超臨界和水蒸氣提取高良姜精油及純露的成分研究

林麗靜 黃曉兵 劉夢(mèng)潔 李積華

摘? 要? 以高良姜為原料，采用超臨界CO2提取技術(shù)和水蒸氣提取技術(shù)提取高良姜精油和純露，分析比較精油和純露的提取率及外觀顏色，并通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)對(duì)精油和純露進(jìn)行成分分析。結(jié)果表明，超臨界CO2提取技術(shù)提取的精油和純露提取率均高于水蒸氣技術(shù)提取的提取率，純露外觀顏色無(wú)差異;兩種方法提取的精油和純露在化學(xué)成分種類和相對(duì)含量上有差異，超臨界CO2提取技術(shù)提取鑒定出高良姜精油成分35種，純露成分20種，水蒸氣提取鑒定精油成分29種，純露成分19種;1，8-桉葉素在超臨界CO2提取的精油相對(duì)含量為15.49%，在水蒸氣提取的精油相對(duì)含量中為10.61%;超臨界CO2提取純露含量最高的為檸檬烯，相對(duì)含量為68.50%;水蒸氣提取純露含量最高的為1，8-桉葉素，相對(duì)含量為31.83%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為高良姜精油和純露的提取提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞? 超臨界CO2提取;水蒸氣提取;精油;純露

中圖分類號(hào)? R284? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? A

Composition of Essential oils and Hydrosols Acquired from Alpinia officinarum Hance by Supercritical CO2 Extraction and Steam Extraction

LIN Lijing1，3， HUANG Xiaobing1，3， LIU Mengjie1，2， LI Jihua1，3*

1. Agricultural Products Processing Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Tropical Crop Products Processing， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Zhanjiang， Guangdong 524001， China; 2. College of Food Science and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070， China; 3. Hainan Key Laboratory of Storage & Processing of Fruits and Vegetables， Zhanjiang， Guangdong 524001， China

Abstract? The essential oils and hydrosols were acquired from Alpinia officinalis Hance by supercritical CO2 extraction and steam extraction， and the extraction rate and appearance color of the oils and hydrosols were analyzed. The components of the samples were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. The results showed that the yield of the essential oil and hydrosols extracted by supercritical CO2 was higher than that by steam extraction， and there was no difference in the appearance color of hydrosols. There were 35 components of essential oils and 20 components of hydrosols extracted by supercritical CO2 technology， and 29 components of essential oil and 19 components of hydrosols extracted by steam extraction. The components extracted by the two methods were different. The relative content of 1，8-eucalyptin in the oils extracted by supercritical fluid was 15.49%， and that extracted by steam was 10.61%. The highest content of hydrosols extracted by supercritical fluid was limonene， with a relative content of 68.50%. The highest content of hydrosols extracted by steam was 1，8-eucalyptin， with a relative content of 31.83%. The experimental results could provide a theoretical basis for the extraction of essential oils and hydrosols of A. officinalis Hance.

Keywords? supercritical CO2 extraction; steam extraction; essential oils; hydrosols

DOI? 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.12.025

高良姜（Alpinia officinarum Hance）為姜科山姜屬多年生草本植物，分布于廣東、廣西、云南、海南等省份[1]，主產(chǎn)于廣東湛江的徐聞縣，作為藥食兩用的天然植物已有上千年的歷史，是廣東省“十大廣藥”之一。高良姜味辛溫，入脾胃經(jīng)，具有溫胃、祛風(fēng)、散寒、行氣、止痛等功效[2]，臨床常用于治療脘腹寒痛、胃寒嘔吐、消化不良、噯氣吞酸等病癥[3]。

研究表明，高良姜化學(xué)成分復(fù)雜，藥理活性強(qiáng)，有較強(qiáng)的鎮(zhèn)痛、抗炎、抗腹瀉、抗氧化、抗腫瘤等作用[4]。高良姜主要含有黃酮類、二苯基庚烷類、揮發(fā)油、糖苷、倍半萜和有機(jī)酸等[5]，其中揮發(fā)油含量較高，是評(píng)價(jià)高良姜質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要指標(biāo)之一，也是高良姜開(kāi)發(fā)利用的重點(diǎn)，高良姜揮發(fā)油可用于制造高級(jí)香水、驅(qū)風(fēng)油、食用調(diào)料等，還可用于制造保健飲料，在醫(yī)學(xué)上有幫助消化、健胃及治療凍瘡、灼傷等用途。因此，高良姜精油成分的分析、提取及活性研究高良姜開(kāi)發(fā)利用的重要內(nèi)容，不同提取方法提取高良姜精油研究報(bào)道較多[6-9]。

