超臨界和水蒸氣提取高良姜精油及純露的成分研究

林麗靜 黃曉兵 劉夢潔 李積華

摘? 要? 以高良姜為原料，采用超臨界CO2提取技術和水蒸氣提取技術提取高良姜精油和純露，分析比較精油和純露的提取率及外觀顏色，并通過氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）技術對精油和純露進行成分分析。結果表明，超臨界CO2提取技術提取的精油和純露提取率均高于水蒸氣技術提取的提取率，純露外觀顏色無差異;兩種方法提取的精油和純露在化學成分種類和相對含量上有差異，超臨界CO2提取技術提取鑒定出高良姜精油成分35種，純露成分20種，水蒸氣提取鑒定精油成分29種，純露成分19種;1，8-桉葉素在超臨界CO2提取的精油相對含量為15.49%，在水蒸氣提取的精油相對含量中為10.61%;超臨界CO2提取純露含量最高的為檸檬烯，相對含量為68.50%;水蒸氣提取純露含量最高的為1，8-桉葉素，相對含量為31.83%。實驗結果可為高良姜精油和純露的提取提供理論依據。

關鍵詞? 超臨界CO2提取;水蒸氣提取;精油;純露

中圖分類號? R284? ? ? 文獻標識碼? A

Composition of Essential oils and Hydrosols Acquired from Alpinia officinarum Hance by Supercritical CO2 Extraction and Steam Extraction

LIN Lijing1，3， HUANG Xiaobing1，3， LIU Mengjie1，2， LI Jihua1，3*

1. Agricultural Products Processing Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Tropical Crop Products Processing， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Zhanjiang， Guangdong 524001， China; 2. College of Food Science and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070， China; 3. Hainan Key Laboratory of Storage & Processing of Fruits and Vegetables， Zhanjiang， Guangdong 524001， China

Abstract? The essential oils and hydrosols were acquired from Alpinia officinalis Hance by supercritical CO2 extraction and steam extraction， and the extraction rate and appearance color of the oils and hydrosols were analyzed. The components of the samples were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. The results showed that the yield of the essential oil and hydrosols extracted by supercritical CO2 was higher than that by steam extraction， and there was no difference in the appearance color of hydrosols. There were 35 components of essential oils and 20 components of hydrosols extracted by supercritical CO2 technology， and 29 components of essential oil and 19 components of hydrosols extracted by steam extraction. The components extracted by the two methods were different. The relative content of 1，8-eucalyptin in the oils extracted by supercritical fluid was 15.49%， and that extracted by steam was 10.61%. The highest content of hydrosols extracted by supercritical fluid was limonene， with a relative content of 68.50%. The highest content of hydrosols extracted by steam was 1，8-eucalyptin， with a relative content of 31.83%. The experimental results could provide a theoretical basis for the extraction of essential oils and hydrosols of A. officinalis Hance.

Keywords? supercritical CO2 extraction; steam extraction; essential oils; hydrosols

DOI? 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.12.025

高良姜（Alpinia officinarum Hance）為姜科山姜屬多年生草本植物，分布于廣東、廣西、云南、海南等省份[1]，主產于廣東湛江的徐聞縣，作為藥食兩用的天然植物已有上千年的歷史，是廣東省“十大廣藥”之一。高良姜味辛溫，入脾胃經，具有溫胃、祛風、散寒、行氣、止痛等功效[2]，臨床常用于治療脘腹寒痛、胃寒嘔吐、消化不良、噯氣吞酸等病癥[3]。

研究表明，高良姜化學成分復雜，藥理活性強，有較強的鎮痛、抗炎、抗腹瀉、抗氧化、抗腫瘤等作用[4]。高良姜主要含有黃酮類、二苯基庚烷類、揮發油、糖苷、倍半萜和有機酸等[5]，其中揮發油含量較高，是評價高良姜質量優劣的主要指標之一，也是高良姜開發利用的重點，高良姜揮發油可用于制造高級香水、驅風油、食用調料等，還可用于制造保健飲料，在醫學上有幫助消化、健胃及治療凍瘡、灼傷等用途。因此，高良姜精油成分的分析、提取及活性研究高良姜開發利用的重要內容，不同提取方法提取高良姜精油研究報道較多[6-9]。

