微波輔助提取草果揮發(fā)油工藝研究

閔 勇，張 薇，樊愛萍，姚立華，劉 衛(wèi)

(紅河學院，云南省天然藥物與化學生物學重點實驗室，云南蒙自661100)

微波輔助提取草果揮發(fā)油工藝研究

閔 勇，張 薇，樊愛萍，姚立華，劉 衛(wèi)*

(紅河學院，云南省天然藥物與化學生物學重點實驗室，云南蒙自661100)

目的:優(yōu)化微波輔助提取元陽草果揮發(fā)油工藝。方法:采用單因素實驗、多因素正交實驗，考察揮發(fā)油得率。結果:微波功率對揮發(fā)油產(chǎn)率影響最為顯著，最佳提取條件為:液料比15∶1、處理時間5min、微波功率800W。結論:采用最佳實驗條件提取草果揮發(fā)油，產(chǎn)率可達2.82%。

草果，揮發(fā)油，微波輔助提取

草果(A.tsaokoCrevostetLem)為姜科(Zingiberaceae)豆蔻屬(Amomum L)植物。其性溫、味辛。具有溫中、健胃、消食、順氣的功效。草果精油中含有桉油、香葉醇、檸檬醛等化學成分，廣泛應用于醫(yī)藥和香料工業(yè)［1－3］。我國草果主產(chǎn)于云南、廣西、貴州等省份。云南草果又以元陽、金平、綠春等地產(chǎn)量較大。草果揮發(fā)油受地理生長環(huán)境影響較大，不同地區(qū)的草果在揮發(fā)油含量及化學成分組成上都會有所差異［4－6］。目前，云南元陽地區(qū)草果種植面積達到8萬畝，年產(chǎn)八角干果800t以上，已經(jīng)成為當?shù)厝罕妱?chuàng)收的主要經(jīng)濟作物之一。但是，近年來由于草果產(chǎn)量的不斷提高，使得草果的銷售狀況逐步出現(xiàn)下滑趨勢。因此，對地方草果資源進行更深層次的加工，提高產(chǎn)品附加值已成為元陽當?shù)夭莨袠I(yè)未來發(fā)展的主要方向。本文針對元陽產(chǎn)草果采用微波輔助提取法對揮發(fā)油浸提工藝進行研究，為開發(fā)地方經(jīng)濟植物資源提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

草果采自云南元陽縣大坪鄉(xiāng);化學試劑 均為分析純。

MAS－Ⅱ型常壓微波合成/萃取儀 上海新儀微波化學科技有限公司;旋轉蒸發(fā)儀 東京理化;DK－80型數(shù)顯恒溫水浴鍋、高速萬能粉碎機 上海安銳自動化儀表有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 水蒸汽蒸餾提取揮發(fā)油 取草果3kg粉碎，每次實驗取40g按照實驗方案進行水蒸汽蒸餾。餾液采用90mL乙醚分三次萃取，合并萃取液。減壓蒸餾回收乙醚得揮發(fā)油，加入無水Na2SO4，干燥、稱量、計算產(chǎn)率。

1.2.2 微波輔助提取揮發(fā)油 取40g草果，按照實驗方案在設定的功率、液料比、時間下進行微波處理，處理后的提取液，采用水蒸汽蒸餾法提取揮發(fā)油。1.2.3 揮發(fā)油產(chǎn)率計算公式

W(%)=mc×100/me×100%

式中:W－揮發(fā)油產(chǎn)率，%;mc－草果質(zhì)量，g;me－揮發(fā)油質(zhì)量，g

1.2.4 水蒸汽蒸餾實驗設計 考察水蒸汽蒸餾法中浸泡時間、樣品粒度、液料比、蒸餾時間等因素對揮發(fā)油提取率的影響。

1.2.4.1 粒度單因素實驗 草果40g，分別制成20、40、60、80 目，按液料比 10∶1(mL/g)(溶劑∶原料)加入蒸餾水，浸泡0.5h，采用揮發(fā)油提取裝置提取2.5h。考察粒度對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響。

