板栗花挥发油成分的提取与应用研究

王浩然，魏福祥，桂建业

（1.河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050018；2.秦皇岛市疾病控制预防中心，河北秦皇岛 066001；3.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄 050803）

板栗花挥发油成分的提取与应用研究

王浩然1，2，魏福祥1，桂建业3

（1.河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050018；2.秦皇岛市疾病控制预防中心，河北秦皇岛 066001；3.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北石家庄 050803）

以纯水为溶剂，采用快速溶剂萃取法从板栗花中提取挥发油，同时利用吹扫捕集技术直接分析。采用水蒸气蒸馏法提取板栗花挥发油，利用气相色谱－质谱联用技术对蒸馏液的板栗花挥发油进行分析。结果表明：从板栗花挥发油中得到28种成分。其中酯类化合物有10种，醇类化合物有4种，醛类化合物有9种；醇类、醛类、酯类化合物是挥发性成分的主体，也是板栗花挥发油的主要组成成分。以晚期板栗花为原料，在蒸汽压力为0.04MPa，蒸馏时间为2.5h，液固比值为6kg／L的条件下制备板栗花型清香剂效果最好。

板栗花；挥发油；快速溶剂萃取；蒸汽蒸馏

板栗花为壳斗科（fagceae）栗属植物板栗（castanea mollissima blume）的雄性花序［1］。板栗花香气香甜宜人、柔和、开阔。目前，对板栗花挥发油的研究较少［2－4］，也不够系统。研究板栗花挥发油和板栗花香气成分，对了解其生理、药理作用以及实现板栗花在食品和调香中的深度开发应用具有重大意义。另外，挥发油检测技术一般均是采用气相色谱或者气相色谱－质谱联用完成［5－6］，但检测的关键技术在于进样前的前处理技术，如果是采用溶剂提取的样品，净化完成后可直接进样，但是净化会使挥发性的组分部分损失；也有人采用静态顶空技术，但这种技术没有对样品进行浓缩，灵敏度较差，所能检测的挥发性成分少［7－8］。本研究是对板栗花挥发油成分的初探，使用一种快速溶剂萃取技术从板栗花中提取挥发油，采用无溶剂、无污染、能够大量富集的吹扫捕集－热脱附进样法［9］，利用气相色谱－质谱法鉴定板栗花挥发油有效成分。利用水蒸气蒸馏技术提取板栗花挥发油并依此制备清香剂，并考察蒸馏压力、蒸馏时间、板栗花类型、液料比对制备效果的影响。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与原料

ASE200快速溶剂萃取仪（美国戴安公司提供）；GC-MS QP2010气相色谱－质谱联用仪，配负化学电离源（日本岛津公司提供）；MTN-2800W氮吹仪（恒奥公司提供）；4552型土壤吹扫进样器，配4660吹扫捕集装置（美国OI公司提供），AP-02真空泵（恒奥公司提供）；不锈钢蒸馏釜、电子控制电加热锅炉（江苏常熟市医药化工设备总厂提供）；FA2004型电子天平（上海良平仪器仪表有限公司提供）。

芳樟醇标准品（主成分质量分数为97.5%），乙酸芳樟酯标准品（主成分质量分数为99%），苯乙酮标准品（主成分质量分数为99.5%），壬醛标准品（主成分质量分数为98%）（德国Dr.Ehrenstorfer公司提供）；纯水：自制。

板栗花（chestnut flower）采自河北省唐山市迁西县，由迁西县板栗研发中心鉴定、提供。

1.2 仪器条件

1.2.1 快速溶剂萃取条件

炉温：100℃；压力：8.274MPa（1 200psi）；静态时间：10min（5min预热平衡之后）；冲洗体积：萃取池体积的60%；氮清洗：0.689MPa（100psi）下80s；静态周期：2次。

