三种方法提取蒲公英净油中挥发性和半挥发性香味成分比较分析

张 飞,谷令彪,秦 召,陈孟起,霍现宽,何保江,秦广雍,庞会利

(1.郑州大学物理工程学院,河南郑州 450001;2.中国烟草总公司郑州烟草研究院,河南郑州 450001;3.中国烟草总公司河南中烟工业有限责任公司技术中心,河南郑州 450000)



三种方法提取蒲公英净油中挥发性和半挥发性香味成分比较分析

张 飞,谷令彪,秦 召,陈孟起,霍现宽,何保江,秦广雍,庞会利

(1.郑州大学物理工程学院,河南郑州 450001;2.中国烟草总公司郑州烟草研究院,河南郑州 450001;3.中国烟草总公司河南中烟工业有限责任公司技术中心,河南郑州 450000)

分别用亚临界流体、超临界CO2和有机溶剂萃取法提取蒲公英净油,对比不同提取方法所得蒲公英净油中挥发性和半挥发性香味成分的差异,使用GC-MS法进行定性分析,并采用峰面积归一法进行了半定量分析。三种方法提取所得净油中相对含量最高的均为十六酸,分别为66.881%(亚临界)、31.632%(超临界)和33.570%(乙酸乙酯);醛类物质含量最高的是亚临界净油,为6.218%;酮类和醇类物质含量最高的是超临界净油,为5.641%和4.072%;酯类物质含量最高的是乙酸乙酯净油,为21.202%。通过不同萃取方法之间的对比,为以后有针对性的提取蒲公英成分、进一步开发蒲公英资源提供数据支持。

蒲公英,净油,亚临界,超临界CO2,乙酸乙酯,气相色谱-质谱法

植物油主要的提取方法有水蒸气蒸馏法、分子蒸馏法、同时蒸馏萃取法、溶剂提取法和超临界流体萃取法等[1-3]。水蒸气蒸馏法、同时蒸馏萃取法和溶剂提取法普遍存在能耗高、效率低、有溶剂残留等问题,且热敏性成分易遭到破坏;分子蒸馏设备成本高、效率低;超临界流体萃取虽然不存在溶剂残留的问题,但是工作压力高、设备成本高[4],限制了其工业化应用。因此,寻找一种高效提取天然产物中热敏性、易氧化活性成分,且便于工业化生产的新技术和新装备,已成为近年来天然产物提取领域的研究热点。

亚临界萃取技术是利用亚临界流体作为萃取剂,在密闭、无氧、低压的压力容器内,依据有机物相似相溶的原理,通过萃取物料与萃取剂在浸泡过程中的分子扩散,达到固体物料中的脂溶性成分转移到液态的萃取剂中,再通过减压蒸发的过程将萃取剂与目的产物分离,最终得到目的产物的一种新型萃取与分离技术。亚临界提取技术设备简单、提取率高、提取时间短,不破坏功效成分,具有高效、低耗、环保的优点[5],是一种极有前途的提取方法。

蒲公英为菊科植物蒲公英TaraxacummongolicumHand. Mazz.、碱地蒲公英TaraxacumsinicumKitag. 或同属数种植物的干燥全草,全国各地均有分布,是我国传统中药材[6-7]。现代药理研究表明,蒲公英具有广谱抑菌、利胆保肝、抗内毒素、抗人体肺癌和免疫促进等作用[8-10]。蒲公英的叶子和花中含有丰富的酚酸类物质,是良好的自由基清除剂[11]。蒲公英的应用目前已涉及到食品、医学、化妆品等多个领域[12-14]。王晓英[15]等将蒲公英的总黄酮提取物应用于冷鲜猪肉的涂膜保鲜中,有效抑制微生物的生长,延长冷鲜肉的货架期;林春梅[16]等以蒲公英为原料,制得了色香味营养俱佳的饮料;王艳萍[17]等在面包中添加蒲公英粉,提高面包的营养成分含量;林争鸣[18]向冰淇淋中添加浓缩蒲公英汁,使其既有传统冰淇淋的风味特征,又有蒲公英的保健功能。但是,利用亚临界萃取技术对蒲公英进行萃取并进行化学成分分析的研究,却未见诸于报端。

本文采用亚临界丁烷萃取法、超临界CO2萃取法和有机溶剂(乙酸乙酯)萃取法对蒲公英的净油进行提取,利用气相色谱-质谱法对其进行化学成分分析,旨在考查不同提取方法对蒲公英进行提取所得净油的成分差异,以期为以后有针对性的提取蒲公英成分、进一步开发蒲公英资源提供数据支持,进而为充分利用蒲公英资源打下基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

