文冠果油中植物甾醇的提取及其抑菌特性研究

曹立強(qiáng),李丹丹,鄧 紅,韓 瑞,田子卿

陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院,西安 710062

文冠果油中植物甾醇的提取及其抑菌特性研究

曹立強(qiáng),李丹丹,鄧 紅＊,韓 瑞,田子卿

陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院,西安 710062

以文冠果油為原料,采用皂化法提取文冠果植物甾醇。通過均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究了堿液用量、提取溫度、提取時(shí)間等因素對(duì)文冠果油中植物甾醇純度和提取率影響,初步確定了皂化法提取工藝條件,并采用抑菌圈法分析了甾醇粗提物對(duì)大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、毛霉和青霉的抑菌特性。結(jié)果表明,文冠果植物甾醇提取的較佳工藝參數(shù)為:濃度 1 moL/L的氫氧化鈉堿液與油用量比為 14︰ 1(mL/g),提取溫度 75℃,提取時(shí)間 40 min。文冠果甾醇粗提物對(duì)毛霉和青霉無抑制作用,對(duì)大腸桿菌和枯草芽孢桿菌有明顯抑制作用,且對(duì)大腸桿菌的抑制作用尤為突出,文冠果植物甾醇是一種較好的抗菌劑。

文冠果油;植物甾醇;提取;抑菌特性

文冠果 (Xanthoceras sorbifoliaBunge)是無患子科文冠果屬落葉喬木或大灌木,原產(chǎn)我國(guó)北方干旱寒冷地區(qū),早在 1200年前,我國(guó)就有利用文冠果資源的記載[1]。文冠果是我國(guó)北方地區(qū)很有發(fā)展前途的珍稀木本油料和水土保持樹種[2],其種子可食用也可榨油,種仁含油 55%～65%,含蛋白質(zhì) 23%～26%,總碳水化合物8%～9%,總糖2%～3%,文冠果皂甙 0.5%,18種微量元素等,據(jù)朱丹、黃玉廣等人的研究表明,文冠果種仁具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[3]。此外,文冠果種仁油中非皂化部分含有較多的甾醇,具有很高的醫(yī)用價(jià)值[4]。

植物甾醇是一種類似于環(huán)狀醇結(jié)構(gòu)的物質(zhì),主要存在于植物油不皂化物中。不同植物油中所含的植物甾醇不一樣,天然植物甾醇主要有 4種,即谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇[5]。植物甾醇對(duì)人體的諸多功能及其特有的性質(zhì),使植物甾醇及其衍生物在醫(yī)藥、食品、化妝品及飼料、畜牧等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,并展現(xiàn)出其獨(dú)特效果和良好開拓前景。作為油脂中一種功能性成分,植物甾醇也是油脂工程研究的重要內(nèi)容之一[6]。

目前有關(guān)從文冠果油中提取植物甾醇的工藝的研究尚未報(bào)道,且關(guān)于植物甾醇的抗菌特性的研究也較少。本項(xiàng)目以冷榨文冠果油后的廢棄油餅為原料制備文冠果油,采用皂化法[7]提取文冠果植物甾醇,以期為文冠果油脂的深度開發(fā)及植物甾醇新資源的開辟提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料、試劑與儀器

1.1.1 材料

文冠果籽購(gòu)自陜西省志丹縣特種作物研究所,破殼取仁,以冷榨法制取文冠果種仁油之后的廢棄油餅為原料,粉碎過 40目篩,備用。

1.1.2 試劑

石油醚 (60～90℃),95%乙醇,氫氧化鈉,無水硫酸鈉,乙酸酐,丙酮,酚酞,氫氧化鉀等均為分析純?cè)噭?/p>

1.1.3 試驗(yàn)菌株

大腸桿菌 (coli)、枯草芽孢桿菌 (B acillussubtilis)、毛霉 (Hairm ould)、青霉 (Penicillium)均由本校生命科學(xué)學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室提供。