1.2.2 色谱－质谱条件

气相色谱－质谱条件：Rtx-624色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm）；柱始温度为40℃，保持2min；以20℃／min持续升温至210℃，保持5min；进样口温度为220℃；分流进样，分流比为10∶1。离子源温度为200℃；电压为70eV；气相色谱与质谱间连接杆温度为220℃；全扫描（质量数为29～800）。

1.3 实验步骤

1.3.1 快速溶剂萃取板栗花精油成分

1）将板栗干花干燥后粉碎至0.85～1.70mm（10～20目）。

2）在快速溶剂萃取仪（如图1所示）的萃取池内装入一片过滤膜（孔径0.22μm的玻璃纤维膜）、5g石英砂，然后将30g粉碎后的板栗花粉末装入到萃取池中。

3）打开氮气瓶，将压力设为0.689MPa（100psi），以纯水（20mL）为溶剂开始萃取，萃取池温度为100℃，萃取压力为8.274MPa（1 200psi），静态提取10min，循环萃取2次，得萃取液。

4）取萃取液5mL装入40mL吹扫瓶，在吹扫捕集装置（如图2所示）上采用土壤吹扫模式，以40mL／min的氮气进行吹扫，并由磁转子在磁力的带动下不停搅动，板栗花提取液中的挥发性成分会吸附在捕集阱上。然后再加热捕集阱至220℃，将挥发油成分解吸到气相色谱－质谱联用仪上进行鉴定。

1.3.2 水蒸气蒸馏提取板栗花香气成分

1）在100L不锈钢蒸馏釜内放入一定质量的板栗花，加入相应比例的蒸馏水。

2）启动电子控制电加热锅炉，等锅炉蒸汽压力达到0.05MPa时缓慢打开控制阀门使蒸汽进入蒸馏釜。保持蒸馏釜内蒸汽压力不高于蒸馏釜限定压力，对蒸馏釜进行蒸汽加热，当蒸馏釜内温度达到90℃时调整蒸汽阀门，使蒸馏釜内蒸汽压力保持在0.03MPa左右，然后，打开冷凝收集器的冷却水阀门，收集冷凝液。

3）将冷凝液过滤并加入防腐剂后即可制备得板栗花型清香剂。

2 结果与讨论

2.1 板栗花精油成分

图3 板栗花挥发油的色谱图Fig.3 Chromatogram of essential oil from chestnut flower

采用快速溶剂萃取仪提取板栗花挥发性物质后，经气相色谱－质谱联用仪测定，然后将质谱图与标准谱图对照并进行质谱解析（结果见图3）。

图3为本实验所得色谱图，其中波峰1—9分别为1—异丁醛，2—戊醛，3—2-甲基戊醛，4—己醛，5—庚醛，6—芳樟醇，7—壬醛，8—乙酰苯酯，9—松油醇。

保留时间、平均回收率及相对标准偏差实验结果见表1；以3倍信噪比计算，检出限可达3.0×10－8以下，详见表1。

表1 保留时间、平均回收率、相对标准偏差、方法检出限一览表Tab.1 Table of retention time，recovery，RSD and MDL

以芳樟醇、壬醛、苯乙酮的标准品为对照，通过与标准谱图库对照并进行质谱解析，对其中芳樟醇、壬醛、苯乙酮的定量分析显示板栗花中芳樟醇的质量分数为6×10－5，壬醛的质量分数为5×10－5，苯乙酮的质量分数为0.57×10－5。

2.2 水蒸气蒸馏板栗花成分的GC-MS分析

通过气相色谱－质谱联用仪分析，水蒸气蒸馏法从板栗花冷凝液中分离出28种成分，其中酯类化合物有10种，醇类化合物有4种，醛类化合物有9种（结果见表2）。

表2 板栗花挥发油的GC-MS分析结果Tab.2 Essential oil constituents of chestnut flower detected by GC-MS

其中，醇类、醛类、酯类化合物是板栗花挥发性成分的主体，也是板栗花香气的主要组成成分。其中，板花蒸馏冷凝液中含量较多的成分有乙酸丁酯、乙酸仲丁酯、戊醛、二甲基丁醛、芳樟醇、壬醛、苯乙酮、松油醇。