在水蒸氣提取精油的過(guò)程中同時(shí)產(chǎn)生大量的純露，純露是精油提取的副產(chǎn)物，一般是指在精油蒸餾萃取過(guò)程中，分離出來(lái)的一種飽和的蒸餾原液，含有少量精油成分和全部植物體內(nèi)的水溶性物質(zhì)[10]。純露容易被皮膚所吸收，溫和不刺激，可以每天使用，也可以作為抗菌劑在食品加工中使用[11]。然而，現(xiàn)在的提取方法都是在水蒸氣蒸餾提取精油過(guò)程中，冷凝得到的水溶液，并未見(jiàn)有超臨界CO2提取植物純露的報(bào)道。目前，高良姜純露鮮有研究，筆者課題組首先開(kāi)展水蒸氣提取高良姜精油及純露提取工藝研究[12]，為了開(kāi)發(fā)高品質(zhì)高良姜精油及純露，率先提出利用超臨界CO2提取技術(shù)開(kāi)展高良姜精油和純露同時(shí)提取技術(shù)，并申請(qǐng)發(fā)明專利[13]。本研究選取超臨界CO2提取技術(shù)與水蒸氣提取技術(shù)進(jìn)行比較研究，以期為開(kāi)發(fā)高品質(zhì)高良姜精油及純露加工利用提供參考和開(kāi)發(fā)利用途徑。

1? 材料與方法

1.1? 材料

3年生高良姜，品種為蜂窩姜，采自湛江市徐聞縣龍?zhí)伶?zhèn)。

DFT-200萬(wàn)能粉碎機(jī)（上海鼎廣機(jī)械設(shè)備有限公司），F(xiàn)P115熱風(fēng)干燥箱（德國(guó)賓德公司），水蒸氣提取裝置（自行組裝），超臨界CO2提取設(shè)備（自行設(shè)計(jì)研發(fā)），Shimadzu QP2010-Plus氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（日本島津公司）。

1.2? 方法

1.2.1? 超臨界CO2提取? 高良姜精油和純露超臨界CO2提取方法參考專利[13]，高良姜干燥至水分含量10%左右，粉碎，稱取1 kg，采用改造的超臨界CO2提取設(shè)備提取，在精油分離斧中降低萃取壓力，精油和CO2氣體分離，提取出高良姜精油;在純露分離釜中，CO2以氣體狀態(tài)進(jìn)入純露分離釜，精油分離釜中未分離的成分以氣體狀態(tài)進(jìn)入純露分離釜中，并在CO2氣體的協(xié)同作用下溶解于水中，在水中達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，形成飽和水溶液，即得高良姜純露。分別稱量精油和純露的質(zhì)量。

1.2.2? 水蒸氣提取? 高良姜干燥至水分含量10%左右，粉碎，稱取1 kg，在水蒸氣提取裝置中加熱蒸餾水提取至無(wú)精油出現(xiàn)，精油和純露分離，稱量質(zhì)量。

1.2.3? 精油和純露提取率計(jì)算? 高良姜精油和純露提取率按以下計(jì)算公式計(jì)算：

提取率=[精油（純露）質(zhì)量/原料質(zhì)量]×100%

1.2.4? 精油和純露成分測(cè)定? GC-MS分析條件：（1）色譜柱：Rtx?-5ms毛細(xì)管色譜柱（30 m× 0.25 mm×0.25 μm，日本島津公司）;（2）程序升溫：起始溫度60 ℃，保持5 min，以10 ℃/min的流速升至160 ℃，保持10 min，以20 ℃/min的流速升至240 ℃，保持10 min;（3）載氣（He）流速1 mL/min，壓力57.4 kPa，分流比30∶1，進(jìn)樣溫度250 ℃，進(jìn)樣量1 μL;（4）電子轟擊（EI）離子源，離子源溫度230 ℃，接口溫度250 ℃，溶劑延遲2.5 min;（5）數(shù)據(jù)采集方式Scan，質(zhì)量掃描范圍40～450 m/z，檢測(cè)器增益電壓1.28 kV。圖譜檢索采用Wiley9.lib和NIST08.LIB質(zhì)譜庫(kù)進(jìn)行檢索，分析確定各化學(xué)成分，按峰面積歸一化法測(cè)得各成分相對(duì)質(zhì)量百分含量。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS18.0軟件進(jìn)行方差分析和鄧肯多重比較法在=0.05的水平下進(jìn)行檢驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)以平均值±SD表示。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 超臨界CO2提取和水蒸氣提取結(jié)果

超臨界CO2提取和水蒸氣提取高良姜精油、純露結(jié)果見(jiàn)表1，超臨界CO2提取高良姜精油提取率為1.77%，純露提取率為400%，水蒸氣提取高良姜精油提取率為1.20%，純露提取率為327.82%，超臨界CO2提取技術(shù)的提取率均高于水蒸氣技術(shù)提取的提取率，從顏色上看，超臨界CO2提取精油顏色較深，純露差別不明顯，均為白色液體。

