八角茴香中精油和莽草酸提取工藝優(yōu)化

李 健，楊 慧，黎晨晨，張若男

(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江省高校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150076；2.黑龍江護(hù)理高等?？茖W(xué)校，黑龍江 哈爾濱 150036)

八角茴香中精油和莽草酸提取工藝優(yōu)化

李 健1，楊 慧1，黎晨晨1，張若男2

(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江省高校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150076；2.黑龍江護(hù)理高等?？茖W(xué)校，黑龍江 哈爾濱 150036)

以八角茴香為原料，采用水蒸氣蒸餾法提取茴香油和莽草酸。以茴香油和莽草酸得率為指標(biāo)考察不同粒徑、料液比、提取時(shí)間、提取溫度對(duì)茴香油和莽草酸得率的影響。通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)，確定八角茴香油和莽草酸提取最佳工藝條件為物料粒徑80目、料液比1:15(g/mL)、提取溫度150℃、提取時(shí)間4h。在此最佳工藝條件下，精油得率6.69%，莽草酸得率2.05%。

八角茴香；精油；莽草酸；水蒸氣蒸餾

八角又稱八角茴香、大茴香、大料，學(xué)名Illicium verum，是我國(guó)南方重要的“藥食同源”的經(jīng)濟(jì)樹種，雙子葉植物綱木蘭亞綱八角科八角屬的一種，主要產(chǎn)于廣西、云南、福建南部、廣東西部[1]。八角茴香果可做調(diào)味料，葉、果可蒸芳香油，稱八角茴香油，其含量一般為5%～12%[2-3]，茴香油可應(yīng)用于制造甜香酒等食品工業(yè)；也是制牙膏、香皂、香水、化妝品的香料；在醫(yī)學(xué)工業(yè)上可調(diào)制殺菌劑、健腎劑、催乳劑等[4-5]。此外，其果實(shí)中提取到的莽草酸也是目前被國(guó)際生組織推薦的惟一一個(gè)合成抗H5N1亞型高致病性禽流感的特效藥物磷酸奧司米韋(oseltamivir phosphate)(達(dá)菲)的關(guān)鍵成分[6-8]。因此，八角茴香具有很高的研究?jī)r(jià)值。目前，我國(guó)消費(fèi)的八角大約95%用作香料，5%作為藥物使用，這樣造成很大的浪費(fèi)[9-10]。目前有關(guān)八角茴香油和莽草酸的提取主要有索氏萃取法、水蒸氣蒸餾法、超臨界CO2萃取法、超聲提取法等方法[11-17]，其中水蒸氣蒸餾法是提取八角茴香油的經(jīng)典方法，該法的特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、產(chǎn)量大[18-19]。本實(shí)驗(yàn)擬利用水蒸氣蒸餾裝置和揮發(fā)油測(cè)定器同時(shí)提取八角茴香中的茴香油和莽草酸，優(yōu)化提取工藝條件，為開(kāi)發(fā)利用八角茴香的藥用價(jià)值提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

八角茴香(產(chǎn)地廣西) 哈爾濱老百姓大藥房；莽草酸標(biāo)準(zhǔn)品(98%) 上海同田生物技術(shù)有限公司；甲醇(分析純) 天津市永大化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心。

1.2 儀器與設(shè)備

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海申勝生物技術(shù)有限公司；電子天平 沈陽(yáng)龍鷹電子有限公司；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；多功能粉碎機(jī) 溫嶺市林大機(jī)械有限公司；鋁質(zhì)冷凝器、揮發(fā)油測(cè)定器哈爾濱玻璃儀器廠；油浴鍋 上海申勝生物技術(shù)有限公司；標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩 浙江上虞市華豐五金儀器有限公司；752紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì) 上海生物技術(shù)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 茴香油與莽草酸提取

將干燥八角果實(shí)粉碎，過(guò)60目篩后裝入蒸餾燒瓶，以一定料液比加入蒸餾水，蒸餾瓶的一側(cè)安裝茴香油測(cè)定器，另一側(cè)插入溫度計(jì)，在一定的加熱溫度下，蒸餾數(shù)小時(shí)，最后從茴香油測(cè)定器中收集油水混合物，用冰箱冷凍除水得到八角茴香油。瓶?jī)?nèi)提取液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，甲醇定容，測(cè)定提取液中莽草酸含量，計(jì)算莽草酸得率。

