同時蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油及工藝優(yōu)化

張鳳芳，馬　力

（西華大學(xué)生物工程學(xué)院，四川成都610039）

同時蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油及工藝優(yōu)化

張鳳芳，馬力*

（西華大學(xué)生物工程學(xué)院，四川成都610039）

以新鮮大蔥為研究對象，采用同時蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油，利用毛細(xì)管氣相色譜/質(zhì)譜法（GC/MS）鑒定出25種化合物，其中含硫化合物13種，主要成分有：烯丙基甲硫醚、甲基甲基硫代亞磺酸酯、丙基甲基硫代硫磺酸酯、反式烯丙基丙基三硫醚等；醛類3種，2-甲基-2-戊烯醛、2-丁炔二乙基乙縮醛、3-丁炔二乙基乙縮醛；酯類6種，主要成分有：2-丁烯酸甲酯、3-戊烯酸，4-甲基-2-丙烯酸酯、2-丁烯酸乙烯酯等；酸2種，乙烯丁酸和2-甲基庚酸；醇類1種，2，4-二甲基-3-戊醇。在單因素實(shí)驗基礎(chǔ)上，選取蒸餾溫度、料液比、同時蒸餾-萃取時間以及水浴溫度進(jìn)行正交實(shí)驗，確定同時蒸餾-萃取法提取蔥油最佳工藝參數(shù)為：蒸餾溫度95℃、料液比1∶2（g∶mL）、同時蒸餾-萃取時間3.5h、水浴溫度55℃，此條件下測得含硫化合物含量可達(dá)25.15mg/g。

同時蒸餾-萃取法（SDE），蔥油，含硫化合物，正交實(shí)驗設(shè)計

大蔥是多年生草本百合科蔥屬植物，含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、鈣、磷、鐵以及多種維生素等物質(zhì)。大蔥具有特殊的清香辛辣味，能促進(jìn)消化液的分泌增進(jìn)食欲，祛腥解膩，是制作菜肴良好的調(diào)味品。大蔥所含的活性成分能降低血脂含量、延長凝血時間，對高血壓、冠心病、動脈硬化具有良好的預(yù)防作用。大蔥的生理活性物質(zhì)主要是存在于大蔥油中的含硫化合物，多為易揮發(fā)組分，包括二甲基三硫醚、甲丙基二硫醚、丙基甲基硫代硫磺酸酯、甲基烯丙基硫代硫磺酸酯、甲硫醇、2，5-二甲基噻吩等［1］。另外，蔥油對體內(nèi)外人胃癌細(xì)胞的生長具有抑制作用［2］。目前大蔥在國內(nèi)市場主要應(yīng)用于食品調(diào)味、保健品以及藥品開發(fā)等方面，應(yīng)用前景廣泛。大蔥的出口產(chǎn)品主要是初級和原料型，深加工產(chǎn)品較少。因此，對大蔥進(jìn)行深加工，尤其是提取高質(zhì)量的蔥油顯得尤為重要。

精油的提取方法主要有水蒸汽蒸餾法［3-4］、有機(jī)溶劑萃取法［5］、同時蒸餾-萃取法（SDE）［6-7］和超臨界CO2萃取法（SFE）［8］等。水蒸汽蒸餾法結(jié)合有機(jī)溶劑法，提取過程不僅消耗大量的有機(jī)溶劑，且由于蔥油粘壁造成蔥油損失極大，不僅浪費(fèi)成本，污染環(huán)境，還降低了蔥油的提取效率。SFE法采用CO2作為萃取劑，極性低，不適用于含水量高的植物有效成分的提取，且成本高。SDE法是近年來才發(fā)展起來針對揮發(fā)性和半揮發(fā)性成分的提取方法，SDE法優(yōu)點(diǎn)在于蒸餾與萃取同步進(jìn)行。攜帶蔥油的水蒸汽和有機(jī)溶劑在儀器上部相遇，蔥油由于在水相和有機(jī)相中的分配系數(shù)不同，由水相轉(zhuǎn)移至有機(jī)相，遇低溫兩相冷凝成液滴并在“U”形管中分離，水相流回至蒸餾瓶內(nèi)，有機(jī)相則流回至萃取瓶內(nèi)，此過程不斷循環(huán)達(dá)到對精油的萃取。目前SDE法已用于洋蔥［9］、安息茴香［10］、大蒜［11］、花椒揮發(fā)油［12］、火麻仁［13］等精油的提取上，并取得良好的提取效果，但國內(nèi)鮮少報道有利用SDE法提取蔥油的研究。本實(shí)驗利用SDE法提取蔥油并通過正交實(shí)驗對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，為大蔥資源的利用提供參考數(shù)據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

