植物中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)提取工藝及組分分析研究進展

潘宏偉，周鴻立

(吉林化工學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132002)

芳香植物的揮發(fā)油通常由許多風(fēng)味物質(zhì)組成[1-3].雖然從水果、蔬菜、中藥等提取分離天然風(fēng)味物質(zhì)提取率低、成本高，但從衛(wèi)生、安全角度考慮，人們依然傾向于天然物質(zhì)，在各個行業(yè)的應(yīng)用越來越多.這些風(fēng)味物質(zhì)主要由萜烯類及其含氧衍生物類、無環(huán)和環(huán)狀化合物、芳烴、酚、硫和氮的化合物等組成，對其揮發(fā)油的氣味和味道的形成起到了重要的作用[4].傳統(tǒng)提取揮發(fā)油的工藝方法應(yīng)用廣泛、對設(shè)備要求較低，但得率低、能耗大、在提取過程中易造成環(huán)境污染等缺點.現(xiàn)代新型提取技術(shù)有更新?lián)Q代之勢，主要的方法有：超臨界流體萃取法、固相微萃取法、超聲波輔助和同時蒸餾萃取法等.盡管這些提取工藝的原理都有所不同，但最終目的都是為了提高植物中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的純度與活性.

揮發(fā)油中芳香物質(zhì)在多數(shù)情況下是復(fù)雜的混合物，由一些揮發(fā)性芳香物質(zhì)和不揮發(fā)的物質(zhì)組成[5].其中嗅覺感覺到的物質(zhì)取決于揮發(fā)性芳香物質(zhì)的種類和含量.植物中的風(fēng)味物質(zhì)是由多種芳香揮發(fā)物質(zhì)共同作用的結(jié)果，但其典型香味僅決定于一種或極少數(shù)幾種特定揮發(fā)性物質(zhì)[6].本文對近年來植物中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的提取工藝及化學(xué)組成研究進展進行綜述.

1　傳統(tǒng)提取法

1.1　水蒸氣蒸餾法(Hydrodistillation)

水蒸氣蒸餾法是指將樣品粉碎或者經(jīng)過適當?shù)念A(yù)處理，浸泡一段時間后直接加熱蒸餾，植物中的揮發(fā)性成分可以隨水蒸氣蒸餾帶出，具體可分為水中蒸餾法、水上蒸餾法、直接蒸汽蒸餾法、水擴散蒸汽蒸餾法(近年國外應(yīng)用的一種新穎的蒸餾技術(shù)).蒲鳳琳等[7]采用水蒸氣蒸餾法分別提取四川漢源青花椒、紅花椒的揮發(fā)性物質(zhì)，經(jīng)GC-MS鑒定分析得出兩種花椒中具有特征性香氣物質(zhì)基本相同，其中漢源青花椒中芳樟醇的含量要比紅花椒中的高.引起兩種花椒香氣差異的主要原因可能是漢源紅花椒中的酯類物質(zhì)比漢源青花椒的含量高.

羅勒為藥食兩用芳香植物，其特殊香味特征主要被用作調(diào)香原料及食用香精等.Santosh Shiwakoti[8]等用水蒸氣直接蒸汽蒸餾法和水中蒸餾法提取了羅勒(O.basilicum)和圣羅勒(O.tenuiflurom)中的揮發(fā)油，表1分析對比了兩種方法的提取率、揮發(fā)油主要化學(xué)組份.

由表1可以看出，不同的提取方法揮發(fā)油的組成和提取率有差異，水蒸氣蒸餾法具有設(shè)備簡單、操作容易、成本低等優(yōu)點.需注意溫度過高揮發(fā)油會變質(zhì)，建議在提取過程中要根據(jù)所提植物的性質(zhì)以及所需揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的成分的需求來選擇提取方法.

