摘 要:利用气相色谱-质谱联用检测千年桐挥发油的化学成分进行研究,鉴定出约16种化学成分,并分析其营养成分。
关键字:千年桐;化学成分;GC-MS,营养成分
能源紧缺和环境污染是制约当今世界经济持续快速发展的主要瓶颈,寻找石油替代产品,发展生物质能源已经成为全球的共识。目前世界各地都在开展膏桐方面的研究,美国权威机构ASTM[1]相继在1996年和2000年发布标准,完善生物柴油的产业化条件,并且政府实行积极鼓励的方式,在生物柴油的价格上给予一定的补贴。目前[2,3],美国有4家生物柴油生产厂,总能力为30万t/a。欧盟国家主要以菜籽油为原料,2001年生物柴油产量已超过100万t。2000年德国的生物柴油已达45万t,德国还于2001年在海德地区投资5000万马克,兴建年产 10万t的生物柴油装置。Dumar[4]研究了在压缩点火发动机用甲醇和麻疯树籽油混合使用,并和麻疯树籽油甲醇做成生物柴油进行了比较实验。与发达国家一样,我国面临着能源短缺和环境污染的巨大挑战[5]。
千年桐(Vernicia montana) [6]又称金臣树、木油桐、皱桐、广东油桐,在植物界分类中的地位是被子植物门,双子植物纲。 油桐属(Genus-Vemicia) ,大戟科(Family- Euphorbiaceae)落叶性乔木植物,千年桐树形高大,单株产量高,良种株产桐鲜果400公斤左右,折油24kg,盛果期可达上百年,干种子含油率为45~50%,种仁含油率达60~70%,脂肪酸含量超过94%,脂肪酸种类主要为棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸和桐油酸,其中以桐油酸含量最高,为50%以上[7],是世界著名、我国特有的工业油料树种,与同属的三年桐( V. fordii)成为我国重要的桐油生产原料植物[8]。桐子榨油后的桐枯是优良的生物肥料,含有机质77.58%,含氮量约3.0~6.0%,含磷量约1.2~2.7%,含钾量约1.2~1.9%,是高效优质有机肥。可作基肥或追肥[9]。千年桐在我国的栽培主要分布于华南的广西、广东、福建等省(区)以及浙江南部、江西南部、云南南部、湖南南部、贵州东南部、湖北西部等地。国外种植千年桐的只有阿根廷、巴拉圭和巴西,最近在东南亚国家的越南、老挝、缅甸和泰国已达成大面积发展和合作框架协议,并开始有规模化种植和建立相应的加工厂。
本文对千年桐的挥发油化学成分、矿物质元素含量、灰分、水分、纤维素、粗蛋白进行研究,为千年桐更好的利用和开发提供参考。
2 实验部分
千年桐果由云南省热带作物科学研究所伍英老师提供,经云南省热带作物科学研究所鉴定。
2.1 仪器与样品制备
仪器:扁形称量瓶、电热恒温干燥箱、电炉、高温炉、瓷坩埚、锥形瓶、凯氏定氮装置、真空泵、等离子体发射光谱仪、索氏提取器、美国HP6890GC/5973MS 气相色谱-质谱联用仪样品制备的工艺流程:
千年桐果仁(由云南省热带作物科学研究所提供)
千年桐果—→干燥—→粉碎—→去壳—→磨细—→称量—→有机溶剂浸泡—→提取油脂
油脂提取后做定性定量分析
千年桐果—→干燥—→粉碎—→ 去壳—→磨细—→果仁粉
果仁粉作为后续的水分、灰分、粗纤维、蛋白质、总糖、无机元素分析测试的原料
2.2 实验操作
2.2.1 水分含量的测定
测定方法:GB/T 5009.3-2003