1.2.4.2 蒸餾時間單因素實驗 草果40g(40目，下同)，按液料比10∶1加入蒸餾水，浸泡0.5h，采用揮發(fā)油提取裝置分別提取 1.5、2.0、2.5、3.0h，考察蒸餾時間對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響。

1.2.4.3 液料比單因素實驗 草果40g，分別按6∶1、8∶1、10∶1、12∶1 液料比加入蒸餾水，浸泡 0.5h，采用揮發(fā)油提取裝置提取2.5h?？疾煲毫媳葘]發(fā)油產(chǎn)率的影響。

1.2.4.4 浸泡時間單因素實驗 草果40g，液料比10∶1，分別浸泡 0、0.5、1、2h，采用揮發(fā)油提取裝置提取2.5h，考察浸泡時間對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響。

1.2.5 微波輔助提取實驗設計 在水蒸汽蒸餾實驗的基礎上，采用微波輔助提取方法進一步優(yōu)化揮發(fā)油提取工藝。

表1 L9(33)正交實驗設計因子及編碼值

1.2.5.1 微波功率單因素實驗 草果40g，液料比10∶1，在微波功率分別為 300、500、700、1000W 的條件下處理1min，所得溶液，采用水蒸汽蒸餾提取揮發(fā)油(下同)，考察微波功率對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響。

1.2.5.2 微波輻射時間單因素實驗 草果40g，在液料比10∶1，微波功率為700W的條件下分別處理1、3、5、8min考察微波處理時間對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響。1.2.5.3 微波輔助液料比單因素實驗 草果40g，分別按液料比 5∶1、10∶1、15∶1、20∶1，固定微波功率為700W的條件下處理5min，考察揮發(fā)油的產(chǎn)率。

2 結果與分析

2.1 水蒸汽蒸餾實驗結果

2.1.1 粒度對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響 由圖1可知，粒度40目時，揮發(fā)油產(chǎn)量最高達2.20%，固定粒度40目為后續(xù)實驗條件。

圖1 粒度對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響

2.1.2 蒸餾時間對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響 圖2顯示，在蒸餾時間2.5h前，揮發(fā)油的產(chǎn)率隨提取時間變化較為明顯，超過2.5h后，揮發(fā)油提取率隨時間的變化漸趨平緩，固定2.5h為后續(xù)實驗條件。

圖2 蒸餾時間對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響

2.1.3 液料比對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響 圖3表明，液料比過小，溶劑不能充分帶餾出揮發(fā)油，產(chǎn)率低。當液料比超過10∶1后，揮發(fā)油產(chǎn)率趨于穩(wěn)定。而且過大的液料比會增加后續(xù)萃取操作的工作量，因此選擇液料比10∶1為后續(xù)實驗條件。

圖3 液料比對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響

2.1.4 浸泡時間對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響 由圖4可知，浸泡時間達到1h后，揮發(fā)油產(chǎn)率趨于平穩(wěn)，選擇1h為最佳浸泡時間。

圖4 浸泡時間對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響

2.2 微波輔助提取實驗結果

以上單因素實驗結果表明，水蒸汽蒸餾提取草果揮發(fā)油的最佳條件:粒度40目，液料比10∶1，浸泡時間1h，蒸餾時間2.5h。采用微波輔助提取方法進一步優(yōu)化揮發(fā)油提取工藝。

2.2.1 微波功率對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響 結果如圖5所示。提取前期，揮發(fā)油產(chǎn)率隨著微波功率的增大而增加，超過700W后，揮發(fā)油產(chǎn)率隨功率增加反而下降。這可能是由于當微波功率超過一定值后，單位時間內(nèi)介質(zhì)升溫較快，物料內(nèi)部溫度較高［7］，使草果細胞中的水溶性成分溶出量增加，介質(zhì)分子能量衰減較快，從而導致?lián)]發(fā)油的產(chǎn)率下降。