1.1.4 主要儀器

KQ-200KDE型高功率數(shù)控超聲儀:昆山市超聲儀器有限公司;BS224S電子分析天平:北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器:鞏義市英峪予華儀器廠;PHS-3C精密 pH計(jì):上海精密科學(xué)儀器有限公司;可見光分光光度儀:尤尼柯(上海)儀器有限公司;高壓滅菌鍋、恒溫培養(yǎng)箱等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 文冠果油的制備

取一定量的冷榨文冠果廢棄油餅粉置于 500 mL平底燒瓶中,采用超聲輔助溶劑提取法制備文冠果油。以沸程 60～90℃的石油醚為溶劑,文冠果油的提取工藝參數(shù)[8]為:料液比 1∶10(g/mL)、提取溫度60℃、提取時(shí)間 35 min、超聲波頻率60 kHz,在該工藝條件下浸提四次,得到文冠果油。

1.2.2 文冠果油中植物甾醇的提取

皂化法工藝流程:文冠果油→加堿皂化→萃取溫→濃縮→甾醇粗制品。皂化操作方法:準(zhǔn)確稱取文冠果油 15 g置于圓底燒瓶中,按一定比例加入 1 mol/L堿-乙醇溶液,在攪拌下緩慢升溫至一定溫度,恒溫磁力攪拌器中加熱回流 2 h,使油完全皂化且油珠消失,即得皂化液?；厥找掖?20 mL,皂化液加蒸餾水 125 mL冷卻,備用。取皂化液 300 mL,用300 mL乙醚提取 3次,合并乙醚提取液。提取液用80 mL蒸餾水水洗 3次,再依次用 80 mL 0.5 mol/L氫氧化鉀溶液和 80 mL蒸餾水連續(xù)洗滌醚液 2次,然后再水洗至加入酚酞指示劑后洗滌液呈無色為止。最后將提取液用無水硫酸鈉干燥,常溫下減壓蒸餾回收乙醚后,得到文冠果油粗甾醇。計(jì)算公式:

1.2.3 甾醇抑菌特性

供試菌種為細(xì)菌:大腸桿菌、枯草芽孢桿菌;霉菌:毛霉、青霉。

(1)植物甾醇的稀釋:取 0.1 g植物甾醇粗提物注入小試管中,用移液管移取一定量丙酮配制成0.8 g/mL的溶液,以二倍稀釋法再用丙酮配置成 1/ 2倍、1/4倍、1/6倍的溶液備用。

(2)培養(yǎng)基的制備及其滅菌:按照相關(guān)方法制備牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬鈴薯培養(yǎng)基,倒平板。平板、移液管和所用的濾紙片等相應(yīng)器皿在 165℃高溫下滅菌 2 h,蒸餾水、培養(yǎng)基在 121℃的高壓蒸汽鍋中滅菌 20 min。

(3)抑菌試驗(yàn):將各菌種于試驗(yàn)前 16 h活化,從活化的菌種中各取 0.2 mL放入已滅菌的平板中涂布。采用抑菌圈法檢測(cè)抑菌效果,以蒸餾水和丙酮作對(duì)照,抑菌圈的大小表示了抑菌特性的強(qiáng)弱。

抑菌特性計(jì)算方法:

式中:-Φ為三次直徑的平均值;Φ1為對(duì)照生長(zhǎng)直徑;Φ2為各試驗(yàn)處理生長(zhǎng)直徑;6為濾紙片直徑。

1.3 分析方法

1.3.1 植物甾醇的定性測(cè)定

采用金世梅、朱惠等[9]的方法對(duì)植物甾醇進(jìn)行定性分析。

1.3.2 植物甾醇的純度分析

采用改進(jìn)的 Lebennann-Burchard比色法測(cè)定甾醇樣品中總甾醇的含量。

1.4 文冠果油甾醇提取試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用了 U10(53)均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)[10]。以粗提物純度為試驗(yàn)指標(biāo),試驗(yàn)因素分別為堿液用量、溫度、時(shí)間,均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表 1所示。

表 1 U10(53)均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 1 Uniform design table

