肉桂精油的不同提取方法比較

郭　娟，楊日福，范曉丹，丘泰球（.廣東藥學(xué)院食品科學(xué)學(xué)院，廣東廣州50006；.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州50640）

肉桂精油的不同提取方法比較

郭娟1，楊日福2，范曉丹2，丘泰球2
（1.廣東藥學(xué)院食品科學(xué)學(xué)院，廣東廣州510006；2.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640）

采用水蒸氣蒸餾法（SD）、超聲波輔助提取法（UAE）、亞臨界水提取法（SWE）和超聲強(qiáng)化亞臨界水提取法（USWE）制備肉桂精油，從提取工藝、肉桂精油成分、物理特性及抗氧化性等方面對(duì)4種方法進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，USWE法提取時(shí)間最短（25min），UAE法肉桂精油得率最高（2.10%），但外觀性狀差，USWE法肉桂醛得率及油中肉桂醛含量均最高；4種精油的主要成分均為肉桂醛，但相對(duì)含量差異較大；SD、SWE和USWE法所得精油物理特性相似，與UAE法相差較大；4種精油對(duì)DPPH·、·OH、O2-·均有清除作用，且其效果隨精油濃度的增加而增強(qiáng)，其中USWE法精油的清除能力明顯強(qiáng)于其他方法，以上結(jié)果說明，USWE是一種提取肉桂精油較理想的方法，具有提取時(shí)間短、效率高、肉桂油品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。

肉桂精油，提取，組成，物理特性，抗氧化性

肉桂精油是從肉桂干燥樹皮中提取的揮發(fā)油，具有濃郁的芳香及辛辣氣味，是醫(yī)藥、食品及化工行業(yè)的重要原料，常用于藥品、飲料、糖果、煙酒和高級(jí)香水、香皂等產(chǎn)品中[1-3]。

我國肉桂資源豐富，生產(chǎn)的肉桂精油因其獨(dú)特的風(fēng)味和良好的藥效在國際上享有盛名，但常用的肉桂精油提取方法（水蒸氣蒸餾法）耗時(shí)長、能耗高，溶劑提取法環(huán)境污染嚴(yán)重、產(chǎn)品雜質(zhì)多，嚴(yán)重影響了肉桂精油的現(xiàn)代化發(fā)展。因此，近年來不少學(xué)者采用超聲波、微波、超臨界流體、亞臨界水提取等不同方法[4-6]對(duì)肉桂精油的提取進(jìn)行了大膽的探索，在提高肉桂精油的提取率，縮短提取時(shí)間等方面做了不少工作。但不同的提取方法，由于原理和工藝不同，得到的肉桂精油之組成、物理特性等有可能也存在較大的差別，因此，為了全面而客觀的評(píng)價(jià)不同方法對(duì)肉桂精油提取的適用性和實(shí)用性，本文從提取工藝、肉桂精油的成分、物理特性及抗氧化活性等方面對(duì)超聲波輔助提取法（UAE）、水蒸氣蒸餾法（SD）、亞臨界水提取法（SWE）和超聲強(qiáng)化亞臨界水提取法（USWE）進(jìn)行了對(duì)比研究，旨在對(duì)這些方法有比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，為科學(xué)選擇肉桂精油提取工藝提供借鑒。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

肉桂購于廣州黃沙清平藥材市場，符合2010版中華人民共和國藥典要求；肉桂精油樣品自制，分別來自1.2.1所述的四種不同提取方法；肉桂醛標(biāo)準(zhǔn)品（純度＞99.5%）、水楊酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)品中國藥品生物制品檢定所；1，1-二苯-2-苦肼基（DPPH）、95%乙醇、鄰苯三酚、三羥甲基氨基甲苯（Tris）、鹽酸、抗壞血酸（VC）、結(jié)晶紫、硫酸亞鐵、雙氧水等均為分析純。

