臘梅花坯含水量對精油品質及物質組分的影響

潘從飛,黃 英,司輝清,*

(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715;2.塔里木大學生命科學學院,新疆阿拉爾843300)

臘梅花坯含水量對精油品質及物質組分的影響

潘從飛1,黃 英2,司輝清1,*

(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715;2.塔里木大學生命科學學院,新疆阿拉爾843300)

本文采用超臨界CO2萃取技術研究臘梅花坯含水量對精油品質及物質組分的影響。結果表明,隨著臘梅花坯含水量的降低,精油綜合品質發生了較大的變化,表現出先下降后升高再下降的趨勢,以臘梅花坯含水量分別在78.3%和28.0%時萃取的精油品質較好。花坯含水量較高(59.9%～78.3%)時,萃取精油的主要成分變化較大,隨水分含量的降低,萃取精油的物質組分逐漸趨于穩定;在各處理的精油物質組分中,共有的大類物質主要有醇類、酯類、烯烴類、酚類、烷烴類和酮類六類,相對含量較高的成分有:氧化芳樟醇和苯甲醇。花坯含水量為28.0%和44.7%時,物質的種類較多,達到62種;花坯含水量為59.9%時的物質種類較少,為45種。

臘梅花坯,含水量,精油，品質,組分

臘梅是傳統的園林花卉和香料植物。臘梅的花[1]、果皮[2]、種子[3]、葉片[4]等均含有較多的生物活性成分,其中,以臘梅花中含有的生物活性物質較為豐富[5],如γ-欖香烯具有較好的抗腫瘤作用[6],黃酮化合物具有抗氧化作用,防止衰老功能[7-9]。因其具有獨特的花香[10]和特殊的功效成分[11-13],使得以臘梅花精油為主的臘梅天然提取物具有較大的市場潛力,對其萃取技術的系統研究得到重視。

目前,萃取臘梅花精油的方法主要有:水蒸氣蒸餾法,有機溶劑萃取法,蒸餾、溶劑同時萃取法,樹脂吸附法等。因臘梅花花期的短暫性和相關研究的缺乏,使臘梅精油萃取存在萃取率低,不同萃取方法的精油組分相差較大,相同萃取方法的實驗重復性較差等問題。近年來,司輝清[14]和沈強[15]等學者對臘梅精油的萃取工藝做了較系統的研究,發現左右其品質和萃取率的因素較為復雜,主要受到萃取方法和花坯質量的影響。本文是在上述研究的基礎上,進一步深入研究超臨界CO2萃取臘梅花精油過程中,臘梅花坯含水量對精油感官品質及物質組分的影響。通過對不同含水量臘梅花坯采用超臨界CO2萃取方法獲得精油,運用精油感官評價和GC-MS成分分析等方法,綜合評價臘梅花坯含水量對精油品質和物質組分的影響,以期能為工業萃取臘梅精油的工藝優化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

素心臘梅花坯 重慶市北碚區萬畝臘梅生產基地。

HA120-50-01型超臨界CO2流體萃取裝置 南通市華安超臨界有限公司;純水、超純水處理系統 美國密理博公司;FA2004型電子分析天平 上海恒平科學儀器有限公司;鹵素水分測定儀 泰州市精泰儀器儀表有限公司;ACS-12Beh電子計重秤 成都普瑞遜電子有限公司;氣相色譜質譜聯用儀(GC-MS) 日本Shimadzu公司;4k15臺式冷凍離心機 美國Sigma公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 花坯含水量控制 根據張文清等研究[16],采摘足量處于初展花期的臘梅花坯,從中篩選出質量較好,勻凈度較高的花坯作為實驗樣品。準確稱取5份等量的花坯分別于室內(14±2) ℃攤放自然風干(根據預實驗對比自然風干、烘干、微波干燥和真空干燥等處理方法,確定采用自然風干的水分處理方法),分別標記為處理Ⅰ～處理Ⅴ。每30 min使用鹵素水分測定儀快速測定各樣品含水量,分別控制處理Ⅰ～處理Ⅴ各樣品含水量分別達到80.0%(新鮮花坯)、60.0%、45.0%、30.0%、15.0%,誤差小于±2%。