成都產(chǎn)大蔥（蔥白粗長） 購于當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場；苯甲醇標(biāo)準(zhǔn)品Sigma公司；無水硫酸鈉、二氯甲烷（分析純） 成都科龍化工試劑廠；

JJ-2型組織搗碎機(jī)江蘇金壇市金城國勝實(shí)驗儀器廠；KQ-100DE型超聲波清洗器昆山市超聲儀器有限公司；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器鄭州長城科工貿(mào)有限公司；同時蒸餾-萃取裝置天長市長城玻璃儀器制造廠；島津GC-MS QP2010Plus深圳市儀器設(shè)備有限公司。

1.2實(shí)驗方法

1.2.1蔥油提取蔥油提取傳統(tǒng)工藝流程主要為：大蔥→預(yù)處理→粉碎→有機(jī)溶劑萃取→過濾→蒸餾→蔥油。蔥油提取工藝中，為阻止蒜氨酸（alliin）在催淚因子合成酶（LFS）作用下生成不具生物活性且極易揮發(fā)催淚因子（LF）［14］，需先將大蔥熱燙處理使LFS失活。另外，超聲波的次級效應(yīng)可加速目標(biāo)成分溶出［15］。本實(shí)驗通過SDE法提取蔥油并對萃取工藝予以優(yōu)化并對相關(guān)重要參數(shù)進(jìn)行探討。因此，改進(jìn)后工藝流程如下：

新鮮大蔥→預(yù)處理→滅酶→粉碎→超聲波輔助萃取→同時蒸餾-萃取→分液→無水硫酸鈉干燥→濃縮→蔥油。

1.2.2流程說明

1.2.2.1大蔥預(yù)處理蔥白切段（長度約5cm），80℃水浴滅酶30m in，組織搗碎機(jī)破碎成勻漿，取1000g漿液加入蒸餾水于室溫超聲處理60min。

1.2.2.2提取方法將1.2.2.1得到的勻漿裝入SDE裝置左側(cè)的物料瓶，物料瓶置于油浴鍋中進(jìn)行蒸餾，SDE裝置右側(cè)的溶劑瓶中加入20m L二氯甲烷，置于水浴鍋中進(jìn)行水浴加熱。物料瓶、溶劑瓶內(nèi)溫度分別達(dá)到設(shè)定值后，物料瓶內(nèi)大蔥精油隨水蒸汽在SDE裝置中上部與溶劑蒸汽相遇，由于大蔥精油在水相和有機(jī)溶劑相中分配系數(shù)不同而發(fā)生相轉(zhuǎn)移，從水相轉(zhuǎn)移至有機(jī)溶劑相完成萃取過程。水蒸汽和溶劑蒸汽冷凝，在“U”形管中被分開，流回各自的容器中?？刂啤癠”型管中液滴滴下的速度為每15s滴下一滴，以保證實(shí)驗的一致性，連續(xù)蒸餾4h，收集萃取液。

1.2.2.3萃取液處理小心收集萃取液，離心，下層溶液用無水Na2SO4干燥，除去水分，然后55℃恒溫水浴除去溶劑，并濃縮至1000μL，加入苯甲醇作為內(nèi)標(biāo)物，使其濃度為10mg/g，GC-MS檢測。

1.2.3GC-MS檢測色譜柱：DB-5ms毛細(xì)管柱（30.0m×0.25mm，0.25μm）；程序升溫：50℃，保持3m in，以7℃/m in升溫至180℃，保持2m in，以4℃/m in升溫至250℃，柱箱溫度50℃，進(jìn)樣口溫度250℃，離子源溫度230℃，接口溫度280℃，進(jìn)樣量1μL，分流比為1∶20；利用NIST譜庫進(jìn)行檢索，所得質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)譜圖進(jìn)行比較，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行確證。