1L亞臨界水提取裝置及超聲裝置自制；揮發(fā)油測定器北京玻璃儀器廠；KQ-100DB超聲波清洗器昆山超聲儀器有限公司；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上海亞榮生化儀器廠；HP 6890氣相色譜-HP5972質(zhì)譜儀美國惠普公司；WFZ UV-2000紫外可見分光光度計(jì)上海尤尼柯儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1肉桂精油的提取

1.2.1.1水蒸氣蒸餾法（SD）取40～60目肉桂顆粒200g加水500mL，水蒸氣蒸餾4h，收集蒸餾液，秤重計(jì)算肉桂精油得率，測定肉桂醛的含量并計(jì)算其得率。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

1.2.1.2超聲波輔助提取法（UAE）取40～60目肉桂顆粒200g加入500mL二氯甲烷進(jìn)行超聲波輔助提取法最佳工藝的研究，濾渣復(fù)提一次，合并提取液，除去二氯甲烷后秤重計(jì)算肉桂精油得率，測定肉桂醛的含量并計(jì)算其得率。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

1.2.1.3亞臨界水提取法（SWE）取40～60目肉桂顆粒200g，以純水為提取劑采用響應(yīng)曲面法進(jìn)行亞臨界水提取最佳工藝的研究，計(jì)算肉桂精油得率，測定肉桂醛的含量并計(jì)算其得率。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

1.2.1.4超聲強(qiáng)化亞臨界水提取法（USWE）取40～60目肉桂顆粒200g，以純水為提取劑采用響應(yīng)曲面法進(jìn)行超聲強(qiáng)化亞臨界水提取最佳工藝的研究，計(jì)算肉精桂油得率，測定肉桂醛的含量并計(jì)算其得率。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。以上四種方法的具體參數(shù)選擇及工藝研究詳見參考文獻(xiàn)[7]。

1.2.1.5肉桂精油得率和肉桂醛百分含量計(jì)算式為：

肉桂精油得率（%）=肉桂精油質(zhì)量/原料質(zhì)量×100

肉桂醛百分含量（%）=肉桂醛質(zhì)量/肉桂精油質(zhì)量×100

1.2.1.6肉桂精油的化學(xué)組分分析（GC-MS法）采用氣質(zhì)聯(lián)用儀分析肉桂精油的組分，用面積歸一化法計(jì)算相對(duì)含量。GC條件：HP-5MS彈性石英毛細(xì)管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；起始溫度100℃，4℃/min的速率升至200℃，保持5min，氣化溫度250℃；進(jìn)樣量1μL；分流比50∶1；載氣，高純He；載氣流量1.0mL/min；MS條件：EI離子源溫度：230℃；電子能量：70eV；發(fā)射電流34.6VA；電子倍增器電壓1392V；接口溫度280℃；掃描質(zhì)量范圍33～450aum；3.52scan/s；肉桂醛含量采用內(nèi)標(biāo)法測定，以水楊酸甲酯為內(nèi)標(biāo)物，

式中，M1—肉桂醛的質(zhì)量，mg；M0—肉桂原料的質(zhì)量，g。

1.2.2清除DPPH自由基的研究參照文獻(xiàn)[8]的方法，將所有肉桂精油樣品用95%的乙醇稀釋成不同質(zhì)量濃度的樣品液，精確吸取不同濃度的樣品液各4mL，加入4mL 2×10-4mol/L的DPPH溶液，搖勻后放置30min，以95%的乙醇溶液作對(duì)照，分別測定517nm處的吸光值A(chǔ)。同時(shí)測定上述4mL溶液與4mL 95%乙醇溶液混合后517nm處的吸光值A(chǔ)0，再測定4mL DPPH溶液與4mL 95%乙醇混合液在517nm處的吸光值A(chǔ)1，按式計(jì)算其自由基清除率：

