分段提取香茅草精油及其對食用油脂的抗氧化活性研究

李曉嬌，劉憶明

（保山學院資源環(huán)境學院，云南保山678000）

分段提取香茅草精油及其對食用油脂的抗氧化活性研究

李曉嬌，劉憶明

（保山學院資源環(huán)境學院，云南保山678000）

目的：提取云南產香茅草精油，研究不同提餾段精油對食用油脂的抗氧化活性。方法：采用水蒸氣蒸餾法分段提取香茅精油，并以豬油和菜籽油為介質，過氧化值（POV）為指標，考察香茅精油的抗氧化活性，以BHT和BHA做對照。結果：水蒸氣蒸餾法提取香茅精油的最佳工藝為：料液比為1∶20，NaCl的質量濃度為7g/L，提取時間為160min，總出油率為1.23%。GC-MS分析前20min和20～160min香茅精油中檸檬醛、橙花醛、橙花醇等主要成分的含量差別較大。香茅精油對豬油的抗氧化活性較低。20～160min香茅精油對菜籽油有較好的抗氧化活性，與VC復合使用時，其對菜籽油的抗氧化活性與BHT相當。20～160min精油對DPPH·的清除能力較BHT和BHA差，而其總抗氧化活性與BHT和BHA相當。結論：香茅草精油具有較好的抗氧化活性，并且精油中高沸點物質的活性大于低沸點物質的活性。

香茅草精油，食用油脂，抗氧化活性，自由基清除能力

香茅草[Cymbopogon citratus（DC.）Stapf]為禾科植物香茅的全草，呈檸檬香味，別名檸檬草。生長在亞熱帶地區(qū)，我國的華南、西南等地均有分布。云南是香茅草的重要分布地區(qū)，有大規(guī)模的香茅草種植面積，研究表明，香茅草精油富含檸檬醛、檸檬烯、橙花醛、橙花烯、月桂烯等多種特殊成分[1-2]，有一定的防腐、抗菌[3]、抗氧化的能力[4-5]，此外，還具有抑制腫瘤[6]、止痛[7]、利尿、化感等作用[8]。食用油脂類食品如食用油、肉制品和烘焙食品等為了防止脂肪的氧化酸敗，大量使用的抗氧化劑皆為人工合成的BHA（丁基羥基茴香醚）、BHT（二丁基羥基甲苯）等。長期食用具有直接或潛在毒性和致癌、致畸作用。隨著時代的進步和科技的發(fā)展，開發(fā)和利用天然抗氧化劑己經成為當今世界食品科技發(fā)展的方向。已通過實驗證明，香茅草精油在食用油脂中有良好的抗氧化活性[9-10]。因此本文采用微波輔助水蒸氣蒸餾法提取云南的香茅草精油，并對提取工藝進行優(yōu)化，同時測試了其對食用油脂的抗氧化活性，為地方開發(fā)新型天然防腐劑提供理論基礎和技術支持。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

香茅草采自云南保山市潞江鎮(zhèn)；無水乙醇、NaCl、MgSO4均為分析純；1，1-二苯基-2-苦肼基（DPPH）、二丁基羥基甲苯（BHT）、丁基羥基茴香醚（BHA） 均為食品級；豬油市售板油熬煉而成；羅平菜籽油市售一級。

氣相色譜－質譜聯(lián)用儀美國Hewlett-Packark公司，HP6890/5973MSD；HP-5MS石英毛細管色譜柱30m×0.25mm×0.25μm；微型植物試樣粉碎機河北省黃驊科學儀器廠。

1.2實驗方法

1.2.1香茅草揮發(fā)成分提取準確稱取50g干香茅草，置于2000mL圓底燒瓶中，按料液比加入一定體積的蒸餾水，然后加入一定量的NaCl和幾粒沸石，混合均勻，浸泡12h后，放入加熱套，進行水蒸氣蒸餾，蒸餾過程中記錄不同時間香茅精油的外觀品質和出油量，蒸餾結束后，無水MgSO4干燥，過濾。將精油收集好置于棕色瓶中，密封備用[11]。出油率計算公式：出油率（%）=（精油產量/香茅草干重量）×100。