干燥的全株蒲公英 购于张仲景大药房,经鉴定为菊科植物蒲公英TaraxacummongolicumHand. Mazz.;丁烷 纯度≥99%,河南濮阳油田;无水乙醇 分析纯,天津科密欧化学试剂有限公司;乙酸乙酯 分析纯,天津市化学试剂三厂;实验用水 Milli-Q(美国默克密理博公司)纯水系统所制超纯水。

ST-04型多功能粉碎机 浙江省永康市帅通电器厂;R-210型旋转蒸发仪 瑞士Buchi公司;FA1104型分析天平 感量为0.0001 g,上海舜宇恒平科学仪器有限公司;7890GC-8975MS气质联用色谱仪 美国安捷伦公司;CBE-5L型亚临界提取装置 河南省亚临界生物技术有限公司;H221-50-01型超临界萃取装置 江苏南通华安超临界萃取有限公司。

1.2 实验方法

样品预处理:将蒲公英用多功能粉碎机粉碎,过40目筛。

1.2.1 蒲公英的亚临界提取 称取200 g蒲公英样品装入尼龙布袋,放入5 L的亚临界萃取釜中,封闭萃取釜,打开真空泵抽真空;注入2 L丁烷,使液料比为10 mL/g,调整萃取釜温度为45 ℃,静态萃取20 min;提取完毕后,打开萃取罐底部的出料阀,将萃取液转入分离罐,提取溶剂快速挥发,得到蒲公英的亚临界初提取物;萃取溶剂经压缩机压缩回收至溶剂罐中,循环使用,共循环萃取3次;合并亚临界初提物[19]。

1.2.2 蒲公英的超临界CO2提取 称取100 g粉碎后的蒲公英,填充于萃取釜内,调节萃取条件为:CO2流量17～20 kg/h,分离釜Ⅰ温度35 ℃,分离釜Ⅱ温度45 ℃,萃取温度40 ℃,萃取压力25 MPa,萃取时间120 min。萃取完成后,从分离釜Ⅰ和分离釜Ⅱ中缓慢接出萃取物质[20],即为蒲公英的超临界CO2初提物。

1.2.3 蒲公英的有机溶剂法提取 称取适量粉碎后的蒲公英,加入一定体积的乙酸乙酯,使液料比为10 mL/g,回流提取2 h,过滤,减压浓缩得到蒲公英的有机溶剂初提物[21]。

1.2.4 蒲公英净油的处理过程 所得初提物经旋转蒸发(50 ℃,0.01 MPa)回收溶剂后,用10倍体积的95%乙醇在50 ℃下加热回溶4 h,然后置于-30 ℃下冷冻24 h;过滤,除去不溶的蜡质、果胶和纤维等成分,滤液经旋转蒸发(50 ℃,0.01 MPa)得净油。

1.2.5 蒲公英净油成分的GC-MS分析 分别称量100 mg的蒲公英的净油,用乙醇溶解定容至10 mL,进行GC-MS分析。分析条件为:色谱柱1:DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度250 ℃;载气为高纯氦气,流速1.0 mL/min;进样量为1 μL,分流比10∶1;程序升温:初始温度50 ℃,保持1 min,以20 ℃/min的速度升温至200 ℃,保持2 min,再以5 ℃/min的速率升至260 ℃,保持5 min。

色谱柱2:DB-WAXETR毛细管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度250 ℃;载气为高纯氦气,流速1.0 mL/min;进样量为1 μL,不分流;程序升温:初始温度50 ℃,保持1 min,以10 ℃/min的速度升温至200 ℃,保持2 min,再以5 ℃/min的速率升至240 ℃,保持5 min。

质谱条件:电离方式:EI;离子源温度:230 ℃;电子能量:70 eV;四级杆温度:150 ℃;电子倍增器电压:1.89 kV;质量扫描范围:33～500 amu,采用全扫描工作方式,溶剂延迟7.0 min。

