孫協(xié)軍，王 珍，李秀霞*

(渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，遼寧 錦州 121013)

三種微藻油脂肪酸組成和理化性質(zhì)分析

孫協(xié)軍，王 珍，李秀霞*

(渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，遼寧 錦州 121013)

對(duì)3種海水微藻油含量、脂肪酸組成和油脂的理化性質(zhì)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：鹽藻油、螺旋藻油和小球藻油含量分別為17.69%、6.36%和11.64%，棕櫚酸、油酸、亞油酸和亞麻酸是杜氏鹽藻油和小球藻油的主要脂肪酸組分，而螺旋藻油主要含有棕櫚酸、亞油酸和γ-亞麻酸；鹽藻、螺旋藻和小球藻油均具有較高的C/H值，3種鹽藻油的C/H值分別為7.35、7.32和7.58；3種微藻油酸值分別為鹽藻油12.64mg KOH/g、螺旋藻油17.65mg KOH/g和小球藻油9.8mg KOH/g；熱值分別為鹽藻油36.07MJ/kg、螺旋藻油37.01MJ/kg和小球藻油35.00MJ/kg；3種微藻油酸值和黏度均較高，流動(dòng)性較差。

鹽藻；螺旋藻；小球藻；脂肪酸組成；理化性質(zhì)

微藻(microalgae)為單細(xì)胞、群體或絲狀藻類，有2萬(wàn)多種，廣泛的分布于我國(guó)沿海和內(nèi)地水域。相對(duì)于高等植物，它們能更有效地利用太陽(yáng)能，將水和CO2等無(wú)機(jī)物質(zhì)合成為有機(jī)物質(zhì)[1]。海水微藻具有不消耗淡水、倍增周期短、單位面積產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)，并且可以在鹽堿地、黏土地、灘涂以及淺海、湖泊養(yǎng)殖[2]。許多微藻能夠把光合作用的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成油滴在細(xì)胞內(nèi)貯藏起來(lái)，微藻的脂肪含量遠(yuǎn)高于大型藻類[3]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)小球藻(Chlorellasp)[4]、等鞭金藻(Isochrysis galbana)[5-6]、牟氏角毛藻(Chaetoceros muelleri)[5-6]、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)[5-7]、螺旋藻(Spirulina)[8]、杜氏鹽藻(Dunaliella salina)[5-6]等微藻進(jìn)行了大量的研究，不同微藻的油脂含量和脂肪酸組成上存在很大的差別[9]，而有關(guān)微藻油理化性質(zhì)方面的研究報(bào)道非常少，本實(shí)驗(yàn)以鹽藻、螺旋藻和小球藻這3種海水微藻為實(shí)驗(yàn)材料，對(duì)其主要組分、油脂的脂肪酸組成和理化性質(zhì)進(jìn)行研究，以期為微藻生物柴油的開發(fā)利用提供原料油的理論研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

鹽藻粉 大連豐源達(dá)餌料有限公司；螺旋藻粉和小球藻粉 陜西森弗生物技術(shù)有限公司；Rt-2560色譜柱(100m×0.25mm，0.2μm) 美國(guó)Restek公司。

47%三氟化硼乙醚 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；37種脂肪酸甲酯混合標(biāo)準(zhǔn)品(30mg/mL) 美國(guó)Restek公司；石油醚、甲醇、氫氧化鉀、正己烷、氯化鈉均為分析純。

GC-2014C氣相色譜儀 日本島津有限公司；HGT-300E氮、氫、空氣發(fā)生器 北京匯龍公司；ZDJ-4A自動(dòng)電位滴定儀 上海雷磁精科儀器廠；PHG-9123A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；XS105電子天平(感量0.01mg) 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司；KQ-500DV型數(shù)控超聲波清洗器 昆山超聲儀器有限公司；品式黏度計(jì) 浙江椒江玻璃儀器廠；SHB-3循環(huán)水式多用真空泵 河南鄭州長(zhǎng)城儀器廠；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠；TU-1800SPC紫外-可見光光度計(jì) 北京普析通用儀器公司；6300全自動(dòng)氧彈式量熱儀 美國(guó)Parr公司；Vario macro CHNS元素分析儀 德國(guó)Elementar元素分析系統(tǒng)公司。

