广西山苍子油提取工艺及成分分析
时间：2023-02-09 08:45:12 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
黄莹莹，黎栩成，班彩玉，吴春燕，谭义秋*
广西民族师范学院化学与生物工程学院（崇左 532200）
山苍子（Litsea cubeba（Lour.）Pers.），别名山鸡椒、山苍树、山姜子等，为樟科、木姜子属落叶灌木或小乔木[1]，是广西优势林产资源。山苍子的果皮中富有芳香油成分，经提取后可获得山苍子油。山苍子油的颜色从浅黄色到深黄色，散发芳香气味，是一种天然食品防腐剂与添加剂，同时对李斯特菌、尖孢镰刀菌、大肠杆菌、副溶血性弧菌、植物乳杆菌、黄曲霉毒素等具有显著抑菌活性[2]，用于食品中不仅能提升食品风味，还能起到抑菌作用[3]。山苍子油还可作为合成维生素A、维生素E的原料[4]，并具有杀菌、抗癌、杀螨、抗血栓、抗氧化剂活性等作用[5]，临床上可用于治疗和预防冠心病、心绞痛、脑血栓、癌症等疾病[6]，具有良好的药用价值。此外，山苍子油具有一定的驱蚊防虫效果[7]，可用于精细化工品生产。山苍子油的主要活性成分柠檬醛具有较高的经济价值，被广泛应用于香精香料及食品行业，可用于合成紫罗兰酮和鸢尾酮等高级香料[8]。我国是山苍子油生产及出口大国，山苍子油生产量达14.01万 t/年，出口量占全球4/5[9]，因此，对山苍子油的研究与开发具有重要意义。
山苍子油成分的提取主要是通过水、乙醇作为溶剂，以超声辅助或微波辅助等措施，从山苍子鲜果或干果中，经回流提取获得。李芳等[10]采用液液萃取（分别加以超声波与磁化辅助处理）、CO2超临界萃取及水蒸气蒸馏法提取山苍子油，比较不同提取方式对山苍子油抗氧化活力的影响，结果表明水蒸气蒸馏法和超临界流体萃取法更有利于萜烯类化合物的获取。付红军[11]采用微波辅助水蒸气蒸馏法提取山苍子果实的山苍子油，并使用气相色谱-质谱法分析比较2种方法提取的山苍子油的化学成分，结果表明微波可以使山苍子油中单萜类化合物发生化学转化。杜惠蓉等[12]将山苍子鲜果除核去皮，经超声处理后减压蒸馏，在液料比3.2∶1、减压蒸馏温度76 ℃、粒度大小80目（孔径0.180 mm）、超声时间35 min条件下，山苍子油提取率为6.94%，所得山苍子油中柠檬醛含量为87.65%，品质较好。杜超等[13]使用超声波辅助提取法，以山苍子干果为原料、无水乙醇为提取溶剂，得到最佳提取工艺条件：料液比1∶20（g/mL）、提取温度55 ℃、提取时间25 min、超声波功率240 W，在此条件下山苍子油提取率为38.70%。严汉彬等[14]以山苍子枝叶为原料，加入NaCl进行水蒸气蒸馏，获得最佳提取工艺条件，在此条件下，山苍子枝叶中的挥发油成分得率为2.366%。使用不同提取方法的山苍子提取率有很大区别，原因是提取对象不同，计算的基准也有所不同。水蒸气蒸馏法提取过程简单、不含有机溶剂、成本低廉[15]，相比于超临界萃取法、超声/微波辅助萃取法，更便于工业化生产，也是精油厂常用的生产方法，但关于水蒸气蒸馏法提取野生山苍子油的工艺条件研究报道不多，尚未有针对广西主要山苍子产地——广西桂林灌阳县产山苍子油提取工艺的报道。
试验以广西桂林灌阳县产山苍子果为原料，采用水蒸气蒸馏法提取野生山苍子果中的挥发油成分，研究提取温度、山苍子粒径、料液比及提取时间对山苍子油提取率的影响，并通过GC-MS技术分析所得山苍子油主要成分，为广西山苍子油的工业化提取及综合开发利用提供参考。
1.1 材料与仪器
野生山苍子（采集于广西桂林市灌阳县，经鉴定为山苍子果实，干燥后密封保存）；
蒸馏水（实验室通过三效蒸发装置制备）。
DFT-50A大德高速手提多功能粉碎机（温岭市林大机械有限公司）；
HH-WO智能数显多功能油水浴锅（巩义市予华仪器有限责任公司）；
Clevenger蒸馏装置（自搭）；
标准筛GB/T 6003.1—2012（绍兴市上虞锦航仪器设备厂）；