1.2.2不同提餾段香茅草主要揮發(fā)成分鑒定對前20min的提餾段精油和20～160min提餾段精油分別進行成分分析。采用氣相色譜－質譜聯(lián)用儀對所提取的香茅精油進行成分分析，色譜條件：HP-5MS石英毛細管色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm）；程序升溫：80～240℃，初始溫度80℃保持3min，升溫速度5℃/min升至100℃保持3min，升溫速度5℃/min升至140℃，升溫速度10℃/min升至180℃保持1min，升溫速度10℃/min升至200℃保持2min，升溫速度10℃/min升至240℃；進樣口溫度250℃，載氣氦氣，柱流量1.0mL/min，分流比160∶1；電離能量70eV；掃描質量范圍35～500m/z；進樣量0.3μL[12-13]。

1.2.3香茅草精油在食用油脂體系中的抗氧化活性[14]以菜籽油和豬油為實驗對象，BHA、BHT常用食用抗氧化劑作對照實驗，研究香茅草精油在油脂中的抗氧化活性。準確稱取一定量的香茅草精油，分別放入裝有10g豬油和10g菜籽油的碘量瓶中，充分混合均勻，密封。置于（65±1）℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每1～2d將瓶中的精油與油脂混合均勻，測定其POV值[15]。

POV=C（V1-V0）×1000/m

其中：V1為樣品消耗硫代硫酸鈉標準溶液的體積，mL；V0為空白試劑消耗硫代硫酸鈉標準溶液的體積，mL；C為硫代硫酸鈉標準溶液的濃度，mol/L；m為試樣的質量，g。

1.2.4香茅草精油對DPPH·的清除能力在食用油脂中加入抗氧化劑可以清除DPPH·，從而打斷脂質過氧化鏈反應，起到抗氧化作用。DPPH·的乙醇溶液呈紫色，在517nm處有最大吸收，當加入香茅草精油時，DPPH溶液顏色變淺，吸光度減小。再根據吸光度變化曲線測得香茅草的抗氧化活性。DPPH用無水乙醇，配成濃度為0.2mmol/L的溶液，在0～5℃避光保存。分別取1mL一定質量濃度的香茅草精油的乙醇溶液、BHA和BHT抗氧化劑于比色皿中，再分別加入1mL DPPH溶液，混合均勻，以無水乙醇進行儀器調零，在517nm處，分別測定不同時刻的吸光度At[16]，自由基清除率計算公式如下：

自由基清除率（%）=1-（At-Aj）/A0×100。

式中，A0為1mL蒸餾水加1mL DPPH溶液后的吸光值；Aj為1mL無水乙醇加1mL DPPH溶液后的吸光值；At為1mL一定質量濃度的香茅草精油乙醇溶液與1mL DPPH溶液混合后在t時刻的吸光值。

1.2.5香茅草精油的總抗氧化活性采用磷鉬絡合物法。用無水乙醇配制質量濃度分別為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL的香茅油溶液，BHT、BHA溶液各3mL，磷鉬試劑是由0.6mol/L硫酸、28mmol/L磷酸鈉和4mmol/L鉬酸銨配制的溶液。取2mL磷鉬試劑于試管中，再加入0.2mL香茅油溶液，置于95℃恒溫水浴中水浴90min，在波長695nm處測定吸光度A，平行測定3次取平均值，并以BHT和BHA做對照實驗。

1.3提取工藝條件優(yōu)化

本實驗采取分段提取香茅草精油，基于預實驗，試驗因素——提取時間與NaCl濃度未選取相等梯度差水平進行單因素實驗，而是選取了具有代表性的5個水平值進行，固定料液比為1∶20，NaCl濃度為9g/L，提取時間為160min，浸泡時間為12h，單因素實驗分別考察提取時間50、90、120、160、200min，料液比1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35g/mL，NaCl濃度4、7、9、12、14g/L對香茅草精油出油率的影響。

