全 文 ：林业科学研究 2007, 20 (2) : 193～197
Forest Research
文章编号 : 100121498 (2007) 0220193205
不同地区文冠果种仁油脂肪酸组分
及含量的变化规律 3
牟洪香 1, 2 , 侯新村 3 , 刘巧哲 4
(1. 河北农业大学林学院 ,河北 保定 071000; 2. 中国林业科学研究院林业研究所 ,北京 100091;
3. 天津农学院园艺系 ,天津 300384; 4. 河北省林业科学研究院 ,河北 石家庄 050061)
摘要 :采用气相色谱方法 ,对 14个地区的文冠果种仁油脂肪酸进行了气相色谱分析 ,测得种仁油含有棕榈酸 (C16∶
0)、硬脂酸 (C18∶0)、油酸 (C18∶1)、亚油酸 (C18∶2)、花生酸 (C20∶0)、亚麻酸 (C18∶3)、廿碳二烯 211, 14酸 (C20∶2)、
山俞酸 (C22∶0)、“蜜 ”酸 (C20∶3)、木焦油酸 (C24∶0)、神经酸 (C24∶1)等 11种脂肪酸 ,碳链长度主要集中在 C16～
C18之间 ,适合生产生物柴油。亚油酸、“蜜 ”酸、亚麻酸、廿碳二烯 211, 14酸、山俞酸、木焦油酸、神经酸的含量随着
地理纬度和经度的增加有增加的趋势 ;棕榈酸、花生酸、硬脂酸的含量随着地理纬度的增加有增加的趋势 ,但随着经
度的增加有减小的趋势 ;油酸的含量随着地理纬度和经度的增加有减小的趋势。
关键词 :文冠果 ;种仁油 ;脂肪酸
中图分类号 : S727. 32 文献标识码 : A
收稿日期 : 2006203213
基金项目 : 国家林业局推广项目“黄连木等能源树木良种选育与推广”[ (2003) 3422 ]的部分研究内容
作者简介 : 牟洪香 (1976—) ,女 ,博士 ,山东平度人. E2mail: sonya2001@eyou. com3 本研究是在导师王涛院士的指导下完成 ,并得到全国社会林业网点的大力支持 ,在此深表谢意 !
The Regular ity of Fa tty Ac id Com ponen t and Con ten ts Changes in the
Seed Kernel O il of Xan thoceras sorbifo lia in D ifferen t Area s
MOU Hong2xiang1, 2 , HOU X in2cun3 , L IU Q iao2zhe4
(1. Forestry College, Agricultural University of Hebei ,Baoding 071000, Hebei, China; 2. Research Institute of Forestry, CAF,Beijing 100091, China;
3. Department of Horticulture, Tianjin Agricultural College, Tianjin 300384, China; 4. Hebei Academy of Forestry, Shijiazhuang 050061, Hebei, China)
Abstract: The paper aimed that distilling and analyzing the seed kernel oil of X anthoceras sorbifoL ia Bunge. The
method of the oil analysis was gas chromatography ( GC). The results are as follows the oil contained 11 kinds of
fatty acid, such as palm itic acid ( C16∶0 ) , stearic acid ( C18∶0 ) , oleic acid ( C18 ∶1 ) , linoleic acid ( C18 ∶2 ) ,
arachidic acid (C20∶0) , linolenic acid (C18∶3) , 11c, 14c2eicosadienoic acid (C20∶2) , docosanoic acid (C22∶0) ,
mead acid (C20∶3) , tetracosanoic acid (C24∶0) , nervonic acid (C24∶1) and so on. The carbon numbers of the fat2
ty acids were mainly from 16 to 18, which was suited to p roduce biodiesel. The authors included that: the trend of
the fatty acids contents, such as C18∶2, C20∶3, C18∶3, C20∶2, C22∶0, C24∶0, C24∶1, were imp roved with the lati2
tude and longitude increase, but C18∶1 content was decreased. And other fatty acids contents such as C16∶0, C20
∶0, C18∶0 increased with the latitude increase or the longitude decrease.
