靈香草精油的提取及其防腐保鮮效果

閆旭宇

李 玲1,2

陳 婷1

吳媛嬌1

(1. 湖南科技學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 永州 425199；2. 湘南優(yōu)勢(shì)植物資源綜合利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 永州 425199)

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靈香草精油的提取及其防腐保鮮效果

閆旭宇1,2

李 玲1,2

陳 婷1

吳媛嬌1

(1. 湖南科技學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南 永州 425199；2. 湘南優(yōu)勢(shì)植物資源綜合利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 永州 425199)

以靈香草為研究對(duì)象，采用水蒸氣蒸餾法提取其精油，通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化靈香草精油的提取條件，研究靈香草精油對(duì)龍眼的防腐保鮮效果。結(jié)果表明，靈香草精油的最佳提取工藝條件為：氯化鈉濃度4%，蒸餾時(shí)間6 h，料液比1∶10(g/mL)，該條件下精油的提取率為0.167 2%。精油對(duì)龍眼的防腐保鮮試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)處理的抑菌效果、VC含量和可溶性固形物含量逐漸降低，龍眼失重率和腐敗率逐漸增加，其抑菌效果和保鮮防腐能力為：0.5%精油>山梨酸鉀—精油>0.05%山梨酸鉀>75%乙醇。靈香草精油對(duì)龍眼具有較好的防腐保鮮效果。

靈香草；精油；提取優(yōu)化；防腐保鮮

靈香草為報(bào)春花科植物的帶根全草，又名香草、零陵香，其味甘、性平，具有解表、止痛、行氣、驅(qū)蛔等功效[1-2]，是湖南省永州市的特色傳統(tǒng)藥用植物。靈香草精油是從靈香草植株中分離提取的具有揮發(fā)性的油狀物質(zhì)，含有大量的酯類(lèi)等芳香物質(zhì)以及較多的有機(jī)酸成分，具有特殊的香氣，被用于化妝品及生活用品的加香，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3-6]。靈香草精油大多采用水蒸氣蒸餾法和超臨界CO2萃取法得到。水蒸氣蒸餾法通過(guò)蒸餾、油水分離加工可得到精油，該法得到的靈香草精油香氣純正、純度高、色澤淺，適于高檔產(chǎn)品的加香，但由于產(chǎn)品收率太低，約0.04%～0.39%，有機(jī)溶劑的加入可適當(dāng)提高精油得率[7-9]，本試驗(yàn)為了研究靈香草精油的防腐保鮮效果，故不添加其他物質(zhì)。超臨界CO2萃取法工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，溫度低，萃取選擇性強(qiáng)，無(wú)溶劑殘留，但設(shè)備要求高，可以得到香氣純正、性能優(yōu)良的靈香草萃取物[5]。不同的提取方法得到的靈香草精油的成分有一定的差異，水蒸氣蒸餾法提取的精油含酸類(lèi)成分較多[10]。研究[11]表明，有機(jī)酸能夠降低水分活性，使菌體蛋白變性脫水，有利于食品保鮮，既經(jīng)濟(jì)便利又對(duì)人體無(wú)害，是天然防腐劑重要組成部分。靈香草精油中以有機(jī)酸成分居多，并具有消炎抑菌作用，可以作為理想的天然防腐劑。由于天然防腐保鮮劑比化學(xué)防腐添加劑安全健康，對(duì)植物精油防腐保鮮方面的研究日漸增多，但是關(guān)于靈香草精油防腐保鮮的研究還未見(jiàn)報(bào)道。因此，結(jié)合本試驗(yàn)精油的用途，選用水蒸氣蒸餾法提取靈香草精油，并從抑菌活性、失重率、腐敗程度、VC含量、可溶性固形物含量5個(gè)方面來(lái)研究靈香草精油對(duì)龍眼采后的防腐保鮮效果，旨在為安全環(huán)保的新型天然防腐保鮮劑的開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

靈香草：購(gòu)自湖南永州，樣品陰干備用；

龍眼：產(chǎn)地廣東茂名，選用新鮮、無(wú)腐爛、無(wú)病蟲(chóng)害的成熟龍眼為材料；

石油醚、氯化鈉、無(wú)水乙醇：分析純，杭州邦易化工有限公司；

無(wú)水硫酸鈉、硫酸亞鐵、碳酸氫鈉、雙氧水：分析純，廊坊天科生物科技有限公司；

VC、水楊酸、山梨酸鉀、草酸、2，6-二氯酚靛酚：分析純，鵬彩精細(xì)化工有限公司；

Tris試劑、牛肉膏、瓊脂、蛋白胨：分析純，蘇州亞科科技股份有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