在單因素實驗基礎上，根據單因素對香茅草精油出油率的影響程度，選擇料液比、NaCl濃度、提取時間三個因素進行L9（34）正交實驗，實驗設計見表1。

表1　正交實驗因素水平Table.1　Factor and levels of orthogonal experiment

2　結果與分析

2.1分段提取香茅草精油的主要成分

采用水蒸氣蒸餾法提取香茅精油時，前20min提取油為無色透明，20～160min提取油為淡黃色。根據顏色，將提取油分為兩段研究，通過氣-質譜分析發(fā)現(xiàn)，分段提取的揮發(fā)油成分含量有較大的差異。其主要成分見表2。

2.2提取香茅精油單因素實驗

2.2.1提取時間對香茅草精油出油率的影響由圖1可知，提取時間到160min出油率為1.12%，160min后，出油量基本保持不變。因為香茅草精油的主要成分為揮發(fā)性成分，如橙花醛沸點為118～120℃，橙花醇為225℃，香茅醛為117℃，香葉醇為229℃，隨著提取時間的延長，原料中的揮發(fā)成分已經逐漸降低，故160min后出油量基本保持不變。最佳的提取時間為160min。楊欣等[17]采用了傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法對香茅草精油進行分段提取，其中0～10min的揮發(fā)油為無色透明，10～120min的揮發(fā)油為黃色，其成分也存在較大的差異。本實驗在水蒸氣蒸餾的基礎上加入一定濃度的NaCl作為助劑可降低精油溶解度，從而提高香茅的出油率，其中前20min提取油為無色透明，20～160min提取油為淡黃色。分段提取的結果與楊欣等[17]研究成果存在差異，這可能與蒸餾中加入一定濃度的NaCl作為助劑、香茅草的產地氣候環(huán)境和生長時期有一定關系。

表2　香茅草不同時段揮發(fā)油主要成分Table.2　Main components of lemongrass essential oil in different stages

圖1　提取時間對香茅草精油出油率的影響Fig.1　Effect of extraction time on transfer rate of lemongrass essential oil

2.2.2料液比對香茅草油出油率的影響由圖2可知，料液比從1∶15～1∶25時，出油率不斷升高，料液比達到1∶25時，出油率最大，當溶液量繼續(xù)增大時，出油率反而下降。因為在水蒸氣蒸餾提取香茅精油的過程中，如果蒸餾水用量太小，水散作用進行不徹底，影響出油率。用量過大，精油在水中的溶解量也隨之增大，降低出油率，同時能耗也隨之增加，造成能源的浪費。因而采用料液比為1∶25，不僅可得到較高的出油率，同時也節(jié)約了能源。

圖2　料液比對香茅草精油出油率的影響Fig.2　Effect of material-liquid ratio on transfer rate of lemongrass essential oil

圖3　NaCl用量對香茅草精油出油率的影響Fig.3　Effect of mass concentration of NaCl on transfer rate of lemongrass essential oil

2.2.3NaCl濃度對香茅草精油出油率的影響香茅精油在水中有一定溶解度，加入無機鹽等鹽助劑可降低精油溶解度，從而提高香茅的出油率[18]。本文以NaCl為助劑，考察NaCl的不同用量對香茅精油的出油率的影響。如圖3所示，當NaCl的質量濃度在4～7g/L之間時，出油率不斷增加，NaCl濃度大于7g/L時，出油率反而減小。因此NaCl的質量濃度采用7g/L。

2.2.4正交實驗優(yōu)化香茅草精油提取工藝由表3可知，香茅草精油提取的最佳工藝為5號實驗A2B2C3，但從K值可知香茅草精油提取的工藝為：A2B2C2。為此，在A2B2C3和A2B2C2條件下，分別進行3次重復的驗證實驗，香茅草精油的平均出油率分別為1.23%和1.15%。所以香茅草精油提取的最佳工藝為：A2B2C3，即料液比為1∶20，NaCl質量濃度為7g/L，提取時間為160min，平均出油率為1.23%。

