先用微波預處理再利用超臨界CO2萃取牡丹籽油的過程中，先將牡丹籽粉碎過100目篩后用800 W微波預處理40 s，控制萃取溫度40℃、壓力33 MPa、流量25 kg/h共萃取100 min后可使萃取效率達到98.55%，且品質良好無雜質殘留。所以該技術用在食用油的提取上是一種安全、健康、環(huán)境友好型方法，從原料、設備以及可控性來看都有望實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)。

1.4 壓榨法

壓榨法是比較傳統(tǒng)的植物油提取技術，也是目前中小型工廠提取牡丹籽油的主要方法。通過壓榨方式的不同可分為液壓壓榨、單螺旋壓榨、雙螺旋壓榨以及比較傳統(tǒng)的楔式壓榨和杠桿式壓榨[30]。壓榨法是通過物理擠壓將油脂從油料中分離出來，所以出油率不高且油渣中有較高的殘余油，主要影響因素是壓榨溫度、進料速度、壓力等，如李汶罡等[31]在利用適溫壓榨法提取牡丹籽油的過程中，控制溫度73℃、壓力4.6 MPa、進料速度1 600 g/min、含水率4.6%，出油率達到23.11%，但仍有7.02%殘油。該方法最大的優(yōu)點在于不加任何添加劑，具有操作簡單、綠色健康、營養(yǎng)成分保全完整的特點，非常符合當代人們健康飲食的理念。

2 牡丹籽油的營養(yǎng)價值

2.1 免疫調節(jié)作用

眾所周知，糖尿病是一種內(nèi)分泌代謝性疾病，其發(fā)生主要有兩個原因：一是胰腺功能缺失不能將血糖及時分解，二是免疫調節(jié)系統(tǒng)紊亂不能及時反饋抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的產(chǎn)生[32-33]。而ALA是一種天然的免疫調節(jié)劑能有效調節(jié)機體血糖水平，降低糖尿病的發(fā)病率、提高機體免疫力[34]。牡丹籽油中富含的ALA能有效抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性從而降低血脂水平[35]。如張夢蘭[33]實驗發(fā)現(xiàn)牡丹籽油對α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的半數(shù)抑制率(IC50)分別為14.03 mg/ml和4.28 mg/ml。通過復方牡丹籽油對糖尿病小鼠灌胃30 d后發(fā)現(xiàn)小鼠血糖水平明顯降低，其可能作用是通過調節(jié)小鼠體內(nèi)?；撬?、油酸的代謝，促進了亮氨酸、異亮氨酸及纈氨酸的合成，在改善血糖代謝紊亂的同時還增強了小鼠淋巴細胞增殖能力和NK細胞活性。又如孫燕[36]等在研究牡丹籽油對ICR清潔級雄性小鼠免疫功能影響的過程中發(fā)現(xiàn)，連續(xù)灌胃牡丹籽油20 d后小鼠血清中一氧化氮(NO)水平、脾臟中白介素-2(IL-2)水平以及腸黏膜組織中分泌型免疫球蛋白(sI-gA)水平均顯著提高，而脾臟中腫瘤壞死因子-α(TNF-α)顯著降低。不僅如此，ALA還具有調節(jié)神經(jīng)遞質、防治神經(jīng)炎癥，能有效預防或減輕抑郁癥、焦慮癥等精神疾病的發(fā)生[37-38]。

2.2 維護大腦健康

牡丹籽油中富含大量的ALA和植物甾醇，而ALA是合成ω-3長鏈多不飽和脂肪酸(ω-3 PUFAs)二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的前體物質[39]。人類大腦細胞膜中約有10%的脂質是由甾醇和ω-3系列脂肪酸組成[40]，而這些脂質關系到腦內(nèi)物質代謝、能量轉換以及信號轉導等[41]。所以日常膳食中補充適量富含ALA等不飽和脂肪酸的物質有助于促進大腦發(fā)育、維護大腦健康以及提高記憶力和學習能力，且對于防治阿爾茲海默癥(AD)、帕金森(PD)、癡呆癥等神經(jīng)退行性疾病具有重要意義[42-43]。如李峰等[44]在利用中鏈脂肪酸(MCFA)結合ALA對APPswe/PS1DE9雙轉基因小鼠(研究AD病理的理想動物模型)的學習記憶行為及大腦β淀粉樣蛋白(Aβ42)、Tau蛋白表達的影響的研究中發(fā)現(xiàn)，MCFA和ALA能減少皮質及海馬組織中β淀粉樣蛋白斑塊和Tau蛋白磷酸化水平，從而改善APPswe/PS1DE9轉基因小鼠的學習記憶功能。

