桂花精油提取工藝及其成分分析

鄭義+朱玲昱+丁寧+張煥新

摘要：通過單因素和正交優(yōu)化試驗(yàn)，對超聲波提取新鮮桂花精油的工藝進(jìn)行優(yōu)化。把桂花精油提取工藝中的料液比、超聲波頻率、提取時(shí)間、提取溫度逐一進(jìn)行單因素考察，并在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行正交優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，獲得的最佳提取工藝條件為料液比1 g ∶9 mL、超聲頻率60 kHz、提取時(shí)間45 min、提取溫度60 ℃，在此優(yōu)化工藝條件下桂花精油的提取率為3.580%；氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）分析和相關(guān)鑒定結(jié)果顯示，桂花精油中的香氣成分主要有芳樟醇類、紫羅蘭酮、少量的醇、脂肪酸及酯類等化合物。

關(guān)鍵詞：超聲波提??；桂花精油；成分分析；GC-MS；提取工藝

中圖分類號(hào)： TS225.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）23-0188-03

同時(shí)作為一種天然香料，桂花精油是糖果、飲料、化妝品等的重要賦香劑、調(diào)味劑。近年來，植物香料以其綠色、天然、安全、環(huán)保的特點(diǎn)越來越得到廣大消費(fèi)者的喜愛，植物香料應(yīng)用的范圍也越來越廣泛，需求量不斷增加[1]。因此，獲得產(chǎn)量高、品質(zhì)好的桂花精油尤為重要。

目前，從桂花中提取精油的方法較少，最常用的有水蒸氣蒸餾法、揮發(fā)溶劑浸提法、榨磨法等[2-4]，但受工藝限制，傳統(tǒng)方法的精油提取率較低，為1.1%～2.3%[5-6]，有效成分損失多，工藝繁瑣，耗能大。超聲波提取技術(shù)作為一種新的提取分離技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入油脂工業(yè)[7]，它是利用超聲波的空化作用和機(jī)械作用，使溶劑分子滲透到組織細(xì)胞中去，更好地與溶劑分子接觸，使細(xì)胞中可溶性成分更好更快地釋放出來。因此，超聲波可強(qiáng)化萃取分離過程的傳質(zhì)速率和效果，有利于油脂的提取。目前，超聲波提取技術(shù)在紅棗精油、丁香花精油、薰衣草精油等油脂提取方面已得到了廣泛的應(yīng)用[8]，在桂花精油提取方面還鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)應(yīng)用超聲波輔助法從桂花中提取精油，考察不同因素對精油提取率的影響，優(yōu)化提取工藝，并用氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）分析所提取精油的成分，為桂花精油的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和開發(fā)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與設(shè)備

桂花（大花金桂，采自江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院，65 ℃烘干備用）；石油醚（沸程60～90 ℃，分析純）；無水硫酸鈉（分析純）。

三頻超聲波清洗機(jī)（KQ100VDE），購自上海五相儀器儀表有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE-52A），購自上海亞容生化儀器廠；電子天平（FA2104N），購自上海精密科學(xué)儀器有限公司；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵，購自河南省鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（Agilent 7890A-5975E型），購自美國安捷倫科技公司。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1桂花精油的制備方法稱取50 g干桂花置于已加入500 mL石油醚的燒杯中，待其均勻混合后，將桂花料液置于超聲波處理器中處理，調(diào)節(jié)超聲波的頻率、時(shí)間、溫度進(jìn)行超聲波浸提。超聲提取后靜置，料液分離后進(jìn)行抽濾，將提取液與水渣分離。對抽濾得到的提取液進(jìn)行濃縮，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（轉(zhuǎn)速調(diào)至100 r/min，溫度調(diào)至20 ℃，待溫度穩(wěn)定后再調(diào)至60 ℃）上濃縮后，加適量的無水硫酸鈉脫水干燥，稱其質(zhì)量并計(jì)算精油的提取率，再按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14454.2—2008香料香氣評定法[9]對桂花精油進(jìn)行感官評定，3次平行試驗(yàn)。桂花精油的提取率按公示（1）計(jì)算。

w=m1-m2m×100%。（1）

式中：w為桂花精油提取率；m1為瓶和瓶內(nèi)桂花精油的質(zhì)量，g；m2為瓶的質(zhì)量，g；m為桂花的質(zhì)量，g。

1.2.2桂花精油成分的定性與定量分析[10]色譜條件：色譜柱為HP-5MS，石英毛細(xì)管柱（30 m×25 mm×0.25 μm）；載氣為高純氮?dú)狻＿M(jìn)樣方式：進(jìn)樣量1 μL，分流比為50 ∶1；口溫度250 ℃。程序升溫：初始溫度為50 ℃，以5 ℃/min升至200 ℃，再以10 ℃/min升至280 ℃。

