三種方法提取蒲公英凈油中揮發性和半揮發性香味成分比較分析

張 飛,谷令彪,秦 召,陳孟起,霍現寬,何保江,秦廣雍,龐會利

(1.鄭州大學物理工程學院,河南鄭州 450001;2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院,河南鄭州 450001;3.中國煙草總公司河南中煙工業有限責任公司技術中心,河南鄭州 450000)

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三種方法提取蒲公英凈油中揮發性和半揮發性香味成分比較分析

張 飛,谷令彪,秦 召,陳孟起,霍現寬,何保江,秦廣雍,龐會利

(1.鄭州大學物理工程學院,河南鄭州 450001;2.中國煙草總公司鄭州煙草研究院,河南鄭州 450001;3.中國煙草總公司河南中煙工業有限責任公司技術中心,河南鄭州 450000)

分別用亞臨界流體、超臨界CO2和有機溶劑萃取法提取蒲公英凈油,對比不同提取方法所得蒲公英凈油中揮發性和半揮發性香味成分的差異,使用GC-MS法進行定性分析,并采用峰面積歸一法進行了半定量分析。三種方法提取所得凈油中相對含量最高的均為十六酸,分別為66.881%(亞臨界)、31.632%(超臨界)和33.570%(乙酸乙酯);醛類物質含量最高的是亞臨界凈油,為6.218%;酮類和醇類物質含量最高的是超臨界凈油,為5.641%和4.072%;酯類物質含量最高的是乙酸乙酯凈油,為21.202%。通過不同萃取方法之間的對比,為以后有針對性的提取蒲公英成分、進一步開發蒲公英資源提供數據支持。

蒲公英,凈油,亞臨界,超臨界CO2,乙酸乙酯,氣相色譜-質譜法

植物油主要的提取方法有水蒸氣蒸餾法、分子蒸餾法、同時蒸餾萃取法、溶劑提取法和超臨界流體萃取法等[1-3]。水蒸氣蒸餾法、同時蒸餾萃取法和溶劑提取法普遍存在能耗高、效率低、有溶劑殘留等問題,且熱敏性成分易遭到破壞;分子蒸餾設備成本高、效率低;超臨界流體萃取雖然不存在溶劑殘留的問題,但是工作壓力高、設備成本高[4],限制了其工業化應用。因此,尋找一種高效提取天然產物中熱敏性、易氧化活性成分,且便于工業化生產的新技術和新裝備,已成為近年來天然產物提取領域的研究熱點。

亞臨界萃取技術是利用亞臨界流體作為萃取劑,在密閉、無氧、低壓的壓力容器內,依據有機物相似相溶的原理,通過萃取物料與萃取劑在浸泡過程中的分子擴散,達到固體物料中的脂溶性成分轉移到液態的萃取劑中,再通過減壓蒸發的過程將萃取劑與目的產物分離,最終得到目的產物的一種新型萃取與分離技術。亞臨界提取技術設備簡單、提取率高、提取時間短,不破壞功效成分,具有高效、低耗、環保的優點[5],是一種極有前途的提取方法。

蒲公英為菊科植物蒲公英TaraxacummongolicumHand. Mazz.、堿地蒲公英TaraxacumsinicumKitag. 或同屬數種植物的干燥全草,全國各地均有分布,是我國傳統中藥材[6-7]。現代藥理研究表明,蒲公英具有廣譜抑菌、利膽保肝、抗內毒素、抗人體肺癌和免疫促進等作用[8-10]。蒲公英的葉子和花中含有豐富的酚酸類物質,是良好的自由基清除劑[11]。蒲公英的應用目前已涉及到食品、醫學、化妝品等多個領域[12-14]。王曉英[15]等將蒲公英的總黃酮提取物應用于冷鮮豬肉的涂膜保鮮中,有效抑制微生物的生長,延長冷鮮肉的貨架期;林春梅[16]等以蒲公英為原料,制得了色香味營養俱佳的飲料;王艷萍[17]等在面包中添加蒲公英粉,提高面包的營養成分含量;林爭鳴[18]向冰淇淋中添加濃縮蒲公英汁,使其既有傳統冰淇淋的風味特征,又有蒲公英的保健功能。但是,利用亞臨界萃取技術對蒲公英進行萃取并進行化學成分分析的研究,卻未見諸于報端。

本文采用亞臨界丁烷萃取法、超臨界CO2萃取法和有機溶劑(乙酸乙酯)萃取法對蒲公英的凈油進行提取,利用氣相色譜-質譜法對其進行化學成分分析,旨在考查不同提取方法對蒲公英進行提取所得凈油的成分差異,以期為以后有針對性的提取蒲公英成分、進一步開發蒲公英資源提供數據支持,進而為充分利用蒲公英資源打下基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

