腊梅花坯含水量对精油品质及物质组分的影响

潘从飞,黄 英,司辉清,*

(1.西南大学食品科学学院,重庆 400715;2.塔里木大学生命科学学院,新疆阿拉尔843300)

腊梅花坯含水量对精油品质及物质组分的影响

潘从飞1,黄 英2,司辉清1,*

(1.西南大学食品科学学院,重庆 400715;2.塔里木大学生命科学学院,新疆阿拉尔843300)

本文采用超临界CO2萃取技术研究腊梅花坯含水量对精油品质及物质组分的影响。结果表明,随着腊梅花坯含水量的降低,精油综合品质发生了较大的变化,表现出先下降后升高再下降的趋势,以腊梅花坯含水量分别在78.3%和28.0%时萃取的精油品质较好。花坯含水量较高(59.9%～78.3%)时,萃取精油的主要成分变化较大,随水分含量的降低,萃取精油的物质组分逐渐趋于稳定;在各处理的精油物质组分中,共有的大类物质主要有醇类、酯类、烯烃类、酚类、烷烃类和酮类六类,相对含量较高的成分有:氧化芳樟醇和苯甲醇。花坯含水量为28.0%和44.7%时,物质的种类较多,达到62种;花坯含水量为59.9%时的物质种类较少,为45种。

腊梅花坯,含水量,精油，品质,组分

腊梅是传统的园林花卉和香料植物。腊梅的花[1]、果皮[2]、种子[3]、叶片[4]等均含有较多的生物活性成分,其中,以腊梅花中含有的生物活性物质较为丰富[5],如γ-榄香烯具有较好的抗肿瘤作用[6],黄酮化合物具有抗氧化作用,防止衰老功能[7-9]。因其具有独特的花香[10]和特殊的功效成分[11-13],使得以腊梅花精油为主的腊梅天然提取物具有较大的市场潜力,对其萃取技术的系统研究得到重视。

目前,萃取腊梅花精油的方法主要有:水蒸气蒸馏法,有机溶剂萃取法,蒸馏、溶剂同时萃取法,树脂吸附法等。因腊梅花花期的短暂性和相关研究的缺乏,使腊梅精油萃取存在萃取率低,不同萃取方法的精油组分相差较大,相同萃取方法的实验重复性较差等问题。近年来,司辉清[14]和沈强[15]等学者对腊梅精油的萃取工艺做了较系统的研究,发现左右其品质和萃取率的因素较为复杂,主要受到萃取方法和花坯质量的影响。本文是在上述研究的基础上,进一步深入研究超临界CO2萃取腊梅花精油过程中,腊梅花坯含水量对精油感官品质及物质组分的影响。通过对不同含水量腊梅花坯采用超临界CO2萃取方法获得精油,运用精油感官评价和GC-MS成分分析等方法,综合评价腊梅花坯含水量对精油品质和物质组分的影响,以期能为工业萃取腊梅精油的工艺优化提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

素心腊梅花坯 重庆市北碚区万亩腊梅生产基地。

HA120-50-01型超临界CO2流体萃取装置 南通市华安超临界有限公司;纯水、超纯水处理系统 美国密理博公司;FA2004型电子分析天平 上海恒平科学仪器有限公司;卤素水分测定仪 泰州市精泰仪器仪表有限公司;ACS-12Beh电子计重秤 成都普瑞逊电子有限公司;气相色谱质谱联用仪(GC-MS) 日本Shimadzu公司;4k15台式冷冻离心机 美国Sigma公司。

1.2 实验方法

1.2.1 花坯含水量控制 根据张文清等研究[16],采摘足量处于初展花期的腊梅花坯,从中筛选出质量较好,匀净度较高的花坯作为实验样品。准确称取5份等量的花坯分别于室内(14±2) ℃摊放自然风干(根据预实验对比自然风干、烘干、微波干燥和真空干燥等处理方法,确定采用自然风干的水分处理方法),分别标记为处理Ⅰ～处理Ⅴ。每30 min使用卤素水分测定仪快速测定各样品含水量,分别控制处理Ⅰ～处理Ⅴ各样品含水量分别达到80.0%(新鲜花坯)、60.0%、45.0%、30.0%、15.0%,误差小于±2%。