2(10:1) 3(65) 40 4 2(10:1) 4(70) 50 5 3(12:1) 5(75) 60 6 3(12:1) 1(55) 20 7 4(14:1) 2(60) 30 8 4(14:1) 3(65) 40 9 5(16:1) 4(70) 50 10 5(16:1) 5(75) 60 3

2 結(jié)果與分析

2.1 植物甾醇定量分析標(biāo)準(zhǔn)曲線

按照 1.3.2的方法測(cè)得甾醇濃度與吸光度的對(duì)應(yīng)值,繪制植物甾醇定量分析標(biāo)準(zhǔn)曲線 (如圖 1所示)。得到曲線的回歸方程為:y=5.37x-0.0279,相關(guān)系數(shù) R2=0.986,說明曲線回歸性較好,可進(jìn)行定量分析。此方法簡(jiǎn)單快速,整個(gè)操作僅需 0.5 h,適用于工廠的快速測(cè)定,實(shí)用性強(qiáng)。

2.2 文冠果油皂化粗提物的定性分析

將粗提物溶于氯仿,在試管中,沿管壁緩緩加濃硫酸,則成為兩液層,接界面顯現(xiàn)為玫瑰紅色;再將粗提物溶于乙酸酐,滴加濃硫酸,溶液呈黃綠色。定性分析結(jié)果表明所提取的物質(zhì)中確含有植物甾醇。

圖 1 植物甾醇濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Concentration of standard curve for phytosterol

2.3 文冠果油中植物甾醇的提取試驗(yàn)

分別以堿液用量、提取溫度、堿的種類為試驗(yàn)因素,以甾醇提取率、粗提物純度為試驗(yàn)指標(biāo),采用U10(53)均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)表進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果如表 2所示,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)DPS軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行二次多項(xiàng)式逐步回歸分析,結(jié)果如表 3所示。

表 2 U10(53)均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Unifor m design experimental results

利用DPS軟件,根據(jù)表 2的數(shù)據(jù)得出甾醇純度與試驗(yàn)因素的二次回歸方程為:Y1=5.49933333+ 6.770743590X1-8.080410256X2+3.1080000000X3-0.6221794872+1.3705128205,相關(guān)系數(shù) Ra= 0.6817,回歸方程顯著性檢驗(yàn) p=0.1914>0.1,說明各因素水平對(duì)甾醇的提取純度的影響不顯著。

同樣得出甾醇的提取率與試驗(yàn)因素的二次回歸方程為:

Y2=-1.429528302+2.1452566038X2-0.07165534591-0.3198817610+0.24666666667,回歸方程顯著性檢驗(yàn) p=0.0359<0.05,說明各因素水平對(duì)甾醇的提取純度的影響顯著。相關(guān)系數(shù) Ra=0.8347,所得回歸方程能較好預(yù)測(cè)皂化法的提取率。

其次,從表 2的結(jié)果可知,純度最高時(shí)各因素組合與甾醇提取率最高時(shí)各個(gè)因素組合并不完全相同,綜合考慮純度和提取率,確定試驗(yàn)較佳條件為:堿液用量 14∶1,提取溫度 75℃,皂化時(shí)間 40 min。

表 3 最優(yōu)條件驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Optimal conditions verify experimental results

在較優(yōu)條件下,實(shí)際值得到的文冠果油甾醇純度和提取率均與預(yù)測(cè)值基本吻合,說明上述試驗(yàn)條件為文冠果植物甾醇最優(yōu)提取條件,即堿液用量 14∶1(mL/g),提取溫度 75℃,皂化時(shí)間 40 min。此條件下,甾醇的提取率約為 3%,即每噸的廢油餅可以生產(chǎn)30千克的粗甾醇,若按照甾醇在國(guó)際市場(chǎng)上的價(jià)格來算,其經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益比較可觀。