質(zhì)譜條件：離子源為EI源；離子源溫度230 ℃，4級桿溫度150 ℃，接口溫度280 ℃。電子能量70 eV；掃描質(zhì)量范圍為30～550 amu。標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖庫利用Wiley275.L和 NIST98.L 標(biāo)準(zhǔn)譜庫[11]。

1.2.3單因素試驗(yàn)超聲提取法的單因素影響因子有料液比、超聲波頻率、提取時(shí)間和提取溫度。試驗(yàn)中控制超聲功率為100 W，超聲波頻率為60 kHz，提取時(shí)間為45 min，提取溫度為60 ℃，探討料液比為1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7、1 ∶8、1 ∶9、1 ∶10（g ∶mL） 時(shí)的桂花精油提取率，選出最佳料液比，以此類推，得出另外幾種單因素最佳的試驗(yàn)參數(shù)。

1.2.4正交優(yōu)化試驗(yàn)在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取料液比、超聲波頻率、提取時(shí)間、提取溫度為試驗(yàn)因素，以精油提取率為考察指標(biāo)，通過L16（44）正交試驗(yàn)[12]優(yōu)化超聲波提取工藝條件，得到最佳的提取工藝。正交試驗(yàn)的因素水平如表1所示。

2結(jié)果與分析

2.1料液比對桂花精油提取率的影響

本試驗(yàn)在超聲波頻率為60 kHz、提取時(shí)間為45 min、提取溫度為60 ℃的基礎(chǔ)上，配制桂花與乙醚的料液比分別為 1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7、1 ∶8、1 ∶9、1 ∶10（g ∶mL），以精油的提取率作為指標(biāo)進(jìn)行單因素試驗(yàn)。由表2可知，在料液比為1 ∶5～1 ∶9（g ∶mL） 范圍內(nèi)，隨著料液比的增加，桂花精油的提取率明顯增大，當(dāng)料液比超過1 g ∶9 mL時(shí)，提取率增加不明顯。這主要是因?yàn)閷τ谝欢康墓鸹ǎ弦罕仍酱?，桂花與石油醚接觸面的濃度差就越大，提高了滲透壓，加快了油脂與石油醚的擴(kuò)散速度，有利于油脂從桂花組織中脫離出來，桂花精油的提取率便隨之增加；但過大的料液比使得石油醚用量、能量消耗增加，成本上升，對石油醚的回收不利。因此，從降低成本、溶劑回收等綜合因素考慮，在本試驗(yàn)條件下料液比選擇1 g ∶9 mL最為適宜。endprint

2.2超聲波頻率對桂花精油提取率的影響

對特定的物質(zhì)，超聲波作用的效果取決于超聲波頻率和提取物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，不同的提取物有不同的超聲波頻率。本試驗(yàn)在料液比為1 g ∶9 mL、提取時(shí)間為45 min、提取溫度為60 ℃的基礎(chǔ)上，改變超聲波頻率分別為20、40、60、80、100 kHz，以桂花精油的提取率為指標(biāo)進(jìn)行單因素試驗(yàn)。由表3可知，超聲波頻率在20～60 kHz范圍內(nèi)，精油的提取率隨超聲波頻率的增加而增大，當(dāng)超聲波頻率為60 kHz時(shí)，提取率達(dá)到最大值，當(dāng)超聲波頻率超過60 kHz時(shí)，提取率隨著超聲波頻率的增加反而減小。這可能是由于超聲波具有無選擇性的破壞作用，高頻率條件下，空化作用不僅破碎細(xì)胞壁，也破壞了提取物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。因此，本試驗(yàn)條件下最佳的超聲波頻率為 60 kHz。

