6個(gè)種源山桐子種子含油率和脂肪酸GC/MS分析

王艷梅，王東洪，劉 震，2，王 玲，景自景，代 莉

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河南 鄭州 450002;2.北京林業(yè)大學(xué)省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

山桐子(Idesia polycarpa Maxim.)為大風(fēng)子科(Flacourtiaceae)山桐子屬(Idesia)落葉喬木，適應(yīng)性強(qiáng)，橫跨亞熱帶與暖溫帶廣泛分布.由于山桐子紅色漿果在落葉后仍掛于樹上，是重要的園林綠化觀賞樹種，同時(shí)由于種子含油率高、豐產(chǎn)、可食用，也可作為生物質(zhì)能源，而被譽(yù)為“樹上油庫(kù)”，是重要的生物質(zhì)能源樹種［1～3］.為了山桐子油的開發(fā)利用，展開了針對(duì)毛葉山桐子果實(shí)不同發(fā)育期的含油率及種子［4］、果實(shí)含油量及油脂成分的測(cè)定與分析［5］;研究了不同野生居群樣本及1個(gè)栽培種在不同成熟階段果實(shí)含油率和脂肪酸組分變化［5］，但對(duì)不同居群山桐子種子的一些理化常數(shù)未作測(cè)定，例如碘值、皂化值等，而且所選的種源不能代表山桐子的自然分布區(qū).而不同種源山桐子種子含油率以及油脂成分等指標(biāo)的差異是選育生物質(zhì)能源樹種山桐子優(yōu)良品種的前提，為此，本研究分析了6個(gè)不同種源山桐子種子含油率、理化常數(shù)以及脂肪酸等指標(biāo)的差異.旨在為選擇山桐子生物質(zhì)能源林栽培區(qū)域奠定基礎(chǔ)，為山桐子能源林的豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培提供重要的參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

山桐子種子是2009－11分別在湖南、河南、貴州、江西、江蘇和四川6個(gè)地區(qū)所采，自然晾干后，脫去果皮，種子除雜、凈化后放入冰箱低溫保存?zhèn)溆?

1.2 主要試劑

石油醚(60～90℃)，乙醚，甲醇，苯，HCl(濃)，乙醇(95%)，硫代硫酸鈉，碘，淀粉，酚酞，KOH，溴水等.

1.3 主要儀器設(shè)備

索氏提取器(配有鐵架臺(tái)、十字夾、龍爪、乳膠管)、球形冷凝管、直形冷凝管色譜分析儀、干燥箱、磁力攪拌器等.

1.4 試驗(yàn)方法

油脂提取采用索式提取法.粗油脂比重測(cè)定參照GB 5526—1985;皂化值測(cè)定參照GB/T 5534—1995;碘值按照李建武等［6］的方法進(jìn)行測(cè)定.脂肪酸甲酯的制備(甲酯化)參照張金艷等［7］方法，氣相色譜－質(zhì)譜(GC/MS)條件聯(lián)用參照汪茂［8］、魏福祥等［9］的方法.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種源山桐子種子含油率結(jié)果比較

提取過程中，除油脂外，一些脂溶性的色素、游離脂肪酸、磷脂、固醇及蠟等類脂也一并被提取出來(lái)，得到的油脂為粗油脂.山桐子粗油脂呈亮黃色，清澈透明，具有特殊氣味.各種源山桐子含油率結(jié)果見表1.

表1 不同種源山桐子種子含油率Table 1 Oil contents in Idesia plycarpa seeds from different pronvenances

由表1可以看出，不同種源山桐子種子含油率差別較大，變幅為11.34% ～26.54%，平均含油率為19.42%.其中河南種源的種子含油率最高，為26.54%，其次為四川、湖南、江蘇、江西，貴州的最低，為11.34%.由表1可以看出，不同種源山桐子千粒重、含水量也不同，千粒重變幅為1.565 9～3.637 8 g，含水率變幅為 5.67% ～7.35%.河南種源的山桐子種子千粒重最大而其含油率最高，貴州山桐子種子千粒重最低，含油率也最低.可見含油率受千粒重、含水率的影響.

2.2 山桐子油脂的理化常數(shù)

經(jīng)測(cè)定得各種源山桐子油理化常數(shù)，結(jié)果見表2.由表2知，山桐子油的相對(duì)密度為0.920 0～0.923 9，相對(duì)密度較輕;碘值在 133.1 ～135.6 mg·g－1，屬于干性油;皂化值在 192.1 ～195.1 mg·g－1，與一般油脂接近.