Key words: X an thoceras sorbifolia Bunge; seed kernel oil; fatty acid
随着工业的发展 ,人类对石化柴油使用量越来越
大 ,问题也随之不断涌现 ,如燃烧后产生许多有害物质、
资源不可再生、面临能源枯竭等 ,寻找清洁、安全、可再
生可替代石化柴油的能源就成了各国所关注的焦点。
林 业 科 学 研 究 第 20卷
生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻
等水生植物油酯 ,以及动物油脂、废餐饮油等原料油通
过酯交换工艺制成的甲酯或乙酯燃料 ,这种燃料可供
内燃机使用。生物柴油以其污染轻、能源可再生等优
点 ,越来越受到人们的重视 [1～8 ]。我国耕地少、人口多
不可能用大量的耕地去发展生物柴油 ,但我国山地丘
陵多 ,资源丰富 ,可选择生长在土壤瘠薄山地的木本油
料植物作为生产生物柴油的原料。文冠果 (Xanthoceras
sorbifolia Bunge. )又名文冠花、文登阁、崖木瓜、温旦革
子、文官果、文光花、僧灯毛道 [ 9 ] ,为无患子科文冠果属
植物 , 1属 1种 ,是我国特有的木本油料植物。文冠果
原生在我国的北方 ,结实早、出油率高 ,但因味涩 ,人们
很少食用。文冠果耐干旱瘠薄 ,适生区域大、繁殖较易。
以文冠果油作为生产生物柴油的原料油有着广阔的发
展前景。
能源植物体内可以用于提炼生物柴油的主要成
分是甘油三酯 ,分析油脂脂肪酸的组成 ,可以了解油
脂脂肪酸的碳链长度范围 ,将测得的油脂脂肪酸平均
碳链长度与普通柴油碳链长度相比较 ,判断油脂转化
为生物柴油后在机动车发动机中燃烧性能的优劣。
本文以文冠果种仁油作为研究对象 ,对种仁中的脂肪
酸进行了甲酯化 ,所得脂肪酸甲酯经气相色谱分
析 [ 10～12 ] ,测定其不同地区文冠果种仁油脂肪酸组成
与含量 ,为文冠果的进一步开发利用提供科学依据。
1 采样地的地理气候条件
文冠果种子采自内蒙古翁牛特旗、阿鲁科尔沁
旗 ,河南的卢氏、灵宝、栾川、陕县 1、陕县 2,河北张
家口、唐山 ,山西大宁 ,陕西安塞 ,甘肃子午岭 ,新疆
喀什、伊宁等省、自治区的 14个地区。取样地的地
理及生态因子由当地相关部门提供。气温按海拔每
升高 100 m气温降低 0. 5 ℃换算而成 (表 1)。
表 1 14个文冠果采样点地理位置及生态因子
采样地点 纬度 (N) / (°) 经度 ( E) / (°) 海拔 /m 年均气温 /℃ 1月平均气温 /℃ 7月平均气温 /℃年降水量 /mm 光照时数 / h
陕西安塞 36. 42 109. 10 1 000 9. 9 - 5. 8 22. 8 510 2 313
山西大宁 36. 43 110. 75 1 150 10. 7 - 5. 5 24. 0 537 1 874
内蒙古翁牛特旗 42. 37 119. 10 700 7. 1 - 11. 0 23. 7 340 2 923
内蒙古阿鲁科尔沁旗 43. 80 120. 02 550 5. 0 - 11. 5 22. 9 350 2 800
河南卢氏 34. 13 111. 03 700 12. 4 - 1. 2 25. 4 590 2 200
河南陕县 1 34. 65 111. 1 900 12. 6 - 1. 5 25. 2 630 2 191
河南陕县 2 34. 60 111. 08 700 12. 6 - 1. 4 25. 7 630 2 191
河南栾川 33. 69 111. 63 1 100 13. 2 - 1. 1 26. 1 650 2 100
河南灵宝 34. 45 110. 72 1 000 12. 3 - 1. 0 25. 5 620 2 100
河北张家口 39. 80 114. 65 600 9. 1 - 7. 8 24. 1 563 3 090
河北唐山 39. 68 118. 42 5 10. 1 - 6. 1 24. 7 636 2 545
甘肃子午岭 36. 25 107. 75 1 470 7. 4 - 6. 5 21. 5 565 2 100