1.2 方法

1.2.1 微藻主要成分測(cè)定

水分：稱量法，參照GB 5009.3—2010《食品中水分的測(cè)定》；灰分：參照GB 5009.4—2010《食品中灰分的測(cè)定》；蛋白質(zhì)：凱氏定氮法，參照G B/T 5009.5—2003《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》；脂肪：索氏抽提法，參照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測(cè)定》；可溶性糖：苯酚-硫酸法[10]。

1.2.2 微藻油脂提取

參考萬(wàn)新祥等[11]和Lee等[12]的微藻油提取方法。向微藻粉中加入適量乙酸乙酯，浸泡一段時(shí)間，然后50℃條件下超聲波提取一定時(shí)間后，減壓抽濾，濾渣重復(fù)提取多次至濾液呈淺黃或淺綠色，合并濾液并于40℃減壓蒸干大部分溶劑，收集于燒杯中，60℃烘箱烘至液面無(wú)氣泡，得到微藻油脂，冰箱凍存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.3 微藻油脂理化性質(zhì)分析

水分含量測(cè)定：參照GB/T 5528—2008《動(dòng)植物油脂水分及揮發(fā)物含量測(cè)定》；運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定：參照GB/T 265—1988《石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定法和動(dòng)力粘度計(jì)算法》；酸值測(cè)定：參照GB/T 5530—2005《動(dòng)植物油脂酸值和酸度測(cè)定》；皂化值測(cè)定：參照G B/T 5534—2008《動(dòng)植物油脂皂化值的測(cè)定》；過(guò)氧化值測(cè)定：參照GB/T 5538—2005《動(dòng)植物油脂過(guò)氧化值測(cè)定》；熱值和元素分析：使用全自動(dòng)氧彈式量熱儀、Vario macro CHNS 元素分析儀相應(yīng)測(cè)定方法進(jìn)行。

1.2.4 微藻油脂脂肪酸組成分析

1.2.4.1 色譜條件

色譜柱：Rt-2560；升溫程序：初始溫度100℃，以4℃/min升至240℃，保持35min；入口壓力135.5kPa，載氣氮?dú)?，總流?8.1mL/min，柱流量0.49mL/min，線速度11.9mL/min，進(jìn)樣量1μL，分流比50:1，汽化室溫度225℃，檢測(cè)器溫度250℃。

1.2.4.2 樣品處理

精確稱取微藻油脂樣品100mg于20mL具塞試管中，加入1mL 0.5mol/L氫氧化鉀-甲醇溶液3mL，60℃恒溫水浴保持10min；冷后加入1mL 12.5%三氟化硼乙醚溶液2mL，恒溫水浴煮沸2min，放冷后加入適量石油醚振蕩，試管中溶液全部轉(zhuǎn)移至50mL分液漏斗中，并加入適量飽和氯化鈉溶液分層，取上層醚層，水浴蒸干大部分溶劑后，石油醚定容至5mL。

1.2.4.3 定量

采用外標(biāo)法定量。將37種脂肪酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品稀釋至適當(dāng)倍數(shù)后，精確進(jìn)樣1μL，采用色譜工作站處理得到的數(shù)據(jù)，以各脂肪酸甲酯峰面積(x)為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的質(zhì)量濃度(y)為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)和方差分析。微藻油脂肪酸含量按下式計(jì)算：