表2 不同種源山桐子種子油脂理化常數(shù)Table 2 Oils and fats physical＆chemical parameters of Idesia polycarpa seed from different provenances

2.3 色譜分析結(jié)果

2.3.1 山桐子油脂脂肪酸組成成分 利用氣相色譜－質(zhì)譜(GC/MS)聯(lián)用儀分析山桐子種子中脂肪酸成分，共檢測(cè)到10種脂肪酸，按照出峰先后順序，分別為十四酸(豆蔻酸)、十五酸、棕櫚油酸、棕櫚酸、十七碳酸、亞油酸、油酸、硬脂酸、12－羥基油酸、花生酸(表3).

表3 山桐子種子油脂中脂肪酸組成Table 3 Fatty acid composition in Idesia polycarpa seeds

由表3可以看出，山桐子種子油中均為C20以下的脂肪酸，且16碳和18碳脂肪酸比較集中;與柴油分子15個(gè)左右的碳鏈碳數(shù)相近，棕櫚油酸、亞油酸、油酸、12－羥基油酸為不飽和脂肪酸(UFA)，十四酸、十五酸、棕櫚酸、十七碳酸、硬脂酸、花生酸為飽和脂肪酸(SFA).

2.3.2 山桐子種子脂肪酸定量分析 利用GC/MS聯(lián)用儀得到各種源各脂肪酸相對(duì)含量(表4).

表4 不同種源山桐子種子中各脂肪酸的含量Table 4 Fatty acid composition and content in Idesia polycarpa seeds from different provenances %

由表4可以看出，6個(gè)種源山桐子種子油脂中的主要成分為亞油酸(73.936% ～84.603%)、棕櫚酸 (7.032% ～ 12.556%)、油酸(0.705% ～7.697%)、硬脂酸(3.014% ～4.273%)，山桐子油中還含有少量的12－羥基油酸、棕櫚油酸、花生酸、十七碳酸，同時(shí)還含有微量的十四酸、十五酸;各脂肪酸含量在不同種源間差異較大，亞油酸變幅為73.936% ～84.603%，油酸變幅為 0.705% ～7.697%，硬脂酸變幅為 3.014% ～ 4.273%;山桐子種子油脂中不飽和脂肪酸含量較高，達(dá)到84%以上.

3 討論與結(jié)論

本研究測(cè)得6種源山桐子種子油脂由10種脂肪酸組成，分別為十四酸(豆蔻酸)、十五酸、棕櫚油酸、棕櫚酸、十七碳酸、亞油酸、油酸、硬脂酸、12－羥基油酸、花生酸，其中主要成分為亞油酸，含量變幅為 73.936% ～84.603%，平均值為 80.106%;錢學(xué)射等［10］也對(duì)山桐子種子油脂組成進(jìn)行了分析，但不同地區(qū)成分有差別，陜西寧強(qiáng)的山桐子種子油由亞油酸(78.6%)、油酸(10.2%)、飽和脂肪酸(8.7%)、亞麻酸(2.5%)及微量的月桂酸及十六碳烯酸組成，四川的山桐子種子油脂由亞油酸(81.8%)、棕櫚酸(7.1%)、硬脂酸(3.5%)、油酸(6.5%)、亞麻酸(1.0%)及十六碳烯酸(微量)組成;湖北的山桐子種子油脂組成成分與四川基本一致，但各成分含量存在差異(亞油酸80.2%、棕櫚酸7.1%、硬脂酸1.8%、油酸10.3%、亞麻酸0.6%及微量十六碳烯酸).由此看來(lái)，本研究測(cè)出的十四酸(豆蔻酸)、十五酸、棕櫚油酸、十七碳酸、12－羥基油酸、花生酸為前人所未發(fā)現(xiàn)的;而文獻(xiàn)所測(cè)出的亞麻酸、十六碳烯酸等本研究并未測(cè)出.綜合看來(lái)，山桐子油脂的主要成分為亞油酸，可達(dá)80%以上，而棕櫚酸、油酸及硬脂酸等也為主要成分.

