肉桂精油的不同提取方法比较

郭　娟，杨日福，范晓丹，丘泰球（.广东药学院食品科学学院，广东广州50006；.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州50640）

肉桂精油的不同提取方法比较

郭娟1，杨日福2，范晓丹2，丘泰球2
（1.广东药学院食品科学学院，广东广州510006；2.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

采用水蒸气蒸馏法（SD）、超声波辅助提取法（UAE）、亚临界水提取法（SWE）和超声强化亚临界水提取法（USWE）制备肉桂精油，从提取工艺、肉桂精油成分、物理特性及抗氧化性等方面对4种方法进行比较。结果显示，USWE法提取时间最短（25min），UAE法肉桂精油得率最高（2.10%），但外观性状差，USWE法肉桂醛得率及油中肉桂醛含量均最高；4种精油的主要成分均为肉桂醛，但相对含量差异较大；SD、SWE和USWE法所得精油物理特性相似，与UAE法相差较大；4种精油对DPPH·、·OH、O2-·均有清除作用，且其效果随精油浓度的增加而增强，其中USWE法精油的清除能力明显强于其他方法，以上结果说明，USWE是一种提取肉桂精油较理想的方法，具有提取时间短、效率高、肉桂油品质好等优点。

肉桂精油，提取，组成，物理特性，抗氧化性

肉桂精油是从肉桂干燥树皮中提取的挥发油，具有浓郁的芳香及辛辣气味，是医药、食品及化工行业的重要原料，常用于药品、饮料、糖果、烟酒和高级香水、香皂等产品中[1-3]。

我国肉桂资源丰富，生产的肉桂精油因其独特的风味和良好的药效在国际上享有盛名，但常用的肉桂精油提取方法（水蒸气蒸馏法）耗时长、能耗高，溶剂提取法环境污染严重、产品杂质多，严重影响了肉桂精油的现代化发展。因此，近年来不少学者采用超声波、微波、超临界流体、亚临界水提取等不同方法[4-6]对肉桂精油的提取进行了大胆的探索，在提高肉桂精油的提取率，缩短提取时间等方面做了不少工作。但不同的提取方法，由于原理和工艺不同，得到的肉桂精油之组成、物理特性等有可能也存在较大的差别，因此，为了全面而客观的评价不同方法对肉桂精油提取的适用性和实用性，本文从提取工艺、肉桂精油的成分、物理特性及抗氧化活性等方面对超声波辅助提取法（UAE）、水蒸气蒸馏法（SD）、亚临界水提取法（SWE）和超声强化亚临界水提取法（USWE）进行了对比研究，旨在对这些方法有比较系统的认识，为科学选择肉桂精油提取工艺提供借鉴。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

肉桂购于广州黄沙清平药材市场，符合2010版中华人民共和国药典要求；肉桂精油样品自制，分别来自1.2.1所述的四种不同提取方法；肉桂醛标准品（纯度＞99.5%）、水杨酸甲酯标准品中国药品生物制品检定所；1，1-二苯-2-苦肼基（DPPH）、95%乙醇、邻苯三酚、三羟甲基氨基甲苯（Tris）、盐酸、抗坏血酸（VC）、结晶紫、硫酸亚铁、双氧水等均为分析纯。

1L亚临界水提取装置及超声装置自制；挥发油测定器北京玻璃仪器厂；KQ-100DB超声波清洗器昆山超声仪器有限公司；RE-52A旋转蒸发仪上海亚荣生化仪器厂；HP 6890气相色谱-HP5972质谱仪美国惠普公司；WFZ UV-2000紫外可见分光光度计上海尤尼柯仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1肉桂精油的提取

1.2.1.1水蒸气蒸馏法（SD）取40～60目肉桂颗粒200g加水500mL，水蒸气蒸馏4h，收集蒸馏液，秤重计算肉桂精油得率，测定肉桂醛的含量并计算其得率。实验重复3次，取平均值。

1.2.1.2超声波辅助提取法（UAE）取40～60目肉桂颗粒200g加入500mL二氯甲烷进行超声波辅助提取法最佳工艺的研究，滤渣复提一次，合并提取液，除去二氯甲烷后秤重计算肉桂精油得率，测定肉桂醛的含量并计算其得率。实验重复3次，取平均值。