1.3.2 含量測(cè)定

1.3.2.1 八角茴香油得率測(cè)定

將蒸餾后從茴香油測(cè)定器中收集到的油水混合物放入冰箱冷凍過(guò)夜，抽出水分，按下式計(jì)算八角茴香油得率：

式中：m為八角茴香油質(zhì)量/g；M為八角茴香質(zhì)量/g。

1.3.2.2 莽草酸得率測(cè)定

精密吸取質(zhì)量濃度0.2mg/mL的莽草酸標(biāo)準(zhǔn)溶液0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mL，分別置于10mL容量瓶中，甲醇定容至刻度，測(cè)定溶液在210nm波長(zhǎng)處的吸光度，得回歸方程[20]。八角茴香經(jīng)過(guò)水蒸氣蒸餾得到提取液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后，甲醇定容至25mL，稀釋一定倍數(shù)后，在210nm波長(zhǎng)處測(cè)其吸光度，按下式計(jì)算莽草酸得率：

式中：c為分光光度法測(cè)出的莽草酸質(zhì)量濃度/ (μg/mL)；v為提取液定容的體積/mL；n為八角茴香提取液處理過(guò)程中稀釋的倍數(shù)；m為八角茴香質(zhì)量/g。1.4 水蒸氣蒸餾法提取八角茴香油和莽草酸的工藝優(yōu)化

表1 L9(34)正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and their coded levels in L9(34) orthogonal array design

采用水蒸氣蒸餾法提取八角中的茴香油和莽草酸時(shí)，在以提取時(shí)間、料液比、提取溫度、物料粒徑為單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定八角中茴香油和莽草酸的最佳提取條件，試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

按1.3.2.2節(jié)中所述方法測(cè)莽草酸標(biāo)準(zhǔn)品吸光度，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為：A＝0.0031C＋0.0647，R2＝0.9992，在4～24μg/mL范圍內(nèi)，質(zhì)量濃度與吸光度有良好的線性關(guān)系。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 物料粒徑對(duì)八角茴香油和莽草酸得率的影響

準(zhǔn)確稱取經(jīng)處理的八角茴香粉末10g，以物料粒徑為變量(20、40、60、80、100目)，在提取溫度140℃、提取時(shí)間3h、料液比1:20(g/mL)條件下進(jìn)行蒸餾，按1.3.2.1節(jié)方法計(jì)算茴香油得率，按1.3.2.2節(jié)方法計(jì)算莽草酸得率。結(jié)果如圖1所示，物料粒徑越小，精油和莽草酸得率越高，但當(dāng)物料粒徑大于60目時(shí)，物料容易黏在一起，莽草酸不易提出，且精油會(huì)有所揮發(fā)，因此綜合考慮選擇最佳物料粒徑60目。

圖1 粒徑對(duì)精油和莽草酸得率的影響Fig.1 Effect of material granularity on the yields of volatile oil and shikimic acid

2.2.2 料液比對(duì)八角茴香油和莽草酸得率的影響

圖2 液料比對(duì)精油和莽草酸得率的影響Fig.2 Effect of liquid-to-solid ratio on the yields of volatile oil and shikimic acid

準(zhǔn)確稱取經(jīng)處理的八角茴香粉末10g，以料液比為變量(1:2.5、1:5、1:10、1:20、1:40)，在提取溫度140℃、提取時(shí)間3h、物料粒徑60目條件下進(jìn)行蒸餾。其余操作同2.2.1節(jié)。結(jié)果如圖2所示，當(dāng)料液比在1:2.5～1:10之間時(shí)，精油得率有顯著增加，當(dāng)大于1:10時(shí)，精油得率緩慢降低，可能是由于因?yàn)樗媳冗^(guò)小，物料浸潤(rùn)不充分，在水中擴(kuò)散不充分；水料比過(guò)大，精油在水中的溶解量也相應(yīng)的增大，使八角茴香油得率減小。但當(dāng)料液比大于1:20時(shí)，莽草酸得率有顯著性提高，因此綜合考慮最佳料液比1:20。

2.2.3 蒸餾溫度對(duì)八角茴香油和莽草酸得率的影響

準(zhǔn)確稱取經(jīng)處理的八角茴香粉末10g，以蒸餾溫度為變量(110、120、130、140、150℃)，在蒸餾時(shí)間3h，料液比1:20、物料粒徑60目的條件下進(jìn)行蒸餾，其余操作同2.2.1節(jié)。結(jié)果如圖3所示，隨溫度的升高，精油和莽草酸得率都隨之增大，當(dāng)溫度達(dá)到140℃時(shí)，精油得率有顯著性提高，因此綜合考慮最佳提取溫度140℃。

圖3 溫度對(duì)精油和莽草酸得率的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on the yields of volatile oil and shikimic acid

