新疆孜然精油提取工藝的優(yōu)化

李治龍 劉新華 郭凌云 趙 明

孜然為傘形花科孜然芹屬一年或二年生草本植物，具有刺鼻的香味，原產(chǎn)于埃及、埃塞俄比亞，后引種進入我國新疆種植成功后，進入內(nèi)地甘肅、河北等地。其種子呈黃褐色、扁平弧形，有強烈芳辛香氣，經(jīng)常以整粒、粉末狀、精油等形式用于菜肴的調(diào)味、調(diào)配食用香精、腌制食品等，亦是新疆著名烤羊肉不可缺少的調(diào)味料［1］。在新疆維吾爾族和哈薩克族民間，其果實也可入藥，用于治療消化不良、胃寒腹痛等癥［2］。孜然這些獨特的調(diào)味和醫(yī)療保健作用都與其揮發(fā)性化學成分有著密切的聯(lián)系。

關于孜然揮發(fā)油的化學成分已有較多研究。Tunc等、Behera S、彭奇均、孫宏、閻建輝、宋根偉［3－10］等分別報道了采用不同提取方法得到的孜然精油成分，并研究了孜然精油的抑菌活性，這對有效利用孜然具有重要的參考價值，但是，這些研究都主要以內(nèi)地產(chǎn)孜然作為原料，而以我國盛產(chǎn)地新疆的孜然為原料的研究卻很少。因此，本文將以新疆不同產(chǎn)地的孜然為原料，采用多種溶劑對其精油進行提取，初步探討比較各產(chǎn)地孜然精油的出油率。此工作具有重要的現(xiàn)實和理論意義，將為新疆孜然的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供一個前期理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

孜然(新疆喀什、阿克蘇、和田、哈密、吐魯番當年產(chǎn));石油醚(30～60℃)、乙醚、二氯甲烷、正戊烷均為分析純。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:上海申生科技有限公司;多功能萬能粉碎機:北京市永光明醫(yī)療儀器廠;電子分析天平:瑞士梅特勒公司;電子恒溫水浴箱:北京卓川電子科技有限公司;油水分離器、燒杯等。

1.2 試驗方法

1.2.1 單因素提取條件對孜然精油提取率的影響

稱取孜然籽100 g，粉碎后過篩，選取不同粒度的原料加入三頸瓶中，按不同的料液比加入不同的溶劑，于不同的溫度條件下，提取一定的時間，提取一次完成后，反復提取一定的次數(shù)，最后合并提取液，去除溶劑，計算精油得率，最終得到最佳工藝參數(shù)。

1.2.2 通過單因素試驗分別選取4個對提取率影響較大的因素及對應的3個較優(yōu)水平進行正交試驗，以對提取工藝條件進一步優(yōu)化。見表1

表1 孜然精油提取正交試驗方案

1.2.3 在正交試驗的最佳提取工藝條件下，以新疆不同產(chǎn)地的孜然為原料進行精油提取，以精油提取率為指標，初步判斷不同產(chǎn)地精油的品質(zhì)好壞。

2 結果與分析

2.1 提取過程中各單因素條件對提取率的影響

2.1.1 不同溶劑對提取率的影響

不同溶劑對提取率的影響見圖1。根據(jù)圖1可知，不同溶劑提取率不同，其中水的提取率最低僅為3.42%，其次是二氯甲烷和乙醚，提取率分別為4.25%和4.68%，其中提取效果最好的是正戊烷，提取率高達5.26%。不同的溶劑提取效果差別很大，這可能是因為不同溶劑的極性差別較大的緣故。

2.1.2 溫度對提取率的影響

在不同的溫度下提取精油，計算精油提取率，結果如圖2所示。由圖可知，溫度在18℃ －39℃的范圍內(nèi)變化時，隨著溫度的升高，在33℃之前提取率隨溫度的增加而增加，當溫度為33℃時，提取率高達5.43%，但是當溫度超過33℃時，隨著溫度的增加，提取率不再增加反而有所下降，當溫度達到39℃時，提取率僅為4.81%，這可能是因為在提取溫度達到溶劑沸點之前，隨著溫度的提高，增加了溶劑分子和油脂分子的動能，加快了分子運動，促進了擴散作用，所以提取率會快速增加;而當溫度達到溶劑沸點時，由于溶劑的汽化，減少了有效接觸面積，從而降低了提取率。由圖可知，最佳提取溫度為33℃。

