板栗花揮發(fā)油成分的提取與應(yīng)用研究

王浩然，魏福祥，桂建業(yè)

（1.河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.秦皇島市疾病控制預(yù)防中心，河北秦皇島 066001；3.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北石家莊 050803）

板栗花揮發(fā)油成分的提取與應(yīng)用研究

王浩然1，2，魏福祥1，桂建業(yè)3

（1.河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.秦皇島市疾病控制預(yù)防中心，河北秦皇島 066001；3.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北石家莊 050803）

以純水為溶劑，采用快速溶劑萃取法從板栗花中提取揮發(fā)油，同時利用吹掃捕集技術(shù)直接分析。采用水蒸氣蒸餾法提取板栗花揮發(fā)油，利用氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對蒸餾液的板栗花揮發(fā)油進(jìn)行分析。結(jié)果表明：從板栗花揮發(fā)油中得到28種成分。其中酯類化合物有10種，醇類化合物有4種，醛類化合物有9種；醇類、醛類、酯類化合物是揮發(fā)性成分的主體，也是板栗花揮發(fā)油的主要組成成分。以晚期板栗花為原料，在蒸汽壓力為0.04MPa，蒸餾時間為2.5h，液固比值為6kg／L的條件下制備板栗花型清香劑效果最好。

板栗花；揮發(fā)油；快速溶劑萃??；蒸汽蒸餾

板栗花為殼斗科（fagceae）栗屬植物板栗（castanea mollissima blume）的雄性花序［1］。板栗花香氣香甜宜人、柔和、開闊。目前，對板栗花揮發(fā)油的研究較少［2－4］，也不夠系統(tǒng)。研究板栗花揮發(fā)油和板栗花香氣成分，對了解其生理、藥理作用以及實(shí)現(xiàn)板栗花在食品和調(diào)香中的深度開發(fā)應(yīng)用具有重大意義。另外，揮發(fā)油檢測技術(shù)一般均是采用氣相色譜或者氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用完成［5－6］，但檢測的關(guān)鍵技術(shù)在于進(jìn)樣前的前處理技術(shù)，如果是采用溶劑提取的樣品，凈化完成后可直接進(jìn)樣，但是凈化會使揮發(fā)性的組分部分損失；也有人采用靜態(tài)頂空技術(shù)，但這種技術(shù)沒有對樣品進(jìn)行濃縮，靈敏度較差，所能檢測的揮發(fā)性成分少［7－8］。本研究是對板栗花揮發(fā)油成分的初探，使用一種快速溶劑萃取技術(shù)從板栗花中提取揮發(fā)油，采用無溶劑、無污染、能夠大量富集的吹掃捕集－熱脫附進(jìn)樣法［9］，利用氣相色譜－質(zhì)譜法鑒定板栗花揮發(fā)油有效成分。利用水蒸氣蒸餾技術(shù)提取板栗花揮發(fā)油并依此制備清香劑，并考察蒸餾壓力、蒸餾時間、板栗花類型、液料比對制備效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與原料

ASE200快速溶劑萃取儀（美國戴安公司提供）；GC-MS QP2010氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀，配負(fù)化學(xué)電離源（日本島津公司提供）；MTN-2800W氮吹儀（恒奧公司提供）；4552型土壤吹掃進(jìn)樣器，配4660吹掃捕集裝置（美國OI公司提供），AP-02真空泵（恒奧公司提供）；不銹鋼蒸餾釜、電子控制電加熱鍋爐（江蘇常熟市醫(yī)藥化工設(shè)備總廠提供）；FA2004型電子天平（上海良平儀器儀表有限公司提供）。

芳樟醇標(biāo)準(zhǔn)品（主成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97.5%），乙酸芳樟酯標(biāo)準(zhǔn)品（主成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%），苯乙酮標(biāo)準(zhǔn)品（主成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%），壬醛標(biāo)準(zhǔn)品（主成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%）（德國Dr.Ehrenstorfer公司提供）；純水：自制。

