肉桂精油的不同提取方法比較

郭　娟，楊日福，范曉丹，丘泰球（.廣東藥學院食品科學學院，廣東廣州50006；.華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州50640）

肉桂精油的不同提取方法比較

郭娟1，楊日福2，范曉丹2，丘泰球2
（1.廣東藥學院食品科學學院，廣東廣州510006；2.華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

采用水蒸氣蒸餾法（SD）、超聲波輔助提取法（UAE）、亞臨界水提取法（SWE）和超聲強化亞臨界水提取法（USWE）制備肉桂精油，從提取工藝、肉桂精油成分、物理特性及抗氧化性等方面對4種方法進行比較。結果顯示，USWE法提取時間最短（25min），UAE法肉桂精油得率最高（2.10%），但外觀性狀差，USWE法肉桂醛得率及油中肉桂醛含量均最高；4種精油的主要成分均為肉桂醛，但相對含量差異較大；SD、SWE和USWE法所得精油物理特性相似，與UAE法相差較大；4種精油對DPPH·、·OH、O2-·均有清除作用，且其效果隨精油濃度的增加而增強，其中USWE法精油的清除能力明顯強于其他方法，以上結果說明，USWE是一種提取肉桂精油較理想的方法，具有提取時間短、效率高、肉桂油品質好等優點。

肉桂精油，提取，組成，物理特性，抗氧化性

肉桂精油是從肉桂干燥樹皮中提取的揮發油，具有濃郁的芳香及辛辣氣味，是醫藥、食品及化工行業的重要原料，常用于藥品、飲料、糖果、煙酒和高級香水、香皂等產品中[1-3]。

我國肉桂資源豐富，生產的肉桂精油因其獨特的風味和良好的藥效在國際上享有盛名，但常用的肉桂精油提取方法（水蒸氣蒸餾法）耗時長、能耗高，溶劑提取法環境污染嚴重、產品雜質多，嚴重影響了肉桂精油的現代化發展。因此，近年來不少學者采用超聲波、微波、超臨界流體、亞臨界水提取等不同方法[4-6]對肉桂精油的提取進行了大膽的探索，在提高肉桂精油的提取率，縮短提取時間等方面做了不少工作。但不同的提取方法，由于原理和工藝不同，得到的肉桂精油之組成、物理特性等有可能也存在較大的差別，因此，為了全面而客觀的評價不同方法對肉桂精油提取的適用性和實用性，本文從提取工藝、肉桂精油的成分、物理特性及抗氧化活性等方面對超聲波輔助提取法（UAE）、水蒸氣蒸餾法（SD）、亞臨界水提取法（SWE）和超聲強化亞臨界水提取法（USWE）進行了對比研究，旨在對這些方法有比較系統的認識，為科學選擇肉桂精油提取工藝提供借鑒。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

肉桂購于廣州黃沙清平藥材市場，符合2010版中華人民共和國藥典要求；肉桂精油樣品自制，分別來自1.2.1所述的四種不同提取方法；肉桂醛標準品（純度＞99.5%）、水楊酸甲酯標準品中國藥品生物制品檢定所；1，1-二苯-2-苦肼基（DPPH）、95%乙醇、鄰苯三酚、三羥甲基氨基甲苯（Tris）、鹽酸、抗壞血酸（VC）、結晶紫、硫酸亞鐵、雙氧水等均為分析純。

1L亞臨界水提取裝置及超聲裝置自制；揮發油測定器北京玻璃儀器廠；KQ-100DB超聲波清洗器昆山超聲儀器有限公司；RE-52A旋轉蒸發儀上海亞榮生化儀器廠；HP 6890氣相色譜-HP5972質譜儀美國惠普公司；WFZ UV-2000紫外可見分光光度計上海尤尼柯儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1肉桂精油的提取

1.2.1.1水蒸氣蒸餾法（SD）取40～60目肉桂顆粒200g加水500mL，水蒸氣蒸餾4h，收集蒸餾液，秤重計算肉桂精油得率，測定肉桂醛的含量并計算其得率。實驗重復3次，取平均值。

1.2.1.2超聲波輔助提取法（UAE）取40～60目肉桂顆粒200g加入500mL二氯甲烷進行超聲波輔助提取法最佳工藝的研究，濾渣復提一次，合并提取液，除去二氯甲烷后秤重計算肉桂精油得率，測定肉桂醛的含量并計算其得率。實驗重復3次，取平均值。