1.2.6 定性及定量方法

1.2.6.1 定性方法 参考各化合物的保留时间,对每个色谱峰进行谱库(NIST08和WILYE)检索,并参考有关文献进行谱图解析,确定蒲公英净油的各化学成分。

1.2.6.2 定量方法 对于鉴定出的成分,用峰面积归一法计算出各成分的相对含量。

表1 亚临界流体萃取蒲公英化学成分

2 结果与讨论

2.1 亚临界提取蒲公英净油的GC-MS分析

由图1和表1可知,从亚临界提取的蒲公英净油中共鉴定出38种化合物,其中酸类共9种,相对质量分数为87.040%;醛类共10种,相对质量分数为6.218%;酮类共3种,相对质量分数为2.571%;酯类共4种,相对质量分数为1.355%;醇类共2种,相对质量分数为0.259%。其中反式-2-庚烯醛具有青草香气;己酸是我国规定允许使用的食用香料;1-辛烯-3-醇可用于日化和食用香精;2-戊基呋喃具有豆香、果香、泥土、青香及类似蔬菜的香韵;反式-2,4-庚二烯醛呈青草、脂肪、水果和香辛料似香味;反-2-辛烯醛呈脂肪和肉类香气,并有黄瓜和鸡肉香味;壬醛具玫瑰、柑橘等香气,有强的油脂气味;辛酸稀释后呈水果香气;反式-2-癸烯醛是天然等同香料和人造香料,呈橙子似香味;反式-2-己烯醛丙二醇缩醛具有淡的青苹果样香气。

表2 超临界CO2萃取蒲公英化学成分

图1 亚临界萃取蒲公英净油的总离子流图Fig.1 Total ion chromatography of the sample extracted by Subcritical fluid

蒲公英亚临界净油中醛类物质的种类和相对含量都明显较高,可用于选择性提取反式-2-庚烯醛、反式-2,4-庚二烯醛、反-2-辛烯醛、壬醛等醛类有效香气成分;蒲公英亚临界净油中十六酸的含量高达66.881%,明显高出其它两种方法所得净油,主要原因为丁烷为非极性溶剂[19],对脂肪酸的提取效率较高;而十六酸具有特殊香气和滋味,按我国GB2760-89规定,可用于配制各种食用香料,因此可将其用于天然产物提取的前阶段,然后采用其它方法进行进一步的分离提纯。

2.2 超临界提取蒲公英净油的GC-MS分析

由图2和表2可知,从超临界CO2提取的蒲公英净油中共鉴定出40种化合物,其中酸类共8种,相对质量分数为66.917%;酯类共8种,相对质量分数为8.001%;酮类共6种,相对质量分数为5.641%;醇类共4种,相对质量分数为4.072%;醛类共2种,相对质量分数为1.571%。其中2-甲基-3-羟基-4-吡喃酮有似焦香奶油糖特殊香气,稀溶液呈草莓香味;苯乙醇具有柔和、愉快而持久的玫瑰香;苯甲酸可作为膏香用入薰香香精,还可用于巧克力、柠檬、橘子、子浆果、坚果、蜜饯型等食用香精中,烟用香精中亦常用之;草蒿脑呈大茴香似香气;反式茴香脑具有茴香、辛香料、甘草的气味;香兰素为一种广泛使用的可食用香料,具有香子兰气味;二氢猕猴桃内酯带有香豆素样香气,并有麝香样气息,可以用来调配烟用香精;新植二烯是一种烟草的特征香味成分。

续表

图2 超临界萃取蒲公英净油的总离子流图Fig.2 Total ion chromatography of the sample extracted by Supercritical CO2 fluid

蒲公英超临界净油中含量较高主要有十六酸(31.632%)、十八碳二烯酸(28.450%)、十四酸(3.684%)等,这与陈东[22]等人的结果基本一致;并且提取到了苯甲酸、二氢猕猴桃内酯、新植二烯等烟用香精香料成分,因此可对其在卷烟中的应用进行探讨[23],此外超临界萃取可以提高醇类和酮类的提取效率。

2.3 乙酸乙酯提取蒲公英净油的GC-MS分析

由图3和表3可知乙酸乙酯提取的蒲公英净油中共鉴定出34种化合物,其中醛类共4种,相对质量分数为0.921%;酮类共4种,相对质量分数为1.117%;醇类共1种,相对质量分数为0.283%;酸类共9种,相对质量分数为75.640%;酯类共12种,相对质量分数为21.202%。其中反-2-庚烯醛具有青草香气;柠檬烯有类似柠檬的香味;γ-萜品烯具有柑橘和柠檬香气;反式-2,4-癸二烯醛具强烈清香气味,浓度大时具柑橘样的甜香,浓度低时具有类似葡萄柚和柑橘的香味;十一酸乙酯呈葡萄酒香、脂香、果香、椰子和坚果香。

图3 乙酸乙酯萃取蒲公英净油的总离子流图Fig.3 Total ion chromatography of the sample extracted by ethyl acetate