称量2.00g~10.00g切碎或磨细试样置于已干燥的扁形称量瓶中,试样厚度为5mm左右。加盖并精密称量后,放入95℃~105℃干燥箱中,瓶盖斜支于瓶边,干燥2h~4h后,盖好取出,放入干燥器内冷却0.5h后称量,然后再放入95℃~105℃干燥箱中干燥1h左右,取出,放入干燥器内冷却0.5h后再称量,至前后两次质量差不超过2mg,即为衡量。
2.2.2 灰分含量的测定
测定方法:GB/T 5009.4-1985
将2~3g固体样品置于已灼烧至衡重并称量的瓷坩埚中,以小火加热使样品充分炭化至无烟,然后置高温炉中,在550~600℃灼烧至无炭粒,即灰化完全。冷至200℃以下后取出放入干燥器中冷却至室温,称量。重复灼烧至前后两次称量相差不超过0.5mg为恒重。
2.2.3 粗纤维含量的测定
测定方法:GB/T 5009.10-2003
称取20g~30g捣碎的试样,移入500mL锥形瓶中,加入200mL煮沸的1.25%硫酸,加热使微沸,保持体积恒定,持续30min,每隔5min摇动一次锥形瓶,以充分混合瓶内的物质。
取下锥形瓶,立即过滤,再用沸水洗至洗液不呈酸性,再用200mL煮沸的1.25%氢氧化钾溶液将存留物吸入锥形瓶,加热微沸30min,取下锥形瓶,立即过滤,用沸水洗涤2~3次,抽滤,用热水充分洗涤后抽干,再依次用乙醇和乙醚洗涤一次,存留物放入已干燥称量的坩埚中,将坩埚和内容物在105℃烘箱中烘干后称量,重复操作至恒重。
如试样中含较多不溶性杂质,则可将试样移入坩埚烘干称量后,再放入550℃高温炉中灰化,使含碳物质全部灰化,置于干燥区内,冷却至室温称量,所损失的即为粗纤维量。
2.2.4 蛋白质含量的测定
测定方法:GB/T 5009.5-1985
精密称取0.2~2.0g固体样品,移入干燥的100mL或500mL定氮瓶中,加入0.2g硫酸铜,3g硫酸钾及20mL硫酸,将瓶以45°角斜支于有小孔的石棉网上,小心加热,至液体呈蓝绿色澄清透明后,再继续加热0.5h。取下置冷,小心加20mL水。置冷后,移入100mL容量瓶中,并用少量水洗定氮瓶,洗液并入容量瓶中,再加水至刻度,混匀备用。
装好定氮装置,在水蒸气发生瓶内装水至约2/3处,加甲基红指示液数滴及数毫升硫酸,以保持水呈酸性,加热煮沸水蒸气发生瓶内的水。
向接收瓶内加入10mL2%硼酸溶液及混合指示液1滴,并使冷凝管的下端插入液面下,吸取10.0mL样品消化稀释液由小玻杯流入反应室,并以10mL水洗涤小烧杯使流入反应室内,再加入10mL40%氢氧化钠溶液,夹紧螺旋夹,开始蒸馏。蒸气通入反应室使氨通过冷凝管而进入接收瓶内,蒸馏5min。移动接受瓶,使冷凝管下端离开液面,再蒸馏1min。取下接收瓶,以0.05N硫酸或0.05N盐酸标准溶液滴定至灰色或蓝紫色为终点。
2.2.5 还原糖含量的测定
测定方法:GB/T 5009.7-2008
称取粉碎后的固体试样约2.5g~5g,精确至0.001g,置250mL容量瓶中,加水50mL,摇匀后加10mL碱性酒石酸铜甲液及4mL氢氧化钠溶液,加水至刻度,混匀,静置30min,用干燥滤纸过滤,取滤液备用。
吸取50.00mL处理后的试样溶液于400mL烧杯内,加入25mL碱性酒石酸铜甲液及25mL乙液,在烧杯上盖一表面皿,加热,控制在4min内沸腾,再精确煮沸2min,趁热过滤,并用60℃热水洗涤烧杯及沉淀,至洗液不呈碱性为止。将存留物放回原400mL烧杯中,加25mL硫酸铁溶液及25mL水,用玻棒搅拌使氧化亚铜完全溶解,以高锰酸钾标准溶液滴定至微红色为终点。
以上实验结果,如表3所示。
表3 营养成分测定结果