1.2.3清除超氧陰離子（O2-·）的研究采用改進(jìn)的鄰苯三酚法[9]。移取3mL Tris-HCl緩沖液（pH8.2）于10mL離心管中，加入不同提取方法所得的肉桂精油0.1mL，25℃水浴平衡20min后，加入0.3mL 7mmol/L的鄰苯三酚準(zhǔn)確反應(yīng)4min后，加入1mL 10mol/L HCl終止反應(yīng)，在320nm處測吸光度，以蒸餾水代替肉桂精油溶液作對(duì)照，以蒸餾水代替鄰苯三酚測定本底，按式計(jì)算清除率：清除率

式中：A空：試劑空白的吸光度值；A樣：樣液的吸光度值；A底：樣液本底的吸光度值。

1.2.4清除羥自由基（·OH）的研究采用結(jié)晶紫分光光度法[10]：在一系列50mL比色管中分別加入1.5mL結(jié)晶紫溶液（0.4mmol/L）、2.0mL FeSO4溶液（1.0mmol/L）、1.0mL H2O2溶液（2.0mmol/L），調(diào)pH到4.0，稀釋到50mL并搖勻，放置30min后，測580nm處的吸光度A，同時(shí)測定不加H2O2時(shí)580nm處的吸光度A0。在上述反應(yīng)體系中加H2O2之前加入一定量的不同濃度的肉桂精油、VC溶液，測定其吸光度A1，樣品組對(duì)羥自由基的清除率為：清除率

以上抗氧化實(shí)驗(yàn)均以同濃度下的常用抗氧化劑VC作對(duì)照。

2　結(jié)果與分析

2.1不同提取方法最佳工藝比較

由表1可知，提取時(shí)間上，USWE法所需時(shí)間最短，僅需25min，約相當(dāng)于傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法的1/10，比UAE法縮短了15min，比SWE法也縮短了13min；肉桂精油得率上，其高低順序?yàn)椋篣AE＞SWE≥USWE＞SD（經(jīng)差異顯著性檢驗(yàn)，USWE、SWE兩者無顯著差別），UAE肉桂精油得率最高，但油色澤深，外觀不好；油中肉桂醛百分含量上，其大小為：USWE＞SWE＞SD＞UAE，USWE法比SD法高20.3%，比SWE法高11.6%，是UAE法的1.57倍，肉桂醛含量的高低是評(píng)價(jià)肉桂油品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，因此，從這方面來講，USWE所得的肉桂精油品質(zhì)更好；肉桂醛得率上，USWE的得率明顯最高，SWE次之，SD最低，即相同的肉桂用超聲強(qiáng)化亞臨界水提取法可以得到更多的重要成分肉桂醛。由此可見，4種方法中USWE法具有提取時(shí)間短、資源利用率高、肉桂油品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。

表1　肉桂精油提取工藝參數(shù)比較Table 1　Comparison between different extraction technologies of cinnamon oil

表2　不同方法制取的肉桂精油物理特性比較Table 2　Comparison of the characteristics of cinnamon oil from different methods

2.2肉桂精油物理特性比較

由表2可知，SD、SWE和USWE法提取所得的肉桂精油除了在羰基化合物含量上有較大差異外，在外觀、色澤、味覺、相對(duì)密度、折光指數(shù)等物理特性上非常相似，但與UAE法所得相差較大。外觀和色澤上，UAE法所得的肉桂精油粘稠且色澤較深，這可能與溶劑的選擇性差，提取物雜質(zhì)多有關(guān)；羰基化合物的含量上，USWE法和SWE法分別比傳統(tǒng)SD法高12.7%和7.0%，UAE法的最低，僅相當(dāng)于SD法的80.8%，由于羰基化合物含量的高低也是評(píng)價(jià)肉桂油品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，那么就提取的肉桂油質(zhì)量來說，采用USWE法所得的肉桂精油質(zhì)量是最好的，SWE次之，UAE最差。

表3　不同提取方法所得的肉桂精油成分分析（%）Table 3　Analyses of the chemical components of cinnamon oil obtained by different methods（%）