1.2.1.3亚临界水提取法（SWE）取40～60目肉桂颗粒200g，以纯水为提取剂采用响应曲面法进行亚临界水提取最佳工艺的研究，计算肉桂精油得率，测定肉桂醛的含量并计算其得率。实验重复3次，取平均值。

1.2.1.4超声强化亚临界水提取法（USWE）取40～60目肉桂颗粒200g，以纯水为提取剂采用响应曲面法进行超声强化亚临界水提取最佳工艺的研究，计算肉精桂油得率，测定肉桂醛的含量并计算其得率。实验重复3次，取平均值。以上四种方法的具体参数选择及工艺研究详见参考文献[7]。

1.2.1.5肉桂精油得率和肉桂醛百分含量计算式为：

肉桂精油得率（%）=肉桂精油质量/原料质量×100

肉桂醛百分含量（%）=肉桂醛质量/肉桂精油质量×100

1.2.1.6肉桂精油的化学组分分析（GC-MS法）采用气质联用仪分析肉桂精油的组分，用面积归一化法计算相对含量。GC条件：HP-5MS弹性石英毛细管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；起始温度100℃，4℃/min的速率升至200℃，保持5min，气化温度250℃；进样量1μL；分流比50∶1；载气，高纯He；载气流量1.0mL/min；MS条件：EI离子源温度：230℃；电子能量：70eV；发射电流34.6VA；电子倍增器电压1392V；接口温度280℃；扫描质量范围33～450aum；3.52scan/s；肉桂醛含量采用内标法测定，以水杨酸甲酯为内标物，

式中，M1—肉桂醛的质量，mg；M0—肉桂原料的质量，g。

1.2.2清除DPPH自由基的研究参照文献[8]的方法，将所有肉桂精油样品用95%的乙醇稀释成不同质量浓度的样品液，精确吸取不同浓度的样品液各4mL，加入4mL 2×10-4mol/L的DPPH溶液，摇匀后放置30min，以95%的乙醇溶液作对照，分别测定517nm处的吸光值A。同时测定上述4mL溶液与4mL 95%乙醇溶液混合后517nm处的吸光值A0，再测定4mL DPPH溶液与4mL 95%乙醇混合液在517nm处的吸光值A1，按式计算其自由基清除率：

1.2.3清除超氧阴离子（O2-·）的研究采用改进的邻苯三酚法[9]。移取3mL Tris-HCl缓冲液（pH8.2）于10mL离心管中，加入不同提取方法所得的肉桂精油0.1mL，25℃水浴平衡20min后，加入0.3mL 7mmol/L的邻苯三酚准确反应4min后，加入1mL 10mol/L HCl终止反应，在320nm处测吸光度，以蒸馏水代替肉桂精油溶液作对照，以蒸馏水代替邻苯三酚测定本底，按式计算清除率：清除率

式中：A空：试剂空白的吸光度值；A样：样液的吸光度值；A底：样液本底的吸光度值。

1.2.4清除羟自由基（·OH）的研究采用结晶紫分光光度法[10]：在一系列50mL比色管中分别加入1.5mL结晶紫溶液（0.4mmol/L）、2.0mL FeSO4溶液（1.0mmol/L）、1.0mL H2O2溶液（2.0mmol/L），调pH到4.0，稀释到50mL并摇匀，放置30min后，测580nm处的吸光度A，同时测定不加H2O2时580nm处的吸光度A0。在上述反应体系中加H2O2之前加入一定量的不同浓度的肉桂精油、VC溶液，测定其吸光度A1，样品组对羟自由基的清除率为：清除率

以上抗氧化实验均以同浓度下的常用抗氧化剂VC作对照。

2　结果与分析

2.1不同提取方法最佳工艺比较

由表1可知，提取时间上，USWE法所需时间最短，仅需25min，约相当于传统水蒸气蒸馏法的1/10，比UAE法缩短了15min，比SWE法也缩短了13min；肉桂精油得率上，其高低顺序为：UAE＞SWE≥USWE＞SD（经差异显著性检验，USWE、SWE两者无显著差别），UAE肉桂精油得率最高，但油色泽深，外观不好；油中肉桂醛百分含量上，其大小为：USWE＞SWE＞SD＞UAE，USWE法比SD法高20.3%，比SWE法高11.6%，是UAE法的1.57倍，肉桂醛含量的高低是评价肉桂油品质优劣的一个重要指标，因此，从这方面来讲，USWE所得的肉桂精油品质更好；肉桂醛得率上，USWE的得率明显最高，SWE次之，SD最低，即相同的肉桂用超声强化亚临界水提取法可以得到更多的重要成分肉桂醛。由此可见，4种方法中USWE法具有提取时间短、资源利用率高、肉桂油品质好等优点。