板栗花（chestnut flower）采自河北省唐山市遷西縣，由遷西縣板栗研發(fā)中心鑒定、提供。

1.2 儀器條件

1.2.1 快速溶劑萃取條件

爐溫：100℃；壓力：8.274MPa（1 200psi）；靜態(tài)時間：10min（5min預(yù)熱平衡之后）；沖洗體積：萃取池體積的60%；氮清洗：0.689MPa（100psi）下80s；靜態(tài)周期：2次。

1.2.2 色譜－質(zhì)譜條件

氣相色譜－質(zhì)譜條件：Rtx-624色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm）；柱始溫度為40℃，保持2min；以20℃／min持續(xù)升溫至210℃，保持5min；進(jìn)樣口溫度為220℃；分流進(jìn)樣，分流比為10∶1。離子源溫度為200℃；電壓為70eV；氣相色譜與質(zhì)譜間連接桿溫度為220℃；全掃描（質(zhì)量數(shù)為29～800）。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 快速溶劑萃取板栗花精油成分

1）將板栗干花干燥后粉碎至0.85～1.70mm（10～20目）。

2）在快速溶劑萃取儀（如圖1所示）的萃取池內(nèi)裝入一片過濾膜（孔徑0.22μm的玻璃纖維膜）、5g石英砂，然后將30g粉碎后的板栗花粉末裝入到萃取池中。

3）打開氮?dú)馄?，將壓力設(shè)為0.689MPa（100psi），以純水（20mL）為溶劑開始萃取，萃取池溫度為100℃，萃取壓力為8.274MPa（1 200psi），靜態(tài)提取10min，循環(huán)萃取2次，得萃取液。

4）取萃取液5mL裝入40mL吹掃瓶，在吹掃捕集裝置（如圖2所示）上采用土壤吹掃模式，以40mL／min的氮?dú)膺M(jìn)行吹掃，并由磁轉(zhuǎn)子在磁力的帶動下不停攪動，板栗花提取液中的揮發(fā)性成分會吸附在捕集阱上。然后再加熱捕集阱至220℃，將揮發(fā)油成分解吸到氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀上進(jìn)行鑒定。

1.3.2 水蒸氣蒸餾提取板栗花香氣成分

1）在100L不銹鋼蒸餾釜內(nèi)放入一定質(zhì)量的板栗花，加入相應(yīng)比例的蒸餾水。

2）啟動電子控制電加熱鍋爐，等鍋爐蒸汽壓力達(dá)到0.05MPa時緩慢打開控制閥門使蒸汽進(jìn)入蒸餾釜。保持蒸餾釜內(nèi)蒸汽壓力不高于蒸餾釜限定壓力，對蒸餾釜進(jìn)行蒸汽加熱，當(dāng)蒸餾釜內(nèi)溫度達(dá)到90℃時調(diào)整蒸汽閥門，使蒸餾釜內(nèi)蒸汽壓力保持在0.03MPa左右，然后，打開冷凝收集器的冷卻水閥門，收集冷凝液。

3）將冷凝液過濾并加入防腐劑后即可制備得板栗花型清香劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 板栗花精油成分

圖3 板栗花揮發(fā)油的色譜圖Fig.3 Chromatogram of essential oil from chestnut flower

采用快速溶劑萃取儀提取板栗花揮發(fā)性物質(zhì)后，經(jīng)氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀測定，然后將質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對照并進(jìn)行質(zhì)譜解析（結(jié)果見圖3）。

圖3為本實(shí)驗(yàn)所得色譜圖，其中波峰1—9分別為1—異丁醛，2—戊醛，3—2-甲基戊醛，4—己醛，5—庚醛，6—芳樟醇，7—壬醛，8—乙酰苯酯，9—松油醇。

保留時間、平均回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1；以3倍信噪比計(jì)算，檢出限可達(dá)3.0×10－8以下，詳見表1。

表1 保留時間、平均回收率、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差、方法檢出限一覽表Tab.1 Table of retention time，recovery，RSD and MDL

以芳樟醇、壬醛、苯乙酮的標(biāo)準(zhǔn)品為對照，通過與標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫對照并進(jìn)行質(zhì)譜解析，對其中芳樟醇、壬醛、苯乙酮的定量分析顯示板栗花中芳樟醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6×10－5，壬醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5×10－5，苯乙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.57×10－5。

