串联索氏提取法快速测定烟草种子中油脂质量分数

Rapid determination of oil content in tobacco seeds by serial Soxhlet extraction

摘要

传统索氏提取法测定油脂的质量分数周期长、有机溶剂消耗大.为此，选取7个典型的烟草种子样品，包括烤烟、晾晒烟、白肋烟和香料烟，建立了基于串联石油醚索氏提取的快速测定方法 .该方法通过将多种样品分别置于不同重叠串联的样品筒内，利用1套索氏提取器同时提取10种以上样品.随后，通过提取前后的样品质量差计算油脂的质量分数.该方法的建立为烟草种子中油脂质量分数的测定提供了快速、准确的新分析途径.对于火龙果籽、芝麻、油菜籽和紫苏籽等油料同样适用，表明该方法具备良好的普遍适应性.

关键词

串联索氏提取法 / 油脂 / 烟草 / 种子

Key words

serial Soxhlet extraction / oil / tobacco / seeds

烟草（Nicotiana tabacum L.）作为经济作物在世界范围内被广泛种植，传统上用于制造香烟.其种子作为农业废弃物，废弃量大，但烟草籽油可作为生产生物柴油的合适原料^［1－3］.目前，油脂的提取方法种类较多，包括浸出法、压榨法、索氏提取法、酶解法、超临界CO₂萃取法和溶剂萃取法等^［4－11］.

在我国，“谷类、油料作物种子粗脂肪测定方法（GB 2906—82）”作为国家标准，广泛应用于油料作物、粮食作物、加工食品等多个行业.该方法采用石油醚索氏提取测定油脂的质量分数.尽管该法具有良好的重现性和高准确度.但其操作繁琐、耗时长，通常需要至少16 h完成单个样品的分析，且每个提取器只能处理1个样品，效率较低.开发更简便、快速的分析方法对于实现高效的油脂质量分数的测定具有重要价值.

针对快速测定油脂质量分数的需求，对现有索氏提取方法进行了改进，设计了串联索氏提取新装置.通过该装置，1个索氏提取器可同时提取多个样品，显著提高了分析效率并减少了提取溶剂的消耗.为减少石油醚的挥发损失及环境污染，新装置采用带压力控制阀的密封式回流冷凝管，结合低温循环冷凝，确保提取过程中石油醚不会因蒸汽压过高而泄漏.与常规方法相比，该新装置有效避免了石油醚易挥发组分的损失，提高了提取的稳定性，减轻了对实验室环境的污染.随后，依托新装置建立了快速测定烟草种子油脂的方法.该法还适用于火龙果籽、芝麻、油菜籽和紫苏籽等油料，表明该方法具有普适性.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

石油醚（AR级，沸程30 ~ 60 ℃，天津市化学试剂三厂）；7个典型的烟草种子样品（包含雪茄烟、晒烟、香料烟、白肋烟、黄花烟、烤烟－1、烤烟－2）由云南省烟草农业科学研究院提供.

AE240电子分析天平（精确0.000 1 g，Mettler公司）；HG101－2型恒温干燥箱（南京实验仪器厂）；串联索氏提取装置（自主设计，见图1）.

1.2 测定方法

准确称取种子样品（2.500 0 ± 0.100 0 g）提取装置的样品筒中（图1，2~6），称样时连同样品筒.将样品放置于浓硫酸保干器中存放2 d（或在105 ℃的烘箱中连续烘干2 h），以去除游离水分.水分去除后再次称重，通过差减法（干燥前样品重量减去干燥后样品重量）计算样品中的水质量分数.随后，按照图1装配索氏提取管并固定于铁架台上，接通冷凝水，置于（75 ± 1） ℃的水浴中加热.石油醚的回流流速保持在35 ~ 40 mL/min范围内，持续回流12 h.索氏提取结束后，将样品筒取下，清洗外部，放入（100 ± 1） ℃的恒温干燥箱中烘干1 h，以去除残留的石油醚，然后在干燥器中冷却至室温并准确称量其重量.通过差减法计算种子油脂质量分数.