電熱鼓風(fēng)干燥箱：WG-71型，天津市泰斯特儀器有限公司；

調(diào)溫電熱套：KDM型，北京市佳祥科技儀器有限公司；

電子分析天平：JA3003型，上海舜宇恒平科技儀器有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：YRE-2010-Ⅱ型，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；

三用恒溫水箱：HH型，江蘇國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；

中草藥粉碎機(jī)：FW177型，天津市泰斯特儀器有限公司；

超凈工作臺(tái)：SW-CJ-2F型，蘇凈集團(tuán)安泰公司；

不銹鋼手提式高壓蒸汽滅菌鍋：YXQ-LS-18SI型，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；

阿貝折射儀：WAY-2W型，上海精密科學(xué)儀器有限公司；

紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)：UV2800型，上海舜宇恒平科技儀器有限公司；

恒溫培養(yǎng)箱：HZQ-Q型，中國(guó)哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理 將靈香草放入80 ℃干燥箱內(nèi)干燥至衡重，粉碎成粉末備用。

1.2.2 靈香草精油的提取 采用水蒸氣蒸餾法[12]。準(zhǔn)確稱取50 g靈香草粉末于裝有500 mL蒸餾水的圓底燒瓶中，加入一定量的氯化鈉浸泡1 h，用調(diào)溫電熱套加熱直至沸騰，調(diào)節(jié)電熱套電壓，使其保持微沸狀態(tài)蒸餾6 h。含有精油的水蒸氣經(jīng)由導(dǎo)管收集冷卻餾出后，用石油醚萃取，再經(jīng)過(guò)無(wú)水硫酸鈉脫水處理，旋轉(zhuǎn)揮發(fā)回收石油醚可得靈香草精油。精油提取率按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：

E——提取率，%；

m1——精油質(zhì)量，g；

m0——靈香草質(zhì)量，g。

1.2.3 靈香草精油提取的單因素試驗(yàn)

(1) 氯化鈉濃度對(duì)精油提取率的影響：在蒸餾時(shí)間為6 h，料液比為1∶10(g/mL)時(shí)，氯化鈉濃度分別設(shè)置為2%，3%，4%，5%，6%，平行試驗(yàn)3次，研究氯化鈉濃度對(duì)靈香草精油提取率的影響。

(2) 料液比對(duì)精油提取率的影響：在蒸餾時(shí)間為6 h，氯化鈉濃度為4%時(shí)，料液比分別設(shè)置為1∶7，1∶8，1∶9，1∶10，1∶11(g/mL)，平行試驗(yàn)3次，研究料液比對(duì)靈香草精油提取率的影響。

(3) 蒸餾時(shí)間對(duì)精油提取率的影響：在料液比為1∶10(g/mL)，氯化鈉濃度為4%時(shí)，蒸餾時(shí)間分別設(shè)定為4，5，6，7，8 h，平行試驗(yàn)3次，研究蒸餾時(shí)間對(duì)靈香草精油提取率的影響。

1.2.4 靈香草精油提取的正交試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以氯化鈉濃度、料液比、蒸餾時(shí)間為試驗(yàn)因素，選擇最佳3個(gè)水平，以精油提取率為指標(biāo)，采用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定水蒸氣蒸餾法提取靈香草精油的最佳工藝條件。

1.2.5 靈香草精油的防腐保鮮試驗(yàn) 設(shè)定4個(gè)處理，分別為0.05%山梨酸鉀、0.5%靈香草精油、75%乙醇、0.05%山梨酸鉀—0.5%靈香草精油混合液(體積比為1∶1)。將龍眼分為4組，每組分別為100個(gè)，稱量好后，在上面4個(gè)處理液中浸泡10 min，瀝干，用保鮮膜包裝，室溫保藏，每24 h觀察1次。

1.2.6 測(cè)定指標(biāo)及方法

(1) 抑菌活性：參照文獻(xiàn)[13]。觀察記錄大腸桿菌在平板培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)情況，用抑菌率來(lái)判定靈香草精油的抑菌效果。抑菌率按式(2)計(jì)算：

(2)