7890B-5977A气相色谱-质谱联用仪[安捷伦科技（中国）有限公司]。
1.2 试验方法
1.2.1 原料预处理
选择优质的山苍子干果，于恒温干燥箱中70 ℃干燥24 h。将干燥后的山苍子果仁使用高速粉碎机进行破碎后过筛，筛孔尺寸分别为0.850，0.425，0.250及0.180 mm，置至于密封袋中密封保存。
1.2.2 山苍子油提取工艺
使用水蒸气提取法提取山苍子油，分别称取20 g相应尺寸的山苍子果粉末，放入500 mL圆底烧瓶中，加入一定比例蒸馏水，用铁架台固定，置于油浴锅中，油浴锅中的二甲基硅油没过烧瓶中的溶剂，在冷凝回流的条件下加热提取，蒸馏开始后有恒定的液滴滴入蒸馏装置时开始计时。
1.2.3 单因素试验
1.2.3.1 提取温度对提取率的影响
称取20 g过筛（筛孔尺寸为0.850 mm）的山苍子果粉末，在料液比1∶6 g/mL条件下，按照130，140，150和160 ℃分别用蒸馏水回流提取，蒸馏时间4 h，研究不同温度对山苍子油提取率的影响。
1.2.3.2 颗粒尺寸对提取率的影响
提取温度160 ℃、料液比1∶6 g/mL、蒸馏时间4 h，称取20 g过筛（筛孔尺寸分别为0.850，0.425，0.250及0.180 mm）的山苍子果粉末，放入圆底烧瓶中分别进行蒸馏，考察山苍子果颗粒尺寸对提取率的影响。
1.2.3.3 料液比对提取率的影响
提取温度160 ℃、过筛的筛孔尺寸0.425 mm、山苍子果粉末20 g、提取时间4 h，按照料液比1∶6，1∶8，1∶10和1∶12 g/mL分别进行试验，考察料液比对提取率的影响。
1.2.3.4 提取时间对提取率的影响
提取温度160 ℃、过筛的筛孔尺寸0.425 mm、山苍子果粉末20 g、料液比1∶10 g/mL，按照提取时间4，6，8和10 h分别进行试验，考察提取时间对提取率的影响。
1.2.4 山苍子油提取率的计算
山苍子油提取率按式（1）计算。
式中：m1为油料质量，g；
m0为山苍子果粉质量，g。
1.2.5 山苍子油成分GC-MS分析
使用气质联用色谱仪对山苍子油进行成分分析。气相色谱-质谱联用仪采用四极杆技术（AQT）及可变电子电压（VeV）技术，配备EI/CI Thermo Scientific™Extractabrite™离子源，电子能量70 eV。载气为氦气，流量为1 mL/min，不分流。升温程序[16]：初设温度50℃，以3 ℃/min速率升至120 ℃，以5 ℃/min速率升至250 ℃，保留2 min。进样量0.4 μL，进样口温度250 ℃，检测器温度280 ℃，采用全扫描模式采集数据。
2.1 提取工艺对山苍子油提取率的影响
2.1.1 提取温度对山苍子油提取率的影响
考察不同温度对山苍子油提取率的影响，结果如图1所示。
图1 不同温度对山苍子油提取率的影响
在其他条件不变的情况下，提取率随着温度上升而增大，原因是温度升高，分子热运动加剧，分子渗透性及溶解度均有所提高[17]。温度150 ℃时，提取率为4.00%，温度继续升高，产率增加幅度较小，160℃时，提取率4.25%，已趋于平衡，但过高的温度容易引起山苍子油活性成分的变性，因此选用提取温度160 ℃为宜。
2.1.2 颗粒尺寸对山苍子油提取率的影响
考察山苍子果的颗粒尺寸对提取率的影响，结果如图2所示。
图2 不同筛孔尺寸对山苍子油提取率的影响
在其他条件不变的情况下，过筛的筛孔尺寸由0.850 mm下降到0.425 mm时，山苍子油提取率随之增加，达到6.00%，原因是山苍子粉碎得越细，表面积越大，越有利于挥发油组分的析出。但粒径持续减小时，提取率反而下降，这可能是因为粒径变小增加了颗粒的表面吸附作用，颗粒发生聚集从而抑制山苍子油的析出。同时，筛孔尺寸越小，对粉碎机和筛网的要求也越高，不利于工业生产，因此过筛尺寸选择0.425 mm。
2.1.3 料液比对山苍子油提取率的影响
