基于內(nèi)聚能密度原理提取巴旦杏仁中亞油酸和α-亞麻酸

袁亞美，楊曉君，丁澤人，巴 婷，李 洋，馬蘭梅

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院與藥學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

巴旦木是世界著名的經(jīng)濟(jì)林樹種和木本油料，其種仁具有重要的營養(yǎng)、醫(yī)藥、經(jīng)濟(jì)和保健價值[1-6]，油脂以不飽和脂肪酸為主[7-9]，占脂肪總量的92.3%。李慶典等[9]采用超臨界CO2萃取法萃取油脂，GC法測定脂肪酸組成及含量，結(jié)果顯示，脂肪酸中含油酸63.72%～75.89%，亞油酸14.29%～27.28%，α-亞麻酸0.065%～0.088%。趙婷等[10]采用GC-MS法對巴旦杏仁索氏提取法所得油脂進(jìn)行了脂肪酸分析，結(jié)果表明，含棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和不飽和脂肪酸的含量分別4.01%，2.72%，23.95%，34.76%，28.55%和87.00%。由此可見，采用不同的提取方法和檢測方法，巴旦杏仁油脂脂肪酸組成及含量有一定差異。

目前，巴旦杏仁油脂提取工藝主要有酶解法[11-12]、超臨界CO2萃取法、索氏提取法、溶劑法和亞臨界溶劑萃取法等[13-14]。酶解法具有專屬性強(qiáng)的特點(diǎn)，但生產(chǎn)潔凈度要求高，影響因素多且效率低。超臨界CO2萃取法雖有一定優(yōu)勢，但對設(shè)備要求高，生產(chǎn)成本高。索氏提取法耗時長、效率低。常規(guī)的萃取溶劑選擇一般基于參考文獻(xiàn)，不一定是最佳萃取劑。

本文依據(jù)相似相溶、親核親電原理確定溶劑的選擇范圍，根據(jù)內(nèi)聚能密度原則，用摩爾吸引常數(shù)定量計(jì)算亞油酸、α-亞麻酸和溶劑的內(nèi)聚能密度，以兩者的內(nèi)聚能密度數(shù)據(jù)定量配制混合萃取溶劑，克服萃取溶劑選則的經(jīng)驗(yàn)性和不確定性，同時與傳統(tǒng)的溶劑萃取法作為對比，為巴旦杏仁油脂中亞油酸和α-亞麻酸的選擇性提取提供理論依據(jù)。

1 儀器與試藥

1.1儀器 GC-MS(MICROMΑSS ZQ，美國沃特世公司)；RE-52B旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)；DZTW電熱套(北京市永光明醫(yī)療儀器廠)；PL2002電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)。

1.2試藥 巴旦杏，產(chǎn)自新疆喀什地區(qū)，經(jīng)新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)馬生軍博士鑒定為薔薇科李亞科桃李屬巴旦杏(AmygdaluscommunisL.)；亞油酸(批號1G010010)，α-亞麻酸(批號6G010020)，上海安譜科學(xué)儀器有限公司；正己烷、環(huán)己烷和石油醚等均為分析純(天津永晟精細(xì)化工有限公司)。

2 方法

2.1巴旦杏仁油脂的提取

2.1.1內(nèi)聚能密度法提取巴旦杏仁油脂

2.1.1.1萃取劑的確定 根據(jù)相似相溶原理，確定溶劑選擇范圍。由于亞油酸和α-亞麻酸均以三甘酯的形式存在于動植物油脂中，故可選用脂溶性溶劑萃取，考慮對生物體的毒害性，兼顧浸出食用油生產(chǎn)常用浸出溶劑，考慮選用直鏈烷烴和環(huán)烷烴類。

根據(jù)親核親電原理，具有相異電性的2個基團(tuán)，極性強(qiáng)弱越接近，相互間的結(jié)合力和溶解性愈大。巴旦杏仁含亞油酸和α-亞麻酸，從羧基(-COOH)、安全性及亞油酸和α-亞麻酸混合物的物性考慮，擬選用磷酸或小分子酯配合直鏈烷烴類和環(huán)烷烴類作為混合萃取劑。

(1)內(nèi)聚能密度的計(jì)算

①

(ecoh:內(nèi)聚能密度；ΔE：焓變；V：摩爾體積)

Hildebrand將物質(zhì)內(nèi)聚能密度的平方根定義為溶解度參數(shù)，即:

②

(δ：溶解度參數(shù))