1.2.2 臘梅精油萃取方法 根據司輝清[14]的萃取方法,設定超臨界CO2萃取臘梅花精油的參數分別是:萃取壓力30 MPa、溫度40 ℃、時間3.0 h、CO2流量25 kg/h。在該條件下,分別萃取5個處理的花坯,每一樣品重復實驗3次。

將同一處理三次實驗所得臘梅粗提精油混合,以8000 r/min,-4 ℃離心10 min除雜(臘質、色素、蛋白質等),取上層精油,置于-4 ℃冰箱中保存待分析。

1.2.3 臘梅精油感官評價方法 結合魏小蘭[17]等研究結果,根據臘梅精油品質特征,確定臘梅精油綜合評價指標主要有:香味強弱,持久性,香味好感度,顏色好感度以及透明度。分別取不同處理精油樣品各1 mL,置于直徑1.2 cm相同比色管中,隨機找10名評價者,依照表1評價標準,分別對五個精油樣品進行感官評價,并用分值表示評價項目的優次,取其平均值,分值高者,表明感官品質好。

表1 植物精油品質評價標準Table 1 Evaluation standard of plant essential oils quality

1.2.4 臘梅精油的GC-MS分析 借鑒曹耀[18]在關于臘梅花蕾揮發物質的研究方法,通過預實驗得臘梅精油GC-MS的檢測條件為:A.色譜條件:色譜柱,DB-5MS石英毛細管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);柱箱溫40 ℃;升溫程序為40 ℃保持3 min,以10 ℃/min升至90 ℃,以4 ℃/min升至155 ℃,保持1 min,以3 ℃/min升至190 ℃,保持1 min,再以5 ℃/min升至230 ℃,保持4 min;載氣He;壓力53 kPa;總流量9.1 mL/min;柱流量:1 mL/min;進樣溫度230 ℃;進樣量1 μL;分流比為5∶1。B.質譜條件:電子轟擊(EI)離子源;離子源溫度230 ℃;接口溫度230 ℃;溶劑延遲時間1 min;ACQ方式:Scan;掃描速度:1111 u/s;質量掃描范圍:50～550 amu。

1.2.5 精油物質定性與定量分析

1.2.5.1 定性方法 將各色譜峰對應的質譜圖與NIST 08、NIST 08s標準譜庫比對,結合保留指數對色譜峰進行定性分析。參照相關研究文獻[14-18]輔助定性,然后再從特征離子、相對豐度、實際成分等方面進行比較,并在NIST標準參考數據庫(NIST Chemistry WebBook)內對其進行相應的保留指數檢索與比較定性的化合物。

1.2.5.2 定量方法 GC-MS聯用檢測得到的各組分峰,采用峰面積歸一法來確定各組分的相對含量。

1.2.6 花坯水分測定 參照GB/T 8304-2013[19]測定。

2 結果與分析

2.1 臘梅花坯含水量對精油品質的影響

采用超臨界CO2流體萃取裝置分別萃取5個不同含水量的花坯,獲得處理Ⅰ～處理Ⅴ的5份精油樣品,再按本文1.2.3 臘梅精油感官評價方法進行分析,得到不同處理的精油品質優次結果,見表2。

由表2可知,隨著含水量降低,香味強度呈現先升高后下降再逐漸升高的趨勢,由高到低排序為:處理Ⅱ>處理Ⅴ>處理Ⅰ>處理Ⅳ>處理Ⅲ。香味持久性呈現先升高后下降的趨勢,由高到低排序為:處理Ⅱ>處理Ⅲ>處理Ⅰ>處理Ⅳ>處理Ⅴ。香味好感度、顏色好感度和透明度均呈現先下降后升高再下降的趨勢,香味好感由高到低排序為:處理Ⅳ>處理Ⅲ>處理Ⅰ>處理Ⅱ>處理Ⅴ。顏色好感度由高到低為:處理Ⅰ>處理Ⅳ>處理Ⅴ>處理Ⅲ>處理Ⅱ。透明度由高到低排序為:處理Ⅲ>處理Ⅰ>處理Ⅳ>處理Ⅱ>處理Ⅴ。