本研究對(duì)中國(guó)山桐子6個(gè)種源的種子含油率進(jìn)行了測(cè)定，其含油率變幅為11.34% ～26.54%，平均含油率為19.42%;來(lái)自6個(gè)不同的種源山桐子，也是山桐子主要分布區(qū)，相比較于錢學(xué)射等［10］對(duì)3個(gè)不同地區(qū)毛葉山桐子種子含油量為0.1% ～28.78%，應(yīng)該更具有代表性.山桐子作為可利用開發(fā)的生物質(zhì)能源樹種，其含油率的高低標(biāo)志著其產(chǎn)量的高低.山桐子的種子的平均含油率達(dá)19.42%，高者可達(dá)26.54%，表明山桐子含油率較高;祝志勇［5］研究發(fā)現(xiàn)山桐子果實(shí)油中含有6種高級(jí)脂肪酸，分別是棕櫚酸、棕櫚烯酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸.錢學(xué)射等［10］測(cè)定山桐子果肉含油量為43.6% ～53.6%，含油率高且高于種子含油率;因山桐子果實(shí)的皮薄肉少.本研究因材料限制，暫時(shí)沒有測(cè)定其果肉的含油率，需進(jìn)一步研究.

不飽和脂肪酸，尤其是人體不能合成的亞油酸，其含量是食用油品質(zhì)衡量的重要指標(biāo)，一般食用油比如花生油亞油酸含量為37.6%左右，菜籽油亞油酸含量12% ～24%，芝麻油亞油酸含量37.7% ～48.4%，葵花籽油亞油酸含量變化范圍為20% ～70%，大豆油亞油酸含量變化范圍為50% ～60%，核桃油亞油酸含量為78.6%左右，而山桐子可達(dá)80%以上;因山桐子中含有山桐子苦味素，因此味道很怪，但經(jīng)四川省工業(yè)衛(wèi)生研究所急性毒性試驗(yàn)，證明屬于無(wú)毒范圍，去除苦味素后［11］，山桐子油的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與橄欖油、核桃油不差上下，因此山桐子具有廣闊的高檔食用油開發(fā)前景.

油脂的不飽和程度常用碘值來(lái)表示.碘值大于130 mg·g－1，可認(rèn)為該油脂屬于干性油脂類;小于100 mg·g－1屬于不干性油脂類;100 ～130 mg·g－1則屬半干性油脂類;山桐子種子油碘值變化范圍為 133.1 ～135.6 mg·g－1，屬于干性油;其碘值高，則不飽和鍵多，不飽和程度大，容易被氧化而引起油脂的酸敗變質(zhì)，轉(zhuǎn)化為生物柴油.由此看來(lái)，山桐子含油率高，油質(zhì)好，雖為干性油，但不失為加工生物柴油的上好原料.

不同種源山桐子含油率存在顯著差異.而祝志勇［5］在對(duì)9個(gè)野生山桐子居群果實(shí)含油率的研究中也發(fā)現(xiàn)其含油率存在差異，其中4個(gè)群體的果實(shí)含油率超過40% ，以產(chǎn)于陜西寧強(qiáng)的山桐子種群是最具潛在利用價(jià)值的種群，并建議把此居群作為篩選生物柴油原料林種質(zhì)資源的核心種質(zhì)資源庫(kù);但并未對(duì)造成山桐子不同居群果實(shí)含油率差異的原因做進(jìn)一步探討.

含油率不排除采取的種子樣品本身具有大小、成熟期差異，但主要可能受環(huán)境和遺傳因素的綜合影響.山桐子雖然目前沒有相關(guān)的文獻(xiàn)，但在其它生物質(zhì)能源樹種已有報(bào)道.