在水蒸氣提取精油的過程中同時產生大量的純露，純露是精油提取的副產物，一般是指在精油蒸餾萃取過程中，分離出來的一種飽和的蒸餾原液，含有少量精油成分和全部植物體內的水溶性物質[10]。純露容易被皮膚所吸收，溫和不刺激，可以每天使用，也可以作為抗菌劑在食品加工中使用[11]。然而，現在的提取方法都是在水蒸氣蒸餾提取精油過程中，冷凝得到的水溶液，并未見有超臨界CO2提取植物純露的報道。目前，高良姜純露鮮有研究，筆者課題組首先開展水蒸氣提取高良姜精油及純露提取工藝研究[12]，為了開發高品質高良姜精油及純露，率先提出利用超臨界CO2提取技術開展高良姜精油和純露同時提取技術，并申請發明專利[13]。本研究選取超臨界CO2提取技術與水蒸氣提取技術進行比較研究，以期為開發高品質高良姜精油及純露加工利用提供參考和開發利用途徑。

1? 材料與方法

1.1? 材料

3年生高良姜，品種為蜂窩姜，采自湛江市徐聞縣龍塘鎮。

DFT-200萬能粉碎機（上海鼎廣機械設備有限公司），FP115熱風干燥箱（德國賓德公司），水蒸氣提取裝置（自行組裝），超臨界CO2提取設備（自行設計研發），Shimadzu QP2010-Plus氣相色譜-質譜聯用儀（日本島津公司）。

1.2? 方法

1.2.1? 超臨界CO2提取? 高良姜精油和純露超臨界CO2提取方法參考專利[13]，高良姜干燥至水分含量10%左右，粉碎，稱取1 kg，采用改造的超臨界CO2提取設備提取，在精油分離斧中降低萃取壓力，精油和CO2氣體分離，提取出高良姜精油;在純露分離釜中，CO2以氣體狀態進入純露分離釜，精油分離釜中未分離的成分以氣體狀態進入純露分離釜中，并在CO2氣體的協同作用下溶解于水中，在水中達到過飽和時，形成飽和水溶液，即得高良姜純露。分別稱量精油和純露的質量。

1.2.2? 水蒸氣提取? 高良姜干燥至水分含量10%左右，粉碎，稱取1 kg，在水蒸氣提取裝置中加熱蒸餾水提取至無精油出現，精油和純露分離，稱量質量。

1.2.3? 精油和純露提取率計算? 高良姜精油和純露提取率按以下計算公式計算：

提取率=[精油（純露）質量/原料質量]×100%

1.2.4? 精油和純露成分測定? GC-MS分析條件：（1）色譜柱：Rtx?-5ms毛細管色譜柱（30 m× 0.25 mm×0.25 μm，日本島津公司）;（2）程序升溫：起始溫度60 ℃，保持5 min，以10 ℃/min的流速升至160 ℃，保持10 min，以20 ℃/min的流速升至240 ℃，保持10 min;（3）載氣（He）流速1 mL/min，壓力57.4 kPa，分流比30∶1，進樣溫度250 ℃，進樣量1 μL;（4）電子轟擊（EI）離子源，離子源溫度230 ℃，接口溫度250 ℃，溶劑延遲2.5 min;（5）數據采集方式Scan，質量掃描范圍40～450 m/z，檢測器增益電壓1.28 kV。圖譜檢索采用Wiley9.lib和NIST08.LIB質譜庫進行檢索，分析確定各化學成分，按峰面積歸一化法測得各成分相對質量百分含量。

1.3? 數據處理

數據采用SPSS18.0軟件進行方差分析和鄧肯多重比較法在=0.05的水平下進行檢驗，分析數據以平均值±SD表示。

2? 結果與分析

2.1? 超臨界CO2提取和水蒸氣提取結果

超臨界CO2提取和水蒸氣提取高良姜精油、純露結果見表1，超臨界CO2提取高良姜精油提取率為1.77%，純露提取率為400%，水蒸氣提取高良姜精油提取率為1.20%，純露提取率為327.82%，超臨界CO2提取技術的提取率均高于水蒸氣技術提取的提取率，從顏色上看，超臨界CO2提取精油顏色較深，純露差別不明顯，均為白色液體。