2.2 水蒸氣蒸餾板栗花成分的GC-MS分析

通過氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，水蒸氣蒸餾法從板栗花冷凝液中分離出28種成分，其中酯類化合物有10種，醇類化合物有4種，醛類化合物有9種（結(jié)果見表2）。

表2 板栗花揮發(fā)油的GC-MS分析結(jié)果Tab.2 Essential oil constituents of chestnut flower detected by GC-MS

其中，醇類、醛類、酯類化合物是板栗花揮發(fā)性成分的主體，也是板栗花香氣的主要組成成分。其中，板花蒸餾冷凝液中含量較多的成分有乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、戊醛、二甲基丁醛、芳樟醇、壬醛、苯乙酮、松油醇。

2.3 蒸餾條件的選擇

以板栗花揮發(fā)油中含量較高的香氣成分——芳樟醇為指標(biāo)，考察不同條件下的板栗花蒸餾效果。

2.3.1 蒸汽壓力的影響

在液固比為10，蒸餾時間為2 h，原料為中期板栗花的條件下，蒸汽壓力對芳樟醇提取率的影響如圖所示。

從圖4中可知，蒸餾釜內(nèi)蒸汽壓力對提取率影響較明顯，芳樟醇提取率隨蒸汽壓力升高而增加，原因能是壓力高，蒸餾釜內(nèi)溫度升高快，蒸餾速度快，相同時間內(nèi)所得冷凝液也多，繼而蒸餾出的芳樟醇質(zhì)量也多。但是，蒸汽壓力越大，操作成本也越大，安全系數(shù)降低并且冷凝液易發(fā)生暴溢現(xiàn)象難以控制，所以蒸汽力不可過大。筆者將正交試驗(yàn)中蒸汽壓力影響因素的水平確定為0.02，0.03，0.04 MPa。

2.3.2 液固比的影響

在蒸汽壓力為0.03MPa，蒸餾時間為2h，中期板栗花的條件下，液固比對芳樟醇提取率的影響見圖5。

從圖5中可知，當(dāng)液固比值為8kg／L時，芳樟醇提取率最高。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，液固比太小時，蒸餾水不能完全浸沒板栗花，并且蒸餾液冷凝速度減慢，液固比太大時可能出現(xiàn)起泡、暴溢現(xiàn)象。因此，擬將正交試驗(yàn)中液固比的影響因素的水平確定為6，8，10。

2.3.3 蒸餾時間的影響

在蒸汽壓力為0.03MPa，液固比值為8kg／L，中期板栗花的條件下，蒸餾時間對芳樟醇提取率的影響見圖6。

從圖6中可知，蒸餾時間對芳樟醇提取率影響比較明顯，隨蒸餾時間延長，芳樟醇提取率增加，但2.5h后增加緩慢，并且蒸餾時間太久，冷凝液的板栗花香氣下降較快，板栗花蒸餾冷凝液直接作為清新劑的效果就會下降。所以為了節(jié)省成本，擬將正交試驗(yàn)中時間影響因素的水平確定為1.5，2.0，2.5h。

2.3.4 板栗花期的影響

在蒸汽壓力為0.03MPa，液固比值為8kg／L，蒸餾時間為2.0h的條件下，板栗花期對芳樟醇提取率的影響如圖7所示。

從圖7中可知，板栗花花期對提取效果也有一定影響，早期板栗花還未開放，香氣很淡；中期板栗花完全盛開，香味濃郁；晚期板栗花雖沒有中期香味濃但是更持久；落花與干花雖然芳樟醇含量不低，但是其冷凝液的板栗花香味不太明顯。擬將正交試驗(yàn)中花期的影響因素確定為早期、中期、晚期。

2.3.5 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)，選用蒸汽壓力、液固比、蒸餾時間、板栗花花期4個因素為主要影響因素，安排了4因素、3水平的正交試驗(yàn)，以確定它們對板栗花制備空氣清新劑效果影響的主次關(guān)系，正交因素水平表見表3。正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表4。