1.2.2 腊梅精油萃取方法 根据司辉清[14]的萃取方法,设定超临界CO2萃取腊梅花精油的参数分别是:萃取压力30 MPa、温度40 ℃、时间3.0 h、CO2流量25 kg/h。在该条件下,分别萃取5个处理的花坯,每一样品重复实验3次。

将同一处理三次实验所得腊梅粗提精油混合,以8000 r/min,-4 ℃离心10 min除杂(腊质、色素、蛋白质等),取上层精油,置于-4 ℃冰箱中保存待分析。

1.2.3 腊梅精油感官评价方法 结合魏小兰[17]等研究结果,根据腊梅精油品质特征,确定腊梅精油综合评价指标主要有:香味强弱,持久性,香味好感度,颜色好感度以及透明度。分别取不同处理精油样品各1 mL,置于直径1.2 cm相同比色管中,随机找10名评价者,依照表1评价标准,分别对五个精油样品进行感官评价,并用分值表示评价项目的优次,取其平均值,分值高者,表明感官品质好。

表1 植物精油品质评价标准Table 1 Evaluation standard of plant essential oils quality

1.2.4 腊梅精油的GC-MS分析 借鉴曹耀[18]在关于腊梅花蕾挥发物质的研究方法,通过预实验得腊梅精油GC-MS的检测条件为:A.色谱条件:色谱柱,DB-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);柱箱温40 ℃;升温程序为40 ℃保持3 min,以10 ℃/min升至90 ℃,以4 ℃/min升至155 ℃,保持1 min,以3 ℃/min升至190 ℃,保持1 min,再以5 ℃/min升至230 ℃,保持4 min;载气He;压力53 kPa;总流量9.1 mL/min;柱流量:1 mL/min;进样温度230 ℃;进样量1 μL;分流比为5∶1。B.质谱条件:电子轰击(EI)离子源;离子源温度230 ℃;接口温度230 ℃;溶剂延迟时间1 min;ACQ方式:Scan;扫描速度:1111 u/s;质量扫描范围:50～550 amu。

1.2.5 精油物质定性与定量分析

1.2.5.1 定性方法 将各色谱峰对应的质谱图与NIST 08、NIST 08s标准谱库比对,结合保留指数对色谱峰进行定性分析。参照相关研究文献[14-18]辅助定性,然后再从特征离子、相对丰度、实际成分等方面进行比较,并在NIST标准参考数据库(NIST Chemistry WebBook)内对其进行相应的保留指数检索与比较定性的化合物。

1.2.5.2 定量方法 GC-MS联用检测得到的各组分峰,采用峰面积归一法来确定各组分的相对含量。

1.2.6 花坯水分测定 参照GB/T 8304-2013[19]测定。

2 结果与分析

2.1 腊梅花坯含水量对精油品质的影响

采用超临界CO2流体萃取装置分别萃取5个不同含水量的花坯,获得处理Ⅰ～处理Ⅴ的5份精油样品,再按本文1.2.3 腊梅精油感官评价方法进行分析,得到不同处理的精油品质优次结果,见表2。

由表2可知,随着含水量降低,香味强度呈现先升高后下降再逐渐升高的趋势,由高到低排序为:处理Ⅱ>处理Ⅴ>处理Ⅰ>处理Ⅳ>处理Ⅲ。香味持久性呈现先升高后下降的趋势,由高到低排序为:处理Ⅱ>处理Ⅲ>处理Ⅰ>处理Ⅳ>处理Ⅴ。香味好感度、颜色好感度和透明度均呈现先下降后升高再下降的趋势,香味好感由高到低排序为:处理Ⅳ>处理Ⅲ>处理Ⅰ>处理Ⅱ>处理Ⅴ。颜色好感度由高到低为:处理Ⅰ>处理Ⅳ>处理Ⅴ>处理Ⅲ>处理Ⅱ。透明度由高到低排序为:处理Ⅲ>处理Ⅰ>处理Ⅳ>处理Ⅱ>处理Ⅴ。