圖5 微波功率對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響

2.2.2 微波輻射時間對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響 結果如圖6所示。前期揮發(fā)油產(chǎn)率隨處理時間增加而升高，當處理時間超過5min后，揮發(fā)油產(chǎn)率下降。這可能是由于固定微波功率，介質(zhì)溫度隨輻射時間延長而升高，超過5min后，草果細胞中極性物質(zhì)溶出量增加，導致?lián)]發(fā)油產(chǎn)率下降。

2.2.3 液料比對微波輔助提取揮發(fā)油產(chǎn)率的影響

結果如圖7所示。開始階段，揮發(fā)油產(chǎn)率隨液料比升高而增加，液料比超過15∶1后，揮發(fā)油產(chǎn)率隨液料比升高而下降。這是由于在微波功率和輻射時間固定的條件下，液料比升高，會降低微波能量傳遞效率，最終導致?lián)]發(fā)油產(chǎn)率下降。

圖6 微波輻射時間對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響

圖7 液料比對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響

2.2.4 微波輔助提取正交實驗結果 根據(jù)單因素實驗結果，設計3因素3水平的正交實驗L9(33)，對影響揮發(fā)油產(chǎn)率的3個主要影響因素:液料比、輻射時間、微波功率進行研究，進一步優(yōu)化揮發(fā)油提取條件。各因子編碼值及實驗設計和實驗結果分別見表1和表2。

表2 L9(33)正交實驗設計與結果

表2正交實驗結果顯示，直觀分析表明在第五組(A0B0C1)實驗條件下的揮發(fā)油產(chǎn)率最高，為2.82%，但是極差分析結果最佳條件為A0B1C1。因此，在C1A0B1條件下繼續(xù)進行對比驗證實驗。實驗結果表明，在A0B1C1條件下?lián)]發(fā)油產(chǎn)率為2.80%，低于2.82%。表3正交實驗方差分析結果表明，各處理間的差異顯著(P＜0.05)。對各因素進行回歸分析可知，微波功率(P＜0.01)對實驗結果影響最顯著。通過正交實驗優(yōu)化及驗證實驗比對，確定微波輔助提取揮發(fā)油的最佳工藝條件是A0B0C1即液料比15∶1、輻射時間5min、微波功率800W。

表3 正交實驗方差分析結果

3 結論

實驗結果表明，水蒸汽蒸餾提取元陽草果揮發(fā)油的最佳工藝條件為:粒度40目，液料比10∶1，浸泡時間1h，蒸餾時間2.5h，在該條件下?lián)]發(fā)油產(chǎn)率為2.27%。采用微波輔助提取揮發(fā)油的最佳工藝條件為:液料比 15∶1、微波輻射時間 5min、微波功率800W。在該條件下?lián)]發(fā)油產(chǎn)率可達2.82%。結論為微波處理草果樣品可以顯著提高揮發(fā)油產(chǎn)率。

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［7］么爽.中藥槐花和秦皮中有效成分的微波輔助提?。跠］.吉林大學，2005:2－8.

Microwave－assisted extraction of essential oil from Amomum tsao－ko

MIN Yong，ZHANG Wei，F(xiàn)AN Ai－ping，YAO Li－h(huán)ua，LIU Wei*
(HongHe University，Key Laboratory of Natural Pharmaceutical＆ Chemical Biology of Yunnan Province，Mengzi 661100，China)

Objective:To study the effect factors of microwave－assisted extraction of essential oil from Amomum tsaoko collected in Yuanyang.Methods:With single factor and orthogonal experiments.Results:The optimal condition:the ratio of water and stuff 15∶1(mL/g)，microwave irradiation time 5min and microwave power 800W.Conclusion:Under the optimized condition，the highest extraction rate of essential oil was 2.82%.

Amomum tsaoko;essential oil;microwave－assisted extraction

TS255.1

B

1002－0306(2011)06－0238－03

2010－01－11 *通訊聯(lián)系人

閔勇(1974－)，男，副教授，研究方向:天然產(chǎn)物分離及修飾。

云南省教育廳科學研究項目(09C0207);云南民族大學民族藥資源化學重點實驗室開放基金(MJY090204)。