表1　肉桂精油提取工艺参数比较Table 1　Comparison between different extraction technologies of cinnamon oil

表2　不同方法制取的肉桂精油物理特性比较Table 2　Comparison of the characteristics of cinnamon oil from different methods

2.2肉桂精油物理特性比较

由表2可知，SD、SWE和USWE法提取所得的肉桂精油除了在羰基化合物含量上有较大差异外，在外观、色泽、味觉、相对密度、折光指数等物理特性上非常相似，但与UAE法所得相差较大。外观和色泽上，UAE法所得的肉桂精油粘稠且色泽较深，这可能与溶剂的选择性差，提取物杂质多有关；羰基化合物的含量上，USWE法和SWE法分别比传统SD法高12.7%和7.0%，UAE法的最低，仅相当于SD法的80.8%，由于羰基化合物含量的高低也是评价肉桂油品质优劣的一个重要指标，那么就提取的肉桂油质量来说，采用USWE法所得的肉桂精油质量是最好的，SWE次之，UAE最差。

表3　不同提取方法所得的肉桂精油成分分析（%）Table 3　Analyses of the chemical components of cinnamon oil obtained by different methods（%）

2.3不同提取方法对肉桂精油的影响

2.3.1对肉桂精油成分的影响在1.2.1.6所述的色谱条件下，按表1的工艺参数对上述四种提取方法所得的肉桂精油进行GC-MS分析，组成成分见表3。由表3可见，4种提取方法所得的肉桂精油成分有一定差异，SD法和UAE法分别可检出37、36种成分，且检出的化合物成分相似，SWE法和USWE法分别可检出17、20种不同的成分，且成分相似；SD和UAE法中含量都较高的1，2，3，5，6，8a-六氢化-4，7-二甲基-1-（1-甲乙基）萘、α-荜澄茄烯、古巴烯等组分在SWE和USWE法中的含量却很低，而SWE和USWE法中含量高达20%的6-氨基香豆素在SD和UAE法中却没有检测到，组分与种类的不同应该与亚临界水提取技术

具有选择性提取的特性有关。4种提取方法所得的肉桂精油主成分均为肉桂醛，USWE法的最高，达71.22%，UAE法的最低仅为45.24%；本研究所得的肉桂精油与文献[11]差别较大，这与肉桂的品种、产地等因素差异大有关，一般肉桂精油中肉桂醛的相对百分含量会在50%～95%之间波动。

续表

2.3.2不同方法制得的肉桂精油活性研究

2.3.2.1肉桂精油对DPPH·的清除由图1可知，在实验浓度范围内，4种肉桂精油样品对DPPH·均有清除能力，且效果均随精油用量的增大而提高，清除率大小为：USWE＞SWE＞SD＞UAE；与对照组VC相比，当肉桂精油浓度低于4mg·mL-1时，4种精油样品对DPPH·的清除效果均不如VC，当浓度高于6mg·mL-1时，USWE精油清除DPPH·的能力开始明显高于VC，但其他方法不如VC，当肉桂精油浓度高于8mg·mL-1时，SWE和USWE法的肉桂精油清除DPPH·的能力高于VC，SD法与VC相当，UAE的最差。由此可见，USWE法所得的肉桂精油清除DPPH·的能力最强，造成清除DPPH·能力不同的原因可能是由于不同方法所得的肉桂油组分不同，尤其是肉桂醛的含量不同。

图1　肉桂精油对DPPH自由基的清除效果Fig.1　Clearance rate of cinnamon oil from different methods to DPPH·