表2 不同处理腊梅花坯的精油品质优次得分Table 2 Score of Chimonanthus praecox decorated ware essential oils quality by different disposing

注:表中每一处理的含水量为三次平行实验测定结果的平均值。

图1 不同含水量腊梅花坯萃取精油GC-MS分析色谱图Fig.1 GC-MS chromatogram of essential oil was extracted from Chimonanthus praecox decorated ware with different moisture content

综合上述各评价因子的得分,精油品质优次呈现先下降后升高再下降的趋势,由高到低排序为:处理Ⅰ>处理Ⅳ>处理Ⅱ>处理Ⅲ>处理Ⅴ。由此可见,以腊梅花坯含水量分别在78.3%和28.0%时萃取的精油品质较好。

2.2 腊梅花坯含水量对萃取精油组分的影响

分别对5个处理的精油样品进行GC-MS检测,得到各处理的精油GC-MS分析色谱图,参见图1。

按照本文1.2.5精油物质定性与定量分析方法,对各处理的色谱图进行系统分析,统计精油中物质组分的种类及相对含量,得到实验结果如表3。

表3 不同处理腊梅花坯萃取精油的组分及其含量对比表Table 3 Compositions and they contents of essential oils were extracted from Chimonanthus praecox decorated ware by different disposing

续表

续表

注:-,未检测出;*1～*10,同一精油中相对含量前1～10的物质组分。

由表3分析可见,不同处理腊梅花坯萃取精油主要成分的大类物质大致相同,主要有:醇类、酯类、烯烃类、酚类、烷烃类和酮类六种,其中处理Ⅳ和处理Ⅲ的物质种类最多,达到62种;处理Ⅱ的物质种类最少,为45种。各大类物质相比,醇类的种类最多(21～31种),相对含量最高(57.72%～80.94%)。其中处理Ⅴ的醇类种类数最多(31种),相对含量最高(80.94%);处理Ⅱ的醇类种类数最少(21种),相对含量最少(57.72%);且醇类种类随花坯含水量的降低呈现较为明显增加的趋势,相对含量则呈现先下降而后逐渐增加的趋势。其他成分的种类和相对含量差异都较大,处理Ⅴ的酚类、酸类及醚类物质种类最多,分别为3、5、2种;处理Ⅳ的醛类种类最多,达3种,酯类和酮类的相对含量也最高,分别为7.45%和5.91%;处理Ⅲ的烯烃类和烷烃类相对含量最高,分别为3.43%和12.52%,且较其他处理特有呋喃、喹啉、噻唑三类;处理Ⅱ的萘、醛类、酸类和醚类相对含量最高,分别为2.73%、0.43%、15.28%和4.71%;处理Ⅰ的酯类、烷烃类和酮类物质种类最多,分别为9、5、7种,酚类、腊梅碱和吲哚相对含量最高,分别为2.53%、5.5%和1.61%,相对于其他样品缺少了萘,特有茚。

由此可知,腊梅花坯含水量的变化,会不同程度影响超临界CO2萃取腊梅精油的组分和相对含量,且物质种类数和醇类的相对含量均呈现先降低后增高的趋势;含水量较低的处理Ⅴ和处理Ⅳ的精油组分及相对含量相近似,含水量较高的处理Ⅱ与处理Ⅰ的精油组分及相对含量差异较大。其原因可能是新鲜花坯在刚开始散失水分时,部分易挥发物质随水分一同挥发,从而导致精油种类及醇类相对含量的快速减少,而后受到处理时间的延长和水分挥发的影响,花坯中所含物质在湿热和氧气的影响下发生了物质的转化和再生,致使精油组分的种类数及醇类物质的种类数增加,但随花坯含水量的下降物质组分的变化逐渐趋于稳定状态。

