不同方法提取木姜子花蕾揮發(fā)油成分的比較研究

曾朝懿，曾志龍，周金成，張桂容

(西華大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，成都 610039)

木姜子又名山胡椒、山蒼子，是一種樟科木姜子屬植物，主要分布在我國長(zhǎng)江以南。川南地區(qū)木姜子花蕾在冬季形成，開花后在初夏形成具有獨(dú)特香味的木姜子果實(shí)。木姜子全樹有芳香味，其花、葉、枝、果實(shí)、根均含有精油，不同器官含量不同[1]。木姜子揮發(fā)油即木姜子精油主要由萜類及非萜類化合物組成[2]，其主要成分是檸檬醛，占60%～80%，具有新鮮檸檬果香。此外，木姜子及其精油具有殺蟲、抗氧化、抑菌功效[3]，在食品行業(yè)，熱浸提的木姜子油被廣泛應(yīng)用于防腐、保鮮和佐味，在川南、云貴、湖南、廣西等地，木姜子

果實(shí)及花蕾常被直接作為調(diào)味料用于烹飪中?？梢?，合理利用木姜子產(chǎn)業(yè)資源，精深加工木姜子，提高木姜子風(fēng)味揮發(fā)油的提取率，具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，木姜子揮發(fā)油主要的提取方法有水蒸氣蒸餾法(steam distillation，SD)、溶劑輔助浸提法(solvent-assisted extraction，SAD)、超聲輔助水蒸氣蒸餾法(ultrasound-assisted steam distillation，UASD)、微波輔助水蒸氣蒸餾法(microwave-assisted steam distillation，MASD)、超臨界CO2萃取法(supercritical CO2fluid extraction， SCFE)、分子蒸餾法(molecular distillation， MD)等[4]。李文爽等[5]對(duì)UASD法提取木姜子揮發(fā)油進(jìn)行條件優(yōu)化，使木姜子揮發(fā)油得率達(dá)到5.33%。張德權(quán)等[6]研究表明采用SCFE技術(shù)萃取木姜子油，優(yōu)化方法后可使木姜子油和木姜子精油萃取率在30%以上。但利用SPME-GC-MS對(duì)各種提取方法所得揮發(fā)油中風(fēng)味成分差異方面的研究報(bào)道較少，且不同提取方法對(duì)木姜子花蕾中的揮發(fā)油研究還未見報(bào)道。

為了提高木姜子資源的利用率，本實(shí)驗(yàn)以四川敘永縣新鮮木姜子花蕾為原料，分別采用了4種最常用的方法提取木姜子花蕾中的揮發(fā)油并利用SPME-GC-MS對(duì)其中的化學(xué)成分進(jìn)行分析，為不同提取技術(shù)的規(guī)?；I(yè)應(yīng)用提供了科學(xué)的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮木姜子花蕾(2019年2月采自四川敘永縣)：粉粹40目過篩備用；無水硫酸鈉、無水乙醇(AR)：成都市科龍?jiān)噭┯邢薰尽?/p>

Scientz-IID超聲破碎儀 寧波新芝生物科技有限公司；HA100-50-0.5超臨界萃取儀 江蘇華安科研有限公司；MAS-II微波合成/萃取反應(yīng)工作儀 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；GC2010氣相色譜-質(zhì)譜儀 日本島津公司；75 μm CAR/PDMS固相微萃取頭。

1.2 方法

1.2.1 水蒸氣蒸餾法(SD)

取10 g木姜子花蕾粉末加入500 mL圓底燒瓶中，按照1∶20固液比加入蒸餾水，加入3～4顆玻璃珠，振蕩均勻，連接揮發(fā)油提取裝置和回流冷凝管，打開冷凝水及電爐開關(guān)，加熱至沸騰后，緩慢蒸餾，使其保持微沸狀態(tài)[7]。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電爐，待裝置冷卻后，收集揮發(fā)油，用無水Na2SO4干燥過夜稱重。木姜子花蕾精油含量計(jì)算公式：木姜子花蕾精油含量(mg/g)=木姜子花蕾精油質(zhì)量/木姜子花蕾質(zhì)量。

1.2.2 超聲輔助水蒸氣蒸餾法(UASD)

取10 g木姜子花蕾粉末加入500 mL燒杯中，按照1∶20固液比加入蒸餾水，攪拌均勻，置于超聲破碎儀中，超聲頻率100 kHz，超聲功率600 W，超聲溫度30 ℃，超聲時(shí)間20 min[8]。超聲結(jié)束后，將樣品轉(zhuǎn)入500 mL圓底燒瓶中，隨后的處理方法與上述水蒸氣蒸餾法一致。

1.2.3 微波輔助水蒸氣蒸餾法(MASD)

取10 g木姜子花蕾粉末加入500 mL三口圓底燒瓶中，按照1∶20固液比加入蒸餾水，振蕩均勻，置于微波萃取儀中，設(shè)定條件參照參考文獻(xiàn)[9]，收集揮發(fā)油，用無水Na2SO4干燥過夜稱重。木姜子花蕾精油含量計(jì)算公式同1.2.1。