2.3不同提取方法對(duì)肉桂精油的影響

2.3.1對(duì)肉桂精油成分的影響在1.2.1.6所述的色譜條件下，按表1的工藝參數(shù)對(duì)上述四種提取方法所得的肉桂精油進(jìn)行GC-MS分析，組成成分見表3。由表3可見，4種提取方法所得的肉桂精油成分有一定差異，SD法和UAE法分別可檢出37、36種成分，且檢出的化合物成分相似，SWE法和USWE法分別可檢出17、20種不同的成分，且成分相似；SD和UAE法中含量都較高的1，2，3，5，6，8a-六氫化-4，7-二甲基-1-（1-甲乙基）萘、α-蓽澄茄烯、古巴烯等組分在SWE和USWE法中的含量卻很低，而SWE和USWE法中含量高達(dá)20%的6-氨基香豆素在SD和UAE法中卻沒有檢測到，組分與種類的不同應(yīng)該與亞臨界水提取技術(shù)

具有選擇性提取的特性有關(guān)。4種提取方法所得的肉桂精油主成分均為肉桂醛，USWE法的最高，達(dá)71.22%，UAE法的最低僅為45.24%；本研究所得的肉桂精油與文獻(xiàn)[11]差別較大，這與肉桂的品種、產(chǎn)地等因素差異大有關(guān)，一般肉桂精油中肉桂醛的相對(duì)百分含量會(huì)在50%～95%之間波動(dòng)。

續(xù)表

2.3.2不同方法制得的肉桂精油活性研究

2.3.2.1肉桂精油對(duì)DPPH·的清除由圖1可知，在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，4種肉桂精油樣品對(duì)DPPH·均有清除能力，且效果均隨精油用量的增大而提高，清除率大小為：USWE＞SWE＞SD＞UAE；與對(duì)照組VC相比，當(dāng)肉桂精油濃度低于4mg·mL-1時(shí)，4種精油樣品對(duì)DPPH·的清除效果均不如VC，當(dāng)濃度高于6mg·mL-1時(shí)，USWE精油清除DPPH·的能力開始明顯高于VC，但其他方法不如VC，當(dāng)肉桂精油濃度高于8mg·mL-1時(shí)，SWE和USWE法的肉桂精油清除DPPH·的能力高于VC，SD法與VC相當(dāng)，UAE的最差。由此可見，USWE法所得的肉桂精油清除DPPH·的能力最強(qiáng)，造成清除DPPH·能力不同的原因可能是由于不同方法所得的肉桂油組分不同，尤其是肉桂醛的含量不同。

圖1　肉桂精油對(duì)DPPH自由基的清除效果Fig.1　Clearance rate of cinnamon oil from different methods to DPPH·

2.3.2.2肉桂精油對(duì)超氧陰離子自由基（O2-·）的清除圖2顯示，在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，4種肉桂精油樣品對(duì)O2-·均有清除作用，且其效果均隨精油濃度的增加而增強(qiáng)。相同濃度下，USWE法的肉桂精油清除O2-·的能力明顯最強(qiáng)，SWE法次之，UAE法最低。與VC相比，UAE法的不如VC，其余三種方法明顯強(qiáng)于VC。對(duì)于SWE和USWE法來說，當(dāng)濃度較低時(shí)，清除率隨濃度增大而增高的趨勢比較顯著，當(dāng)濃度大于0.6mg·mL-1，清除率趨于穩(wěn)定，增長較緩慢。吳雪輝等[12]也采用鄰苯三酚自氧化體系法，研究了用超臨界CO2流體提取所得的肉桂油清除O2-·自由基能力，與本實(shí)驗(yàn)相比，肉桂精油清除水平的總體變化趨勢是一致的，但具體數(shù)據(jù)存在差異，這可能是由于不同方法所得的肉桂油組分不同所導(dǎo)致的。