2.3.2.2肉桂精油对超氧阴离子自由基（O2-·）的清除图2显示，在实验浓度范围内，4种肉桂精油样品对O2-·均有清除作用，且其效果均随精油浓度的增加而增强。相同浓度下，USWE法的肉桂精油清除O2-·的能力明显最强，SWE法次之，UAE法最低。与VC相比，UAE法的不如VC，其余三种方法明显强于VC。对于SWE和USWE法来说，当浓度较低时，清除率随浓度增大而增高的趋势比较显著，当浓度大于0.6mg·mL-1，清除率趋于稳定，增长较缓慢。吴雪辉等[12]也采用邻苯三酚自氧化体系法，研究了用超临界CO2流体提取所得的肉桂油清除O2-·自由基能力，与本实验相比，肉桂精油清除水平的总体变化趋势是一致的，但具体数据存在差异，这可能是由于不同方法所得的肉桂油组分不同所导致的。

图2　肉桂精油对超氧阴离子自由基的清除效果Fig.2　Scavenging activity of cinnamon oil on superoxide anion radicals

2.3.2.3肉桂精油对羟自由基（·OH）的清除由图3可见，4种肉桂精油样品对·OH都有清除作用，且其清除效果均随肉桂精油用量的增大而逐渐增加。SD、SWE和USWE法的肉桂精油清除·OH的能力明显强于VC和UAE法；当肉桂精油浓度小于0.54mg·mL-1时，UAE法的肉桂精油对·OH的清除效果不如VC；但当浓度大于0.54mg·mL-1时，其清除能力大于VC；USWE法与其他提取方法相比，其肉桂精油对·OH的清除作用依然最大，这个结果可能与USWE法所得的肉桂精油中肉桂醛的高含量有一定关系。

图3　肉桂精油对羟基自由基的清除效果Fig.3　Scavenging activity of cinnamon oil on hydroxyl radicals

3　结论

3.14种提取方法中，USWE法所需提取时间最短（25min）；UAE法肉桂精油得率最高，但外观性状差，USWE法肉桂醛得率及油中肉桂醛含量均最高；肉桂精油组成上，SD、SWE和USWE法的肉桂精油物理性质相似，与UAE法相差较大，4种肉桂精油主要成分均为肉桂醛，但组成和相对含量差异较大，其中SD和UAE两法所得的肉桂精油种类及成分相似，SWE法和USWE法所得相似。

3.24种肉桂精油对DPPH·、·OH、O2-·均有清除作用，且效果随精油浓度的增加而增强，USWE法的肉桂精油清除3种自由基的能力明显强于其他方法及对照品VC。综合研究结果，USWE法是提取肉桂精油较理想的方法，具有提取时间短、效率高、肉桂油品质好等优点。

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Comparative of the different methods for extraction of cinnamon essential oil

GUO Juan1，YANG Ri-fu2，FAN Xiao-dan2，QIU Tai-qiu2
（1.College of Food Science，Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510006，China；2.College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

Cinnamon essential oil were prepared by steam distillation（SD），ultrasonic assisted extraction（UAE），subcritical water extraction（SWE），and ultrasound-enhanced subcritical water extraction（USWE）.The extraction parameters，composition，physical characteristics and antioxidant activity of cinnamon essential oil were studied comparatively.Results showed that the extraction time of USWE was the shortest（25min）.The yield of cinnamon oil of UAE was the highest（2.10%），but with low appearance characters.The yield of cinnamaldehyde from cinnamon and the content of cinnamaldehyde in cinnamon oil of USWE were the highest.Four cinnamon oils from different extraction methods shared the same main ingredient：cinnamaldehyde.However，different methods made a great difference in relative content.The physical characteristics of cinnamon oil from SD，SWE and USWE were very similar，but with high difference compared with cinnamon oil of UAE.The scavenging activity of four cinnamon oils on DPPH radical，hydroxyl radical and superoxide anion radicals were excellent，and the scavenging activity increased with increasing concentration of cinnamon oil.The scavenging activity of cinnamon oil of USWE was significantly superior to other three methods.All of these suggested that ultrasoundenhanced subcritical water extraction（USWE）was an ideal method of extraction of cinnamon essential oil and showed shorter extraction time，high efficiency，and good product quality，etc.advantage.

cinnamon oil；extraction；composition；physical characteristics；antioxidant activity

TS255

A

1002-0306（2014）14-0095-06

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.012

2013－10－28

郭娟（1978-），女，博士，主要从事天然产物分离纯化新技术方面的研究。

国家自然科学基金（20776047）。