2.4提取溫度對桂花精油提取率的影響

與其他形式的能一樣，超聲能也會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，超聲波可以瞬間使溶液內(nèi)部的溫度升高，加速有效成分的溶解。超聲波溫度對精油的提取率有較大的影響[13]。本試驗(yàn)采用石油醚為溶劑，在料液比為1 g ∶9 mL，提取時(shí)間為45 min，超聲波頻率為 60 kHz 的基礎(chǔ)上，提取溫度分別設(shè)置為45、50、55、60、65、70 ℃，以桂花精油的提取率為指標(biāo)進(jìn)行單因素試驗(yàn)。由表5可知，隨著提取溫度的升高，精油的提取率逐漸增大，當(dāng)提取溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，桂花精油的提取率達(dá)到最大值，當(dāng)提取溫度超過60 ℃時(shí)，桂花精油的提取率反而有所下降。這是因?yàn)樘崛囟仍?5～60 ℃時(shí)，溫度的升高增加了溶劑分子和油脂分子的動(dòng)能，促進(jìn)了擴(kuò)散作用的進(jìn)行，使精油提取率增大；但溫度超過 60 ℃ 時(shí)，隨著溫度的升高，接近石油醚的沸點(diǎn)（60 ℃），溶劑的揮發(fā)不斷加快，減小了溶劑與桂花的有效接觸面積，導(dǎo)致精油提取率下降。因此，在本試驗(yàn)條件下 60 ℃ 是比較理想的提取溫度。

準(zhǔn)確稱取50 g干桂花，按最優(yōu)工藝條件料液比 1 g ∶9 mL、超聲波頻率60 kHz、提取時(shí)間45 min、提取溫度 60 ℃ 進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，3次重復(fù)，桂花精油的提取率為 3.580%，相對誤差小于1.0%；提取所得桂花精油呈半透明液體狀，色澤呈橙黃，具有濃郁的桂花香味，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14454.2—2008《香料香氣評定法》[9]的感官標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)果表明，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化得到的工藝參數(shù)具有較高的可信度。

2.7桂花精油的成分分析結(jié)果

按上述氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）條件對桂花精油進(jìn)行分析鑒定，啟動(dòng)G1701DA MSD ChemStation化學(xué)工作站，檢索Wiley275.L和NIST98.L譜圖庫，并結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行人工檢索確定桂花精油的化學(xué)成分，采用峰面積歸一化法[14]確定各成分在揮發(fā)油中的百分量[15]。桂花精油總離子流圖和桂花精油的香氣成分及其相對含量分別如圖1、表7所示。由表7可知，本試驗(yàn)在桂花精油中檢測出了多種香氣成分，其中，芳樟醇、紫羅蘭酮、紫羅蘭醇、脂肪酸及其酯類為主要香氣成分，未見環(huán)境雌激素——鄰苯二甲酸酯類化合物[16]。其中，芳樟醇類的含量最高，為23.84%，包括氧化、順式、環(huán)芳樟醇；其次是二氫β紫羅蘭酮的含量，為22.68%，它是桂花特征香味的成分，帶有果香和花木香，是配制很多高級香精不可缺少的香料；甲基-5，11，14，17-二十烷脂鯉烯醇的含量為10.26%；另外還有少量的脂肪酸及其酯類，包括棕櫚酸、亞麻酸甲酯，還有烯類物質(zhì)，如六羥基紫杉烯，高級不飽脂肪酸棕櫚酸可以有效改善血液循環(huán)，達(dá)到延年益壽的功效，而其中酯類帶有蠟香氣味，它能使桂花的香氣更加濃郁。

3結(jié)論

本試驗(yàn)首先通過單因素試驗(yàn)考察了超聲波提取桂花精油工藝中的主要因素對提取率的影響，結(jié)果表明，最佳料液比為1 g ∶9 mL、最佳超聲波頻率為60 kHz、最佳提取時(shí)間為 45 min、最佳提取溫度為60 ℃。通過正交試驗(yàn)法對桂花精油的提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，最佳提取工藝參數(shù)為料液比1 g ∶9 mL、超聲波頻率60 kHz、提取時(shí)間45 min、提取溫度60 ℃。用此工藝對桂花精油進(jìn)行提取，得到的桂花精油提取率為3.580%。采用GC-MS對超聲波提取的桂花精油進(jìn)行定量和定性分析，在桂花精油中檢測出了多種化合物。

超聲波提取技術(shù)提取桂花精油具有用時(shí)短、能耗低、效率高、節(jié)省溶劑、環(huán)保、操作易于控制等優(yōu)點(diǎn)，提取的精油內(nèi)含有的有效香氣成分和含量也比傳統(tǒng)方法有所提高[5]。因此， 本

提取工藝對指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)有一定的應(yīng)用意義，在經(jīng)濟(jì)上也具有一定的競爭力。本研究還存在一些缺陷，仍須對一些方面作進(jìn)一步的研究和探討，選用一些其他提取方法，如超臨界CO2萃取法、動(dòng)態(tài)頂空吸附法等從而提高桂花精油的提取率和精油中芳香成分的含量。

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