根據(jù)Small提出的基團(tuán)貢獻(xiàn)法中的公式[15]：

E=Fd+Fp+Eh

③

(Fd為色散力，F(xiàn)p為偶極力，Eh為氫鍵力)

對應(yīng)的溶解度參數(shù)方程為：

δ2=δd2+δp2+δh2

④

⑤

⑥

亞油酸三甘酯和α-亞麻酸三甘酯的分子式分別如下：

亞油酸三甘酯

α-亞麻酸三甘酯

根據(jù)《聚合物的性質(zhì)》[16]數(shù)據(jù)，可查出各基團(tuán)的色散力、偶極力和氫鍵力，代入公式⑤可求出δd，δp，δh，再代入公式④，求出在70 ℃時的溶解度參數(shù)，計(jì)算結(jié)果如下：

亞油酸三甘酯：δ0=14.30 ；α-亞麻酸三甘酯：δ0=15.78；

(2)萃取劑組成比例的確定

根據(jù)內(nèi)聚能密度越接近越易溶的原則及混合溶劑內(nèi)聚能密度計(jì)算原則：

δ混=δv1×v1%+δv2×v2%+…+δvn×vn%

⑦

(δvn:各組分的溶解度參數(shù)；vn%：組分比)

假設(shè)所得油體亞油酸三甘酯和α-亞麻酸三甘酯各占50%，則δ油=δ亞油酸三甘酯×50%+δα-亞麻酸三甘酯×50%=15.04

令δ油=δ混合溶劑=15.04

經(jīng)相似相溶、親核親電規(guī)則定性選擇環(huán)己烷和正己烷作為混合溶劑，另外從計(jì)算所得δv值可知，環(huán)己烷和正己烷的δv值與油的δv值相差不超過3.5，且能滿足安全性要求，有合適的沸點(diǎn)。

15.04=(1-X)×δ正己烷+X×δ正己烷=(1-X)×14.9+X×16.8

最終確定萃取劑為正己烷-環(huán)己烷(92.6%∶7.4%)。

2.1.1.2萃取工藝 按照如下工藝路線進(jìn)行:

具體方法：取巴旦杏仁適量，粉碎，過60目篩，稱取50 g粗粉3份，分別按照料液比1∶4的正己烷-環(huán)己烷(92.6%∶7.4%)65～70 ℃水浴100～120 min，真空過濾，分別取濾液70 ℃旋蒸至冷凝管口無液滴生成滴下時終止，即得含磷脂粗油。依照植物油脫磷工藝配制一定濃度的氯化鈉溶液，85～100 ℃同溫脫磷，靜置20 min，離心，得到含水油脂，將得到的含水油脂分別置于敞口燒杯中，在90～105 ℃條件下加熱除水，除水完畢后自然冷卻至室溫，即得精制油。

分別將油粕進(jìn)行第2次萃取，依照上述方法處理，得精制油，合并。計(jì)算精制油總得率。

2.1.2索氏提取法提取巴旦杏仁油脂 取巴旦杏仁適量，粉碎，過60目篩，稱取10 g粗粉3份，分別按照料液比1∶17加入石油醚，80 ℃提取12 h，虹吸6次，萃取液經(jīng)60 ℃，以53 r·min-1旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至無液滴為止，得粗油，同上，脫磷、脫水，得精油。

2.1.3環(huán)己烷溶劑法提取巴旦杏仁油脂 取巴旦杏仁適量，粉碎，過60目篩，稱取50 g粗粉3份，分別按照料液比1∶4加入環(huán)己烷，70 ℃回流120 min，真空過濾，分別取濾液70 ℃旋蒸至冷凝管口無液滴生成滴下時終止，得粗油，同上，脫磷、脫水，得精油。

2.2GC法測定亞油酸和α-亞麻酸的含量

2.2.1色譜條件 色譜柱：PEG-20M彈性石英毛細(xì)管柱(30.0 m×0.25 mm,0.25 μm)。進(jìn)樣口溫度：250 ℃，檢測器溫度：250 ℃；柱溫控制采用程序升溫，以130 ℃為起始柱溫，保持3 min，以3 ℃·min-1升溫至200 ℃，再以4 ℃·min-1升溫至220 ℃，保持10 min；控制方法為：線速率：22 cm·s-1；載氣為N2；尾吹流量：25 mL·min-1；氫氣流量：30 mL·min-1；空氣流量：400 mL·min-1。采用自動分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量：1 μL，分流比：50∶1。