2.2.4 蒸餾時(shí)間對(duì)八角茴香油和莽草酸得率的影響

圖4 時(shí)間對(duì)精油和莽草酸得率的影響Fig.4 Effect of extraction time on the yields of volatile oil and shikimic acid

準(zhǔn)確稱取經(jīng)處理的八角茴香粉末10g，以提取時(shí)間為變量(1、2、3、4、5h)，在提取溫度14 0℃、料液比1:20、物料粒徑60目條件下進(jìn)行蒸餾，其余操作同2.2.1節(jié)。結(jié)果如圖4所示，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，精油和莽草酸得率都隨之增加，當(dāng)提取時(shí)間3h時(shí)得率較高，當(dāng)蒸餾時(shí)間超過(guò)3h后，增加逐漸緩慢，因此選擇提取時(shí)間3h。

2.3 優(yōu)化提取八角中茴香油和莽草酸的工藝

選取物料粒徑、料液比、提取時(shí)間、提取溫度進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，L9(34)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 八角中茴香油和莽草酸提取工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 L9(34) orthogonal array design and corresponding experimental results

由表2可知，八角中茴香油提取正交試驗(yàn)4個(gè)因素的主次順序?yàn)榱弦罕龋疚锪狭剑緶囟龋緯r(shí)間。八角中茴香油的最佳提取條件為A3B1C3D3，即物料粒徑80目、料液比1:15、提取溫度150℃、提取時(shí)間4h。八角中莽草酸提取正交試驗(yàn)的4個(gè)因素的主次順序?yàn)槲锪狭剑玖弦罕龋緯r(shí)間＞溫度。八角中莽草酸的最佳提取條件為A3B2C2D1，即物料粒徑80目、料液比1:20、提取溫度140℃、提取時(shí)間2h。物料粒徑80目為最佳。對(duì)于茴香油得率，料液比為影響最大的因素，從表2可看出取1:15最佳；對(duì)于莽草酸得率，料液比為次要因素，取1:15也不是太差，綜合考察兩個(gè)指標(biāo)，料液比選擇1:15為最佳。對(duì)于茴香油得率，溫度為較次要因素，取150℃為最佳；對(duì)于莽草酸得率，溫度為最次要因素，對(duì)其影響較小，綜合考察兩個(gè)指標(biāo)，溫度150℃最佳。對(duì)于茴香油得率，時(shí)間對(duì)其有一定影響，取4h為最佳，2h次之；對(duì)于莽草酸得率，時(shí)間為較次要因素，對(duì)其影響較小，取2h或4h均可，綜合考察兩個(gè)指標(biāo)，時(shí)間選擇4h為最佳。通過(guò)各因素對(duì)各指標(biāo)影響的綜合分析，得出較好的試驗(yàn)方案是A3B1C2D3，即物料粒徑80目、料液比1:15、提取溫度150℃、提取時(shí)間4h。按該組合進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出八角中茴香油得率6.69%，莽草酸得率2.05%，優(yōu)于正交試驗(yàn)中的任一組合，說(shuō)明所選取的工藝確為提取茴香油和莽草酸的最佳工藝。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)對(duì)水蒸氣蒸餾條件下，不同因素對(duì)八角茴香油得率和莽草酸得率的影響進(jìn)行比較，確定的最佳提取工藝原料粉碎過(guò)80目篩、以蒸餾水為提取溶劑、料液比1:15、提取溫度150℃、提取時(shí)間4h，在此工藝條件下精油得率6.69%、莽草酸得率2.05%。水蒸氣蒸餾裝置和揮發(fā)油測(cè)定器同時(shí)使用，具有操作方便，成本低，而且能充分利用原材料等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。

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Simultaneous Extraction of Volatile Oil and Shikimic Acid from Star Anise

LI Jian1，YANG Hui1，LI Chen-chen1，ZHANG Ruo-nan2
(1. Key Laboratory of Food Science and Engineering of Heilongjiang Province, College of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China；2. Heilongjiang Junior College of Nursing, Harbin 150036, China)

Steam distillation extraction was used to simultaneously extract the volatile oil and shikimic acid in star anise. In terms of the yields of volatile oil and shikimic acid, the process conditions material granularity, solid-to-liquid ratio, temperature and extraction time were optimized using one-factor-at-a-time combined with orthogonal array design method to be 80 mesh, 1:15 (g/mL), 150 ℃ and 4 h, respectively. Under the optimal conditions, the volatile yield was 6.69% and the shikimic acid 2.05%.

star anise；volatile oil；shikimic acid；steam distillation extraction

TQ651.2

A

1002-6630(2011)20-0030-04

2011-06-13

李健(1956—)，男，教授，學(xué)士，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)。E-mail：lijian4852147@163.com