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暨南大学理工学院汪勇教授课题组的博士研究生邹硕在Industrial Crops and Products期刊（中科院JCR 1区，影响因子6.45）发表了题为“Characterization, fractionation, and compatibility properties of Litsea cubeba kernel oil with potential value for industrial application as a lauric acid-based oil source”的研究论文，由张震副教授和汪勇教授指导并为通讯作者。
一、研究背景
樟科植物（隶属木兰类分支，樟目）广泛分布于中国，是我国南方重要的经济和生态树种。山苍子作为樟科的代表种之一，其果实是重要的精油来源。山苍子仁是山苍子精油的副产品，富含油脂，尤其是月桂酸。然而，它们没有得到充分利用。在本研究中，将山苍子仁油（LKO）与传统的月桂酸基油（椰子油[CNO]、棕榈仁油[PKO]）和棕榈酸基油（棕榈液油，POL）进行了比较，以评估它们的相容性和物化差异。同时对LKO分提得到具有不同熔点的LKO馏分，对这些馏分的甘油三酯组成、固体脂肪含量、结晶特性、晶型和微观结构进行分析。通过分析LKO的相容性和分馏性能，可以探索其在生物柴油和生物润滑剂等工业上的潜在应用，这有助于促进油籽副产品的综合利用。
二、研究方法
在本研究中，LKO分别在5℃和25℃下进行分提，得到5℃的LKO固脂（LKST5）和液油（LKOL5）以及25℃的LKO固脂（LKST25）和液油（LKOL25）。对这些馏分的脂肪酸组成、甘油三酯组成、固体脂肪含量、结晶特性、晶型和微观结构进行分析。此外，研究LKO与CNO、PKO和POL的相容性，以更好地了解LKO及其工业应用。
图1 研究思路及方法
三、研究结果
对于油脂而言，固体脂肪含量（SFC）是一个重要的指标，也是评估油脂物理特性的基础指标。当温度升高到10℃时，POL的SFC急剧下降，并在25℃时接近0。相反，LKO、LKOL25和LKOL5的SFC在0~30℃时缓慢下降。LKO及其馏分的SFC变化比CNO、PKO和POL的SFC更平稳。这些发现表明LKO在更宽的温度范围内具有更好的塑性。
随着温度从0℃下降至-5℃（过冷度增加），各油脂样品的SFCmax增加。POL的结晶曲线在较低的温度下倾向于从S型转变为双曲线型，表明诱导时间较短，结晶速率较快。在相同的情况下，月桂酸基油在诱导几分钟内观察到SFC的快速增加。CNO的SFCmax最高，其次是PKO和LKO。分馏后，LKO液油（LKOL25和LKOL5）显示出相似的等温结晶曲线和较小的SFCmax，这是由于低熔点脂肪酸的比例较高。相反，LKO固脂的SFCmax随着分馏温度的降低而增加。油的不同结晶曲线揭示了不同的结晶机制，不同的成核机制与不同的晶体有关。此外，温度的变化会影响样品的结晶行为，进而影响产品的性能。
图2 (a) POL, CNO, PKO, LKO及其馏分的SFC曲线； LKO及其馏分在(b) 0℃, and (c) -5℃下的结晶曲线
油脂的XRD图谱可以提供脂肪晶体脂肪酸链横向堆积的信息。PKO在3.8Å和4.2Å附近显示出短间距峰，表明存在β'晶型。同时还在4.4Å处显示另一个峰，表明存在β'2晶型（伪正交）。LKO及其馏分的峰形更为复杂。油可以从不同的途径获得多种β晶型：（1）从β'途径获得的β1β'和β2β'晶型，以及（2）从α途径获得的β3α和β4α晶型。在LKST25和LKST5中可以观察到类似的XRD光谱。与CNO一样，LKOL5没有表现出任何可识别的峰，而LKOL25表现出五个可识别的峰值，与观察到的LKO固脂类似。因此，基于这五个峰，LKOL25和LKOL5可以被指定为β4α形式。
图3 POL, CNO, PKO, LKO及其馏分的XRD图谱
油脂结晶网络与其甘油三酯组成、结晶行为、多态性和温度密切相关。在POL中观察到最小的针状和球形晶体，这意味着结晶速率较慢。CNO和PKO都表现出与其β'晶型相对应的微小针状晶体。CNO晶体比PKO晶体排列得更紧密。相反，LKO显示出非常不同的晶体结构。LKO中发现了几种不同大小的烟花状晶体，与它们的β晶型有关。这些晶体有针状的分支，从中心核向外延伸。晶体之间的边界是弯曲的，晶体是略微圆形的。LKO及其馏分的晶体尺寸顺序为LKST5>LKST25>LKO>LKST25>LKOL5。
图4 POL, CNO, PKO, LKO及其馏分的PLM图
从工业角度来看，需要了解LKO与不同的油间的相容性，以探索油脂混合的可能性。因此，将LKO与月桂酸基油（CNO和PKO）和棕榈酸基油（POL）混合。研究了它们的二元相行为，以了解复杂油的混合行为，拓展LKO在工业中的应用。LKO/CNO和LKO/PKO共混物在0~10℃时具有较小的ΔSFC，显示出良好的相容性。从等固相图中可以看出，LKO二元共混物表现出复杂的相行为。LKO/CNO和LKO/PKO共混物大多以偏晶现象为主。在20℃下，LKO含量为90%（XLKO=0.9）的LKO/CNO体系表现出轻微的共晶现象。XLKO=0.6~0.9的LKO/POL体系在10~30℃下也表现出轻微的共晶现象。
图5 (a, b, c)LKO/PKO, (d, e, f)LKO/POL和(g, h, i) LKO/CNO二元体系的SFC, ΔSFC和等固相图
四、研究结论
通过对脂肪酸组成、甘油三酯组成、结晶动力学、晶体多态性、微观结构和相容性的研究，对LKO及其馏分提供了更全面的了解。通过分提，可以将更多的不饱和脂肪酸富集到液油中（LKOL25和LKOL5），在固脂中留下更多的月桂酸（LKST25和LKST5）。LKO及其馏分均含有超过50%的月桂酸，可以作为潜在的工业月桂酸来源。高含量的月桂酸令LKO具有烟花状的晶体和更稳定的β晶型，而不是PKO和CNO所具有的β'晶型。LKO/CNO的共晶点在XLKO=0.8–0.9之间，LKO/PKO在XLKO=0.7–0.8之间。LKO/POL在大约XLKO＝0.55处显示出共晶点。
本研究工作得到国家自然科学基金（32272341、32001734），广东省重点领域研发计划（2022B0202010003）的支持。
作者简介：
邹硕，女，暨南大学生物医学物理与生物医学信息技术博士研究生，研究方向为油脂生物炼制与营养。目前已在酶促结构脂质的制备、纯化技术与结构分析；脂质分析检测技术、热力学性质及流变学特性分析技术等领域开展研究，在Food Chemistry、Industrial Crops ＆ Products等期刊杂志上发表SCI论文3篇。