2 结果与讨论

2.1 油脂测定新装置

新装置中索氏提取器由带密封卡口的样品筒（图1，2~6）组成，根据需测定样品的量决定安装串联样品筒的数量.样品筒的底部装有过滤筛板（图1，8），提取溶剂可通过筛板，而烟草种子无法漏过.将烟草种子连同样品筒称重后，在接收瓶（图1，9）中装入石油醚，按图1所示进行串联组装.连接隔热导气管（图1，11）和回流冷凝水后进行水浴加热.烧瓶中的石油醚沸腾蒸发，蒸汽通过隔热导气管进入冷凝管，冷凝后的石油醚依次流过样品筒，从而达到将种子中的油脂洗脱的目的.提取完成后，取下样品筒，烘干以去除残留的石油醚，再次称重.通过差减法计算种子油脂质量分数.采用改进的串联索氏提取装置，1次可同时提取多个样品，与常规方法相比，样品处理量和工作效率显著提高.同时，石油醚的消耗大幅减少，从而降低了分析成本.

2.2 实验条件的优化

2.2.1 样品水分的去除

由于烟草种子中含有游离水分，在索氏提取过程中，游离水分会被石油醚置换，从而影响测定结果.水质量分数越高，油脂重量法的测定结果误差越大，测定的精密度越差.因此，在提取前，样品称重时需先去除游离水分，使样品达到恒重.除去游离水分的方法是通过把样品置于带脱水剂的保干器中进行干燥，或直接烘干.实验结果表明，将烟草种子样品放置于浓硫酸保干器中2 d（或在105 ℃的烘箱中持续烘干2 h）均可完全去除样品中的游离水分.延长在保干器中放置或烘干的时间，样品重量变化的相对标准偏差（RSD）小于0.5%，表明样品已达到恒重，不再发生变化.除去水分后的样品可供索氏提取测定油脂，且去除水分前后的重量变化差值可作为种子中水分.

2.2.2 样品取样量的选择

在重量法分析中，样品取样量对分析结果具有显著影响.样品量过小会导致测定结果的精密度较差；而增大样品量则需要增加样品筒的体积，限制了每次可同时测定的样品数量，并增加了提取溶剂（石油醚）的消耗.实验结果表明，当样品量小于2.0 g时，测定结果的精密度随样品量的增加而提高；当样品量超过2.0 g时，测定结果的精密度趋于稳定，5次平行测定的相对标准偏差均可控制在0.2%以下.因此，选择称取2.5 g的样品进行测定，以保证结果的精密度，并便于实现多个样品的同时测定.

2.2.3 样品筒尺寸和样品筒筛板孔径的筛选

在确定每次称取2.5 g的样品后，样品筒的尺寸需与实际样品的体积相匹配.样品筒的直径与高度比值小，有利于石油醚洗脱，但组装高度较高，操作不便；比值过大则装置高度低，易于组装，但洗脱不均匀.综合考虑，选择直径为4.5 cm、高度为2.0 cm的样品筒.装入2.5 g样品后，样品体积约为样品筒体积的1/3，确保均匀洗脱.

样品筒筛板的孔径会影响实验操作.孔径过大会导致石油醚流速过快，无法充分浸泡样品；而孔径过小则会降低提取效率，延长提取时间.因此，采用孔径为35 µm的筛板，以确保样品充分浸润并合理控制流下速度，从而保持较高的提取效率.