2.2? 高良姜精油成分

超臨界CO2提取精油成分結果見圖1和表2，水蒸氣提取精油成分結果見圖2和表2。超臨界CO2技術提取鑒定出高良姜精油成分35種，水蒸

氣提取鑒定精油成分29種。2種方法提取的精油含有25種相同的成分，14種不同成分，而且成分相對含量不同，其中1，8-桉葉素在超臨界提取的精油相對含量為15.49%，水蒸氣提取的精油含量為10.61%。

2.3? 2種方法提取高良姜純露成分

超臨界CO2提取純露成分結果見圖3和表3，水蒸氣提取高良姜純露成分結果見圖4和表3。超臨界CO2技術提取鑒定出純露成分20種，水蒸氣提取鑒定出純露成分19種。2種方法提取的純露含有5種相同的成分，29種不同成分。超臨界提取純露含量最高的為檸檬烯，相對含量為68.50%;水蒸氣提取純露含量最高的為1，8-桉葉素，相對含量為31.83%。

3? 討論

高良姜中揮發油含量較高，超臨界CO2技術

提取和水蒸氣蒸餾技術提取精油的研究較多，結果表明不同提取方法提取的精油由于品種、產地和提取工藝不同，在提取率和成分上存在差異。本研究采用兩種提取方法進行提取，超臨界CO2技術提取精油提取率為1.77%，高于水蒸氣提取精油1.20%的提取率;超臨界CO2技術提取鑒定出高良姜精油成分35種，水蒸氣提取鑒定精油成分29種;2種方法提取的成分有差異[6-9]。本研究首次通過超臨界CO2技術進行高良姜純露提取，提取率為400%，高于水蒸氣提取率的327.82%，純露顏色外觀無差異;超臨界CO2技術提取鑒定出高良姜純露成分20種，水蒸氣提取鑒定純露成分19種。兩種提取方法成分上差異的可能原因是兩種方法的提取原理不同，超臨界CO2技術提取是通過CO2在超臨界狀態下溶解物質能力增加達到提取目的，水蒸氣提取技術是通過水蒸氣攜帶物質能力實現提取。

通過氣相色譜質譜聯用（GC-MS）技術分別對高良姜精油及純露進行成分比較分析，超臨界CO2技術提取的精油和純露與水蒸氣提取的在成分上存在差異。兩種方法提取的精油含有25種相同的成分，14種不同成分，而且成分相對含量不同，其中1，8-桉葉素在超臨界CO2技術提取的精油相對含量為15.49%，水蒸氣提取的精油含量為10.61%，1，8-桉葉素是雙環單萜化合物，具有驅蟲、抗菌和抗炎等多種藥理活性，常用于治療人疥螨、胃腸道疾病和呼吸道炎癥等多種疾病[14-15]。同時1，8-桉葉素常作為高良姜藥材的指標成分用于高良姜品質的評價[2]，在高良姜精油成分上也常考察1，8-桉葉素的含量，超臨界CO2技術提取的高良姜精油中1，8-桉葉素的含量高于水蒸氣提取的高良姜精油，因此，超臨界CO2技術提取的高良姜精油在品質上優于水蒸氣提取的高良姜精油。兩種方法提取的純露含有5種相同的成分，29種不同成分，超臨界CO2技術提取純露含量最高的為檸檬烯，相對含量為68.50%;水蒸氣提取純露含量最高的為1，8-桉葉素，相對含量為31.83%。檸檬烯是一種天然的功能單萜，有類似于檸檬的香味，并具有良好的抑菌效果，常用于食品添加劑起防腐保鮮作用，具有抑菌、抗氧化、抗腫瘤等功效[16-17]。1，8-桉葉素有樟腦氣息和清涼的草藥味道，也具有較好的抑菌活性。文獻報道了多種純露的功能活性為抗氧化能力、抑菌活性以及酶抑制活性等 [18-20]。從成分上分析，推測高良姜純露也可能具有一定的抑菌活性。用超臨界提取的高良姜純露由于含有較高的檸檬烯，因此可作為食品添加劑在食品中使用。

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