式中：Y為脂肪酸含量/%；x為相應(yīng)的脂肪酸甲酯質(zhì)量濃度/(mg/mL)；v為定容體積/mL；m為樣品質(zhì)量/mg。

2 結(jié)果與分析

2.1 微藻主要組分及分析

表1 幾種微藻的主要組成成分及含量(n=3)Table 1 Major chemical components and contents of three microalgae species (n=3)%

由表1可知，鹽藻、螺旋藻及小球藻的主要組成成分為蛋白質(zhì)、脂類、可溶性糖及灰分。其中，脂肪含量最高的為鹽藻(17.69%)，其次為小球藻(11.64%)，最低的為螺旋藻，油脂含量只有6.36%。實(shí)驗(yàn)選用的幾種微藻粉中均有較高含量的灰分，這與海水微藻富含礦物質(zhì)的特性有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中所選用的3種微藻蛋白質(zhì)含量均明顯低于已有報(bào)道[13-15]，這可能與藻株差異及生長(zhǎng)環(huán)境不同有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中，3種微藻的5種測(cè)定成分含量占總量的比例均在75%～90%之間，除上述已測(cè)成分外，鹽藻、螺旋藻和小球藻中均含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的葉綠素、纖維素等未測(cè)成分[13-15]。

2.2 微藻原料油元素組成及分析

采用超聲波提取的方法制備3種微藻油脂，并使用元素分析儀對(duì)3種微藻原料油的元素組成情況進(jìn)行分析，所得結(jié)果為兩個(gè)平行樣的平均值(表2)。

表2 幾種微藻油的元素組成Table 2 Element composition of microalga oils from three species

由表2可知，3種微藻油均含有較高的碳?xì)湓?，其中碳?xì)湓乜偤途_(dá)到80%以上，C/H均高于0#柴油。另外幾種微藻油中也含有少量的氮和硫成分，說(shuō)明在油脂提取過(guò)程中，少量的蛋白質(zhì)等組分一同提取了出來(lái)，微藻油中含有較高的硫元素，需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理才能作為生物柴油原料油使用。

2.3 微藻油脂肪酸組成分析

采用外標(biāo)法對(duì)幾種微藻油脂中主要脂肪酸進(jìn)行定性和定量分析，37種脂肪酸甲酯的氣相色譜圖(gas chromatography，GC)見圖1。從圖1可知，在70min內(nèi)，37種脂肪酸甲酯都已出峰并基本分離。從表3可以看出，幾種脂肪酸甲酯線性關(guān)系良好，適合于3種微藻中相關(guān)脂肪酸的定量分析。

圖1 脂肪酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖Fig.1 Chromatogram of fatty acid methyl ester mixed standards

表3 主要脂肪酸甲酯線性關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Linear regression equations, linear ranges and detection limits of major fatty acid methyl esters

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品出峰及參考前人研究[3,5-6]結(jié)果，對(duì)3種微藻的脂肪酸組成進(jìn)行定量分析，結(jié)果見表4?？梢钥闯?，3種微藻主要的脂肪酸組分均為C16～C18之間的飽和及不飽和脂肪酸組成。鹽藻和小球藻油酯主要由棕櫚酸、油酸、亞油酸和亞麻酸等脂肪酸組成，這與蔣霞敏等[3]的研究結(jié)果相一致，小球藻和鹽藻中以C16:0和C18:3(n-3)為主要的脂肪酸，而二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaemoic，DHA)含量極少，螺旋藻油脂主要由棕櫚酸、亞油酸和γ-亞麻酸組成，螺旋藻中并不含有EPA和DHA[7]，與蔡心堯等[16]結(jié)果一致，與孫博等[8]的結(jié)果不一致，這可能是與藻株生長(zhǎng)環(huán)境不同有關(guān)[7]。