2.3 蒸馏条件的选择

以板栗花挥发油中含量较高的香气成分——芳樟醇为指标，考察不同条件下的板栗花蒸馏效果。

2.3.1 蒸汽压力的影响

在液固比为10，蒸馏时间为2 h，原料为中期板栗花的条件下，蒸汽压力对芳樟醇提取率的影响如图所示。

从图4中可知，蒸馏釜内蒸汽压力对提取率影响较明显，芳樟醇提取率随蒸汽压力升高而增加，原因能是压力高，蒸馏釜内温度升高快，蒸馏速度快，相同时间内所得冷凝液也多，继而蒸馏出的芳樟醇质量也多。但是，蒸汽压力越大，操作成本也越大，安全系数降低并且冷凝液易发生暴溢现象难以控制，所以蒸汽力不可过大。笔者将正交试验中蒸汽压力影响因素的水平确定为0.02，0.03，0.04 MPa。

2.3.2 液固比的影响

在蒸汽压力为0.03MPa，蒸馏时间为2h，中期板栗花的条件下，液固比对芳樟醇提取率的影响见图5。

从图5中可知，当液固比值为8kg／L时，芳樟醇提取率最高。实验发现，液固比太小时，蒸馏水不能完全浸没板栗花，并且蒸馏液冷凝速度减慢，液固比太大时可能出现起泡、暴溢现象。因此，拟将正交试验中液固比的影响因素的水平确定为6，8，10。

2.3.3 蒸馏时间的影响

在蒸汽压力为0.03MPa，液固比值为8kg／L，中期板栗花的条件下，蒸馏时间对芳樟醇提取率的影响见图6。

从图6中可知，蒸馏时间对芳樟醇提取率影响比较明显，随蒸馏时间延长，芳樟醇提取率增加，但2.5h后增加缓慢，并且蒸馏时间太久，冷凝液的板栗花香气下降较快，板栗花蒸馏冷凝液直接作为清新剂的效果就会下降。所以为了节省成本，拟将正交试验中时间影响因素的水平确定为1.5，2.0，2.5h。

2.3.4 板栗花期的影响

在蒸汽压力为0.03MPa，液固比值为8kg／L，蒸馏时间为2.0h的条件下，板栗花期对芳樟醇提取率的影响如图7所示。

从图7中可知，板栗花花期对提取效果也有一定影响，早期板栗花还未开放，香气很淡；中期板栗花完全盛开，香味浓郁；晚期板栗花虽没有中期香味浓但是更持久；落花与干花虽然芳樟醇含量不低，但是其冷凝液的板栗花香味不太明显。拟将正交试验中花期的影响因素确定为早期、中期、晚期。

2.3.5 正交试验

根据单因素试验，选用蒸汽压力、液固比、蒸馏时间、板栗花花期4个因素为主要影响因素，安排了4因素、3水平的正交试验，以确定它们对板栗花制备空气清新剂效果影响的主次关系，正交因素水平表见表3。正交试验结果及极差分析见表4。

表3 正交试验设计表L9（34）Tab.3 Designable table L9（34）of orthogonal experiments

表4 正交试验结果及极差分析Tab.4 Orthogonal experimental results and visual analysis

极差分析表明：R1＞R3＞R4＞R2，所以各因素对芳樟醇提取率影响的主次顺序为A＞C＞D＞B，即蒸汽压力＞蒸馏时间＞板栗花花期＞液固比。虽然正交试验结果显示在A3B1C3D2条件下芳樟醇提取率高达70.06%，但是板栗花花期较短，中期板栗花不易收集，因此结合实际选择晚期板栗花为原料，即最佳提取条件为A3B1C3D3。即在蒸汽压力为0.04MPa，蒸馏时间为2.5h，晚期板栗花，液固比值为6kg／L时提取效果最好。