蒲公英乙酸乙酯净油中酯类种类多达12种,相对含量也明显高出其它两种净油,这是由其相似相溶的萃取原理所决定的[24],此外净油中的香气成分如柠檬烯、γ-萜品烯、十一酸乙酯等多具有水果味清香,可用于特定香精香料的制备。

表3 乙酸乙酯萃取蒲公英化学成分

2.4 三种提取方法所得蒲公英净油成分的比较

图4 三种蒲公英净油中各类成分的相对含量对比Fig.4 Relative mass fraction of chemical composition of samples extracted by different methods(%)

由图4可知,三种方法提取所得三种蒲公英净油中相对含量最高的均为十六酸,分别为66.881%(亚临界流体)、31.632%(超临界CO2)和33.570%(乙酸乙酯);醛类物质含量最高的是蒲公英亚临界净油,为6.218%;酮类和醇类物质含量最高的是蒲公英超临界净油,为5.641%和4.072%;酯类物质含量最高的是蒲公英乙酸乙酯净油,为21.202%。

除含量较高的脂肪酸类外,三种方法所得净油中化学成分的种类和含量差异较大,这是由于它们各自的提取特点所引起的[25-27],亚临界萃取对天然植物中的弱极性物质有较好的提取效果,对强极性物质的提取效果略差;超临界CO2萃取法对天然植物中非极性混合物提取效果较好;乙酸乙酯萃取对天然植物中极性物质提取效果较好,因此可根据实际需要对所需成分进行选择性的提取。

3 结论

本研究分别用亚临界流体萃取法、超临界CO2萃取法和有机溶剂萃取法提取蒲公英净油,并用GC-MS法鉴定其化学成分,分别鉴定出38种、40种和34种化合物。从GC-MS分析结果可以看出,3种方法提取的蒲公英净油化学成分各有侧重。亚临界萃取法对醛类和酸类的提取效率比较高,超临界CO2萃取法对酮类和醇类的提取效率比较高,而乙酸乙酯萃取对酯类提取效率比较高。本研究旨在通过不同萃取方法之间的对比,以期为以后有针对性的提取蒲公英成分、进一步开发蒲公英资源提供数据支持。

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Comparative analysis of volatile and semi-volatile flavor components ofTaraxacummongolicumHand. Mazz. absolute oils extracted by three methods

ZHANG Fei1,2,GU Ling-biao1,QIN Zhao1,CHEN Meng-qi3,HUO Xian-kuan2,HE Bao-jiang2,*,QIN Guang-yong1,PANG Hui-li1,*

(1.College of Physics and Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China;2.Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC,Zhengzhou 450001,China;3.China Tobacco Henan Industrial Co.,Ltd,Zhengzhou 450000,China)

To compare volatile and semi-volatile flavor components ofTaraxacummongolicumHand. Mazz. Absolute oil extracted by three methods,subcritical fluid,supercritical CO2fluid and organic solvent,respectively. Moreover,qualitative and semi-quantitative analysis of all obtained absolute oil samples was determined by GC-MS method and peak area normalization method. To the relative content,Hexadecanoic acid was the highest of all three extracted absolute oil,which were 66.881% in subcritical fluid extract,31.632% in supercritical CO2fluid extract,and 33.570% in ethyl acetate extract,respectively. Of all,the highest content of aldehydes was subcritical fluid extract,which accounted for 6.218%;ketones and alcohols were highest in supercritical CO2fluid extract,for 5.641% and 4.072%;ethyl acetate extract had the highest content of esters,for 21.202%. Through the comparison among different methods of extraction,this research aimed to provide data for the targeted extracts ofTaraxacummongolicumHand. Mazz. components,and then supported further development ofTaraxacummongolicumHand. Mazz.

TaraxacummongolicumHand.Mazz.;absolute oil;subcritical;supercritical CO2;ethyl acetate;GC-MS

2016-03-11

张飞(1992-)，男，在读硕士研究生，主要从事植物中天然成分的萃取及应用方面的研究，E-mail:zfzzu@hotmail.com。

*通讯作者:何保江(1980-)，男，硕士，工程师，主要从事香精香料及烟草化学方面的研究，E-mail:15937100101@139.com。

河南省科技厅自然科学基础研究项目(142300410089)；中国烟草总公司郑州烟草研究院自立项目(422013CZ0610)。

TS201.1

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000

庞会利(1982-)，女，博士，讲师，硕士研究生导师，主要从事天然产物的亚临界萃取方面的研究，E-mail:pang@zzu.edu.cn。