不同含水量高良姜中挥发油组成分析①

黄晓兵 彭芍丹 袁 源 林丽静 李积华③ 黄亮舞

（1 中国热带农业科学院农产品加工研究所/农业农村部热带作物产品加工重点实验室广东湛江 524001；2 广东丰硒良姜有限公司 广东湛江 524100）

高良姜（Alpinia officinarumHance）是姜科山姜属植物，主产于我国广东、海南，为“十大广药”之一，在我国具有悠久的食药用历史［1］。据报道，高良姜药理活性极强，其提取物具有抗菌［2］、抗氧化［3］、抗肿 瘤［4-5］、降尿酸［6］、降血糖［7］、保护脑血管［8］、抗溃疡、保护胃黏膜［9］、神经保护［3］等多种功能。目前，高良姜除用作著名汉药“万金油”的主要原料外，还广泛用于食品、化妆品和药品添加剂。高良姜化学成分非常复杂，分离出的活性化学成分以挥发油、黄酮类和二苯基庚烷类为主，也有少量糖苷类、甾醇类和苯丙素类成分［10］。

挥发油是高良姜品质的重要指标，也是调味料及高端香料生产的基础呈香物质。目前，有关高良姜挥发油的不同提取方式已有相关报道［11-12］，但由于水蒸汽提取的挥发油透明度好、流动性强，具有良好的加工特性，且与其他溶剂有较好的相溶性，因此，工业化生产高良姜挥发油以水蒸汽蒸馏法为主。然而，水蒸汽蒸馏法提取挥发油时，物料含水量会影响其传质传热速度，进而影响提取率和提取成分，可考虑部分原料使用新鲜植物，其他则先干燥然后提取。为了客观评价原料含水量对高良姜挥发油提取率和组成的影响，本研究通过比较不同的含水量原料挥发油的提取率和组成，为高良姜挥发油的高效提取提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

高良姜为四年生蜂窝姜，由广东丰硒良姜有限公司提供，采收于同一种植基地，除去根须和表面杂质，用清水洗净、切成5 cm 长姜段，晾干备用。

热风干燥箱：DHG-9426A，上海精宏实验设备有限公司；低温高速离心机：Sigma 3-30K，德国Sigma公司；水蒸气提取装置：自组装；气相色谱-质谱联用仪：QP2010-Plus，日本岛津公司。

1.2 高良姜挥发油提取工艺

将高良姜段放入50℃热风干燥箱中低温干燥，实时监测水分含量变化，按照20%的含水量间隔取样，干燥至原料水分含量为10%以下，停止干燥。分别取不同含水量样品，粉碎，过20 目筛，称取相同重量样品高良姜粉隔水蒸馏，收集蒸馏液，注意蒸馏、冷凝温度保持一致，通过油水分液装置收集高良姜挥发油，观察挥发油的体积在30 min内不发变化，停止蒸馏，将得到的挥发油经脱水离心，最终为高良姜挥发油，分别记录重量。其工艺流程见图1：

图1 高良姜挥发油提取工艺

1.3 精油提取得率计算方法

其中，R为挥发油得率，%；Mv为挥发油重量，g；M为高良姜原料重量，g；MC为高良姜原料含水量，%。

1.4 GC－MS分析条件［13］

色谱条件。色谱柱：Rtx-5ms 毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm，日本岛津公司）；程序升温：起始温度60℃，保持6 min，以10℃/min 的速度升至160℃，保持5 min，以20℃/min 的速度升至240℃，保持10 min；载气（He） 流速1.6 mL/min；压力100 kPa；分流比30∶1；进样温度250℃；进样量1 μL。

质谱条件：电子轰击（EI）离子源，离子源温度230℃，接口温度250℃，溶剂延迟2.5 min；数据采集方式Scan，质量扫描范围40～450 m/z，检测器增益电压1.28 kV。