对5个处理的腊梅精油相对含量前10(已于表3中以*加数字形式标注出)的成分进行对比分析可知:随含水量的降低,萃取精油的主成分及其相对含量都发生了一定程度的变化,各精油中含量最多的成分为苯甲醇和氧化芳樟醇。其中,氧化芳樟醇在花坯含水量为28.0%(处理Ⅳ)时,相对含量最高,达34.39%;苯甲醇在花坯含水量为78.3%(处理Ⅰ)时,相对含量最高,达24.83%。5种精油的相同成分主要有:苯甲醇、氧化芳樟醇、4-羟基-3,5,6-三甲基-4-(3-氧代-1-丁烯基)-2-环己烯-1-酮、[2R-(2a,4aβ,8β)]-2,3,4,4a,5,6,7,8-八氢-α,a,4a,8-四甲基-2-萘甲醇。相邻含水量萃取精油的主成分和相对含量较为一致,且随着含水量的降低其主成分和相对含量趋于相同。随着腊梅花坯含水量的降低,苯甲醇和氧化芳樟醇均呈现先下降后上升的趋势,由变化趋势可以推断出两者的相对含量在处理Ⅲ至处理Ⅴ之间存在一个峰值。

3 结论

3.1 腊梅花坯含水量对精油品质优次的影响表现出,先下降后升高再下降的趋势,以腊梅花坯含水量分别在78.3%和28.0%时萃取的精油品质较好,各处理由高到低排序为:处理Ⅰ>处理Ⅳ>处理Ⅱ>处理Ⅲ>处理Ⅴ。

3.2 腊梅花坯含水量对精油物质组分的影响表现出,在花坯含水量较高(59.9%～78.3%)时,萃取精油的主要成分变化较大,随含水量的降低,萃取精油的物质组分逐渐趋于稳定。在各处理的精油物质组分中,共有的物质大类主要有:醇类、酯类、烯烃类、酚类、烷烃类和酮类六类,处理Ⅳ和处理Ⅲ的物质种类较多,达到62种;处理Ⅱ的物质种类较少,为45种。

在腊梅精油工业萃取中,腊梅花坯含水量是一个重要的工艺参数,它不仅影响精油的品质和物质组分,还对精油萃取率、萃取成本等经济指标有直接关系。笔者在实际生产中,发现使用较低含水量的腊梅花坯不仅能提高精油萃取效率,还可以适当降低精油生产成本,相关问题有待进一步系统深入研究。

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Effects of moisture contents ofChimonanthuspraecoxdecorated ware on essential oils quality and substance components

PAN Cong-fei1,HUANG Ying2,SI Hui-qing1,*

(1.College of Food Science,Southwest University,Chongqing 400715,China;2.College of Life Science,Tarim University,Aral 843300,China)

The passage study the effects of moisture contents ofChimonanthuspraecoxdecorated ware on essential oils quality and substance components by supercritical CO2extraction technique. The result showed that with the reduction of moisture contents ofChimonanthuspraecoxdecorated ware,the quality of essential oils had changed a lot,suggested that going down first and then going up,going down at last,the quality of essential oils was better when moisture contents ofChimonanthuspraecoxdecorated ware was on 78.3% or 28.0%. When moisture contents ofChimonanthuspraecoxdecorated ware was higher(59.9%～78.3%),the main components of extracted essential oils changed much,with the decline of moisture content,the material composition of extracted essential oils tended to stabilize gradually. The material composition of extracted essential oils mainly included alcohols,esters,alkenes,phenols,alkanes and ketones,and the content of Trans-α,α-5-trimethyl-5-vinyl-tetrahydronaphthalene-2-furanmethanol(linalool oxide)and Benzyl alcohol was more. When the moisture content of decorated ware was on 28.0% or 44.7%,the kinds of substances was most,up to 62 kinds. When moisture contents of decorated ware was on 59.9%,the kinds of substances was less,45 kinds.

Chimonanthuspraecoxdecorated ware;moisture content;essential oils;quality;substance components

2016-08-09

潘从飞(1991-)，男，硕士研究生，主要从事茶叶化学工程等方面的研究，E-mail:747007997@qq.com。

*通讯作者:司辉清(1958-)，男，副教授，主要从事茶叶加工与贸易、茶叶化学工程方面的研究，E-mail:196906570@qq.com。

中央高校基本业务费专项(XDJK2016E110)资金资助。

TS202

A

:1002-0306(2017)04-0163-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.023