式中：

I——抑制率，%；

G0——對(duì)照生長(zhǎng)量，mm；

G1——處理生長(zhǎng)量，mm。

(2) 失重率：采用稱重法，按式(3)計(jì)算失重率。

(3)

式中：

L——失重率，%；

W0——龍眼處理前的重量，g；

W1——龍眼處理后的重量，g。

(3) 腐敗率：觀察處理后龍眼外觀上的變化，腐爛指數(shù)分為4級(jí)：無(wú)褐變、無(wú)腐爛記為0級(jí)；腐爛面積<10%，輕微腐爛，記為1級(jí)；10%<腐爛面積<30%，記為2級(jí)；30%<腐爛面積，記為3級(jí)。以龍眼的腐爛面積為基準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)龍眼的腐爛個(gè)數(shù)，按式(4)計(jì)算腐爛率。

(4)

式中：

D——腐爛率，%；

r——腐爛級(jí)別；

n——所在腐爛級(jí)別的果數(shù)，個(gè)；

R——腐爛最高級(jí)；

N——總果數(shù)，個(gè)。

(4) VC含量的測(cè)定：采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[14]。VC含量按式(5)計(jì)算：

(5)

式中：

m——100 g樣品中含VC的質(zhì)量，mg；

V——滴定時(shí)所用的染料體積，mL；

V0——染料總體積，mL；

m0——10 mL樣液中含樣品的質(zhì)量數(shù)，g；

T——每毫升染料能氧化VC質(zhì)量數(shù)，mg/mL。

(5) 可溶性固形物：取處理后的龍眼，充分研磨過(guò)濾得濾液即為龍眼汁，利用阿貝折光儀測(cè)定龍眼汁的總可溶性固形物含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 氯化鈉濃度對(duì)提取率的影響 由圖1可知，在蒸餾體系中，隨著氯化鈉濃度的增加，靈香草精油的提取率逐漸增加。當(dāng)氯化鈉濃度為4%時(shí)，靈香草精油提取率達(dá)到最高，之后逐漸下降。這可能是由于加入無(wú)機(jī)鹽可強(qiáng)化有機(jī)物的分離，但無(wú)機(jī)鹽濃度過(guò)高時(shí)，導(dǎo)致溶液爆沸，使精油中易揮發(fā)物質(zhì)損失[15]。因此，氯化鈉濃度為4%時(shí)，提取效果較好。

2.1.2 料液比對(duì)提取率的影響 由圖2可知，在利用水作為提取溶劑時(shí)，隨著溶劑用量的增加，靈香草提取率逐漸提高，當(dāng)料液比為1∶10(g/mL)時(shí)，靈香草精油提取率最高，之后隨著水的增多，提取率成下降趨勢(shì)。利用水蒸氣蒸餾法提取精油，加水量過(guò)大會(huì)增大精油在水中的溶解度，加水量過(guò)少，

圖1 氯化鈉濃度對(duì)靈香草精油提取率的影響

Figure 1 Effect of sodium chloride concentration on essen-tial oil extraction rate inLysimachiafoenum-graecumHance

圖2 料液比對(duì)靈香草精油提取率的影響

Figure 2 Effect of the solid-liquid ratio on essential oil extraction rate inLysimachiafoenum-graecumHance

水散作用也會(huì)影響提取率[16]。由于料液比在1∶8(g/mL)和1∶11(g/mL)時(shí)提取率比較接近，為了防止加水量過(guò)大引起精油在水中的溶解度增大，進(jìn)而導(dǎo)致試驗(yàn)誤差增大，因而選擇料液比1∶8，1∶9，1∶10(g/mL)進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.3 蒸餾時(shí)間對(duì)提取率的影響 由圖3可知，隨著蒸餾時(shí)間增加，精油提取率不斷增加，在蒸餾時(shí)間為6 h時(shí)，靈香草精油提取率最高，之后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，精油提取率呈下降趨勢(shì)。水蒸氣蒸餾法提取植物精油，蒸餾時(shí)間過(guò)短精油提取不夠徹底，蒸餾時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致精油的易揮發(fā)成分損失，資源浪費(fèi)。因此，蒸餾時(shí)間選擇6 h左右為宜。

圖3 蒸餾時(shí)間對(duì)靈香草精油提取率的影響

Figure 3 Effect of the distilling time on essential oil extraction rate inLysimachiafoenum-graecumHance