圖2　肉桂精油對(duì)超氧陰離子自由基的清除效果Fig.2　Scavenging activity of cinnamon oil on superoxide anion radicals

2.3.2.3肉桂精油對(duì)羥自由基（·OH）的清除由圖3可見，4種肉桂精油樣品對(duì)·OH都有清除作用，且其清除效果均隨肉桂精油用量的增大而逐漸增加。SD、SWE和USWE法的肉桂精油清除·OH的能力明顯強(qiáng)于VC和UAE法；當(dāng)肉桂精油濃度小于0.54mg·mL-1時(shí)，UAE法的肉桂精油對(duì)·OH的清除效果不如VC；但當(dāng)濃度大于0.54mg·mL-1時(shí)，其清除能力大于VC；USWE法與其他提取方法相比，其肉桂精油對(duì)·OH的清除作用依然最大，這個(gè)結(jié)果可能與USWE法所得的肉桂精油中肉桂醛的高含量有一定關(guān)系。

圖3　肉桂精油對(duì)羥基自由基的清除效果Fig.3　Scavenging activity of cinnamon oil on hydroxyl radicals

3　結(jié)論

3.14種提取方法中，USWE法所需提取時(shí)間最短（25min）；UAE法肉桂精油得率最高，但外觀性狀差，USWE法肉桂醛得率及油中肉桂醛含量均最高；肉桂精油組成上，SD、SWE和USWE法的肉桂精油物理性質(zhì)相似，與UAE法相差較大，4種肉桂精油主要成分均為肉桂醛，但組成和相對(duì)含量差異較大，其中SD和UAE兩法所得的肉桂精油種類及成分相似，SWE法和USWE法所得相似。

3.24種肉桂精油對(duì)DPPH·、·OH、O2-·均有清除作用，且效果隨精油濃度的增加而增強(qiáng)，USWE法的肉桂精油清除3種自由基的能力明顯強(qiáng)于其他方法及對(duì)照品VC。綜合研究結(jié)果，USWE法是提取肉桂精油較理想的方法，具有提取時(shí)間短、效率高、肉桂油品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。

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Comparative of the different methods for extraction of cinnamon essential oil

GUO Juan1，YANG Ri-fu2，F(xiàn)AN Xiao-dan2，QIU Tai-qiu2
（1.College of Food Science，Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510006，China；2.College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

Cinnamon essential oil were prepared by steam distillation（SD），ultrasonic assisted extraction（UAE），subcritical water extraction（SWE），and ultrasound-enhanced subcritical water extraction（USWE）.The extraction parameters，composition，physical characteristics and antioxidant activity of cinnamon essential oil were studied comparatively.Results showed that the extraction time of USWE was the shortest（25min）.The yield of cinnamon oil of UAE was the highest（2.10%），but with low appearance characters.The yield of cinnamaldehyde from cinnamon and the content of cinnamaldehyde in cinnamon oil of USWE were the highest.Four cinnamon oils from different extraction methods shared the same main ingredient：cinnamaldehyde.However，different methods made a great difference in relative content.The physical characteristics of cinnamon oil from SD，SWE and USWE were very similar，but with high difference compared with cinnamon oil of UAE.The scavenging activity of four cinnamon oils on DPPH radical，hydroxyl radical and superoxide anion radicals were excellent，and the scavenging activity increased with increasing concentration of cinnamon oil.The scavenging activity of cinnamon oil of USWE was significantly superior to other three methods.All of these suggested that ultrasoundenhanced subcritical water extraction（USWE）was an ideal method of extraction of cinnamon essential oil and showed shorter extraction time，high efficiency，and good product quality，etc.advantage.

cinnamon oil；extraction；composition；physical characteristics；antioxidant activity

TS255

A

1002-0306（2014）14-0095-06

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.012

2013－10－28

郭娟（1978-），女，博士，主要從事天然產(chǎn)物分離純化新技術(shù)方面的研究。

國家自然科學(xué)基金（20776047）。