1.2.1.3亞臨界水提取法（SWE）取40～60目肉桂顆粒200g，以純水為提取劑采用響應曲面法進行亞臨界水提取最佳工藝的研究，計算肉桂精油得率，測定肉桂醛的含量并計算其得率。實驗重復3次，取平均值。

1.2.1.4超聲強化亞臨界水提取法（USWE）取40～60目肉桂顆粒200g，以純水為提取劑采用響應曲面法進行超聲強化亞臨界水提取最佳工藝的研究，計算肉精桂油得率，測定肉桂醛的含量并計算其得率。實驗重復3次，取平均值。以上四種方法的具體參數選擇及工藝研究詳見參考文獻[7]。

1.2.1.5肉桂精油得率和肉桂醛百分含量計算式為：

肉桂精油得率（%）=肉桂精油質量/原料質量×100

肉桂醛百分含量（%）=肉桂醛質量/肉桂精油質量×100

1.2.1.6肉桂精油的化學組分分析（GC-MS法）采用氣質聯用儀分析肉桂精油的組分，用面積歸一化法計算相對含量。GC條件：HP-5MS彈性石英毛細管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；起始溫度100℃，4℃/min的速率升至200℃，保持5min，氣化溫度250℃；進樣量1μL；分流比50∶1；載氣，高純He；載氣流量1.0mL/min；MS條件：EI離子源溫度：230℃；電子能量：70eV；發射電流34.6VA；電子倍增器電壓1392V；接口溫度280℃；掃描質量范圍33～450aum；3.52scan/s；肉桂醛含量采用內標法測定，以水楊酸甲酯為內標物，

式中，M1—肉桂醛的質量，mg；M0—肉桂原料的質量，g。

1.2.2清除DPPH自由基的研究參照文獻[8]的方法，將所有肉桂精油樣品用95%的乙醇稀釋成不同質量濃度的樣品液，精確吸取不同濃度的樣品液各4mL，加入4mL 2×10-4mol/L的DPPH溶液，搖勻后放置30min，以95%的乙醇溶液作對照，分別測定517nm處的吸光值A。同時測定上述4mL溶液與4mL 95%乙醇溶液混合后517nm處的吸光值A0，再測定4mL DPPH溶液與4mL 95%乙醇混合液在517nm處的吸光值A1，按式計算其自由基清除率：

1.2.3清除超氧陰離子（O2-·）的研究采用改進的鄰苯三酚法[9]。移取3mL Tris-HCl緩沖液（pH8.2）于10mL離心管中，加入不同提取方法所得的肉桂精油0.1mL，25℃水浴平衡20min后，加入0.3mL 7mmol/L的鄰苯三酚準確反應4min后，加入1mL 10mol/L HCl終止反應，在320nm處測吸光度，以蒸餾水代替肉桂精油溶液作對照，以蒸餾水代替鄰苯三酚測定本底，按式計算清除率：清除率

式中：A空：試劑空白的吸光度值；A樣：樣液的吸光度值；A底：樣液本底的吸光度值。

1.2.4清除羥自由基（·OH）的研究采用結晶紫分光光度法[10]：在一系列50mL比色管中分別加入1.5mL結晶紫溶液（0.4mmol/L）、2.0mL FeSO4溶液（1.0mmol/L）、1.0mL H2O2溶液（2.0mmol/L），調pH到4.0，稀釋到50mL并搖勻，放置30min后，測580nm處的吸光度A，同時測定不加H2O2時580nm處的吸光度A0。在上述反應體系中加H2O2之前加入一定量的不同濃度的肉桂精油、VC溶液，測定其吸光度A1，樣品組對羥自由基的清除率為：清除率

以上抗氧化實驗均以同濃度下的常用抗氧化劑VC作對照。

2　結果與分析

2.1不同提取方法最佳工藝比較

由表1可知，提取時間上，USWE法所需時間最短，僅需25min，約相當于傳統水蒸氣蒸餾法的1/10，比UAE法縮短了15min，比SWE法也縮短了13min；肉桂精油得率上，其高低順序為：UAE＞SWE≥USWE＞SD（經差異顯著性檢驗，USWE、SWE兩者無顯著差別），UAE肉桂精油得率最高，但油色澤深，外觀不好；油中肉桂醛百分含量上，其大小為：USWE＞SWE＞SD＞UAE，USWE法比SD法高20.3%，比SWE法高11.6%，是UAE法的1.57倍，肉桂醛含量的高低是評價肉桂油品質優劣的一個重要指標，因此，從這方面來講，USWE所得的肉桂精油品質更好；肉桂醛得率上，USWE的得率明顯最高，SWE次之，SD最低，即相同的肉桂用超聲強化亞臨界水提取法可以得到更多的重要成分肉桂醛。由此可見，4種方法中USWE法具有提取時間短、資源利用率高、肉桂油品質好等優點。