新疆伊宁 43. 60 82. 62 700 8. 3 - 10. 4 22. 9 269 2 858
新疆喀什 37. 82 76. 63 800 11. 8 - 6. 4 26. 1 43 2 700
2 研究方法
在每个采样地点设置 4块标准地 ,每块标准地
选取 30棵树 ,树龄为 40 a,把每棵树上的种子全部
采摘 ,采摘后把种子混合 ,利用四分法取样 ,剥去种
皮 ,称 10 g种仁 ,用于提取文冠果种仁油。
2. 1 文冠果种仁油脂肪酸组成及含量的测定
将文冠果种仁磨碎 ,以石油醚 (沸程为 30～60
℃)为溶剂 ,用球形索氏提取器把文冠果种仁油提取
出来 ,提取物中除甘油三酯外 ,还含有少量的游离脂
肪酸、磷脂、蜡、游离烃、有机酸等物质 ,称为粗脂肪。
对粗脂肪进行脂肪酸组成及其相对含量的测定。采
用中华人民共和国国家标准 -动植物油脂脂肪酸甲
酯的气相色谱分析 ( GB /T 1737721998 )所介绍的 方法。仪器 :用日本岛津 GC29A气相色谱仪检测文冠果种仁油脂肪酸甲酯化样品 ,手动进样 ;氢火焰离子化检测器 : F ID;载气 :高纯 N2 ,燃气 : H2 ,助燃气 :空气。色谱及分析条件 :氢火焰检测器 ,熔融石英毛细管柱 CP Sil 88 (50 m ×0. 22 mm ×0. 2 m, D ikma公司产品 ) ;固定柱温 200 ℃,进样温度 250 ℃,检测器温度 250 ℃,柱前压力 40 kPa,柱流速 3 m·m in - 1 ,分流比 10∶1,进样量 1μL,面积采用归一化法计算。采用归一化法对各种脂肪酸的含量进行定量 ,计算公式为 :脂肪酸含量 = (某一脂肪酸的峰面积 ÷全部峰面积之和 ) ×100%。
491
第 2期 牟洪香等 :不同地区文冠果种仁油脂肪酸组分及含量的变化规律
在分析中 ,脂肪酸含量即脂肪酸百分比含量 ,是
指某一脂肪酸的量占测定样品中所有脂肪酸总量的
百分比。
2. 2 数据分析
应用 SPSS软件对数据进行聚类分析。
3 结果与分析
3. 1 文冠果种仁油脂肪酸组成
利用气相色谱法对 14个地区的文冠果种仁油
脂肪酸进行测定 ,气相色谱图如图 1所示。图 1中
峰上的数字表示峰出现的时间 ,因为每一种脂肪酸
在色谱图中出现的时间是固定的 ,为此根据峰出现
的时间可以判断脂肪酸的种类。此外通过计算峰面
积可以求出每种脂肪酸在整个粗脂肪中的百分含
量。表 2就是根据上面的气相色谱图计算而得的每
种脂肪酸含量的平均值。每个地区重复 2次 ,试验
结果为 2次重复的平均值 ,由于版面所限 ,气相色谱
图仅以安塞地区的其中一个重复为例。
图 1 安塞地区文冠果种仁油脂肪酸气相色谱图
从表 2中可以看出 ,文冠果种仁油所含的脂肪
酸有 11种 :棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、花生酸、
亚麻酸、廿碳二烯 211, 14酸、山俞酸、“蜜 ”酸、木焦
油酸、神经酸 ,其中含量最高的 5种脂肪酸的碳链长
度分别为 :棕榈酸 C16、油酸 C18,亚油酸 C18、亚麻
酸 C18、“蜜 ”酸 C20,除“蜜 ”酸含有 20碳以外 ,其余
4种脂肪酸都在 19碳以下 ,其它剩余的几种脂肪酸
虽然碳数大都在 19碳以上 ,但其含量是微小的。这
说明文冠果种仁油脂肪酸的碳链长度主要集中在
C16～C18之间。
表 2 不同地区文冠果种仁油不饱和脂肪酸含量的变化
脂肪酸
名称
碳数及不
饱和度
脂肪酸含量 /%
陕西
安塞
山西
大宁
内蒙古
翁牛特旗
内蒙古阿鲁
科尔沁旗
河南
卢氏
河南
陕县 1
河南
陕县 2
河南
栾川
河南
灵宝
河北
张家口
河北
唐山
甘肃
子午岭
新疆
伊宁
新疆
喀什
亚油酸 C18∶2 46. 651 42. 885 43. 758 44. 781 44. 881 44. 899 43. 421 44. 060 45. 128 43. 527 48. 188 42. 603 46. 609 41. 180
油酸 C18∶1 30. 225 33. 757 29. 041 30. 742 30. 556 30. 556 32. 599 30. 999 31. 299 33. 391 27. 438 33. 563 28. 767 33. 418