楊郁文等［12］對(duì)中國(guó)貴州、緬甸、泰國(guó)以及澳大利亞等地的7個(gè)種質(zhì)的麻瘋樹種子的種仁含油率及脂肪酸組成研究發(fā)現(xiàn)，麻瘋樹種子的不飽和脂肪酸含量都很高，可能是由于貴州的平均溫度低于其它地區(qū)所致，認(rèn)為環(huán)境因素會(huì)造成含油率和脂肪酸組成的顯著變化;李化［13］對(duì)麻瘋樹種子的研究發(fā)現(xiàn)由于土壤、氣候等差異，以及進(jìn)化過程中自身種質(zhì)發(fā)生適應(yīng)環(huán)境的改變，不同來(lái)源的麻瘋樹種子的含油量以及油脂脂肪酸組成上會(huì)有差異，認(rèn)為麻瘋樹種子的含油率和脂肪酸的不飽和度隨著海拔的升高而升高，因?yàn)楹０卧礁撸瑴囟仍降?，而不飽和脂肪酸的凝固點(diǎn)比飽和脂肪酸高;敖妍［14］對(duì)文冠果含油率的研究發(fā)現(xiàn)，含油率在6個(gè)群體間差異顯著，群體內(nèi)單株間無(wú)顯著差異;文冠果含油率與地理氣候因子相關(guān)性不明顯.并將6個(gè)群體劃分為低產(chǎn)高含油率、中產(chǎn)中含油率、高產(chǎn)低含油率3類.吳志莊等［15］對(duì)中國(guó)黃連木分布區(qū)9個(gè)天然群體果實(shí)含油率進(jìn)行取樣測(cè)定.結(jié)果表明黃連木果實(shí)含油率呈東北—西南由低到高的地理變異走向，經(jīng)緯度高的地區(qū)黃連木果實(shí)含油率低于經(jīng)緯度低的地區(qū).種子和果肉含油率與生態(tài)因子也表現(xiàn)相似的變異趨勢(shì)，但對(duì)生態(tài)因子的反映更為遲鈍;王兆玉等［16］對(duì)中國(guó)的廣東、海南、貴州和印度等地所產(chǎn)小油桐種子含油率及其脂肪酸組成進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地的小油桐種子的含油率和脂肪酸組成方面均存在差異;油葵雜交種子粒和子仁含油率與海拔存在著明顯正相關(guān)，雜交種間與緯度相關(guān)不一致，有正相關(guān)、負(fù)相關(guān);對(duì)兩因素綜合分析比較，海拔對(duì)含油率的影響比緯度大［17］.

［1］DMYTRYSHYN S L，DALAI A K，CHAUDHARI S T，et al.Synthesis and characterization of vegetable oil derived esters:evaluation for their diesel additive properties［J］.Bioresource Technology，2004，92(1):55－64.

［2］HALL D O.Biomass energy in industrialized countries-a review of the future［J］.Forest Ecology and Management，1997，91(1):17 －45.

［3］YANG F X，SU Y Q，LI X H，et al.Preparation of biodiesel from Idesia polycarpa var.vestita fruit oil［J］.Industrial Crops and Products［J］.2009，29(2/3):622－628.

［4］楊幼林，何立瑩.毛葉山桐子果實(shí)不同發(fā)育期含油率測(cè)定簡(jiǎn)報(bào)［J］.四川林業(yè)科技，1987，10(4):74－75.

［5］祝志勇，王 強(qiáng)，阮 曉，等.不同地理居群山桐子的果實(shí)含油率與脂肪酸含量［J］.林業(yè)科學(xué)，2010，46(5):176－180.

［6］李建武.生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)原理與方法［M］.北京:北京大學(xué)出版社.2002.

［7］張金艷，滕占才.大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2006:168－170.

［8］汪 茂，田 謝，培 山.天然有機(jī)化合物提取分離與結(jié)構(gòu)鑒定［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:164;176－179.

［9］魏福祥.儀器分析及應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)石化出版社，2007:237－243.

［10］錢學(xué)射，張衛(wèi)明，顧龔平，等.燃料油植物毛葉山桐子的利用與栽培［J］.中國(guó)野生植物資源，2009，28(1):9－11.

［11］陳永生，楊 平，尚文博.專家力推毛葉山桐子產(chǎn)業(yè)化［EB/OL］.(2010－03－04)［2010－09－15］.http://www.greentimes.com/green/news/lscy/cjxw/content/2010 －03/04/content_80410.htm.

［12］楊郁文，倪萬(wàn)潮，張保龍，等.不同來(lái)源麻瘋樹種子的含油量和脂肪酸組成分析［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，(5):312－313.

［13］李 化，陳 麗，唐 琳，等.西南部分地區(qū)麻瘋樹種子油的理化性質(zhì)及脂肪酸組成分析［J］.應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2006，12(5):643 －646.

［14］敖 妍.不同地區(qū)文冠果群體種子含油率、產(chǎn)量變異規(guī)律［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(25):11967－11969.

［15］吳志莊，鮮宏利，尚忠海，等.黃連木天然群體果實(shí)含油率的地理變異［J］.林業(yè)科學(xué)，2009，45(5):69－73.

［16］王兆玉，林敬明，徐增富，等.幾個(gè)不同產(chǎn)地的小油桐種子含油率及其脂肪酸組成［J］.南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28(6):1045 －1046.

［17］王鵬冬，楊新元，白冬梅，等.油葵雜交種含油率與地理位置的關(guān)系研究［J］.中國(guó)油料作物學(xué)報(bào)，2002，24(4):38－42.