2 结果与讨论

2.1 不同含水量高良姜的挥发油提取率

分别取含水量为76.73%（鲜样，标记为A样）、56.33%（标记为B 样）、36.19%（标记为C样）、16.00%（标记为D 样）、8.56%（标记为E样）的高良姜样品，采用水蒸汽蒸馏法提取挥发油，各含水量原料挥发油提取得率见图2。由图2可知，随着原料含水量的降低，高良姜挥发油提取得率呈现先升高后降低的趋势，当原料水分含量为56.33%时，挥发油提取率最高，为1.19%，当水分降低到16.00%时，其挥发油率最低，得率仅为0.43%，当水分含量降低到安全含水量时（＜10%），高良姜挥发油提取率反而增加至0.80%。由此可见，原料含水量对高良姜挥发油的提取率影响较大，原料水分含量较高时，高良姜挥发油的提取率最高，这可能是由于在干燥过程中，部分挥发油随着水分的蒸发而挥发，从而导致干燥后高良姜挥发油提取率下降。因此，工业化生产过程中，在不影响挥发油成分的前提下，可采用新鲜的高良姜原料进行挥发油的提取生产。

图2 不同含水量高良姜挥发油提取得率

2.2 不同含水量高良姜的挥发油组成分析

采用GC-MS 分析不同含水量原料提取的高良姜挥发油组成，各挥发油总离子流图见图3，主要挥发性成分见表1。由图3 可知，不同含水量高良姜所提取挥发油的出峰数量、出峰时间基本保持一致，表明原料含水量对高良姜挥发油中挥发性物质种类影响不大。表1 也进一步证实了该结论。高良姜挥发油中挥发性成分主要包括1，8-桉叶素、β-蒎烯、莰烯、（-）-α-蒎烯、α-法尼烯、α-松油醇、柠檬烯、γ-摩勒烯、反式石竹烯等，其中1，8-桉叶素为主要成分（相对含量为26.09%～36.19%），其次为β-蒎烯（相对含量7.10%～9.29%）、α-法尼烯（相对含量4.51%～17.26%），该结论与袁源等［12］的研究结果基本一致。

按照出峰先后顺序进行排序，从表1 可以看出，1～10 号物质相对含量随原料含水量的降低而呈现下降趋势，总相对含量从73.70%下降到52.48%；1～10 号物质及同类物质出峰时间较早，属于分子量较小、易挥发类成分，在高良姜原料干燥过程中易挥发、易损失，且占全部挥发成分的一半以上，直接导致原料含水量降低，挥发油提取得率下降。11～18 号物质相对含量随原料含水量降低呈上升趋势，由15.02%上升到33.11%；11～18 号及同类物质出峰时间较晚，属于分子量相对较大、挥发度较低类成分，在干燥过程中，该类物质挥发度较低，因1～10号及同类物质在干燥过程中易挥发损失，11～18 号及同类物质的提取率会相对增加，但由于该类物质的总含量较低，其增加幅度不大。因此，1～10 号及同类物质挥发是影响高良姜提取得率的决定性因素。1，8-桉叶素是高良姜挥发油的典型特征组分，但干燥后相对含量会下降。因此，在实际生产中，可根据对高良姜香气的需求，采用新鲜原料或干燥后原料进行挥发油的生产。

图3 不同含水量高良姜挥发油分析的总离子流图

表1 不同含水量高良姜所得挥发性成分的分析

3 结论

通过水蒸汽蒸馏法对不同含水量高良姜挥发油进行提取精制，并用GC-MS 分析手段对各挥发油的组成进行初步分析，结果发现，随着原料含水量降低，高良姜挥发油提取得率整体上呈现下降趋势，各挥发油的组分类型基本没发生变化，但1，8-桉叶素等高挥发度组分的相对含量呈现下降趋势，而α-法尼烯等挥发度相对较低的组分呈现上升趋势。本结论进一步表明，干燥处理为高良姜挥发油主要特征组分含量的重要影响因素. 因此，建立高良姜精油品质标准时，需明确原料含水量等基本特性。本研究结论为高良姜精油的高效、规范化生产提供了数据支撑。