2.2.2巴旦杏仁油甲酯化 量取0.25 mL巴旦杏仁油加石油醚，加入2 mol·mL-1甲醇?xì)溲趸浫芤海靹?，超?0 min，取出靜置，放冷至室溫，再加1 mL正己烷，加蒸餾水，萃取出有機(jī)相，即得巴旦杏仁油甲酯溶液。

2.2.3亞油酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備 精密稱取亞油酸甲酯對照品0.103 9 g，用正己烷定容至5 mL，配制成質(zhì)量濃度分別為0.020 0，0.040 0，0.060 0，0.080 0和0.100 0 mg·mL-1的亞油酸甲酯溶液，0.25 μm微孔濾膜過濾，取續(xù)濾液進(jìn)樣1 μL，按照2.2.1項(xiàng)下色譜條件進(jìn)行測定。

2.2.4α-亞麻酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備 精密稱取α-亞麻酸甲酯對照品0.056 8 g，用正己烷定容至5 mL，配制成質(zhì)量濃度分別為0.010 0，0.020 0，0.030 0，0.040 0和0.050 0 mg·mL-1的溶液，0.25 μm微孔濾膜過濾，取續(xù)濾液進(jìn)樣1 μL，按照2.2.1項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣測定。

2.2.5精密度實(shí)驗(yàn) 將2.2.2項(xiàng)下的巴旦杏仁油甲酯溶液按照2.2.1項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣5次，計(jì)算峰面積的RSD值。

2.2.6穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) 將2.2.2項(xiàng)下的巴旦杏仁油甲酯溶液按照2.2.1項(xiàng)下色譜條件連續(xù)測定7 d，計(jì)算峰面積的RSD值，當(dāng)RSD值<5%時，表明此方法穩(wěn)定性良好。

2.2.7重復(fù)性實(shí)驗(yàn) 按照2.2.2項(xiàng)下方法制備巴旦杏仁油甲酯溶液5份，按照2.2.1項(xiàng)下色譜條件進(jìn)行測定，計(jì)算RSD值，當(dāng)RSD值<5%時，表明此方法的重復(fù)性良好。

2.2.8加樣回收率 將亞油酸甲酯對照品溶液和α-亞麻酸甲酯對照品溶液混合，制成亞油酸和α-亞麻酸含量分別為8.672 2和10.324 6 mg·mL-1的混合對照品溶液。精密稱取巴旦杏仁油樣品9份，分別按照表1加入一定量的α-亞麻酸甲酯和亞油酸甲酯混合對照品溶液，按照2.2.2項(xiàng)下方法甲酯化，按照2.2.1項(xiàng)下色譜條件進(jìn)行測定，計(jì)算亞油酸和α-亞麻酸的回收率。

3 結(jié)果

3.1巴旦杏仁油脂的出油率

粗出油率=含磷脂粗油質(zhì)量÷原料質(zhì)量×100%

⑧

凈出油率=精制油質(zhì)量÷原料質(zhì)量×100%

⑨

根據(jù)上述不同方法分別進(jìn)行4次平行實(shí)驗(yàn)，將含磷脂粗油質(zhì)量和精制油質(zhì)量分別代入公式⑧和⑨，得到內(nèi)聚能密度法所得油脂的粗出油率平均值為53.25%±1.22%，凈出油率平均值為44.88%±0.63%。索氏提取法粗出油率為51.00%±0.48%，凈出油率為38.00%±0.91%。環(huán)己烷提取粗出油率為36.72%±0.61%，凈出油率為34.00%±1.18%。

3.2線性關(guān)系考察

3.2.1亞油酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備 亞油酸甲酯的線性回歸方程：y=248 487x+1 029.8，r=0.999 5，n=5。式中x為亞油酸甲酯對照品溶液的質(zhì)量濃度(mg·mL-1)，y為峰面積，亞油酸甲酯對照品溶液質(zhì)量濃度在0.020 0～0.100 0 mg·mL-1范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系。

3.2.2α-亞麻酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備α-亞麻酸甲酯的線性回歸方程：y=318 690x+0.343 5，r=0.999 4，n=5。式中x為α-亞麻酸甲酯對照品溶液的質(zhì)量濃度(mg·mL-1)，y為峰面積，α-亞麻酸甲酯對照品溶液質(zhì)量濃度在0.010 0～0.050 0 mg·mL-1范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系。

3.2.3精密度實(shí)驗(yàn) 按照2.2.5項(xiàng)下精密度實(shí)驗(yàn)，測得亞油酸和α-亞麻酸峰面積的RSD值分別為1.66%和1.78%，說明該儀器精密度良好。