2.4 文冠果油中植物甾醇的抑菌特性

按照 2.2.3的方法進(jìn)行試驗(yàn),文冠果植物甾醇粗提物的抑菌特性試驗(yàn)結(jié)果如表 4所示。

表 4 文冠果油中植物甾醇的抑菌特性試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The phytosterol ofShinyleaf yellowhornseed oil phytocholesterol characteristic experimental results

抑菌圈的直徑大小顯示了文冠果植物甾醇粗提物的抑菌效果。由表 4可知,文冠果植物甾醇粗提物對(duì)細(xì)菌有抗菌特性,對(duì)大腸桿菌的抑菌效果要比對(duì)枯草芽孢桿菌的抑菌效果好;而文冠果植物甾醇對(duì)毛霉和青霉沒有抑菌作用。

此外,文冠果植物甾醇對(duì)大腸桿菌的最低抑菌濃度(M IC)為 0.06(mg/mL),在試驗(yàn)范圍內(nèi)最大抑制率為 55.88%。抑制枯草芽孢桿菌的文冠果植物甾醇最小濃度為 0.02(mg/mL),在試驗(yàn)范圍內(nèi)最大抑制率為 44.95%,與常用防腐劑苯甲酸鈉比較,相同濃度下,后者抑菌效果不如植物甾醇好,并且通過對(duì)比,其M IC比植物甾醇M IC普遍偏高。

由于本試驗(yàn)樣品僅為粗提物,未對(duì)文冠果植物甾醇提取物進(jìn)行分離純化,另外,試驗(yàn)所選菌種種類較少,無法說明對(duì)其他類型菌種有無抑菌效果,需要進(jìn)一步對(duì)甾醇粗提物進(jìn)行純化,擴(kuò)大菌種范圍,深入探討其抑菌效果,為食品工業(yè)開發(fā)新型天然抗菌劑提供試驗(yàn)依據(jù)。

3 結(jié)論

(1)文冠果植物甾醇的較佳提取工藝為:所用堿為 1 mol/L的氫氧化鈉,皂化時(shí)間 40 min,堿液與油用量比為 14∶1(mL/g),提取溫度 75℃。

(2)文冠果甾醇粗提物對(duì)毛霉和青霉無抑制作用,對(duì)大腸桿菌和枯草芽孢桿菌有明顯抑制作用,對(duì)大腸桿菌的抑制作用尤為突出,文冠果植物甾醇是一種較好的抗菌劑。

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10 Liu KY(劉魁英).Food Research and Data Analysis(食品研究與數(shù)據(jù)分析).Beijing:China Light Industrial Press, 2005,213-229.

Study on the Extraction and Antibacterial Properties of Phytosterol from the Shinyleaf Yellowhorn Seed O il

CAO Li-qiang,L IDan-dan,DENG Hong,HAN Rui,T IAN Zi-qing
College of Food Engineering and Nutritional Science,Shaanxi Nor m alUniversity,Xi’an 710062,China

Using shinyleaf yellowhorn seed oil as raw materials,the phytosterol was extracted with saponification method.The influence factors such as dosage of alkali,extracting temperature and time to the pureness and extracting ratio of phytosterolwas discussed through the uniform exper imental design,and the purenessof phytosterolwas analyzed through visible light spectrophotometry.At the same time,the antibacterialpropertiesofphytosterol to the E.coli,Bacillus subtilis,Mucor and Penicillium was determined using antibacterial ring method.The results show that the optimal technical parameters are:dosage of alkali liquor(1 moL/L)14 mL/g oil,extracting temperature 75℃,extracting time is40 min. The crude extraction of phytosterol have stronger antibacterial effect on the Escherichia coli and Bacillus subtilis,no effect on theMucor and Penicillium.The shinyleaf yellowhorn phytosterol are better antibacterial agent.

shinyleaf yellowhorn seed oil;phytosterol;extraction;antibacterial properties

1001-6880(2010)02-0334-05

2009-07-06 接受日期:2009-11-27

陜西師范大學(xué)優(yōu)秀科技預(yù)研項(xiàng)目(200802020)

＊通訊作者 Tel:029-85310410;E-mail:deng67hongli@sina.com

TQ645

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