1.2.4蔥油得率計算方法大蔥的生理活性物質(zhì)以及風(fēng)味成分主要是存在于蔥油中的含硫化合物，因此利用含硫化合物濃度來替代蔥油得率。×內(nèi)標(biāo)物濃度

1.2.5單因素實(shí)驗設(shè)計分別在蒸餾溫度（80～110℃）、料液比（1∶1～1∶5）、同時蒸餾-萃取時間（1～5h）以及水浴溫度（40～70℃）范圍內(nèi)進(jìn)行單因素實(shí)驗，以蔥油中含硫化合物含量為指標(biāo)，固定蒸餾溫度100℃，料液比1∶3，水浴溫度65℃，蒸餾時間4h，探究四因素對SDE法提取蔥油中含硫化合物含量的影響。

1.2.6正交實(shí)驗設(shè)計在單因素實(shí)驗的結(jié)果基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交設(shè)計，選擇蒸餾溫度（A）、料液比（B）、同時蒸餾-萃取時間（C）以及水浴溫度（D）四個因素，各因素選取3個水平，進(jìn)行三因素四水平的正交實(shí)驗，確定SDE法提取蔥油的最佳工藝條件，正交因素水平見表1。

表1　因素水平表Table 1　Factors and levels of central composite design

2　結(jié)果與分析

2.1蔥油化學(xué)成分檢測與分析

經(jīng)SDE法萃取的蔥油，經(jīng)GC-MS分析鑒定出25種化合物。蔥油的總離子流色譜圖與NTST譜庫檢索鑒定出的化學(xué)成分分別見圖1和表2所示。

通過與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對照、分析，對于相似度較高的物質(zhì)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖譜確定化學(xué)結(jié)構(gòu)；對于含量較高但相似度低的化合物，需要查閱相關(guān)文獻(xiàn)［16］確定可能的化學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)果見表2。

圖1　蔥油的總離子流圖Fig.1　Total ion flow diagram of green onions oil

表2　蔥油化學(xué)成分Table 2　The chemical composition of green onions oil

由表2可知：共鑒定出25種化合物，約占揮發(fā)油總量的90%。其中，含硫化合物13種、醛類3種、不含硫酯類6種、酸2種、醇類1種；含硫化合物占揮發(fā)油總量60%以上，其中（亞）硫代硫磺酸酯占17.23%；烯丙基硫醚占的比例比較大，是因為硫代（亞）磺酸酯類物質(zhì)在水與油介質(zhì)中分解生成阿霍烯、二烯丙基硫醚、乙烯基二噻乙烯等［17］，這無疑造成了蔥油活性成分的巨大損失；研究中檢測到蔥油化學(xué)成分與黃雪松研究結(jié)果有差異，黃雪松研究得到丙基甲基硫代硫磺酸酯含量最高，占揮發(fā)油總量的17%，可能是由于品種、產(chǎn)地，提取方法，檢測儀器差異造成的。

2.2單因素實(shí)驗

2.2.1蒸餾溫度對含硫化合物含量的影響蒸餾溫度對蔥油含硫化合物含量的影響如圖2所示。蒸餾溫度的高低決定了蔥油的品質(zhì)優(yōu)劣，溫度過低，蔥油無法隨水蒸汽與有機(jī)相接觸完成萃取過程；溫度過高，蔥油品質(zhì)發(fā)生劣變。

圖2　蒸餾溫度對蔥油含硫化合物含量的影響Fig.2　The effectof distil-off temperature on the extraction yield of sulfur-containing compounds

由圖2可知，蒸餾溫度在80～100℃時，含硫化合物含量隨溫度的升高而增加，100℃達(dá)到最大值22.59mg/g；繼續(xù)升高溫度，含硫化合物含量急劇下降，是由于逐漸升高溫度，部分含硫化合物揮發(fā)或者發(fā)生分解導(dǎo)致含量降低。綜合考慮，選擇蒸餾溫度為100℃比較合適。

2.2.2料液比對含硫化合物含量的影響料液比對含硫化合物含量的影響如圖3所示。由圖3可知，料液比在1∶1～1∶3之間時，含硫化合物含量隨料液比的增大而增加，當(dāng)料液比為1∶3時，含硫化合物含量達(dá)到最大值23.81mg/g；之后雖增大料液比，含硫化合物含量略有降低但變化不大。綜合考慮，選擇料液比為1∶3為最適料液比。