表1　兩種水蒸氣蒸餾法對羅勒、圣羅勒揮發(fā)油提取率及其主要成分對比

1.2　溶劑萃取法(Solvent extraction)

溶劑法[9]常采用石油醚(30～60 ℃)、乙醚、四氯化碳等有機溶劑連續(xù)提取或回流提取，常壓蒸餾或者減壓蒸餾回收有機溶劑后即得含有植物蠟類等物質(zhì)的浸膏.劉金磊等[10]采用冷凍乙醚提取新鮮羅漢果風(fēng)味物質(zhì)并用GC-MS分析分離出42個組份，鑒定出26種化合物.相對質(zhì)量分數(shù)較高的組分是2-甲基-2-丁酸丁酯(30.76%)、2,4-乙酰氧戊烷(11.05%)、2-庚醇(10.58%)、乙酸丁酯(4.93%)、正己醇(3.81%)、醋酸仲丁酯(3.05%).該法較水蒸氣蒸餾法提高了新鮮羅漢果風(fēng)味物質(zhì)的提取率，但溶劑萃取法成本較高，有機溶劑用量大，不宜于工業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)多用于實驗室.

2　植物揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的現(xiàn)代提取法

2.1　同時蒸餾萃取法( Simultaneous Distillation Extraction)

同時蒸餾萃取法[11]是將樣品蒸氣與萃取溶劑蒸氣同時進行混合蒸餾、萃取的提取方法.

孫玉瓊等[12]采用簡易同時蒸餾萃取法提取八角茴香中的揮發(fā)油，同時蒸餾萃取法和水蒸氣蒸餾法揮發(fā)油平均收率分別為7.30%和6.67%，該法較水蒸氣蒸餾法平均收率提高了0.63%.經(jīng)GC-MS測定分析，兩種方法所提取揮發(fā)油組分含量基本一致.同時蒸餾萃取法重現(xiàn)性較高、收率高，具有很明顯的優(yōu)勢.Yin Zhu等[13]采用同時蒸餾萃取法結(jié)合氣相-質(zhì)譜分析了55種西湖龍井茶，鑒定出78種成分，其中37種與其香氣品質(zhì)密切相關(guān).實驗結(jié)果改善了茶葉香氣的科學(xué)認知并為其質(zhì)量的改善和控制奠定了基礎(chǔ).同時蒸餾萃取法具有可以減少樣品在轉(zhuǎn)移過程中的損失、節(jié)約溶劑、縮短實驗步驟的優(yōu)點.但是在某些揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)提取分析方面的敏感度較低，不如固相微萃取等方法[14].

2.2　超臨界流體萃取法(Supercritical fluid extraction)

超臨界流體萃取法是用超臨界流體作為萃取溶劑將一種成分(目標萃取物)從另一種(基質(zhì))中分離出來的方法.該法比傳統(tǒng)的提取方法具有更多的操作優(yōu)勢.因為超臨界流體具有低粘度和較高的擴散系數(shù)，比液體更容易通過植物物料內(nèi)部進行擴散，可以大大提高植物中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的萃取率[15].二氧化碳超臨界萃取可以避免受熱、氧化分解，保持其活性成分，故可用于萃取小分子、低極性、親脂性活性物質(zhì).該方法可對多種較復(fù)雜的混合物進行提取分離，對具風(fēng)味及香氣的香料研究應(yīng)用廣泛，效率高.如：辣椒、生姜、多香果等[16].SFE法提取植物中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總結(jié)見表2.

表2　SFE在提取植物中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的應(yīng)用

超臨界流體萃取法較傳統(tǒng)的溶劑萃取有許多優(yōu)點，包括萃取速度快、選擇性廣、清潔度高、低溶劑量等.提取的風(fēng)味物質(zhì)易分離且在萃取過程中可以保持揮發(fā)油的活性成分，不會有溶劑殘留.但由于提取設(shè)備、器材等數(shù)量較龐大，且價格昂貴，所以使用時需要考慮生產(chǎn)成本.