表1　肉桂精油提取工藝參數比較Table 1　Comparison between different extraction technologies of cinnamon oil

表2　不同方法制取的肉桂精油物理特性比較Table 2　Comparison of the characteristics of cinnamon oil from different methods

2.2肉桂精油物理特性比較

由表2可知，SD、SWE和USWE法提取所得的肉桂精油除了在羰基化合物含量上有較大差異外，在外觀、色澤、味覺、相對密度、折光指數等物理特性上非常相似，但與UAE法所得相差較大。外觀和色澤上，UAE法所得的肉桂精油粘稠且色澤較深，這可能與溶劑的選擇性差，提取物雜質多有關；羰基化合物的含量上，USWE法和SWE法分別比傳統SD法高12.7%和7.0%，UAE法的最低，僅相當于SD法的80.8%，由于羰基化合物含量的高低也是評價肉桂油品質優劣的一個重要指標，那么就提取的肉桂油質量來說，采用USWE法所得的肉桂精油質量是最好的，SWE次之，UAE最差。

表3　不同提取方法所得的肉桂精油成分分析（%）Table 3　Analyses of the chemical components of cinnamon oil obtained by different methods（%）

2.3不同提取方法對肉桂精油的影響

2.3.1對肉桂精油成分的影響在1.2.1.6所述的色譜條件下，按表1的工藝參數對上述四種提取方法所得的肉桂精油進行GC-MS分析，組成成分見表3。由表3可見，4種提取方法所得的肉桂精油成分有一定差異，SD法和UAE法分別可檢出37、36種成分，且檢出的化合物成分相似，SWE法和USWE法分別可檢出17、20種不同的成分，且成分相似；SD和UAE法中含量都較高的1，2，3，5，6，8a-六氫化-4，7-二甲基-1-（1-甲乙基）萘、α-蓽澄茄烯、古巴烯等組分在SWE和USWE法中的含量卻很低，而SWE和USWE法中含量高達20%的6-氨基香豆素在SD和UAE法中卻沒有檢測到，組分與種類的不同應該與亞臨界水提取技術

具有選擇性提取的特性有關。4種提取方法所得的肉桂精油主成分均為肉桂醛，USWE法的最高，達71.22%，UAE法的最低僅為45.24%；本研究所得的肉桂精油與文獻[11]差別較大，這與肉桂的品種、產地等因素差異大有關，一般肉桂精油中肉桂醛的相對百分含量會在50%～95%之間波動。

續表

2.3.2不同方法制得的肉桂精油活性研究

2.3.2.1肉桂精油對DPPH·的清除由圖1可知，在實驗濃度范圍內，4種肉桂精油樣品對DPPH·均有清除能力，且效果均隨精油用量的增大而提高，清除率大小為：USWE＞SWE＞SD＞UAE；與對照組VC相比，當肉桂精油濃度低于4mg·mL-1時，4種精油樣品對DPPH·的清除效果均不如VC，當濃度高于6mg·mL-1時，USWE精油清除DPPH·的能力開始明顯高于VC，但其他方法不如VC，當肉桂精油濃度高于8mg·mL-1時，SWE和USWE法的肉桂精油清除DPPH·的能力高于VC，SD法與VC相當，UAE的最差。由此可見，USWE法所得的肉桂精油清除DPPH·的能力最強，造成清除DPPH·能力不同的原因可能是由于不同方法所得的肉桂油組分不同，尤其是肉桂醛的含量不同。

圖1　肉桂精油對DPPH自由基的清除效果Fig.1　Clearance rate of cinnamon oil from different methods to DPPH·