1.2.4 超臨界CO2萃取法(SCFE)

設(shè)置超臨界萃取儀的萃取溫度為50 ℃，萃取壓力為15 MPa，分離溫度為40 ℃，分離壓力為7 MPa，CO2流量為15 L/h。準(zhǔn)確稱取50 g木姜子花蕾粉末，加入萃取罐中，萃取90 min，萃取結(jié)束后，收集揮發(fā)油，用無水Na2SO4干燥過夜稱重。

1.2.5 木姜子花蕾揮發(fā)油成分的測(cè)定

1.2.5.1 SPME萃取條件[10]

分別取4種不同方法提取的木姜子花蕾揮發(fā)油3 mL于頂空萃取瓶中，蓋上瓶蓋，置于50 ℃的水浴鍋中保溫30 min；將老化后的萃取頭旋轉(zhuǎn)到2 cm處，插入頂空萃取瓶中，壓入纖維頭，吸附30 min；于GC-MS 進(jìn)樣口溫度穩(wěn)定后進(jìn)樣，解吸5 min后，取出萃取頭。

1.2.5.2 GC-MS條件

氣相色譜條件：Rtx-5MS色譜柱，載氣為高純氦氣，柱箱溫度55 ℃，進(jìn)樣口溫度250 ℃，分流比30∶1。升溫程序：從55 ℃開始，保持4 min，以5.00 ℃/min升至130 ℃，保持3 min，再以6.00 ℃/min升至240 ℃，保持3 min。

質(zhì)譜條件：離子化方式EI源，電離電壓70 eV，離子源溫度280 ℃，接口溫度240 ℃，溶劑延遲時(shí)間2 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 4種不同方法提取木姜子花蕾中的揮發(fā)油結(jié)果比較

將不同提取方法提取的木姜子花蕾中揮發(fā)油的表觀性、揮發(fā)油提取率、提取溫度、提取時(shí)間進(jìn)行比較，結(jié)果見表1。

表1 4種不同方法提取木姜子花蕾中的揮發(fā)油結(jié)果比較Table 1 The comparison of extracting volatile oils from the flower buds of Litsea pungens Hemsl. by four different methods

4種不同方法提取出的木姜子花蕾中的揮發(fā)油都具有檸檬清香味。由表1可知，UASD法提取耗時(shí)最長(zhǎng)，SCFE法用時(shí)最短，提取率遠(yuǎn)高于其他3種方法，其次為UASD法?？赡苁怯捎诔R界CO2流體有極強(qiáng)的溶解性[11]或萃取攜帶的有機(jī)溶劑溶于精油中。水蒸氣蒸餾法及其聯(lián)合方法色澤、透明度表征較好。

2.2 不同方法提取木姜子花蕾中的揮發(fā)油結(jié)果分析

通過SPME-GC-MS分析不同提取方法提取木姜子花蕾中的揮發(fā)油成分，其總離子流圖(TIC圖)見圖1。

圖1 不同提取方法提取木姜子花蕾中的揮發(fā)油成分總離子流圖Fig.1 The total ion flow diagrams of extracting volatile oils from the flower buds of Litsea pungens Hemsl. by different extraction methods

由圖1可知，各色譜圖中峰響應(yīng)數(shù)值不同，檢索出的化合物數(shù)量有所差異。SD法提取的揮發(fā)油中鑒定出42種揮發(fā)性成分，占揮發(fā)油含量的99.80%；UASD法提取的揮發(fā)油中鑒定出49種揮發(fā)性成分，占揮發(fā)油含量的99.93%；MASD法提取的揮發(fā)油中鑒定出42種揮發(fā)性成分，占揮發(fā)油含量的99.12%；SCFE法提取的揮發(fā)油中鑒定出41種揮發(fā)性成分，占揮發(fā)油含量的98.27%。

由圖1和表2可知，4種提取方法提取出的木姜子花蕾中的揮發(fā)油成分由單萜烯類化合物、單萜氧化物、倍半萜烯類化合物、其他化合物組成，與文獻(xiàn)[12]中以木姜子果實(shí)為原料提取揮發(fā)油組成成分研究結(jié)果基本一致。其中，GC-MS檢索出的單萜烯類化合物主要代表化合物有檸檬烯、月桂烯、α-蒎烯、β-羅勒烯等，主要來自于天然產(chǎn)物香氣成分，使木姜子花蕾揮發(fā)油呈現(xiàn)檸檬草藥香氣[13-14]。單萜氧化物主要代表化合物有檸檬醛、芳樟醇、香茅醛等，主要是單萜類含氧衍生物，具有柔和的檸檬玫瑰香氣，使木姜子花蕾揮發(fā)油呈現(xiàn)淡黃色[15-16]。倍半萜烯類化合物及倍半萜氧化物含量較少，主要有反式-石竹烯和氧化石竹烯。其他類型化合物主要由烷烴類化合物構(gòu)成。

表2 不同方法提取木姜子花蕾揮發(fā)油的化學(xué)成分Table 2 The chemical components of volatile oils extracted from the flower buds of Litsea pungens Hemsl. by different extraction methods