干燥的全株蒲公英 購于張仲景大藥房,經鑒定為菊科植物蒲公英TaraxacummongolicumHand. Mazz.;丁烷 純度≥99%,河南濮陽油田;無水乙醇 分析純,天津科密歐化學試劑有限公司;乙酸乙酯 分析純,天津市化學試劑三廠;實驗用水 Milli-Q(美國默克密理博公司)純水系統所制超純水。

ST-04型多功能粉碎機 浙江省永康市帥通電器廠;R-210型旋轉蒸發儀 瑞士Buchi公司;FA1104型分析天平 感量為0.0001 g,上海舜宇恒平科學儀器有限公司;7890GC-8975MS氣質聯用色譜儀 美國安捷倫公司;CBE-5L型亞臨界提取裝置 河南省亞臨界生物技術有限公司;H221-50-01型超臨界萃取裝置 江蘇南通華安超臨界萃取有限公司。

1.2 實驗方法

樣品預處理:將蒲公英用多功能粉碎機粉碎,過40目篩。

1.2.1 蒲公英的亞臨界提取 稱取200 g蒲公英樣品裝入尼龍布袋,放入5 L的亞臨界萃取釜中,封閉萃取釜,打開真空泵抽真空;注入2 L丁烷,使液料比為10 mL/g,調整萃取釜溫度為45 ℃,靜態萃取20 min;提取完畢后,打開萃取罐底部的出料閥,將萃取液轉入分離罐,提取溶劑快速揮發,得到蒲公英的亞臨界初提取物;萃取溶劑經壓縮機壓縮回收至溶劑罐中,循環使用,共循環萃取3次;合并亞臨界初提物[19]。

1.2.2 蒲公英的超臨界CO2提取 稱取100 g粉碎后的蒲公英,填充于萃取釜內,調節萃取條件為:CO2流量17～20 kg/h,分離釜Ⅰ溫度35 ℃,分離釜Ⅱ溫度45 ℃,萃取溫度40 ℃,萃取壓力25 MPa,萃取時間120 min。萃取完成后,從分離釜Ⅰ和分離釜Ⅱ中緩慢接出萃取物質[20],即為蒲公英的超臨界CO2初提物。

1.2.3 蒲公英的有機溶劑法提取 稱取適量粉碎后的蒲公英,加入一定體積的乙酸乙酯,使液料比為10 mL/g,回流提取2 h,過濾,減壓濃縮得到蒲公英的有機溶劑初提物[21]。

1.2.4 蒲公英凈油的處理過程 所得初提物經旋轉蒸發(50 ℃,0.01 MPa)回收溶劑后,用10倍體積的95%乙醇在50 ℃下加熱回溶4 h,然后置于-30 ℃下冷凍24 h;過濾,除去不溶的蠟質、果膠和纖維等成分,濾液經旋轉蒸發(50 ℃,0.01 MPa)得凈油。

1.2.5 蒲公英凈油成分的GC-MS分析 分別稱量100 mg的蒲公英的凈油,用乙醇溶解定容至10 mL,進行GC-MS分析。分析條件為:色譜柱1:DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度250 ℃;載氣為高純氦氣,流速1.0 mL/min;進樣量為1 μL,分流比10∶1;程序升溫:初始溫度50 ℃,保持1 min,以20 ℃/min的速度升溫至200 ℃,保持2 min,再以5 ℃/min的速率升至260 ℃,保持5 min。

色譜柱2:DB-WAXETR毛細管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度250 ℃;載氣為高純氦氣,流速1.0 mL/min;進樣量為1 μL,不分流;程序升溫:初始溫度50 ℃,保持1 min,以10 ℃/min的速度升溫至200 ℃,保持2 min,再以5 ℃/min的速率升至240 ℃,保持5 min。

質譜條件:電離方式:EI;離子源溫度:230 ℃;電子能量:70 eV;四級桿溫度:150 ℃;電子倍增器電壓:1.89 kV;質量掃描范圍:33～500 amu,采用全掃描工作方式,溶劑延遲7.0 min。