2.2? 高良姜精油成分

超臨界CO2提取精油成分結(jié)果見(jiàn)圖1和表2，水蒸氣提取精油成分結(jié)果見(jiàn)圖2和表2。超臨界CO2技術(shù)提取鑒定出高良姜精油成分35種，水蒸

氣提取鑒定精油成分29種。2種方法提取的精油含有25種相同的成分，14種不同成分，而且成分相對(duì)含量不同，其中1，8-桉葉素在超臨界提取的精油相對(duì)含量為15.49%，水蒸氣提取的精油含量為10.61%。

2.3? 2種方法提取高良姜純露成分

超臨界CO2提取純露成分結(jié)果見(jiàn)圖3和表3，水蒸氣提取高良姜純露成分結(jié)果見(jiàn)圖4和表3。超臨界CO2技術(shù)提取鑒定出純露成分20種，水蒸氣提取鑒定出純露成分19種。2種方法提取的純露含有5種相同的成分，29種不同成分。超臨界提取純露含量最高的為檸檬烯，相對(duì)含量為68.50%;水蒸氣提取純露含量最高的為1，8-桉葉素，相對(duì)含量為31.83%。

3? 討論

高良姜中揮發(fā)油含量較高，超臨界CO2技術(shù)

提取和水蒸氣蒸餾技術(shù)提取精油的研究較多，結(jié)果表明不同提取方法提取的精油由于品種、產(chǎn)地和提取工藝不同，在提取率和成分上存在差異。本研究采用兩種提取方法進(jìn)行提取，超臨界CO2技術(shù)提取精油提取率為1.77%，高于水蒸氣提取精油1.20%的提取率;超臨界CO2技術(shù)提取鑒定出高良姜精油成分35種，水蒸氣提取鑒定精油成分29種;2種方法提取的成分有差異[6-9]。本研究首次通過(guò)超臨界CO2技術(shù)進(jìn)行高良姜純露提取，提取率為400%，高于水蒸氣提取率的327.82%，純露顏色外觀無(wú)差異;超臨界CO2技術(shù)提取鑒定出高良姜純露成分20種，水蒸氣提取鑒定純露成分19種。兩種提取方法成分上差異的可能原因是兩種方法的提取原理不同，超臨界CO2技術(shù)提取是通過(guò)CO2在超臨界狀態(tài)下溶解物質(zhì)能力增加達(dá)到提取目的，水蒸氣提取技術(shù)是通過(guò)水蒸氣攜帶物質(zhì)能力實(shí)現(xiàn)提取。

通過(guò)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)分別對(duì)高良姜精油及純露進(jìn)行成分比較分析，超臨界CO2技術(shù)提取的精油和純露與水蒸氣提取的在成分上存在差異。兩種方法提取的精油含有25種相同的成分，14種不同成分，而且成分相對(duì)含量不同，其中1，8-桉葉素在超臨界CO2技術(shù)提取的精油相對(duì)含量為15.49%，水蒸氣提取的精油含量為10.61%，1，8-桉葉素是雙環(huán)單萜化合物，具有驅(qū)蟲(chóng)、抗菌和抗炎等多種藥理活性，常用于治療人疥螨、胃腸道疾病和呼吸道炎癥等多種疾病[14-15]。同時(shí)1，8-桉葉素常作為高良姜藥材的指標(biāo)成分用于高良姜品質(zhì)的評(píng)價(jià)[2]，在高良姜精油成分上也?？疾?，8-桉葉素的含量，超臨界CO2技術(shù)提取的高良姜精油中1，8-桉葉素的含量高于水蒸氣提取的高良姜精油，因此，超臨界CO2技術(shù)提取的高良姜精油在品質(zhì)上優(yōu)于水蒸氣提取的高良姜精油。兩種方法提取的純露含有5種相同的成分，29種不同成分，超臨界CO2技術(shù)提取純露含量最高的為檸檬烯，相對(duì)含量為68.50%;水蒸氣提取純露含量最高的為1，8-桉葉素，相對(duì)含量為31.83%。檸檬烯是一種天然的功能單萜，有類似于檸檬的香味，并具有良好的抑菌效果，常用于食品添加劑起防腐保鮮作用，具有抑菌、抗氧化、抗腫瘤等功效[16-17]。1，8-桉葉素有樟腦氣息和清涼的草藥味道，也具有較好的抑菌活性。文獻(xiàn)報(bào)道了多種純露的功能活性為抗氧化能力、抑菌活性以及酶抑制活性等 [18-20]。從成分上分析，推測(cè)高良姜純露也可能具有一定的抑菌活性。用超臨界提取的高良姜純露由于含有較高的檸檬烯，因此可作為食品添加劑在食品中使用。

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