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以氯化鈉濃度、料液比、蒸餾時(shí)間為考察因素，以提取率為考察指標(biāo)，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1。

由表2可知，影響靈香草精油提取率的主次因素依次為氯化鈉濃度>料液比>蒸餾時(shí)間，氯化鈉濃度對(duì)提取率的影響相對(duì)較大。水蒸氣蒸餾法提取靈香草精油的最佳組合為A3B2C2，即料液比為1∶10(g/mL)，蒸餾時(shí)間為6 h，氯化鈉濃度為4%。在此條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)置3次平行實(shí)驗(yàn)，

表1 正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

表2 正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果Table 2 The results of the orthogonal test for optimal conditions

最終得到靈香草精油的提取率為0.167 2%。本試驗(yàn)優(yōu)化提取靈香草精油的得率遠(yuǎn)高于張喜云等[7]研究的得率0.04%，但低于朱凱等[8]及黃瓊等[9]研究的得率0.24%和0.39%，這可能和靈香草的產(chǎn)地以及試驗(yàn)取材有關(guān)。同時(shí)，由于本試驗(yàn)在提取精油之后要進(jìn)行防腐保鮮效果的研究，在提取時(shí)沒(méi)有通過(guò)添加有機(jī)溶劑等途徑來(lái)輔助提高精油得率，這也是導(dǎo)致精油得率偏低的原因。

2.3 靈香草精油的防腐保鮮效果

2.3.1 靈香草精油對(duì)大腸桿菌的抑制效果 由圖4可知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)處理的抑菌效果逐漸降低，抑菌效果趨勢(shì)為：75%乙醇<0.05%山梨酸鉀<山梨酸鉀—精油<0.5%精油。這表明靈香草精油對(duì)大腸桿菌的生長(zhǎng)繁殖有較強(qiáng)的抑制作用，且抑制作用明顯高于山梨酸鉀，而乙醇的抑菌效果最低。這可能與精油中含有的酚類(lèi)、有機(jī)酸類(lèi)、萜烯類(lèi)、醛酮類(lèi)物質(zhì)等主要抑菌活性成分有關(guān)[17]。

2.3.2 靈香草精油對(duì)龍眼重量變化的影響 由圖5可知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)處理的龍眼失重率逐漸增加。龍眼失重率的上升趨勢(shì)為：75%乙醇>0.05%山梨酸鉀>山梨酸鉀—精油>0.5%精油。這說(shuō)明靈香草精油在一定程度上能減緩龍眼水分的損失，從而延緩龍眼腐爛的速度，可以作為一種理想安全的保鮮劑。

圖4 抑菌率變化情況Figure 4 The change of the inhibition rate under four treatments

圖5 失重率變化情況Figure 5 The change of the weight loss rate on longan under four treatments

2.3.3 靈香草精油對(duì)龍眼防腐保鮮效果的影響 水果的腐敗率是直觀體現(xiàn)水果保鮮效果的重要指標(biāo)。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)處理的龍眼腐敗率逐漸增加，防腐能力為：0.5%精油>山梨酸鉀—精油>0.05%山梨酸鉀>75%乙醇(圖6)。這說(shuō)明靈香草精油在一定程度上可降低龍眼的腐爛率，具有一定的防腐效果，且對(duì)龍眼的防腐效果優(yōu)于山梨酸鉀。

圖6 不同處理組的龍眼腐敗率Figure 6 The change of the corruption rate on longan under four treatments

2.3.4 靈香草精油對(duì)龍眼VC含量的影響 在果蔬加工中，VC含量是衡量食品質(zhì)量的重要指標(biāo)。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)處理的龍眼VC含量逐漸降低，抑制VC含量降低能力為：0.5%精油>山梨酸鉀—精油>0.05%山梨酸鉀>75%乙醇(圖7)。龍眼屬于高糖低酸果實(shí)，其VC含量相對(duì)較低，適當(dāng)保持其含量尤為必要。結(jié)果表明靈香草精油有利于龍眼VC的保存。

圖7 VC含量變化趨勢(shì)圖Figure 7 The change of VC content on longan under four treatments