表2 不同處理臘梅花坯的精油品質優次得分Table 2 Score of Chimonanthus praecox decorated ware essential oils quality by different disposing

注:表中每一處理的含水量為三次平行實驗測定結果的平均值。

圖1 不同含水量臘梅花坯萃取精油GC-MS分析色譜圖Fig.1 GC-MS chromatogram of essential oil was extracted from Chimonanthus praecox decorated ware with different moisture content

綜合上述各評價因子的得分,精油品質優次呈現先下降后升高再下降的趨勢,由高到低排序為:處理Ⅰ>處理Ⅳ>處理Ⅱ>處理Ⅲ>處理Ⅴ。由此可見,以臘梅花坯含水量分別在78.3%和28.0%時萃取的精油品質較好。

2.2 臘梅花坯含水量對萃取精油組分的影響

分別對5個處理的精油樣品進行GC-MS檢測,得到各處理的精油GC-MS分析色譜圖,參見圖1。

按照本文1.2.5精油物質定性與定量分析方法,對各處理的色譜圖進行系統分析,統計精油中物質組分的種類及相對含量,得到實驗結果如表3。

表3 不同處理臘梅花坯萃取精油的組分及其含量對比表Table 3 Compositions and they contents of essential oils were extracted from Chimonanthus praecox decorated ware by different disposing

續表

續表

注:-,未檢測出;*1～*10,同一精油中相對含量前1～10的物質組分。

由表3分析可見,不同處理臘梅花坯萃取精油主要成分的大類物質大致相同,主要有:醇類、酯類、烯烴類、酚類、烷烴類和酮類六種,其中處理Ⅳ和處理Ⅲ的物質種類最多,達到62種;處理Ⅱ的物質種類最少,為45種。各大類物質相比,醇類的種類最多(21～31種),相對含量最高(57.72%～80.94%)。其中處理Ⅴ的醇類種類數最多(31種),相對含量最高(80.94%);處理Ⅱ的醇類種類數最少(21種),相對含量最少(57.72%);且醇類種類隨花坯含水量的降低呈現較為明顯增加的趨勢,相對含量則呈現先下降而后逐漸增加的趨勢。其他成分的種類和相對含量差異都較大,處理Ⅴ的酚類、酸類及醚類物質種類最多,分別為3、5、2種;處理Ⅳ的醛類種類最多,達3種,酯類和酮類的相對含量也最高,分別為7.45%和5.91%;處理Ⅲ的烯烴類和烷烴類相對含量最高,分別為3.43%和12.52%,且較其他處理特有呋喃、喹啉、噻唑三類;處理Ⅱ的萘、醛類、酸類和醚類相對含量最高,分別為2.73%、0.43%、15.28%和4.71%;處理Ⅰ的酯類、烷烴類和酮類物質種類最多,分別為9、5、7種,酚類、臘梅堿和吲哚相對含量最高,分別為2.53%、5.5%和1.61%,相對于其他樣品缺少了萘,特有茚。

由此可知,臘梅花坯含水量的變化,會不同程度影響超臨界CO2萃取臘梅精油的組分和相對含量,且物質種類數和醇類的相對含量均呈現先降低后增高的趨勢;含水量較低的處理Ⅴ和處理Ⅳ的精油組分及相對含量相近似,含水量較高的處理Ⅱ與處理Ⅰ的精油組分及相對含量差異較大。其原因可能是新鮮花坯在剛開始散失水分時,部分易揮發物質隨水分一同揮發,從而導致精油種類及醇類相對含量的快速減少,而后受到處理時間的延長和水分揮發的影響,花坯中所含物質在濕熱和氧氣的影響下發生了物質的轉化和再生,致使精油組分的種類數及醇類物質的種類數增加,但隨花坯含水量的下降物質組分的變化逐漸趨于穩定狀態。

