不同提取方法所得香根草精油的香氣成分分析

楊上鶯 王佳麗

（云南輕紡職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650300）

香根草油是國家允許添加的天然食品香料，可用作調(diào)味品、清涼飲料等食品的調(diào)味劑。目前，對香根草提取方式的研究主要集中于水蒸氣蒸餾法和溶劑萃取法。龔德慎在11h的水蒸氣蒸餾后用石油醚萃取，得到0.8%的香根草油；可以看出該方法提取時間長，提取效率低。溶劑萃取法雖然可以提高香根草油的得率，例如曹紅梅等用乙醇、乙醚以及三氯甲烷浸提后將香根草油的得率提高到6%，但是仍然存在提取時間長、雜質(zhì)多的問題。微波輔助提取香根草油雖然有少數(shù)報道，但是僅限于微波爐改造的微波發(fā)生裝置作為輔助設(shè)備，存在微波發(fā)生不均勻、設(shè)備密封性欠佳以及溫度控制不準(zhǔn)等問題，并且提取的香根草油和水蒸氣蒸餾香根草油在主要成分上存在較大差異。因此，該文引進(jìn)可根據(jù)試驗(yàn)條件改變微波頻率，精確控制微波的發(fā)生，穩(wěn)定加熱的NEOS-GR微波萃取裝置。在提高香根草精油得率的同時，對2種方法所得香根草精油的主要揮發(fā)性成分進(jìn)行分析，為香根草油的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮香根草（河南鄭州，中國）；無水乙醇（國產(chǎn)分析純）。NEOS-GR微波萃取裝置（Melstone，意大利）；EYEL4循環(huán)水冷卻系統(tǒng)（EYEL，日本）；R-124（B-480）旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（BUCHI，瑞士）；PTHW型加熱套（山東鄄城華魯電熱儀器有限公司，中國）；6890 - 5975 N型氣相色譜-質(zhì)譜儀（Agilent，美國）；LC-20A型高效液相色譜儀（島津，日本）。

1.2 試驗(yàn)方法

新鮮香根草經(jīng)過清洗后，用剪刀剪成小段。

取適量處理過的新鮮香根草根放入圓底燒瓶中，加入原料質(zhì)量8倍的蒸餾水，連接冷凝管和揮發(fā)油收集裝置，加熱蒸餾到油量不再增加，結(jié)束水蒸氣蒸餾，加入石油醚萃取香根草油，回收石油醚后得到水蒸氣蒸餾香根草油。按照式（1）計(jì)算香根草油的得率。

式中：為提取后香根草油的質(zhì)量（g），為用于提取的香根草的質(zhì)量（g）。

取適量處理過的新鮮香根草根于專用微波提取容器中，加入原料質(zhì)量4倍的蒸餾水，于230W提取15min后變頻為400W提取60min，接著在470W提取60min，濃干溶劑后加入3倍質(zhì)量的無水乙醇進(jìn)行回溶，抽濾，濃縮后得到變頻微波提取的香根油。

香根草精油的酸值、酯值、旋光度、折光指數(shù)和相對密度均按照國標(biāo)（GB/T 14454-2008）所述方法進(jìn)行檢測。香根草精油品質(zhì)依據(jù)香根草精油國際標(biāo)準(zhǔn)《ISO4716：2002》進(jìn)行評價。

采用GC-MS技術(shù)對香根草精油的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析。升溫程序如下：起始柱溫為65℃，以5℃/min升至180℃保持1min，再以2℃/min升至200℃，最后以10℃/min升至230℃保持10 min。載氣為高純氦氣；柱流速為1.1mL/min；進(jìn)樣量2mL；分流比10∶1；進(jìn)樣口溫度250℃。

質(zhì)譜條件如下：掃描范圍為40aum～510aum；電離電壓為70V；離子源溫度為250℃；掃描方式為全掃描。數(shù)據(jù)分析，并采用峰面積歸一法確定各個組分的相對含量。

準(zhǔn)確稱量0.500g香根草精油，用無水乙醇定容至5mL，使用0.22μm孔徑的微孔濾膜過濾。之后使用島津LC-20A型高效液相色譜儀分析香根草精油的特征成分（香根醇、香根酮）的純度。

2 結(jié)果與討論

2.1 香根草精油的理化指標(biāo)分析

理化指標(biāo)分析結(jié)果見表1。

由表1可以看出，采用變頻微波萃取法提取的香根草油除顏色較水蒸氣蒸餾法提取的香根草油深以外，在狀態(tài)上的差異不大，均為透亮、澄清的液體。在香氣的質(zhì)感方面，變頻微波萃取香根草油的特征香更加突出，香氣更濃郁、優(yōu)雅，帶有膏香。精油中游離酸含量越高，酸值越高，精油越容易氧化。變頻微波萃取香根草油的酸值低于水蒸氣蒸餾香根草油，說明變頻微波香根草油中的游離酸相對較少，也體現(xiàn)出變頻微波萃取法的技術(shù)優(yōu)勢。由于酯類具有特殊香氣，通常能夠豐富精油的香氣，因此酯類的含量可以用于判斷精油的香氣質(zhì)量。變頻微波香根草油的酯值高于水蒸氣蒸餾香根草油，說明變頻微波萃取法對香根草油中酯類物質(zhì)的保留優(yōu)于水蒸氣蒸餾法，能夠豐富香根油的香氣，提高其品質(zhì)。兩種香根草油的折光系數(shù)、旋光度和相對密度均比較接近。從萃取時間來進(jìn)行比較，水蒸氣蒸餾耗時8h，變頻微波萃取法僅需要2.5h，提取時間縮短一半以上。同時，變頻微波萃取法的得率為8.8%，水蒸氣蒸餾法得率為0.46%。