考察不同料液比对山苍子油提取率的影响，试验结果如图3所示。
图3 不同料液比对山苍子油提取率的影响
结果表明，料液比从1∶6 g/mL下降至1∶10 g/mL时，由于蒸馏水增多，山苍子果与蒸馏水接触更充分，同时降低接触面的挥发油浓度，有利于山苍子油分子的扩散，因而提取率随之增加至6.60%。但继续增加蒸馏水用量，并没有提高山苍子油的提取率，说明此时山苍子油在蒸馏水中的提取率达到最大值，同时提取率出现微小的下降，原因可能是大量的蒸馏水增加山苍子油在水中的消耗[18]。因此，选用料液比1∶10 g/mL为宜。
2.1.4 提取时间对山苍子油提取率的影响
考察不同提取时间对山苍子油提取率的影响，结果如图4所示。
图4 不同提取时间对山苍子油提取率的影响
结果表明，随着提取时间的不断增加，山苍子油出油率显著提高，提取时间达到6 h，山苍子油的得率达到8.25%，继续延长提取时间，提取率变化不大，说明体系内渗透压达到平衡，提取效果趋于恒定。因此，出于生产能耗的考虑，最佳提取时间应选择6 h。
试验考察提取工艺条件，如提取温度、颗粒尺寸、料液比、提取时间对山苍子油提取率的影响，结果表明，最佳工艺条件为提取温度160 ℃、过筛尺寸0.425 mm、料剂比1∶10 g/mL、提取时间6 h。在此工艺条件下，进行3次平行验证试验，山苍子油平均值为1.65 g，平均提取率为8.26%，SRSD值为0.08%，说明该方法重现性较好，平衡性较高。
2.2 广西桂林灌阳县产山苍子油成分分析
2.2.1 广西桂林灌阳县产山苍子油成分GC-MS结果
将水蒸气提取法得到的广西桂林灌阳县产山苍子油进行GC-MS分析，结果如表1所示。
由表1可知，广西桂林灌阳县产山苍子油的主要成分有柠檬醛（57.85%），其次是正癸酸（8.62%）、芳樟醇（7.13%）、6-甲基-5-庚烯-2-酮（3.39%）、（+）-柠檬烯（2.72%）、月桂酸（2.39%）及石竹素（2.08%）。
表1 广西桂林灌阳县产山苍子油成分表
2.2.2 不同产地山苍子提取物成分对比
为进一步了解广西桂林灌阳县产山苍子油的品质，将其主要成分与广东、赣南、湘西产山苍子油进行对比，结果如表2所示。
表2 各地山苍子油成分对比
对比分析表明，由于生长环境不同、所提取挥发油的部位不同，山苍子提取物的主要成分及含量也不同。其中，广西桂林灌阳县产山苍子油的柠檬醛含量与广东地区相近，低于赣南地区及湘西永顺地区，β-月桂烯及α-蒎烯未检出，但其正癸酸与芳樟醇含量较高。正癸酸是一种中碳链的饱和脂肪酸，在椰子油[22]和棕榈仁油中，棕榈仁油中含量相对较高，可达3.3%[23]。广西桂林灌阳县产山苍子油中的正癸酸含量较高，为8.62%，原因可能是山苍子油发生了水解。正癸酸具有较好的抑菌杀菌作用[24]，其酯可用于食品、塑料助剂、医药、农药、化工及航空等行业。研究显示，芳樟醇具有较强的大肠杆菌抑制作用[25-27]。广西桂林灌阳县产山苍子油独特的成分构成，显示出其在抑菌杀菌领域的潜在优势，为地方林产资源开发提供思路和参考。
通过采用水蒸气蒸馏法，成功提取山苍子果中的挥发油成分，考察提取温度、颗粒尺寸、料液比及提取时间对山苍子油提取率的影响，获得最佳提取工艺：提取温度160 ℃、筛孔尺寸0.425 mm、料剂比1∶10 g/mL、提取时间6 h，在此工艺条件下，所提取的山苍子油质量为1.65 g，提取率为8.25%。通过GC-MS分析可知，广西桂林灌阳县产山苍子油的主要成分有柠檬醛（57.85%）、正癸酸（8.62%）、芳樟醇（7.13%）、6-甲基-5-庚烯-2-酮（3.39%）、（+）-柠檬烯（2.72%）、月桂酸（2.39%）及石竹素（2.08%）。与其他产地的山苍子油相比，广西桂林灌阳县产山苍子油的正癸酸与芳樟醇含量较高。水蒸气提取法避免有机溶剂的污染，提取过程简单易操作，有利于工业化生产；
对广西产山苍子油主要成分的分析对比，为其综合开发利用提供一定参考。