對5個處理的臘梅精油相對含量前10(已于表3中以*加數字形式標注出)的成分進行對比分析可知:隨含水量的降低,萃取精油的主成分及其相對含量都發生了一定程度的變化,各精油中含量最多的成分為苯甲醇和氧化芳樟醇。其中,氧化芳樟醇在花坯含水量為28.0%(處理Ⅳ)時,相對含量最高,達34.39%;苯甲醇在花坯含水量為78.3%(處理Ⅰ)時,相對含量最高,達24.83%。5種精油的相同成分主要有:苯甲醇、氧化芳樟醇、4-羥基-3,5,6-三甲基-4-(3-氧代-1-丁烯基)-2-環己烯-1-酮、[2R-(2a,4aβ,8β)]-2,3,4,4a,5,6,7,8-八氫-α,a,4a,8-四甲基-2-萘甲醇。相鄰含水量萃取精油的主成分和相對含量較為一致,且隨著含水量的降低其主成分和相對含量趨于相同。隨著臘梅花坯含水量的降低,苯甲醇和氧化芳樟醇均呈現先下降后上升的趨勢,由變化趨勢可以推斷出兩者的相對含量在處理Ⅲ至處理Ⅴ之間存在一個峰值。

3 結論

3.1 臘梅花坯含水量對精油品質優次的影響表現出,先下降后升高再下降的趨勢,以臘梅花坯含水量分別在78.3%和28.0%時萃取的精油品質較好,各處理由高到低排序為:處理Ⅰ>處理Ⅳ>處理Ⅱ>處理Ⅲ>處理Ⅴ。

3.2 臘梅花坯含水量對精油物質組分的影響表現出,在花坯含水量較高(59.9%～78.3%)時,萃取精油的主要成分變化較大,隨含水量的降低,萃取精油的物質組分逐漸趨于穩定。在各處理的精油物質組分中,共有的物質大類主要有:醇類、酯類、烯烴類、酚類、烷烴類和酮類六類,處理Ⅳ和處理Ⅲ的物質種類較多,達到62種;處理Ⅱ的物質種類較少,為45種。

在臘梅精油工業萃取中,臘梅花坯含水量是一個重要的工藝參數,它不僅影響精油的品質和物質組分,還對精油萃取率、萃取成本等經濟指標有直接關系。筆者在實際生產中,發現使用較低含水量的臘梅花坯不僅能提高精油萃取效率,還可以適當降低精油生產成本,相關問題有待進一步系統深入研究。

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Effects of moisture contents ofChimonanthuspraecoxdecorated ware on essential oils quality and substance components

PAN Cong-fei1,HUANG Ying2,SI Hui-qing1,*

(1.College of Food Science,Southwest University,Chongqing 400715,China;2.College of Life Science,Tarim University,Aral 843300,China)

The passage study the effects of moisture contents ofChimonanthuspraecoxdecorated ware on essential oils quality and substance components by supercritical CO2extraction technique. The result showed that with the reduction of moisture contents ofChimonanthuspraecoxdecorated ware,the quality of essential oils had changed a lot,suggested that going down first and then going up,going down at last,the quality of essential oils was better when moisture contents ofChimonanthuspraecoxdecorated ware was on 78.3% or 28.0%. When moisture contents ofChimonanthuspraecoxdecorated ware was higher(59.9%～78.3%),the main components of extracted essential oils changed much,with the decline of moisture content,the material composition of extracted essential oils tended to stabilize gradually. The material composition of extracted essential oils mainly included alcohols,esters,alkenes,phenols,alkanes and ketones,and the content of Trans-α,α-5-trimethyl-5-vinyl-tetrahydronaphthalene-2-furanmethanol(linalool oxide)and Benzyl alcohol was more. When the moisture content of decorated ware was on 28.0% or 44.7%,the kinds of substances was most,up to 62 kinds. When moisture contents of decorated ware was on 59.9%,the kinds of substances was less,45 kinds.

Chimonanthuspraecoxdecorated ware;moisture content;essential oils;quality;substance components

2016-08-09

潘從飛(1991-)，男，碩士研究生，主要從事茶葉化學工程等方面的研究，E-mail:747007997@qq.com。

*通訊作者:司輝清(1958-)，男，副教授，主要從事茶葉加工與貿易、茶葉化學工程方面的研究，E-mail:196906570@qq.com。

中央高校基本業務費專項(XDJK2016E110)資金資助。

TS202

A

:1002-0306(2017)04-0163-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.023