不同提取预处理方法对孜然精油提取成分组成的影响

朱羽尧，王美珍，陈 楠，黄晓德，陈 斌，钱 骅，赵伯涛

( 南京野生植物综合利用研究院, 江苏 南京211111)

孜然(CuminumcyminumL.)，英文名为Cumin，也叫枯茗、孜然芹。孜然是伞形科孜然芹属植物，为一年或二年生草本，株高20～30 cm，全株光滑无毛。孜然原产埃及，现在伊朗、俄罗斯、地中海地区及我国均有种植，我国新疆和甘肃是孜然的主要产地[1-2]。

孜然种子富油性，具有芳香气味，为传统调味香料，是生活中重要的调味品，一般加工成孜然粉和孜然精油使用。孜然粉可肉类食品的加工，用以祛除异味、解除肉类的油腻，孜然精油可作为制备日用香精的原料。长期以来，孜然除作为调味品应用，也可入药，具有散寒止痛、止血调经、理气健胃等功效[3-7]。通过水蒸气蒸馏法提取出来的孜然精油为黄色澄清液体，精油中含有的化合物主要为单萜、倍半萜、芳香族醛、酮醚类的物质,所含成分包括枯茗醛、枯茗醇、α-蒎烯、水芹烯、月桂烯、柠檬烯、对伞花烃、藏红花醛等[8-10]。

目前研究多着眼于孜然精油的成分组成，而不同预处理对孜然精油提取以及成分组成的影响却缺乏研究。本实验以孜然为实验材料，并对其进行4种不同的预处理方法，采用水蒸气蒸馏法提取精油，并通过气相色谱-质谱联用分析方法对各精油样品的成分组成进行分析比较，以此来研究预处理方法对精油提取率及组成成分的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料

孜然：购于浙江百草中药饮片公司，经赵伯涛研究员鉴定为CuminumcyminumL.。

1.2 仪器与试剂

仪器：高速万能粉碎机(上海顶帅电器有限公司LD-T100A)；ZK高速自控组织捣碎机(江苏省盐城市龙冈医疗器械厂)；电子天平(上海花潮电器有限公司UTP-313)；调温电热套(上海苏进仪器设备厂Q/320683AAFA02-2005)；电热恒温鼓风干燥箱(上海跃进医疗器械厂101-2-S)、气相色谱-质谱联用仪(Agilent公司7820A气相串联5975质谱检测器)；85-2恒温磁力搅拌器(常州国华电器有限公司)、水蒸气蒸馏提取装置、圆底烧瓶、量筒等玻璃仪器。

试剂：酸性纤维素酶(苏柯汉潍坊生物工程有限公司，10 000 U/g)。

1.3 实验方法

1.3.1 预处理及提取方法

整粒：称取孜然50 g，置于1 000 mL的圆底烧瓶中，加水500 mL，从微沸开始计时，恒温蒸馏4 h，至精油量不发生明显变化时，记录提取精油量，收集油相部分于棕色瓶中并编号保存。

粉碎：将适量孜然整粒放于高速万能粉碎机，粉碎后过60目筛。称取处理后的孜然粉末50 g，置于1 000 mL的圆底烧瓶中，加水500 mL，从微沸开始计时，恒温蒸馏4 h，至精油量不发生明显变化时，记录提取精油量，收集油相部分于棕色瓶中并编号保存。

冷冻破碎：装取适量孜然整粒放入-20 ℃冰箱中，冷冻过夜后用高速万能粉碎机粉碎后过60目筛。称取处理后的孜然粉末50 g，置于1 000 mL的圆底烧瓶中，加水500 mL，从微沸开始计时，恒温蒸馏4h，至精油量不发生明显变化时，记录提取精油量，收集油相部分于棕色瓶中并编号保存。

溶剂均质：称取50 g孜然整粒与500 mL水共同放入高速自控组织捣碎机内，至孜然基本粉碎。直接将处理后的溶液倒入1 000 mL的圆底烧瓶中开始蒸馏。从微沸开始计时，恒温蒸馏4 h，至精油量不发生明显变化时，记录提取精油量，收集油相部分于棕色瓶中并编号保存。

酶处理：用电子天平称取50 g孜然，倒入烧杯，加入2.5 g酸性纤维素酶和500 mL水，将烧杯放入温度为45 ℃的电热恒温鼓风干燥箱中均匀搅拌过夜。直接将处理后的溶液倒入1 000 mL的圆底烧瓶中开始蒸馏。从微沸开始计时，恒温蒸馏4 h，至精油量不发生明显变化时，记录提取精油量，收集油相部分于棕色瓶中并编号保存。

1.3.2 成分分析

采用GC-MS进行检测分析，参照文献，并根据实际检测结果加以调整，最终检测条件[8]如下：

色谱柱：HP-5MS(30 m ×0.25 mm ×0.125 μm)，载气为高纯氦气(99.999%)。进样口温度:250 ℃，进样量1 μL，分流比100∶1；程序升温:初始温度60 ℃保持1 min，先以5 ℃/min升至180℃后，保持1 min，再以10 ℃/min升至260 ℃，保持1 min。各组分的相对含量采用峰面积归一化法进行定量。