“蜜”酸 C20∶3 6. 756 6. 097 8. 752 7. 287 7. 380 7. 531 7. 017 7. 800 7. 024 6. 556 7. 600 7. 017 7. 284 7. 647
亚麻酸 C18∶3 6. 004 6. 251 6. 949 6. 667 6. 421 6. 510 6. 511 6. 710 6. 381 6. 305 6. 167 6. 621 6. 468 6. 431
棕榈酸 C16∶0 5. 960 6. 070 4. 741 5. 059 5. 330 4. 993 5. 224 4. 719 5. 081 5. 414 4. 812 5. 566 5. 660 5. 121
花生酸 C20∶0 0. 199 0. 275 0. 237 0. 216 0. 196 0. 191 0. 216 0. 205 0. 191 0. 199 0. 168 0. 190 0. 193 0. 230
廿碳二烯211, 14酸 C20∶2 0. 357 0. 314 0. 473 0. 382 0. 400 0. 402 0. 357 0. 401 0. 385 0. 338 0. 523 0. 348 0. 441 0. 347
山俞酸 C22∶0 0. 340 0. 404 0. 539 0. 430 0. 419 0. 421 0. 411 0. 469 0. 400 0. 365 0. 407 0. 339 0. 369 0. 533
硬脂酸 C18∶0 1. 656 2. 119 2. 032 1. 983 1. 855 1. 877 2. 005 1. 908 1. 926 1. 988 1. 703 1. 784 1. 737 2. 321
木焦油酸 C24∶0 0. 151 0. 190 0. 314 0. 201 0. 203 0. 162 0. 189 0. 219 0. 154 0. 128 0. 211 0. 131 0. 188 0. 254
神经酸 C24∶1 1. 704 1. 641 3. 166 2. 256 2. 362 2. 462 2. 052 2. 511 2. 034 1. 792 2. 785 1. 842 2. 288 2. 522
碳数 < 19总量 90. 496 91. 082 86. 521 89. 232 89. 043 88. 835 89. 76 88. 396 89. 815 90. 625 88. 308 90. 137 89. 241 88. 471
591
林 业 科 学 研 究 第 20卷
石化柴油的主要成分为 C15～C19的烷烃 [ 13 ]。
由于生物柴油主要是利用植物油脂与甲醇 (或乙
醇 )在酸或碱性催化剂于高温 (230～250 ℃)下进行
转酯化反应 ,生成相应的脂肪酸甲酯 (或脂肪酸乙
酯 ) ,再经洗涤、干燥即得生物柴油 ,因此生物柴油燃
料主要是一种高脂酸甲烷 (或高脂酸乙烷 )。这样 ,
利用文冠果种仁油生产的生物柴油的碳链长度集中
在 C17～C19之间 ,与普通柴油主要成分的碳链长
度极为接近 ;因此从脂肪酸碳链长度可以判断 ,文冠
果种仁中所含的油脂非常适合生产生物柴油。
3. 2 不同采样地点文冠果种仁油脂肪酸含量的变
化趋势
从表 2中可以看出 :文冠果种仁油亚油酸平均
相对含量 44. 469% ,极差为 7. 008% ,河北唐山地区
含量最高为 48. 188% ,新疆喀什地区含量最小为
41. 18%。随着地理纬度和经度的增加亚油酸含量
有增加的趋势。
油酸平均相对含量 31. 168% ,极差为 6. 319% ,
河北唐山地区含量最小为 27. 438% ,山西大宁地区
含量最高为 33. 757%。随着地理纬度和经度的增
加文冠果种仁油油酸含量有减小的趋势。
“蜜 ”酸 平 均 相 对 含 量 7. 268% , 极 差 为
2. 655% ,大宁地区含量最小为 6. 097% ,内蒙古翁牛
特旗地区含量最高为 8. 752%。随着地理纬度和经
度的增加蜜酸有增加的趋势。
亚麻酸平均相对含量 6. 457% ,极差为 0. 945% ,