2.3　超聲波輔助提取法( Ultrasound-assisted extraction)

超聲提取法是利用超聲空化作用、機械效應(yīng)和熱效應(yīng)等，破碎植物細胞的細胞壁、細胞膜，使溶劑滲透到藥材的細胞內(nèi)或使細胞內(nèi)的化學(xué)成分擴散到細胞外，從而使更多的細胞內(nèi)含物溶解到溶劑中[23].

Carla Da Porto等[24]分別采用超聲輔助結(jié)合真空蒸餾提取法與傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法兩種方法提取不同品種留蘭香.揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的提取率前者為0.04～0.13%，后者為0.01～0.02%.經(jīng)GC-MS分析鑒定，使用超聲輔助結(jié)合真空蒸餾提取法得到的風(fēng)味物質(zhì)濃度要更高，這是由于含氧化物多，含量增加了5～8倍.

超聲波輔助提取法具有縮短萃取時間，減少有機溶劑的消耗，操作簡單易行，節(jié)約能源和成本等優(yōu)點，最終可以得到純度較高產(chǎn)品.隨著現(xiàn)代提取技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展，超聲輔助提取衍生出多種創(chuàng)新技術(shù)，如超聲輔助索氏提取法、超聲波輔助結(jié)合真空蒸餾裝置，連續(xù)超聲輔助提取，并結(jié)合超聲波與其他技術(shù)，如微波、超臨界流體萃取等[25].

2.4　固相微萃取法(Solid-Phase Micro extraction)

固相微萃取技術(shù)是集采樣、分離、濃縮于一步的簡單有效的樣品制備技術(shù)[26].此法較常規(guī)操作簡單、成本低、溶劑消耗低、靈敏度高且測定快速、高濃縮、易實現(xiàn)自動化.Gon?alves.J等[27]利用頂空固相微萃取法結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對啤酒花揮發(fā)油成分進行分析，該方法鑒定出27種萜類代謝產(chǎn)物，占啤酒花揮發(fā)油總萜類成分的92.5%，為啤酒花揮發(fā)油進一步開發(fā)與利用提供了數(shù)據(jù)支撐.毛雪金等[28]采用固相微萃取法提取贛南臍橙果皮和果肉中的風(fēng)味物質(zhì)，經(jīng)GC-MS分析鑒定得出果皮和果肉中的化學(xué)物質(zhì)分別為42和45種，其中烯烴類、醇類、酯類依次為果皮中主要的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，而烯烴類、酯類、醇類依次為果肉中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，雖然兩者的主要成分均為檸檬烯，但是其相對含量是有區(qū)別的，前者為41.87%，后者為49.32%.

由于固相微萃取法的高靈活性，使其在植物揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的分析中應(yīng)用越來越廣泛，為其在今后的綜合開發(fā)和利用提供了科學(xué)合理的依據(jù).

3　結(jié)　　論

隨著食品行業(yè)對風(fēng)味物質(zhì)的需求日益增多，其提取工藝研究和應(yīng)用成為現(xiàn)代生產(chǎn)制造過程中的重要環(huán)節(jié).傳統(tǒng)提取方法技術(shù)成熟，應(yīng)用較普遍，但存在提取率低、能耗高、污染大、步驟復(fù)雜等問題.新型提取方法利用先進的儀器設(shè)備能在比較溫和的條件下，較大程度提高植物中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)率和純度，污染少、能耗低，但存在著成本高、難以規(guī)?；a(chǎn)等問題.每種方法各有優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)植物中風(fēng)味物質(zhì)的化學(xué)成分和生物活性篩選最適合的提取方法，同時應(yīng)該結(jié)合生產(chǎn)中的實際情況開展研究，并對生產(chǎn)中現(xiàn)有的提取工藝及提取設(shè)備進行進一步優(yōu)化.因此一方面可以進一步完善一些新的提取技術(shù)的工藝和參數(shù)，同時可以采用多種提取方法聯(lián)合，使其提取向低能耗、無污染、高純度的方向發(fā)展.

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