3.2.4穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) 按照2.2.6項(xiàng)下穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，測得亞油酸和α-亞麻酸峰面積的RSD值分別為1.94%和1.88%，表明該測定方法的穩(wěn)定性良好。

3.2.5重復(fù)性實(shí)驗(yàn) 按照2.2.7項(xiàng)下重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，亞油酸和α-亞麻酸的RSD值分別為4.62%和4.11%，表明該方法的重復(fù)性良好。

3.2.6加樣回收率 將峰面積代入線性回歸方程中，計(jì)算出α-亞麻酸的平均回收率為100.21%(RSD=0.53%，n=9)，亞油酸的平均回收率為99.97%(RSD=0.17%，n=9)。亞油酸和α-亞麻酸的平均回收率在95%～105%之間，且RSD<5%，表明此方法符合測定的要求。結(jié)果見表1。

表1加樣回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Tab.1 Experimental results of sample recovery rates(n=9)

成分本底值/mg·mL-1添加量/mg·mL-1檢出量/mg·mL-1回收率/%平均回收率/%RSD/%亞油酸1.002 30.157 71.162 4100.21100.140.070.998 70.157 71.157 9100.130.985 30.157 71.143 8100.070.854 30.876 21.730 299.9899.960.060.831 40.876 21.707 9100.010.808 90.876 21.683 299.890.892 21.547 32.429 899.6099.820.190.873 11.547 32.418 199.900.861 21.547 32.407 699.96α-亞麻酸1.113 10.249 21.365 4100.23100.780.611.046 50.249 21.314 3101.440.989 90.249 21.247 3100.660.874 60.978 91.853 399.9999.990.030.846 90.978 91.826 0100.010.825 40.978 91.803 699.960.852 11.421 32.272 899.9799.850.10.842 31.421 32.268 599.780.828 41.421 32.245 599.81

3.2.7巴旦杏仁油中亞油酸及α-亞麻酸的含量測定 將峰面積代入標(biāo)準(zhǔn)曲線中計(jì)算得亞油酸含量為48.43%±0.005 7%(n=3)；α-亞麻酸含量為0.020 4%±0.000 7%(n=3)。色譜圖見圖1。

圖1巴旦杏仁油氣相色譜圖

1.亞油酸；2.α-亞麻酸。

Fig.1 Gas chromatogram of almond oil

1.linoleic acid；2.α-linolenic acid.

4 討論

依照內(nèi)聚能密度原理選擇溶劑進(jìn)行萃取有一定的定量選擇性。在實(shí)驗(yàn)時先依照文獻(xiàn)或組分檢測結(jié)果能預(yù)先定量選擇萃取溶劑，但對于未知組分不一定適用，如果能測定未知組分的焓變和摩爾體積比、密度，則可利用公式①直接計(jì)算內(nèi)聚能密度，再轉(zhuǎn)化為溶度參數(shù)，依照公式⑦仍能定量選擇合適的溶劑萃取。

傳統(tǒng)萃取劑選擇方法一般采用單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)等[17-19]，在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行萃取劑的選擇，而本實(shí)驗(yàn)基于內(nèi)聚能密度原則選擇性從巴旦杏仁中萃取亞油酸和α-亞麻酸，此方法高效、簡便。

本實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)聚能密度法提取的巴旦杏仁粗油提取率為53.25%±1.22%，大于或接近于文獻(xiàn)中方法，如趙婷等[10]采用索氏提取法的粗出油率為43.37%，李慶典等[9]運(yùn)用超臨界CO2法的粗出油率為54.68%，李燕菊等[13]的石油醚溶劑萃取法粗出油率為45.5%±2.6%。同時，本實(shí)驗(yàn)所得亞油酸含量為48.43%，遠(yuǎn)高于上述文獻(xiàn)中亞油酸的含量，如趙婷等[10]亞油酸含量為34.76%；李慶典等[9]亞油酸含量為14.29%～27.28%，α-亞麻酸含量高于或接近于前文文獻(xiàn)中所報(bào)道的含量。此法比酶解法、超臨界CO2萃取法[9]和亞臨界溶劑萃取法更經(jīng)濟(jì)；比索氏提取法更省時；比一般的溶劑萃取法能更快地找到合適的萃取試劑。因此，該方法也為其他天然產(chǎn)物成分的溶劑提取提供了理論依據(jù)。