陕西安塞地区含量最小为 6. 004% ,内蒙古翁牛特
旗地区含量最高为 6. 949%。随着地理纬度和经度
的增加文冠果种仁油亚麻酸也有增加的趋势。
棕榈酸平均相对含量 5. 268% ,极差为 1. 351% ,
河南栾川地区含量最小为 4. 719% ,山西大宁地区
含量最高为 6. 07%。随着地理纬度的增加棕榈酸
有增加的趋势 ,但随着经度的增加棕榈酸有减小的
趋势。
图 2 不同地区文冠果种仁油脂肪酸含量聚类图
花生酸平均相对含量 0. 208% ,极差为 0. 107% ,
河北唐山地区含量最小为 0. 168% ,山西大宁地区
含量最高为 0. 275%。文冠果种仁油花生酸含量随
着地理纬度的增加有增加 ,但随着经度的增加有减
小的趋势。
廿碳二烯 211, 14酸平均相对含量 0. 390% ,极 差为 0. 209% ,山西大宁地区含量最小为 0. 314% ,河北唐山地区含量最高为 0. 523%。甘碳二烯 211,14酸随着地理纬度和经度的增加有增加的趋势。山俞酸平均相对含量 0. 418% ,极差为 01200% ,甘肃子午岭地区含量最小为 0. 339% ,内蒙古翁牛特旗地区含量最高为 0. 539%。随着地理纬度和经
691
第 2期 牟洪香等 :不同地区文冠果种仁油脂肪酸组分及含量的变化规律
度的增山俞酸加有增加的趋势。
硬脂酸平均相对含量 1. 921% ,极差为 0. 665% ,
陕西安塞地区含量最小为 1. 656% ,新疆喀什地区
含量最高为 2. 321%。硬脂酸随着地理纬度的增加
有增加的趋势 ,但随着经度的增加有减小的趋势。
木焦油酸平均相对含量 0. 192% , 极差为
0. 186% ,河北张家口地区含量最小为 0. 128% ,内蒙
古翁牛特旗地区含量最高为 0. 314%。随着地理纬
度和经度的增加木焦油酸有增加的趋势。
神经酸平均相对含量 2. 244% ,极差为 1. 525% ,
山西大宁地区含量最小为 1. 641% ,内蒙古翁牛特
旗地区含量最高为 3. 166%。随着地理纬度和经度
的增加神经酸有增加的趋势。
因石化柴油的主要成分碳链长度为 15～19,所
以在文冠果种仁油脂肪酸中碳数低于 19的脂肪酸
含量越多生产出的生物柴油就越接近于石化柴油。
从表 2中可以看出 ,碳数低于 19的脂肪酸总含量地
区从小到大依次为内蒙古翁牛特旗、河北唐山、河南
栾川、新疆喀什、河南陕县 1、卢氏、内蒙古阿鲁科尔
沁旗、新疆伊宁、河南陕县 2、灵宝、甘肃子午岭、陕
西安塞、河北张家口、山西大宁。
从图 2中可以看出 ,以分层聚类平均距离 1. 0
为阈值 , 14个文冠果分布区明显分为 5类 ,第 1类为
内蒙古翁牛特旗 ,其特点是碳数低于 19的脂肪酸含
量最低 ;第 2类为河北唐山 ,其特点是油酸和花生酸
含量最低 ,而廿碳二烯 211, 14酸含量最高 ;第 3类为
新疆喀什 ,其特点是硬脂酸含量最高 ;第 4类为山西
大宁 ,碳数低于 19的脂肪酸含量最高 ;剩余的为第 5
类包括河北栾川 ,河南陕县 1、卢氏 ,内蒙古阿鲁科
尔沁旗 ,新疆伊宁、陕西陕县 2、灵宝、甘肃子午岭 ,
陕西安塞 ,河北张家口 ,其特点是各脂肪酸的含量大
都处在中间位置。
4 结论与讨论
文冠果种仁油脂肪酸碳链的长度及组分的含量
影响其制成生物柴油的质量 ,脂肪酸碳链长度主要
集中在 C17～C19之间 ,适合生产生物柴油。亚油
酸、“蜜 ”酸、亚麻酸、廿碳二烯 211, 14酸、山俞酸、木
焦油酸、神经酸的含量随着地理纬度和经度的增加
有增加的趋势。棕榈酸、花生酸、硬脂酸的含量随着
地理纬度的增加有增加的趋势 ,但随着经度的增加
有减小的趋势 ;油酸的含量随着地理纬度和经度的
增加有减小的趋势。
陕县 1、陕县 2相距 100 km左右 ,属同一个气候
大环境 ,但这 2个地点的文冠果种仁油脂肪酸的相
对含量有一定的差别 ,这可能与这 2个地点的小气
候环境不同有关。在陕县 1,文冠果生长在沟坡上
部 ,而在陕县 2,文冠果生长在沟底 ,两种生境的土
壤肥力不同。
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