續(xù) 表

由表2可知，各組分相對(duì)含量均有差異。第一，從SD法提取的木姜子花蕾中的揮發(fā)油中鑒定出42種，其中單萜烯類化合物11種，占總量的35.80%；單萜氧化物14種，占總量的56.68%；倍半萜烯類化合物10種，占總量的3.05%；倍半萜氧化物氧化石竹烯，占總量的0.38%；其他類型化合物有6種，占總量的3.89%。第二，從UASD法提取的木姜子花蕾中的揮發(fā)油中鑒定出49種，占精油含量的99.93%，其中單萜烯類化合物11種，占總量的28.71%；單萜氧化物17種，占總量的65.40%；倍半萜烯類化合物13種，占總量的5.19%；倍半萜氧化物為氧化石竹烯，占總量的0.55%；其他類型化合物有7種，占總量的1.08%。第三，從MASD法提取的木姜子花蕾中的揮發(fā)油中鑒定出42種，占精油含量的99.12%，其中單萜烯類化合物10種，占總量的22.71%；單萜氧化物14種，占總量的65.75%；倍半萜烯類化合物11種，占總量的5.38%；倍半萜氧化物氧化石竹烯，占總量的0.56%；其他類型化合物有6種，占總量的4.72%。第四，從SCFE法提取的木姜子花蕾中的揮發(fā)油中鑒定出41種，占精油含量的98.27%，其中單萜烯類化合物8種，占總量的3.11%；單萜氧化物有9種，占總量的69.05%；倍半萜烯類化合物13種，占總量的22.12%；倍半萜氧化物有2種，占總量的1.65%；其他類型化合物有9種，占總量的2.34%。由此可見，SCFE法的成分種類及含量與其他3種差異最大。SCFE法所提取精油中單萜烯類化合物含量很低，倍半萜類和其他類型化合物含量較高，這可能是由于不同提取方法對(duì)化學(xué)成分選擇性不同，SCFE法能提取出極性較強(qiáng)、沸點(diǎn)較高、相對(duì)分子質(zhì)量較大的組分[17]。SD法及其聯(lián)合方法相同成分有34種，UASD法的精油成分最豐富。與SD法精油成分對(duì)比，UASD法和MASD法的單萜烯類化合物相對(duì)含量減少，單萜氧化物相對(duì)含量增加，可能是由于在提取過程中成分發(fā)生氧化、異構(gòu)等化學(xué)變化，如α-蒎烯轉(zhuǎn)化成檸檬烯，檸檬烯氧化生成α-松油醇、芳樟醇，檸檬醛轉(zhuǎn)化成芳樟醇、香葉醇[18-19]。

2.3 不同方法提取木姜子花蕾揮發(fā)油成分比較

由表2可知，不同方法提取所得的木姜子花蕾中的揮發(fā)油組分不完全相同，但主要化學(xué)成分基本一致。4種不同方法提取所得的木姜子花蕾中的揮發(fā)油有15種共有成分，其中提取的木姜子花蕾中的揮發(fā)油主要香氣共有化學(xué)成分相對(duì)含量趨勢(shì)為：檸檬醛>檸檬烯>羅勒烯>月桂烯>芳香醇，這些天然的香氣成分使木姜子花蕾揮發(fā)油呈現(xiàn)出令人愉悅的檸檬、橙花香味，這與Wang H等[20]研究木姜子不同部位精油的化學(xué)成分的結(jié)論相符合。比較了不同提取方法中主要香氣成分的相對(duì)含量，見圖2。

圖2 不同提取方法提取木姜子花蕾揮發(fā)油主要成分比較Fig.2 The comparison of main components of volatile oils extracted from the flower buds of Litsea pungens Hemsl. by different extraction methods

UASD法所提取的木姜子花蕾中的揮發(fā)油中檸檬醛的含量與MASD法的檸檬醛含量接近，且高于其他兩種方法；月桂烯、羅勒烯的含量均與MASD、SD法相對(duì)應(yīng)的含量接近，SCFE法所提精油的萜類成分不如其他3種方法豐富，但芳香醇的含量遠(yuǎn)高于其他3種方法。

3 結(jié)論

比較了4種木姜子花蕾揮發(fā)油的提取工藝，并用SPME-GC-MS分析了4種揮發(fā)油成分組成。結(jié)果表明：4種方法提取的木姜子花蕾揮發(fā)油都具有濃郁的檸檬清香，SCFE法用時(shí)最短，提取率遠(yuǎn)高于其他3種方法，其次為UASD法。SD法提取的揮發(fā)油鑒定出42種成分，UASD法提取的揮發(fā)油鑒定出49種成分，MASD法提取的揮發(fā)油鑒定出42種成分，SCFE法提取的揮發(fā)油鑒定出41種。4種方法所得精油共有成分15種，其中主要的香氣成分為檸檬醛、檸檬烯、羅勒烯、月桂烯、芳香醇。SD法、UASD法、MASD法、SCFE法提取出的主要共有成分相對(duì)含量分別為72.16%、76.33%、72.15%、69.51%。因此結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮，UASD法可以獲得木姜子特殊風(fēng)味更濃郁的揮發(fā)油。