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表L9（34）Tab.3 Designable table L9（34）of orthogonal experiments

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析Tab.4 Orthogonal experimental results and visual analysis

極差分析表明：R1＞R3＞R4＞R2，所以各因素對芳樟醇提取率影響的主次順序?yàn)锳＞C＞D＞B，即蒸汽壓力＞蒸餾時間＞板栗花花期＞液固比。雖然正交試驗(yàn)結(jié)果顯示在A3B1C3D2條件下芳樟醇提取率高達(dá)70.06%，但是板栗花花期較短，中期板栗花不易收集，因此結(jié)合實(shí)際選擇晚期板栗花為原料，即最佳提取條件為A3B1C3D3。即在蒸汽壓力為0.04MPa，蒸餾時間為2.5h，晚期板栗花，液固比值為6kg／L時提取效果最好。

3 結(jié) 語

采用快速溶劑萃取法（以純水為溶劑）從板栗花中提取揮發(fā)油，同時利用吹掃捕集技術(shù)直接對板栗花揮發(fā)油進(jìn)行分析。使用氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對板栗花揮發(fā)油進(jìn)行鑒定和定量。結(jié)果表明，直接采用純水利用快速萃取技術(shù)提取板栗花中芳香性物質(zhì)的方法不但效率高，而且速度快。

將板栗花蒸餾液中芳香性物質(zhì)的質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對照與質(zhì)譜解析，查閱相關(guān)數(shù)據(jù)庫，鑒定出板栗花蒸餾液中芳香性物質(zhì)含有28種成分。其中酯類化合物有10種，醇類化合物有4種，醛類化合物有9種，其中醇類、醛類、酯類化合物是揮發(fā)性成分的主體，也是板栗花香氣的主要組成成分。以芳樟醇、壬醛、苯乙酮的標(biāo)準(zhǔn)品為對照，對板栗花中芳樟醇、壬醛、苯乙酮進(jìn)行了定量。其中芳樟醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6×10－5，壬醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5×10－5、苯乙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.57×10－5。但板栗花和板栗花香氣成分的組成有很大的差別，有必要對板栗花和板栗花中香氣成分進(jìn)行進(jìn)一步的感官評價(jià)分析。

采用水蒸氣蒸餾技術(shù)從板栗花中提取揮發(fā)油，并使板栗花揮發(fā)油中芳香性物質(zhì)與蒸餾水直接混合制備板栗花型清香劑。試驗(yàn)表明，以晚期板栗花為原料，在蒸汽壓力為0.04MPa，蒸餾時間2.5h，液固比值為6kg／L的條件下效果最好。

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Extraction of aroma components in chestnut flower and its application

WANG Hao-ran1，2，WEI Fu-xiang1，GUI Jian-ye3
（1.College of Environmental Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China；2.Qinhuangdao Center for Disease Control and Prevention，Qinhuangdao Hebei 066001，China；3.Institute of Hydrogeology and Environmental Geology，CAGS，Shijiazhuang Hebei 050803，China）

With pure water as solvent，essential oil is extracted from chestnut flower by using the method of Accelerated Solvent Extraction，and is directly analyzed by purge and trap technique.Essential oil of chestnut flower is extracted by steam distillation method and the distillation liquid is analyzed by GC-MS.The results show that essential oil of chestnut flower contains twenty eight components including ten kinds of esters，four kinds of alcohols and nine kinds of aldehydes.The main volatile components of chestnut flower essential oil，as well as the main components of the chestnut floral aroma，are alcohols，aldehydes and esters.The experiments show that the best condition for producing Freshener is as follows：the late chestnut flower as raw materials，pressure of 0.04MPa，distillation time of 2.5hand liquid to solid ratio of 6.

chestnut flower；essential oil；rapid solvent extraction；steam distillation

S664.2

A

1008-1542（2011）04-0384-07

2011-02-22；

2011-03-28；責(zé)任編輯:王海云

王浩然（1982-），男，山東汶上人，碩士研究生，主要從事綠色化學(xué)方面的研究。

魏福祥教授。E-mail：wfxss＠sohu.com