表1 不同提取方法所得香根草精油的理化指標(biāo)檢測

2.2 香根草精油的揮發(fā)性成分分析

2種方法提取的香根草精油均含有多種類別的揮發(fā)性成分，其中大多數(shù)化合物為倍半萜類及其含氧衍生物。水蒸氣蒸餾香根草油中共鑒定出45種化合物，變頻微波萃取香根草油中則檢出32種化合物。

采用不做校正的峰面積歸一法得到2種香根草精油中各化合物的相對含量，結(jié)果見表2。2種香根草精油共鑒定出18種烯類化合物，11種醛類，9種酮類，6種醇類以及酸類、酯類、雜環(huán)類化合物。其中，酸類化合物只存在于水蒸氣蒸餾香根草精油中。變頻微波香根草精油含有2種酯類化合物，可能是在提取過程中生成的。變頻微波香根草精油中雜環(huán)類化合物的含量和種類均少于水蒸氣蒸餾香根草精油，后者檢出1.87%的（1Z，3aα，7aβ）-1-亞乙基八氫-7a-甲基-1H-茚，該成分也存在于山黃皮莖根中，17.61%的[1S-（1α，4α，7α）]-1，2，3，4，5，6，7，8-八氫-1，4，9，9-四甲基-4，7-甲撐甘菊環(huán)，該物質(zhì)屬于甘菊環(huán)類化合物，是生藥母菊的主要成分。2種香根草精油中均檢出具有木質(zhì)香氣的7-乙?；?2-羥基-2-甲基-5-異丙基二環(huán)[4.3.0]壬烷。此外，香根草精油中還含有11種醛類化合物，但是含量均不超過1%，不是其主要的揮發(fā)性成分。

表2 不同提取方法所得香根草精油的成分及含量

香根草精油的主要揮發(fā)性成分是烯類化合物，尤其是具有一定生物活性的倍半萜。在烯類化合物中，水蒸氣蒸餾香根草精油中含量最高的是具有木香香氣的特征性成分9，10-脫氫-異長葉烯，檢出18.64%，其次是（1E，6E，8S）-1-甲基-5-亞甲基-8-異丙基-1，6-芳癸并二烯（7.11%））以及具有鎮(zhèn)靜作用的γ-雪松烯（3.39%）。長葉烯是一種三環(huán)倍半萜，在馬尾松重松節(jié)油中含量約60%～78%，該成分在水蒸氣蒸餾香根草精油中檢出（含量3.20%）。巴倫西亞橘烯同樣存在于水蒸氣蒸餾香根草精油中，含量為1.49%，該物質(zhì)是一種似柑橘香的倍半萜類化合物。變頻微波香根草精油中未檢出上述物質(zhì)，而分別檢出8.50%的9，10-脫氫-異長葉烯和3.48%的巴倫西亞橘烯。異長葉烷酮具有似天然廣藿香樣的木香及壤香，僅在水蒸氣蒸餾香根草精油中檢出，含量為11.91%。香根酮和香根醇是香根草的特有組分，也是指紋成分，具有突出的根香和壤香，常用于配制東方型、海洋型和森林型香精。香根酮在水蒸氣蒸餾香根草精油和變頻微波香根草精油中的含量均較高，分別為4.27%和9.48%。香根醇含量較香根酮更高，水蒸氣蒸餾香根草精油含有5.41%，變頻微波香根草精油中的含量則高達(dá)75.69%。由此說明，變頻微波萃取能夠富集香根草的主要致香成分。綜上所述，雖然水蒸氣蒸餾香根草精油的揮發(fā)性成分更豐富，但是2種香根草精油中含量最高的幾種主要致香成分基本上是一致的。變頻微波萃取法還具有高度富集作用，大大提高了主要特征性成分的含量。

2.3 香根草精油特征成分的純度分析

采用HPLC檢測香根草精油特征成分的純度，結(jié)果見圖1。分析可知，在變頻微波香根草精油中，香根醇的純度高于其在水蒸氣蒸餾香根草精油中的純度，差值為359.83μg/g。但是香根酮的純度在水蒸氣蒸餾香根草精油中卻比在變頻微波香根草精油中高出327.71μg/g。這說明，變頻微波的加入可以促進(jìn)香根草精油的提取，一方面增加香根草精油指紋香氣物質(zhì)的溶出，一方面促使香根草酮在提取過程中的轉(zhuǎn)化，提高更穩(wěn)定的香氣成分——香根醇的純度。

圖1 香根草精油特征成分純度

3 結(jié)論

分別采用水蒸氣蒸餾法和變頻微波萃取法提取香根草精油。2種方法均能制備出具有木香、壤香且狀態(tài)穩(wěn)定的香根草精油。水蒸氣蒸餾香根草精油和變頻微波香根草精油的主要化學(xué)組成基本相同。變頻微波法能夠促進(jìn)香根草精油的提取，一方面增加香根草精油指紋香氣物質(zhì)的溶出，一方面促使香根草酮在提取過程中向香根醇的轉(zhuǎn)化，大大提高香根醇的含量和純度。此外，變頻微波法的提取時間僅需2.5 h，水蒸氣蒸餾則需要耗費(fèi)8h，提取時間縮短一半以上。同時，變頻微波萃取法的得率（2.62%）也高于水蒸氣蒸餾法（0.67%）。因此，綜合考慮香根草精油的得率和香氣質(zhì)量，變頻微波萃取技術(shù)具有取代水蒸氣蒸餾法用于制備香根草精油的潛力，其在香精香料的開發(fā)領(lǐng)域中具有一定的應(yīng)用價值。