1.2.6 定性及定量方法

1.2.6.1 定性方法 參考各化合物的保留時間,對每個色譜峰進行譜庫(NIST08和WILYE)檢索,并參考有關文獻進行譜圖解析,確定蒲公英凈油的各化學成分。

1.2.6.2 定量方法 對于鑒定出的成分,用峰面積歸一法計算出各成分的相對含量。

表1 亞臨界流體萃取蒲公英化學成分

2 結果與討論

2.1 亞臨界提取蒲公英凈油的GC-MS分析

由圖1和表1可知,從亞臨界提取的蒲公英凈油中共鑒定出38種化合物,其中酸類共9種,相對質量分數為87.040%;醛類共10種,相對質量分數為6.218%;酮類共3種,相對質量分數為2.571%;酯類共4種,相對質量分數為1.355%;醇類共2種,相對質量分數為0.259%。其中反式-2-庚烯醛具有青草香氣;己酸是我國規定允許使用的食用香料;1-辛烯-3-醇可用于日化和食用香精;2-戊基呋喃具有豆香、果香、泥土、青香及類似蔬菜的香韻;反式-2,4-庚二烯醛呈青草、脂肪、水果和香辛料似香味;反-2-辛烯醛呈脂肪和肉類香氣,并有黃瓜和雞肉香味;壬醛具玫瑰、柑橘等香氣,有強的油脂氣味;辛酸稀釋后呈水果香氣;反式-2-癸烯醛是天然等同香料和人造香料,呈橙子似香味;反式-2-己烯醛丙二醇縮醛具有淡的青蘋果樣香氣。

表2 超臨界CO2萃取蒲公英化學成分

圖1 亞臨界萃取蒲公英凈油的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatography of the sample extracted by Subcritical fluid

蒲公英亞臨界凈油中醛類物質的種類和相對含量都明顯較高,可用于選擇性提取反式-2-庚烯醛、反式-2,4-庚二烯醛、反-2-辛烯醛、壬醛等醛類有效香氣成分;蒲公英亞臨界凈油中十六酸的含量高達66.881%,明顯高出其它兩種方法所得凈油,主要原因為丁烷為非極性溶劑[19],對脂肪酸的提取效率較高;而十六酸具有特殊香氣和滋味,按我國GB2760-89規定,可用于配制各種食用香料,因此可將其用于天然產物提取的前階段,然后采用其它方法進行進一步的分離提純。

2.2 超臨界提取蒲公英凈油的GC-MS分析

由圖2和表2可知,從超臨界CO2提取的蒲公英凈油中共鑒定出40種化合物,其中酸類共8種,相對質量分數為66.917%;酯類共8種,相對質量分數為8.001%;酮類共6種,相對質量分數為5.641%;醇類共4種,相對質量分數為4.072%;醛類共2種,相對質量分數為1.571%。其中2-甲基-3-羥基-4-吡喃酮有似焦香奶油糖特殊香氣,稀溶液呈草莓香味;苯乙醇具有柔和、愉快而持久的玫瑰香;苯甲酸可作為膏香用入薰香香精,還可用于巧克力、檸檬、橘子、子漿果、堅果、蜜餞型等食用香精中,煙用香精中亦常用之;草蒿腦呈大茴香似香氣;反式茴香腦具有茴香、辛香料、甘草的氣味;香蘭素為一種廣泛使用的可食用香料,具有香子蘭氣味;二氫獼猴桃內酯帶有香豆素樣香氣,并有麝香樣氣息,可以用來調配煙用香精;新植二烯是一種煙草的特征香味成分。

續表

圖2 超臨界萃取蒲公英凈油的總離子流圖Fig.2 Total ion chromatography of the sample extracted by Supercritical CO2 fluid

蒲公英超臨界凈油中含量較高主要有十六酸(31.632%)、十八碳二烯酸(28.450%)、十四酸(3.684%)等,這與陳東[22]等人的結果基本一致;并且提取到了苯甲酸、二氫獼猴桃內酯、新植二烯等煙用香精香料成分,因此可對其在卷煙中的應用進行探討[23],此外超臨界萃取可以提高醇類和酮類的提取效率。

2.3 乙酸乙酯提取蒲公英凈油的GC-MS分析

由圖3和表3可知乙酸乙酯提取的蒲公英凈油中共鑒定出34種化合物,其中醛類共4種,相對質量分數為0.921%;酮類共4種,相對質量分數為1.117%;醇類共1種,相對質量分數為0.283%;酸類共9種,相對質量分數為75.640%;酯類共12種,相對質量分數為21.202%。其中反-2-庚烯醛具有青草香氣;檸檬烯有類似檸檬的香味;γ-萜品烯具有柑橘和檸檬香氣;反式-2,4-癸二烯醛具強烈清香氣味,濃度大時具柑橘樣的甜香,濃度低時具有類似葡萄柚和柑橘的香味;十一酸乙酯呈葡萄酒香、脂香、果香、椰子和堅果香。

圖3 乙酸乙酯萃取蒲公英凈油的總離子流圖Fig.3 Total ion chromatography of the sample extracted by ethyl acetate