圖3　料液比對含硫化合物含量的影響Fig.3　The effectof ratio ofmaterial to liquid on the extraction yield of sulfur-containing compounds

2.2.3同時蒸餾-萃取時間對含硫化合物含量的影響同時蒸餾-萃取時間對含硫化合物含量的影響如圖4所示。由圖4可知，同時蒸餾-萃取時間對含硫化合物含量影響很大：在1～4h之間，含硫化合物含量隨時間的延長而增加，在4h處達(dá)最大值24.94mg/g；延長萃取時間，含硫化合物含量降低，可能是由于蒸餾時間過長，導(dǎo)致部分含硫化合物分解。綜合考慮，同時蒸餾-萃取時間4h為佳。

圖4　同時蒸餾-萃取時間對含硫化合物含量的影響Fig.4　The effect of extracting time on the extraction yield of sulfur-containing compounds

2.2.4萃取溫度對含硫化合物含量的影響水浴溫度對含硫化合物含量的影響如圖5所示。選擇適當(dāng)?shù)乃囟扔欣谑[油被充分萃取。由圖5可知，對當(dāng)水浴溫度在40～60℃之間時，含硫化合物含量隨水浴溫度的升高而增加，在60℃時達(dá)到最大值22.74mg/g；繼續(xù)升高溫度，含硫化合物含量隨水浴溫度的升高略有下降但總體變化不大。綜合考慮，選擇水浴溫度為60℃比較合適。

圖5　水浴溫度對含硫化合物含量的影響Fig.5　The effectof bath temperature on the extraction yield of sulfur-containing compounds

表3　實(shí)驗設(shè)計方案和實(shí)驗結(jié)果Table 3　Test design and results

表4　方差分析Table 4　Variance analysis of regression equation

由表4可知，蒸餾溫度和同時蒸餾-萃取時間對實(shí)驗結(jié)果有顯著影響，而料液比和水浴溫度對實(shí)驗結(jié)果影響不顯著。極差R3＞R1＞R2＞R4，各因子對指標(biāo)的影響力大小依次為：蒸餾-萃取時間＞蒸餾溫度＞料液比＞水浴溫度；由k值可得4因子的最佳組合為A1B3C1D1，即蒸餾溫度95℃，料液比1∶4，同時蒸餾-萃取時間3.5h，水浴溫度55℃。由于料液比和水浴溫度的選擇對實(shí)驗結(jié)果影響不顯著，從節(jié)約能源的角度考慮，選擇料液比最小，水浴溫度最低，因此確定最佳提取工藝條件為蒸餾溫度95℃、料液比1∶2、同時蒸餾-萃取時間3.5h、水浴溫度55℃。在上述工藝條件下進(jìn)行三次平行實(shí)驗，得到的含硫化合物含量的值為25.15mg/g。

3　結(jié)論

3.1采用同時蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油，利用毛細(xì)管氣相色譜/質(zhì)譜法共鑒定出25種化合物，約占揮發(fā)油總量的90%，其中含硫化合物有13種，醛類3種，不含硫酯類6種，酸2種，醇類1種。

3.2通過正交實(shí)驗得到同時蒸餾萃取法提取大蔥油最佳工藝條件為：蒸餾溫度95℃、料液比1∶2（g∶m L）、同時蒸餾-萃取時間3.5h、水浴溫度55℃，此條件下得到的含硫化合物含量可達(dá)25.15mg/g。

［1］隗苗苗，崔波，張建磊，等.大蔥中活性物質(zhì)的研究［J］.食品與發(fā)酵科技，2012，46（5）：62-64，73.

［2］周曉娜，任錫玲，常麗麗，等.大蔥油對體內(nèi)外人胃癌細(xì)胞生長的抑制作用［J］.腫瘤預(yù)防研究，2006，15（10）：45-49.

［3］THOMASL，LEUNG S，CUMMINGM.Genotypic variation in sulphurassimilation andmetabolism ofonion（Allium cepa L.）.II：Characterisation of ATP sulphurylase activity［J］.Phytochemistry，2011，72（9）：888-896.

［4］XU Yi Xiu，ZHANG Min，F(xiàn)ANG Zhong Xiang，et al.How to improve bayberry（Myrica rubra Sieb.et Zucc.）juice flavour quality：Effect of juice processing andstorage onvolatile compounds［J］.Food Chemistry，2014，151（15）：40-46.