2.3.5 靈香草精油對(duì)龍眼可溶性固形物含量的影響 由圖8可知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)處理的龍眼可溶性固形物含量總體呈下降趨勢(shì)?？扇苄怨绦挝锖繉?shí)質(zhì)上就是水果中的含糖量，在水果貯藏的過(guò)程中，呼吸作用導(dǎo)致含糖量逐漸下降。延緩龍眼可溶性固形物含量降低的能力為：0.5%精油>山梨酸鉀—精油>0.05%山梨酸鉀>75%乙醇。這說(shuō)明靈香草精油在一定程度上可以減緩龍眼中可溶性固形物含量的降低，也就是說(shuō)，精油可以抑制龍眼中含糖量的下降，延緩龍眼的貨架期壽命，保護(hù)果皮內(nèi)的果肉組織不被破壞。

圖8 可溶性固形物含量變化情況Figure 8 The change of the soluble solid content on longan under four treatments

由以上幾個(gè)防腐保鮮指標(biāo)值可以看出，靈香草精油對(duì)龍眼具有較好的防腐保鮮效果。這可能是靈香草精油含有大量的有機(jī)酸成分，具有較好的抗致病菌性[3-6]，同時(shí)，靈香草中含氧化合物、醛類(lèi)、醇類(lèi)和酮類(lèi)等多種成分，使得靈香草精油表現(xiàn)出廣譜抑菌性[6]。精油用于果蔬保鮮時(shí)，能夠破壞細(xì)胞膜的屏障，影響膜脂流動(dòng)性，阻礙細(xì)菌呼吸作用，抑制外來(lái)微生物的入侵[18-20]，是理想的天然防腐保鮮劑。

3 結(jié)論

在不考慮其他因素的情況下，靈香草精油提取條件因素的影響主次順序?yàn)椋郝然c濃度>料液比>蒸餾時(shí)間。根據(jù)正交試驗(yàn)優(yōu)化得到水蒸氣蒸餾法提取靈香草精油的最佳條件為氯化鈉濃度4%，蒸餾時(shí)間6 h，料液比1∶10(g/mL)；精油的提取率為0.167 2%。結(jié)合本試驗(yàn)精油防腐保鮮的用途，適宜用水蒸氣蒸餾法提取，用該法提取的靈香草精油對(duì)龍眼具有較好的防腐保鮮效果。隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)處理的抑菌效果、VC含量和可溶性固形物含量逐漸降低，龍眼失重率和腐敗率逐漸增加，其抑菌效果和保鮮防腐能力為：0.5%精油>山梨酸鉀—精油>0.05%山梨酸鉀>75%乙醇。本研究將對(duì)靈香草產(chǎn)業(yè)的精深加工，以及開(kāi)發(fā)安全環(huán)保的新型天然防腐保鮮劑提供一定的參考依據(jù)。

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Study on extraction of essential oil from Lysimachia foenum-graecum Hance and its preservation effect on longan

YAN Xu-yu1,2

LILing1,2

CHENTing1

WUYuan-jiao1

(1.DepartmentofChemistryandBiologicalEngineering,HunanUniversityofScienceandEngineering,Yongzhou,Hunan425199,China; 2.KeyLaboratoryofComprehensiveUtilizationofAdvantagePlantsResourcesinHunanSouth,Yongzhou,Hunan425199,China)

Essential oil was extracted fromLysimachiafoenum-graecumHance using steam distillation method. The extraction conditions of essential oil were optimized by orthogonal experimental design, and its preservation on longan was studied. The results showed that the optimum extraction technology were: the concentration of sodium chloride 4%, the distilling time was 6 h, and the solid-liquid ratio of 1∶10 (g/mL). Under the condition, the extraction rate of essential oil reached 0.167 2%. The preservation results indicated: the antibacterial effects of 4 treatments, the content of Vitamin C and soluble solid decreased gradually, and weight loss and corruption rate of longan increased with the extension of the time. Its ability of antibacterial effects and preservation were followed: 0.5% essential oil > the mixture of potassium sorbate and essential oil >0.05% potassium sorbate >75% ethanol. It has better preservation effect on longan of essential oil than potassium sorbate.

Lysimachiafoenum-graecumHance; essential oil; extraction and optimization; preservation

湘南優(yōu)勢(shì)植物資源綜合利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(編號(hào)：XNZW16C02)；永州市指導(dǎo)性科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2015-10)

閆旭宇，男，湖南科技學(xué)院講師，碩士。

李玲(1982—)，女，湖南科技學(xué)院副教授，博士。E-mail：liling7826@126.com

2015—09—20

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.11.025