2.2.5正交實驗方差分析表4表明，由于FC=8.919＞F0.01=8.650，說明提取時間對香茅精油出油率的影響極為顯著，料液比和NaCl濃度對出油率的影響不顯著。綜合評價極差大小結果顯示各因素作用主次順序為C＞B＞A，即提取時間＞NaCl濃度＞料液比。

表4　正交實驗結果方差分析Table.4　Variance analysis of orthogonal array design

2.3香茅草精油在食用油脂體系中的抗氧化活性

2.3.1香茅草精油的不同用量對食用油脂抗氧化作用以豬油為體系，考察不同添加量的香茅草精油對豬油的抗氧化作用。由圖4可知，當香茅草精油用量為0.02%時，第20d豬油的POV值低于10mmol/kg。當香茅草精油用量增至0.1%時，第20d豬油的POV值低至6mmol/kg，抗氧化活性增強。因此，香茅草精油對豬油有一定的抗氧化活性，這是由于香茅草中含有大量的檸檬醛類物質，在分段提取時，餾分后段（20～160min）精油中檸檬醛含量較高，并且隨著香茅草精油的用量增加，其對豬油體系的抗氧化活性也相應增加。

圖4　香茅草精油的用量對抗氧化活性的影響Fig.4　Effect of lemongrass essential oil concentration on antioxidant activity

2.3.2香茅草精油對豬油的抗氧化作用固定抗氧化劑和精油的用量都為0.04%，考察香茅精油、BHA和BHT對豬油貯存期間抗氧化效果（圖5）。由于豬油主要為飽和脂肪酸，其本身較不飽和脂肪酸不易氧化，易貯存。由圖5可知，BHA對豬油體系的抗氧化活性最好，香茅草精油在豬油體系中的抗氧化效果不如BHA和BHT，因而香茅精油不宜作固體油脂的抗氧化劑。

2.3.3香茅草精油對菜籽油的抗氧化作用固定抗氧化劑和精油的用量都為0.04%，考察不同提餾段香茅精油、BHA和BHT對菜籽油貯存期間抗氧化效果（圖6）。通過實驗可知，香茅草精油、BHT、BHA對菜籽油都具有一定的抗氧化活性，其中以BHT的活性最強，20～160min香茅精油和BHA活性相當，0～20min香茅精油對菜籽油的抗氧化活性最低。許多研究發(fā)現(xiàn)，多種抗氧化劑聯(lián)合使用，其效果往往要大于使用同劑量的單一抗氧化劑的效果[19]。當香茅精油和VC復合使用時，抗氧化活性優(yōu)于單獨使用香茅草精油。幾乎與BHT的活性相當。

圖5　香茅草精油對豬油的抗氧化作用Fig.5　Antioxidant effect of lemongrass essential oil to lard

圖6　香茅草精油對菜籽油的抗氧化作用Fig.6　Antioxidant effect of lemongrass essential oil to rapeseed oil

圖7　香茅草精油對DPPH·自由基的清除能力Fig.7　Scavenging ability of the essential oil to DPPH·

2.4香茅草精油對DPPH·的清除能力

如圖7所示，香茅草精油對DPPH·的清除能力較低，70min后，香茅精油對自由基的清除率僅為15.8%，而同一時刻，BHA和BHT的清除率可達80%和75%。因為BHA和BHT均屬于酚類抗氧化劑，能夠形成較穩(wěn)定的自由基，從而終止自由基的鏈式反應，起到較好的抗氧化作用。而香茅草精油成分較復雜，多為萜類化合物及其衍生物，如檸檬醛、橙花醇、橙花醛等，在抗氧化劑用量較小的情況下，其清除DPPH·的能力較低。為此，本文考察了不同用量香茅精油對DPPH·的清除能力，如圖8所示。隨著香茅精油用量的增加，對DPPH·的清除率也增加，但需要較高濃度的香茅精油。