［5］張巧娥，哈斯額爾敦，張霞，等.溶劑萃取法提取沙蔥有效成分的工藝研究［J］.食品科技，2007，2（1）：94-95.

［6］何洪巨，王希麗，張建麗.GC-MS法測定大蔥、細(xì)香蔥、小蔥中的揮發(fā)性物質(zhì)［J］.分析測試學(xué)報，2004，23（21）：98-101.

［7］黃雪松.大蔥揮發(fā)油含量與化學(xué)成分的分析［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2004，30（10）：114-117.

［8］葛保勝，王秀道，石濱.藥用大蒜提取物的超臨界CO2萃取研究［J］.中成藥，2002，10（8）：571-573.

［9］李麗梅，李景明，孫亞青，等.不同因素對同時蒸餾萃取法提取洋蔥精油的研究［J］.食品科學(xué)，2006，27（2）：212-215.

［10］張東星，馮高遷，劉志昂，等.同時蒸餾-萃取法（SDE）提取安息茴香精油的研究［J］.糧油食品科技，2007，15（6），31-33.

［11］劉東文，王國義，孫亞青，等.同時蒸餾萃取影響大蒜油得率的幾個因素分析［J］.食品工業(yè)科技，2005，26（2）：87，105-106.

［12］羅凱，朱琳，闞建全.水蒸汽蒸餾、溶劑萃取、同時蒸餾-萃取法提取花椒揮發(fā)油效果比較［J］.食品科技，2012，37（10）：234-236.

［13］戴煌，方國珊，李文峰，等.同時蒸餾萃取-氣相色譜-質(zhì)譜法分析火麻仁精油成分［J］.食品科學(xué)，2010，31（14）：229-233.

［14］IMAIS，TOMOTAKE M.An onion emzyme thatmakes the eyeswater［J］.Nature，2002，419（17）：685.

［15］楊月云，王小光，周娟.超聲波輔助萃取菜花揮發(fā)油及其化學(xué)成分的氣質(zhì)聯(lián)用分析［J］.食品科學(xué)，2013，34（18）：98-102.

［16］KUOM C，HOC T.Volatile Constituents of the distilled oils of welsh onions（Allium Fistulosum L.Variety Maichuon）and Scallions（A Fistulosum L.Variety Caespitosum）［J］.JAgric Food Chem，1992（40）：111-117.

［17］THEODORD，RUDOLFH，ILSEZ.Pharmazeutische Biologie［M］.Berlin：Springer Verlag，2002：101-105.

Extraction on green onions oilusing simultaneous distillation and solventextraction（SDE）and technology optim ization

ZHANG Feng-fang，MA li*
（School of Bioengineering，Xihua University，Chengdu 610039，China）

Green onions oilwas extracted by Simultaneous Distillation and Solvent Extraction（SDE）method from g reen onions，and analyzed by GC/MS，25 peaks were separated and identified，which contents 13 sulfurcontaining com pounds，such as allylmethyl sulfide，methyl thiosulfinates，p ropylmethyl ester thiosulfate sulfur，trans allyl p ropyl three sulfur ether.3 aldehydes：2-methyl-2-pentenal，2-butyne d iethylacetal，3-butyn d iethyl acetal.6 esters：such as 2-butenoate，3-pentenoic acid 4-methyl-methacrylate，2-butenoic acid vinyl ester. 2 acid ics，vinyl butyrate，2-methyl enanthate.1 alcohol，2，4-d imethyl-3-pentanol.Four extraction parameters inc lud ing d istil-off tem perature，ratio of liquid to material，extracting time，bath tem perature were op tim ized using orthogonal design based on sing le fac tor investigations for the extraction yield of sulfur-containing compounds.And op timum extraction condition for d istil-off temperature 95℃，ratio of material to liquid 1∶2（g∶m L），extrac ting time 3.5h，bath temperature 55℃.Under these conditions，the average content of sulfurcontaining compounds was 25.15mg/g.

simultaneous d istillation and solventextraction（SDE）；g reen onions oil；sulfur-containing compounds；orthogonaldesign

TS201.1

B

1002-0306（2015）06-0290-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.055

2014-07-30

張鳳芳（1989-），女，碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。

馬力（1956-），男，本科，教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。