2.1.3 時間對提取效果的影響

在33℃條件下，以正戊烷為溶劑，設置不同的提取時間，計算精油提取率。由圖3可知，在時間3－10 h的范圍內(nèi)，隨著提取時間的增加，精油的提取率逐漸增加，當提取時間達到7 h時，提取率最高;而當提取時間超過7 h后，提取率基本不變或稍有增加。這可能是因為當提取時間達到7 h時，精油基本已被提完的緣故。因此，本試驗確定7 h為最適提取時間。

2.1.4 原料粒度對提取率的影響

不同粒度的孜然以正戊烷為溶劑，于33℃提取7 h，計算精油提取率。由圖4可知，原料粒度從30目增加到100目的過程中，精油提取率呈現(xiàn)先增加后減小的現(xiàn)象，且當篩子目數(shù)為70時，精油提取率達到最大。這可能是因為隨著篩子目數(shù)的增加，增加了溶劑和原料的有效接觸面積，使精油提取率增加;當篩子目數(shù)達到一定目數(shù)后，隨著目數(shù)的增加，由于顆粒間相互吸附力增大從而導致顆粒間距離變小，結果導致溶劑在粒間和粒內(nèi)擴散難度增大，影響精油的溢出，因此提取率反而有所下降。因此，本試驗確定70目為最佳粉碎粒度。

2.1.5 料液比對提取率的影響

不同料液比于33℃提取7 h，計算精油提取率。由圖5可知，隨著料液比的增加，精油提取率不斷增加，當料液比為4:1時，精油提取率達到最大值6.97%。當料液比繼續(xù)增加時，提取率基本保持不變或者增加不大，這可能是因為隨著溶劑量的增加，稀釋了精油的濃度，從而增加了精油與溶劑的接觸面積，提高了傳質(zhì)速率，所以在一定的料液比時，提取率會增加，但當料液比繼續(xù)增加時，精油提取率不再增加，可能是因為精油已經(jīng)基本提取完畢。因此本試驗確定料液比4:1為最佳值。

2.1.6 浸提次數(shù)對提取率的影響

由圖6可知，隨著提取次數(shù)的增加，提取率有不斷增加的趨勢，但當提取次數(shù)達到4次時，提取率基本不再增加或者增加較少，這可能是因為當提取次數(shù)達到一定值時，精油已經(jīng)基本提取完。綜合考慮確定本試驗最佳提取次數(shù)為4次。

2.2 孜然精油提取工藝優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗結果，我們選取浸提溫度、原料粒度、浸提時間、料液比濃度為考察因素，每個因素選擇3個水平選用L9(34)正交表進行試驗，因素水平及結果如表2:

表2 L9(34)正交試驗結果及分析

表3 方差分析表

從表2和表3可以看出，從做的9個試驗中7號試驗提取率最高，提取率高達7.98%，其最佳條件是A3B1C3D2從R值可以看出對試驗影響各因素的主次順序為A＞B＞C＞D，其中溫度、原料粒度大小為顯著因素。

2.2.1 正交補充實驗

根據(jù)單因素試驗，得出最佳試驗條件為溫度33℃，原料粒度為70目，提取時間7 h，料液比為4:1，即A3B1C2D2，而在正交試驗中得出最佳試驗條件為A3B1C3D2，即溫度33℃，原料粒度為70目，提取時間8 h，料液比為4:1，分別在這兩個條件下，都浸提3次，分別平行測定五次，得到平均值分別為7.65%、7.82%。由于在正交優(yōu)化條件中時間延長1 h，而對提取率貢獻不大，綜合考慮到試驗成本，最佳的實驗條件為溫度33℃，原料粒度為70目，提取時間7 h，料液比為4:1，浸提次數(shù)為3次。

2.2.2 優(yōu)化條件下不同產(chǎn)地孜然精油提取率

如圖7所示，在新疆不同地域取當年產(chǎn)孜然進行精油提取時，以喀什、阿克蘇精油出油率最低，和田次之，吐魯番最高，精油出油率高達10.88%。不同產(chǎn)地孜然其出油率差別很大，這可能是因為從南疆到北疆氣溫變化較大。喀什、阿克蘇、和田基本在同一緯度，氣候條件基本相同，所以出油率變化不大，而哈密和吐魯番由于孜然結果期氣溫較高，晝夜溫差大所致。

3 結論

綜合分析認為，新疆孜然的最佳提取工藝條件為溫度33℃，原料粒度為70目，提取時間7 h，料液比為4:1，浸提次數(shù)為3次，各因素對試驗的影響順序為溫度＞原料粒度＞浸提時間＞料液比。測定結果表明溫度高，光照時間長的地區(qū)孜然精油含量也高，吐魯番地區(qū)孜然中精油的含量明顯優(yōu)于其他地區(qū)。

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