蒲公英乙酸乙酯凈油中酯類種類多達12種,相對含量也明顯高出其它兩種凈油,這是由其相似相溶的萃取原理所決定的[24],此外凈油中的香氣成分如檸檬烯、γ-萜品烯、十一酸乙酯等多具有水果味清香,可用于特定香精香料的制備。

表3 乙酸乙酯萃取蒲公英化學成分

2.4 三種提取方法所得蒲公英凈油成分的比較

圖4 三種蒲公英凈油中各類成分的相對含量對比Fig.4 Relative mass fraction of chemical composition of samples extracted by different methods(%)

由圖4可知,三種方法提取所得三種蒲公英凈油中相對含量最高的均為十六酸,分別為66.881%(亞臨界流體)、31.632%(超臨界CO2)和33.570%(乙酸乙酯);醛類物質含量最高的是蒲公英亞臨界凈油,為6.218%;酮類和醇類物質含量最高的是蒲公英超臨界凈油,為5.641%和4.072%;酯類物質含量最高的是蒲公英乙酸乙酯凈油,為21.202%。

除含量較高的脂肪酸類外,三種方法所得凈油中化學成分的種類和含量差異較大,這是由于它們各自的提取特點所引起的[25-27],亞臨界萃取對天然植物中的弱極性物質有較好的提取效果,對強極性物質的提取效果略差;超臨界CO2萃取法對天然植物中非極性混合物提取效果較好;乙酸乙酯萃取對天然植物中極性物質提取效果較好,因此可根據實際需要對所需成分進行選擇性的提取。

3 結論

本研究分別用亞臨界流體萃取法、超臨界CO2萃取法和有機溶劑萃取法提取蒲公英凈油,并用GC-MS法鑒定其化學成分,分別鑒定出38種、40種和34種化合物。從GC-MS分析結果可以看出,3種方法提取的蒲公英凈油化學成分各有側重。亞臨界萃取法對醛類和酸類的提取效率比較高,超臨界CO2萃取法對酮類和醇類的提取效率比較高,而乙酸乙酯萃取對酯類提取效率比較高。本研究旨在通過不同萃取方法之間的對比,以期為以后有針對性的提取蒲公英成分、進一步開發蒲公英資源提供數據支持。

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Comparative analysis of volatile and semi-volatile flavor components ofTaraxacummongolicumHand. Mazz. absolute oils extracted by three methods

ZHANG Fei1,2,GU Ling-biao1,QIN Zhao1,CHEN Meng-qi3,HUO Xian-kuan2,HE Bao-jiang2,*,QIN Guang-yong1,PANG Hui-li1,*

(1.College of Physics and Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China;2.Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC,Zhengzhou 450001,China;3.China Tobacco Henan Industrial Co.,Ltd,Zhengzhou 450000,China)

To compare volatile and semi-volatile flavor components ofTaraxacummongolicumHand. Mazz. Absolute oil extracted by three methods,subcritical fluid,supercritical CO2fluid and organic solvent,respectively. Moreover,qualitative and semi-quantitative analysis of all obtained absolute oil samples was determined by GC-MS method and peak area normalization method. To the relative content,Hexadecanoic acid was the highest of all three extracted absolute oil,which were 66.881% in subcritical fluid extract,31.632% in supercritical CO2fluid extract,and 33.570% in ethyl acetate extract,respectively. Of all,the highest content of aldehydes was subcritical fluid extract,which accounted for 6.218%;ketones and alcohols were highest in supercritical CO2fluid extract,for 5.641% and 4.072%;ethyl acetate extract had the highest content of esters,for 21.202%. Through the comparison among different methods of extraction,this research aimed to provide data for the targeted extracts ofTaraxacummongolicumHand. Mazz. components,and then supported further development ofTaraxacummongolicumHand. Mazz.

TaraxacummongolicumHand.Mazz.;absolute oil;subcritical;supercritical CO2;ethyl acetate;GC-MS

2016-03-11

張飛(1992-)，男，在讀碩士研究生，主要從事植物中天然成分的萃取及應用方面的研究，E-mail:zfzzu@hotmail.com。

*通訊作者:何保江(1980-)，男，碩士，工程師，主要從事香精香料及煙草化學方面的研究，E-mail:15937100101@139.com。

河南省科技廳自然科學基礎研究項目(142300410089)；中國煙草總公司鄭州煙草研究院自立項目(422013CZ0610)。

TS201.1

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000

龐會利(1982-)，女，博士，講師，碩士研究生導師，主要從事天然產物的亞臨界萃取方面的研究，E-mail:pang@zzu.edu.cn。