电子轰击(EI)离子源；电子能量70 eV；接口温度：280 ℃，离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，质量扫描范围：33～600m/z。获得的质谱数据通过NIST 11质谱图库进行检索。

2 结果与讨论

2.1 精油得率

孜然精油得率测定结果如图1所示，整粒未处理孜然原料经直接提取，精油得率为(2.60±0.25)%。经过不同预处理方法后，其精油得率均较原材料直接提取有所提高(与整粒相比)，其中经冷冻破碎后的孜然精油得率最高达(4.3±0.1)%，与未经处理相比提高65.3%。

图1 不同提取预处理孜然精油得率

2.2 精油成分组成分析

整粒、粉末、冷冻破碎、酶处理、溶剂均质处理后的孜然精油的总离子流图见图2。通过NIST 11标准图库对各精油的气相-质谱数据进行检索，并结合文献[9]进行分析，结果见表1。

表1 预处理后提取孜然精油成分分析

经GC-MS检测结合NIST 11数据库比对，从孜然整粒中共鉴定出12个组分，占总相对含量的98.264%,主要成分是β-萜品烯(3.293%)、对伞花烃(9.888%)、枯茗醛(57.269%)、(1R)-2-甲基-1-苯丙醇(4.613%)、3-羟基-2-甲基-苯丙酸(19.485%),占总相对含量的94.548%。从酶处理后的孜然中根据相似度比对，共鉴定出了34个组分，占总相对含量的99.46%，主要成分是β-蒎烯(15.034%)、对伞花烃(10.251%)、γ-萜品烯(10.639%)、枯茗醛(32.156%)、3-羟基-2-甲基-苯丙酸(20.318%)，占总相对含量的88.398%。从溶剂均质处理后的孜然中共鉴定出了10个组分，占总相对含量的99.99%，主要成分是β-月桂烯(12.805%)、柠檬烯(9.616%)、2-蒈烯(11.627%)、枯茗醛(33.433%)、1-石竹烯(23.993%)，占总相对含量的91.474%。从冷冻破碎处理后的孜然中共鉴定出了26个组分，占总相对含量的98.557%，主要成分是β-萜品烯(12.612%)、β-蒎烯(14.925%)、对伞花烃(44.036%)、γ-萜品烯(2.321%)、枯茗醛(16.293%),占总相对含量的90.187%。从孜然粉末中共鉴定出28个组分，占总相对含量的98.776%，主要成分是β-蒎烯(15.703%)、对伞花烃(10.633%)、γ-萜品烯(11.522%)、枯茗醛(31.468%)、3-羟基-2-甲基-苯丙酸(19.457%)、(1R)-2-甲基-1-苯丙醇(5.647%)，占总相对含量的94.43%。

图2不同提取预处理孜然精油总离子流图(a整粒未经预处理，b粉碎，c冷冻破碎，d溶剂均质，e酶处理)

孜然发挥抑菌等药理活性的主要成分为枯茗醛，因此针对经过不同预处理后提取所得孜然精油中枯茗醛的含量变化情况进行对比。

由图3可知，枯茗醛的含量在孜然整粒中最高为57.269%，对孜然原料采取不同的预处理之后，孜然中的枯茗醛含量都下降，其中以冷冻破碎处理后提取所得精油中枯茗醛的含量最低，仅为16.293%。结合表1数据进行分析，未经处理的整粒孜然中提取得到的组分较少，而经预处理之后，提取所得精油中的成分组成明显增多。虽然通过提取前预处理可以有效提高精油得率且提取到更多组分，但却会使主要功效成分枯茗醛在精油含量占比的下降，影响孜然精油的抑菌等功能活性。

图3 不同预处理方式枯茗醛含量对比

3 结 论

本研究通过水蒸气蒸馏法，分别对经过粉碎、冷冻破碎、酶处理、溶剂均质预处理的孜然提取精油，并通过GC-MS对其进行成分分析比较。结果表明，孜然原料经粉碎、冷冻破碎、酶处理、溶剂均质预处理后，均能有效提高孜然精油的得率，其中经过冷冻破碎后，精油得率最高达(4.3±0.1)%。但值得注意的是，经不同预处理后的孜然原料提取所得精油的化学成分组成存在显著差别，其中以枯茗醛的含量变化最为显著。经预处理后，孜然精油中枯茗醛占比下降，沸点低的弱极性成分如β-月桂烯、对伞花烃等占比显著升高。因此，若以生产制备高含量枯茗醛的孜然精油发挥其抑菌等功能活性，不宜在提取前进行预处理，以保证精油中主要功效成分枯茗醛的含量；但弱以制备大量孜然精油用于食品、调味品的生产，则需要进行提取预处理来增加精油得率，扩大经济效益。