2.2.4 回流温度的选择

在选定样品量和样品筒尺寸后，进一步研究了回流温度对烟草种子油脂测定的影响.按国家标准（GB 5009.6—2016），采用30 ~ 60 ℃石油醚进行回流提取，每套提取装置提取10个样品，即10个样品筒串联，样品筒筛板孔径35 µm，这会导致石油醚蒸汽的蒸发路径长.在提取装置中选择用内夹石棉纤维隔热材料作为导气管（图1，11）.实验结果表明，水浴加热到60 ℃以上，石油醚开始剧烈沸腾.随着加热温度的升高，石油醚的沸腾速度加快.当水浴温度增加到约75 ℃时，石油醚的回流流速为35 ~ 40 mL/min.从冷凝管中冷凝流下的石油醚速度与从样品筒中流下的速度基本一致，样品可得到充分浸润.因此，选择水浴加热温度为（75 ± 2） ℃.

2.2.5 冷凝温度的选择

为减少回流过程中石油醚的挥发损失，采用带压力控制阀的密封式冷凝管.当蒸汽压过高时，减压阀自动泄压以保障安全.冷凝温度对测定结果无明显影响，但过高的冷凝温度会增加石油醚泄漏风险.因此，选择5 ℃的低温循环冷凝水，确保石油醚在提取过程中不会因高蒸汽压而泄漏.封闭的回流冷凝管有效避免了传统方法中石油醚的挥发损失，保证稳定的提取过程，并节约了石油醚的用量.

2.2.6 回流时间的选择

当回流时间超过10 h以上，样品中油脂类成分已被完全提取.为了确保油脂的完全提取，将回流提取时间延长至12 h.提取完成后，需加热样品以除去残留的石油醚.实验结果显示，样品在100 ℃的烘箱中烘干 1 h后，残留石油醚被完全去除，继续增加时间样品重量不再变化.因此，选择回流提取后的样品烘干1 h，并在保干器中冷却至室温后进行称重.通过提取前后的重量差计算种子样品中油脂的质量分数.

2.3 方法的精密度

在选定实验条件下，取烤烟、晒烟、香料烟、白肋烟和烤烟种子样品进行精密度实验.样品在同1 d内的相同条件下，平行测定7次，计算日内相对标准偏差（表1）.另取上述样品分别在相同条件下每隔1 d测定1次，共测定7次.从表1结果可看出，油脂测定的日内RSD在0.39% ~ 0.45%之间，日间RSD在0.43% ~ 0.56%范围内；表明方法精密度良好，能满足烟草种子样品中油脂质量差异比较的要求.

2.4 方法的回收率实验

表2为样品中添加花生油、菜油和芝麻油3种典型油脂的回收率.从表2结果可看出，不同类型烟草种子样品添加3种典型油脂后，其回收率在97.6% ~ 102.0%范围内，说明该方法具有很高的回收率.

2.5 改进方法的测定结果和常规方法的比较

选取7个典型的烟草种子样品，包括雪茄烟、晒烟、香料烟、白肋烟、黄花烟、烤烟－1、烤烟－2，分别采用国家标准（GB 5009.6—2016）方法和改进分析方法进行测定（表3）.分析结果表明，2种方法的测定结果一致，无显著性差异，证明了改进分析方法的准确性和可靠性.

2.6 其他样品中油脂质量分数的测定

为了检验方法的普遍适应性，对火龙果籽、芝麻、油菜籽、紫苏籽等4种油料中的油脂进行检测.采用国家标准（GB 5009.6—2016）方法和改进分析方法进行测定（表4）.分析结果显示，对于这4种油料作物，2种方法的测定结果一致，无显著性差异.这表明改进分析方法具有较广的适应性.

3 结语

基于建立的快速测定油脂的方法，将多个样品分别置于多个重叠串联的样品筒中，1套索氏提取器可同时提取10个以上的样品，通过提取前后的样品重量差减计算油脂质量分数.改进后的方法具有很高的精密度、回收率以及普遍适应性.该方法的建立为烟草种子中油脂质量分数的测定提供了快速、准确的新分析途径.对于火龙果籽、芝麻、油菜籽和紫苏籽等油料同样适用，表明该方法具备良好的普遍适应性.

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基金资助

云南中烟工业有限责任公司科研项目(2022JY02)