2.4 微藻油理化性質(zhì)分析

從外觀上看，3種微藻油脂室溫下均呈半固體狀態(tài)，流動(dòng)性較差，加熱溶解后顏色較深、透明度較差。理化性質(zhì)分析結(jié)果(表5)表明，幾種微藻油脂都為酸性油，酸值均大于可作為堿催化酯交換反應(yīng)制備生物柴油的1mg KOH/g，不能直接經(jīng)堿催化進(jìn)行酯交換反應(yīng)[17-18]；幾種微藻油均含有一定的水分，如果作為生物柴油原料油使用，必需經(jīng)過(guò)干燥處理；3種微藻油過(guò)氧化值較低，黏度很高，顏色呈黑棕色，溶于甲醇、乙醇等有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑稀釋后呈綠或紅色，說(shuō)明乙酸乙酯提取的微藻油中含有較多葉綠素或類胡蘿卜素等水溶或醇溶組分，必需經(jīng)脫色、降黏處理后才可作為生物柴油原料油使用。

表4 幾種微藻油的脂肪酸組成Table 4 Major fatty acid composition of microalga oils from three species %

表5 幾種微藻油的理化性質(zhì)分析Table 5 Physical and chemical property analysis of microalga oils from three species

3 結(jié) 論

在對(duì)3種微藻主要成分含量分析的基礎(chǔ)上，用超聲波輔助的方法提取微藻油，并對(duì)微藻油的元素組成、理化性質(zhì)和脂肪酸組成進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：鹽藻、螺旋藻和小球藻油脂含量分別為17.69%、6.36%和11.64%，棕櫚酸、油酸、亞油酸和亞麻酸是杜氏鹽藻油和小球藻油的主要脂肪酸組分，而螺旋藻油主要含有棕櫚酸、亞油酸和γ-亞麻酸；鹽藻、螺旋藻和小球藻油脂均具有較高的C/H，3種鹽藻油的C/H分別為7.35、7.32和7.58，均高于0#柴油；3種微藻油酸值均較高，分別為鹽藻油12.64mg KOH/g、螺旋藻油17.65mg KOH/g、小球藻油9.8mg KOH/g；熱值分別為鹽藻油36.07MJ/kg、螺旋藻油37.01MJ/kg和小球藻油35.00MJ/kg；3種微藻油的40℃運(yùn)動(dòng)黏度均超過(guò)80mm2/s，流動(dòng)性較差。

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Fatty Acid Composition and Physical and Chemical Properties of Microalga Oils from Three Species

SUN Xie-jun，WANG Zhen，LI Xiu-xia*
(College of Chemistry, Chemical Engineering and Food Safety, Bohai University, Jinzhou 121013, China)

Three species of microalga were analyzed for oil content, fatty acid composition and physiochemical properties.The results showed that the oil contents ofD. salina,SpirulinaandChlorellawere 17.69%, 6.36% and 11.64%, respectively.Palmitic acid, oleic acid, linoleic acid and linolenic acid were the major fatty acids inD. salinaoil andChlorellaoil, while the major components ofSpirulinaoil were palmitic acid, linoleic acid and sub-linolenic acid. The oils fromD. salina,SpirulinaandChlorellahad high C/H levels, which were 7.35, 7.32 and 7.58, respectively. The acid value was 12.64 mg KOH/g forD. salinaoil, 17.65 mg KOH/g forSpirulina oiland 9.8 mg KOH/g forChlorellaoil, respectively. The heating values were 36.07, 37.01 MJ/kg and 35.00 MJ/kg, respectively. The three microalga oils revealed high acid value and viscosity and poor fluidity.

D. salina；Spirulina；Chlorella；fatty acid composition；physical and chemical properties

TS219

A

1002-6630(2012)16-0212-04

2011-06-23

中國(guó)博士后科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目(20090460422)

孫協(xié)軍(1969—)，男，講師，學(xué)士，主要從事食品分析與檢測(cè)研究。E-mail：sxjun1@163.com

*通信作者：李秀霞(1973—)，女，副教授，博士，主要從事食品功能因子提取分離研究。E-mail：lixiuxiaxxx@163.com