圖8　香茅草精油的不同用量對自由基清除率的影響Fig.8　Effect of lemongrass essential oil dosage on DPPH· scavenging ability

2.5香茅草精油的總抗氧化活性測定

本文采用磷鉬絡合物法測定香茅精油的抗氧化活性，該法可以檢測香茅精油總的抗氧化能力。香茅精油可以將Mo（VI）還原為Mo（V），還原產物為綠色配合物，在695nm處有最大吸收[20]。若香茅精油的抗氧化活性越強，還原能力越強，生產的Mo（V）配合物就越多，吸光度值越大。因而可以通過吸光度值A來判斷香茅精油總的抗氧化活性（圖9），可知0～20min的精油抗氧化活性最低，而20～160min的精油抗氧化活性與BHA、BHT相當，并且當濃度為0.4、0.5mg/mL時，香茅精油的抗氧化活性反而強于BHA和BHT。這可能是因為BHA和BHT均難溶于水，在磷鉬試劑中的溶解度較小，導致抗氧化活性低。隨著抗氧化劑用量增大，香茅草精油的抗氧化活性越明顯，以至于在磷鉬試劑中的抗氧化活性高于BHA和BHT。

圖9　香茅草精油的總抗氧化活性測定Fig.9　Total antioxidant activity of lemongrass essential oil

3　結論

本文通過水蒸氣蒸餾法提取云南香茅草精油，以干香茅草為原料，料液比為1∶20，并加入NaCl做助劑，質量濃度為7g/L，浸泡12h后蒸餾160min，分段提取0～20min和20～160min的餾分，總出油率可達1.23%。蒸餾過程中，前20min香茅油為無色透明，20～160min香茅精油呈淡黃色，GC-MS分析兩段精油主要成分的含量差別較大。20～160min餾分香茅精油對菜籽油有較好的抗氧化活性，與VC復合使用時，其對菜籽油的抗氧化活性與BHT相當。香茅精油對豬油的抗氧化活性較低，不宜作固體油脂的抗氧化劑。香茅草精油對食用油脂有較好的抗氧化活性，并且與VC抗氧化劑有一定的增效作用，可繼續(xù)研究香茅精油與其他天然抗氧化劑和合成抗氧化劑的增效作用，為開發(fā)新型食品抗氧化劑提供依據。

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Study on antioxidant activity of lemongrass essential oil by stage extraction

LI Xiao-jiao，LIU Yi-ming
（School of Resources and Environment，Baoshan University，Baoshan 678000，China）

Objective：To get Yunnan Lemongrass essential oil by stage extraction，the paper investigates the antioxidant activity on edible fats.Methods：With steam distillation stage extraction to obtain the essential oil. With the lard and rapeseed oil as the medium，and the Peroxide Value as the index，the antioxidant activities of the tracts and its collaborative antioxidant effect with VCwere investigated.The various antioxidant activities were compared with the BHT and BHA.Results：The technology conditions for extracting the essential oil from the lemon grass by steam distillation were as follows：the material-liquid ratio of 1∶20，Distillation time of 160 min and the mass concentration of NaCl was 7g/L，the total oil yield was 1.23%.The extraction process of volatile oils was divided into two stages considering the color change of the oils.The distillation time was first 20 min and 20～160min.The contents of the main components of the oils were obviously different in two fractions. The 20～160min fractions had good antioxidant activity to rapeseed oil and had same antioxidant activity with BHT when used with VC.But antioxidant activity of lemongrass essential oil in lard was low.The DPPH· scavenging ability of 20～160min fractions was worse than BHT and BHA，but had same total antioxidant activity with them.Conclusion：Lemongrass oil had good antioxidant activity，and compounds of high boiling point demonstrated more antioxidant activity than low ones.

lemongrass essential oil；edible oil；antioxidant activity；free radical scavenging potential

TS201.1

B

1002-0306（2015）04-0237-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.043

2014－04－28

李曉嬌（1985-），女，碩士，講師，研究方向：天然植物化學和食品科學。