2.3.2.2肉桂精油對超氧陰離子自由基（O2-·）的清除圖2顯示，在實驗濃度范圍內，4種肉桂精油樣品對O2-·均有清除作用，且其效果均隨精油濃度的增加而增強。相同濃度下，USWE法的肉桂精油清除O2-·的能力明顯最強，SWE法次之，UAE法最低。與VC相比，UAE法的不如VC，其余三種方法明顯強于VC。對于SWE和USWE法來說，當濃度較低時，清除率隨濃度增大而增高的趨勢比較顯著，當濃度大于0.6mg·mL-1，清除率趨于穩定，增長較緩慢。吳雪輝等[12]也采用鄰苯三酚自氧化體系法，研究了用超臨界CO2流體提取所得的肉桂油清除O2-·自由基能力，與本實驗相比，肉桂精油清除水平的總體變化趨勢是一致的，但具體數據存在差異，這可能是由于不同方法所得的肉桂油組分不同所導致的。

圖2　肉桂精油對超氧陰離子自由基的清除效果Fig.2　Scavenging activity of cinnamon oil on superoxide anion radicals

2.3.2.3肉桂精油對羥自由基（·OH）的清除由圖3可見，4種肉桂精油樣品對·OH都有清除作用，且其清除效果均隨肉桂精油用量的增大而逐漸增加。SD、SWE和USWE法的肉桂精油清除·OH的能力明顯強于VC和UAE法；當肉桂精油濃度小于0.54mg·mL-1時，UAE法的肉桂精油對·OH的清除效果不如VC；但當濃度大于0.54mg·mL-1時，其清除能力大于VC；USWE法與其他提取方法相比，其肉桂精油對·OH的清除作用依然最大，這個結果可能與USWE法所得的肉桂精油中肉桂醛的高含量有一定關系。

圖3　肉桂精油對羥基自由基的清除效果Fig.3　Scavenging activity of cinnamon oil on hydroxyl radicals

3　結論

3.14種提取方法中，USWE法所需提取時間最短（25min）；UAE法肉桂精油得率最高，但外觀性狀差，USWE法肉桂醛得率及油中肉桂醛含量均最高；肉桂精油組成上，SD、SWE和USWE法的肉桂精油物理性質相似，與UAE法相差較大，4種肉桂精油主要成分均為肉桂醛，但組成和相對含量差異較大，其中SD和UAE兩法所得的肉桂精油種類及成分相似，SWE法和USWE法所得相似。

3.24種肉桂精油對DPPH·、·OH、O2-·均有清除作用，且效果隨精油濃度的增加而增強，USWE法的肉桂精油清除3種自由基的能力明顯強于其他方法及對照品VC。綜合研究結果，USWE法是提取肉桂精油較理想的方法，具有提取時間短、效率高、肉桂油品質好等優點。

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Comparative of the different methods for extraction of cinnamon essential oil

GUO Juan1，YANG Ri-fu2，FAN Xiao-dan2，QIU Tai-qiu2
（1.College of Food Science，Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510006，China；2.College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

Cinnamon essential oil were prepared by steam distillation（SD），ultrasonic assisted extraction（UAE），subcritical water extraction（SWE），and ultrasound-enhanced subcritical water extraction（USWE）.The extraction parameters，composition，physical characteristics and antioxidant activity of cinnamon essential oil were studied comparatively.Results showed that the extraction time of USWE was the shortest（25min）.The yield of cinnamon oil of UAE was the highest（2.10%），but with low appearance characters.The yield of cinnamaldehyde from cinnamon and the content of cinnamaldehyde in cinnamon oil of USWE were the highest.Four cinnamon oils from different extraction methods shared the same main ingredient：cinnamaldehyde.However，different methods made a great difference in relative content.The physical characteristics of cinnamon oil from SD，SWE and USWE were very similar，but with high difference compared with cinnamon oil of UAE.The scavenging activity of four cinnamon oils on DPPH radical，hydroxyl radical and superoxide anion radicals were excellent，and the scavenging activity increased with increasing concentration of cinnamon oil.The scavenging activity of cinnamon oil of USWE was significantly superior to other three methods.All of these suggested that ultrasoundenhanced subcritical water extraction（USWE）was an ideal method of extraction of cinnamon essential oil and showed shorter extraction time，high efficiency，and good product quality，etc.advantage.

cinnamon oil；extraction；composition；physical characteristics；antioxidant activity

TS255

A

1002-0306（2014）14-0095-06

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.012

2013－10－28

郭娟（1978-），女，博士，主要從事天然產物分離純化新技術方面的研究。

國家自然科學基金（20776047）。