3 结 语

采用快速溶剂萃取法（以纯水为溶剂）从板栗花中提取挥发油，同时利用吹扫捕集技术直接对板栗花挥发油进行分析。使用气相色谱－质谱联用技术对板栗花挥发油进行鉴定和定量。结果表明，直接采用纯水利用快速萃取技术提取板栗花中芳香性物质的方法不但效率高，而且速度快。

将板栗花蒸馏液中芳香性物质的质谱图与标准谱图进行对照与质谱解析，查阅相关数据库，鉴定出板栗花蒸馏液中芳香性物质含有28种成分。其中酯类化合物有10种，醇类化合物有4种，醛类化合物有9种，其中醇类、醛类、酯类化合物是挥发性成分的主体，也是板栗花香气的主要组成成分。以芳樟醇、壬醛、苯乙酮的标准品为对照，对板栗花中芳樟醇、壬醛、苯乙酮进行了定量。其中芳樟醇的质量分数为6×10－5，壬醛的质量分数为5×10－5、苯乙酮的质量分数为0.57×10－5。但板栗花和板栗花香气成分的组成有很大的差别，有必要对板栗花和板栗花中香气成分进行进一步的感官评价分析。

采用水蒸气蒸馏技术从板栗花中提取挥发油，并使板栗花挥发油中芳香性物质与蒸馏水直接混合制备板栗花型清香剂。试验表明，以晚期板栗花为原料，在蒸汽压力为0.04MPa，蒸馏时间2.5h，液固比值为6kg／L的条件下效果最好。

［1］ 王 嗣，杜成林，唐文照，等.板栗花的化学成分研究（I）［J］.中草药（Chinese Traditional and Herbal Drugs），2004（10）：1 103-1 104.

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［5］ 李存满，李兰芳，张勤增，等.河北紫花苜蓿挥发油成分的GC-MS分析［J］.河北工业科技（Hebei Journal of Industrial Science and Technology），2010，27（3）：146-148.

［6］ 魏福祥，邓小丽，陈 晓，等.气相色谱法测定莪术挥发油中榄香烯含量［J］.河北科技大学学报（Journal of Hebei University of Science and Technology），2005，26（3）：219-221.

［7］ 汪立平.苹果酒酿造中香气物质的研究［D］.无锡：江南大学，2004.

［8］ 王华夫.茶叶香气的提取方法［J］.中国茶叶（China Tea），1987（3）：22-24.

［9］ 曹劲松，曾松柏.氮气流吹扫捕集法抽提肉挥发性风味物质［J］.中国调味品（China Condiment），1996（4）：2-3.

Extraction of aroma components in chestnut flower and its application

WANG Hao-ran1，2，WEI Fu-xiang1，GUI Jian-ye3
（1.College of Environmental Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China；2.Qinhuangdao Center for Disease Control and Prevention，Qinhuangdao Hebei 066001，China；3.Institute of Hydrogeology and Environmental Geology，CAGS，Shijiazhuang Hebei 050803，China）

With pure water as solvent，essential oil is extracted from chestnut flower by using the method of Accelerated Solvent Extraction，and is directly analyzed by purge and trap technique.Essential oil of chestnut flower is extracted by steam distillation method and the distillation liquid is analyzed by GC-MS.The results show that essential oil of chestnut flower contains twenty eight components including ten kinds of esters，four kinds of alcohols and nine kinds of aldehydes.The main volatile components of chestnut flower essential oil，as well as the main components of the chestnut floral aroma，are alcohols，aldehydes and esters.The experiments show that the best condition for producing Freshener is as follows：the late chestnut flower as raw materials，pressure of 0.04MPa，distillation time of 2.5hand liquid to solid ratio of 6.

chestnut flower；essential oil；rapid solvent extraction；steam distillation

S664.2

A

1008-1542（2011）04-0384-07

2011-02-22；

2011-03-28；责任编辑:王海云

王浩然（1982-），男，山东汶上人，硕士研究生，主要从事绿色化学方面的研究。

魏福祥教授。E-mail：wfxss＠sohu.com