2.3 防治心血管疾病

近年來隨著我國人民生活質量的提高，日常飲食中補充了太多飽和脂肪酸以至于引發(fā)眾多心血管疾病(CVD)如高血壓、高血脂、冠心病、心肌梗死以及心律失常等[45]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)ω-3系列脂肪酸能有效調節(jié)血脂水平、改善細胞膜磷脂水平，影響細胞膜流動及信號傳導[46]。如梅松等[47]在利用高脂飼料對雄性成年健康SD大鼠進行造模，然后分成模型對照組和牡丹籽油低、中、高劑量組來探究牡丹籽油輔助降低SD模型大鼠血脂水平的功能作用中發(fā)現(xiàn)，與模型對照組相比牡丹籽油各組均能降低大鼠體重且中高劑量組可顯著降低血清總膽固醇(TC)水平、高劑量組可顯著降低血清甘油三酯(TG)水平。又如南瑛等[48]在探究ALA對缺血性心衰的保護作用過程中，利用大鼠建立心肌梗死(MI)模型檢測心肌梗死一段時間后大鼠血清中的TNF-α、白細胞介素-6(IL-6)等炎癥因子以及炎癥小體NLRP3相關蛋白的變化。最終發(fā)現(xiàn)，投喂ALA的小鼠在心機梗死一周后炎癥小體NLRP3相關蛋白相對于對照組有明顯減少，且能有效改善其心臟功能抑制TNF-α和IL-6炎癥因子的生成。不僅如此，ω-3系列脂肪酸還具有通過調節(jié)鈉和Ⅰ型鈣離子影響細胞膜離子通道的功能，來防止心律失常維護心臟健康[46]。

2.4 抗癌抗氧化作用

癌癥以及人體早衰逐漸趨于年輕化，這與當代年輕人不規(guī)律飲食作息習慣有莫大關系。隨著科學技術不斷發(fā)展，研究者發(fā)現(xiàn)，細胞內(nèi)質膜成分、結構以及膽固醇的合成、代謝與癌癥的發(fā)生有著密切聯(lián)系[49]。而ω-3系列不飽和脂肪酸具有良好的抗炎、抗癌活性，能參與細胞膜的組成，影響細胞膜的流動和誘導細胞凋亡，且對癌細胞的增殖、轉移、存活有良好的防治作用[50]。如鄒佳文等[51]在研究牡丹籽油對結腸癌細胞HCT116的增值和調控作用中發(fā)現(xiàn)，牡丹籽油能顯著抑制結腸癌細胞HCT116的增殖和遷移能力。主要機理是牡丹籽油能影響細胞G1/S期相關靶基因的表達，從而抑制MAPK信號通路和下游轉錄因子AP-1和NF-κB的活性，抑制癌細胞的活性。不僅如此，牡丹籽油還具有極強抗氧化活性，對DPPH自由基的清除率可達52.49%[52]。如Han等[53]利用D-半乳糖注射小鼠構建衰老模型,來研究牡丹籽油的抗衰老效果時發(fā)現(xiàn)，連續(xù)灌胃牡丹籽油42 d后，小鼠大腦及肝臟組織中丙二醛(MDA)含量及單胺氧化酶(MAO)活性顯著低于模型對照組,而谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、銅鋅超氧化物歧化酶(Cu/ZnSOD)以及錳超氧化物歧化酶(Mn-SOD)含量顯著高于模型對照組,說明牡丹籽油具有很好的抗衰老功效。所以，日常飲食補充適量富含ALA的物質，對于人體身心健康都有很大幫助。

3 結語

隨著牡丹籽油營養(yǎng)價值的不斷開發(fā)，牡丹在我國種植面積和牡丹籽的產(chǎn)率都在急劇增加，逐漸成為我國又一重要油料來源。但目前牡丹籽油的工業(yè)化提取存在的提取效率低和溶劑殘留等問題，限制了牡丹籽油產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，尤其是溶劑浸提法更被廣大消費者所排斥。牡丹籽油的提取方法會向著安全、綠色、節(jié)能、高效等方向發(fā)展，而超臨界CO2流體萃取和水酶法是最有望實現(xiàn)大型工業(yè)化生產(chǎn)的提取方法。牡丹籽油的營養(yǎng)價值也會隨著科學技術的發(fā)展一點點被開發(fā)、被證實、被大眾熟知和認可。