不同方法提取木姜子花蕾挥发油成分的比较研究

曾朝懿，曾志龙，周金成，张桂容

(西华大学 食品与生物工程学院，成都 610039)

木姜子又名山胡椒、山苍子，是一种樟科木姜子属植物，主要分布在我国长江以南。川南地区木姜子花蕾在冬季形成，开花后在初夏形成具有独特香味的木姜子果实。木姜子全树有芳香味，其花、叶、枝、果实、根均含有精油，不同器官含量不同[1]。木姜子挥发油即木姜子精油主要由萜类及非萜类化合物组成[2]，其主要成分是柠檬醛，占60%～80%，具有新鲜柠檬果香。此外，木姜子及其精油具有杀虫、抗氧化、抑菌功效[3]，在食品行业，热浸提的木姜子油被广泛应用于防腐、保鲜和佐味，在川南、云贵、湖南、广西等地，木姜子

果实及花蕾常被直接作为调味料用于烹饪中。可见，合理利用木姜子产业资源，精深加工木姜子，提高木姜子风味挥发油的提取率，具有广阔的应用前景。

目前，木姜子挥发油主要的提取方法有水蒸气蒸馏法(steam distillation，SD)、溶剂辅助浸提法(solvent-assisted extraction，SAD)、超声辅助水蒸气蒸馏法(ultrasound-assisted steam distillation，UASD)、微波辅助水蒸气蒸馏法(microwave-assisted steam distillation，MASD)、超临界CO2萃取法(supercritical CO2fluid extraction， SCFE)、分子蒸馏法(molecular distillation， MD)等[4]。李文爽等[5]对UASD法提取木姜子挥发油进行条件优化，使木姜子挥发油得率达到5.33%。张德权等[6]研究表明采用SCFE技术萃取木姜子油，优化方法后可使木姜子油和木姜子精油萃取率在30%以上。但利用SPME-GC-MS对各种提取方法所得挥发油中风味成分差异方面的研究报道较少，且不同提取方法对木姜子花蕾中的挥发油研究还未见报道。

为了提高木姜子资源的利用率，本实验以四川叙永县新鲜木姜子花蕾为原料，分别采用了4种最常用的方法提取木姜子花蕾中的挥发油并利用SPME-GC-MS对其中的化学成分进行分析，为不同提取技术的规模化工业应用提供了科学的理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜木姜子花蕾(2019年2月采自四川叙永县)：粉粹40目过筛备用；无水硫酸钠、无水乙醇(AR)：成都市科龙试剂有限公司。

Scientz-IID超声破碎仪 宁波新芝生物科技有限公司；HA100-50-0.5超临界萃取仪 江苏华安科研有限公司；MAS-II微波合成/萃取反应工作仪 上海新仪微波化学科技有限公司；GC2010气相色谱-质谱仪 日本岛津公司；75 μm CAR/PDMS固相微萃取头。

1.2 方法

1.2.1 水蒸气蒸馏法(SD)

取10 g木姜子花蕾粉末加入500 mL圆底烧瓶中，按照1∶20固液比加入蒸馏水，加入3～4颗玻璃珠，振荡均匀，连接挥发油提取装置和回流冷凝管，打开冷凝水及电炉开关，加热至沸腾后，缓慢蒸馏，使其保持微沸状态[7]。实验结束后，关闭电炉，待装置冷却后，收集挥发油，用无水Na2SO4干燥过夜称重。木姜子花蕾精油含量计算公式：木姜子花蕾精油含量(mg/g)=木姜子花蕾精油质量/木姜子花蕾质量。

1.2.2 超声辅助水蒸气蒸馏法(UASD)

取10 g木姜子花蕾粉末加入500 mL烧杯中，按照1∶20固液比加入蒸馏水，搅拌均匀，置于超声破碎仪中，超声频率100 kHz，超声功率600 W，超声温度30 ℃，超声时间20 min[8]。超声结束后，将样品转入500 mL圆底烧瓶中，随后的处理方法与上述水蒸气蒸馏法一致。

1.2.3 微波辅助水蒸气蒸馏法(MASD)

取10 g木姜子花蕾粉末加入500 mL三口圆底烧瓶中，按照1∶20固液比加入蒸馏水，振荡均匀，置于微波萃取仪中，设定条件参照参考文献[9]，收集挥发油，用无水Na2SO4干燥过夜称重。木姜子花蕾精油含量计算公式同1.2.1。

1.2.4 超临界CO2萃取法(SCFE)

设置超临界萃取仪的萃取温度为50 ℃，萃取压力为15 MPa，分离温度为40 ℃，分离压力为7 MPa，CO2流量为15 L/h。准确称取50 g木姜子花蕾粉末，加入萃取罐中，萃取90 min，萃取结束后，收集挥发油，用无水Na2SO4干燥过夜称重。

1.2.5 木姜子花蕾挥发油成分的测定

1.2.5.1 SPME萃取条件[10]

分别取4种不同方法提取的木姜子花蕾挥发油3 mL于顶空萃取瓶中，盖上瓶盖，置于50 ℃的水浴锅中保温30 min；将老化后的萃取头旋转到2 cm处，插入顶空萃取瓶中，压入纤维头，吸附30 min；于GC-MS 进样口温度稳定后进样，解吸5 min后，取出萃取头。

1.2.5.2 GC-MS条件

气相色谱条件：Rtx-5MS色谱柱，载气为高纯氦气，柱箱温度55 ℃，进样口温度250 ℃，分流比30∶1。升温程序：从55 ℃开始，保持4 min，以5.00 ℃/min升至130 ℃，保持3 min，再以6.00 ℃/min升至240 ℃，保持3 min。

质谱条件：离子化方式EI源，电离电压70 eV，离子源温度280 ℃，接口温度240 ℃，溶剂延迟时间2 min。

2 结果与讨论

2.1 4种不同方法提取木姜子花蕾中的挥发油结果比较

将不同提取方法提取的木姜子花蕾中挥发油的表观性、挥发油提取率、提取温度、提取时间进行比较，结果见表1。

表1 4种不同方法提取木姜子花蕾中的挥发油结果比较Table 1 The comparison of extracting volatile oils from the flower buds of Litsea pungens Hemsl. by four different methods

4种不同方法提取出的木姜子花蕾中的挥发油都具有柠檬清香味。由表1可知，UASD法提取耗时最长，SCFE法用时最短，提取率远高于其他3种方法，其次为UASD法。可能是由于超临界CO2流体有极强的溶解性[11]或萃取携带的有机溶剂溶于精油中。水蒸气蒸馏法及其联合方法色泽、透明度表征较好。

2.2 不同方法提取木姜子花蕾中的挥发油结果分析

通过SPME-GC-MS分析不同提取方法提取木姜子花蕾中的挥发油成分，其总离子流图(TIC图)见图1。

图1 不同提取方法提取木姜子花蕾中的挥发油成分总离子流图Fig.1 The total ion flow diagrams of extracting volatile oils from the flower buds of Litsea pungens Hemsl. by different extraction methods

由图1可知，各色谱图中峰响应数值不同，检索出的化合物数量有所差异。SD法提取的挥发油中鉴定出42种挥发性成分，占挥发油含量的99.80%；UASD法提取的挥发油中鉴定出49种挥发性成分，占挥发油含量的99.93%；MASD法提取的挥发油中鉴定出42种挥发性成分，占挥发油含量的99.12%；SCFE法提取的挥发油中鉴定出41种挥发性成分，占挥发油含量的98.27%。

由图1和表2可知，4种提取方法提取出的木姜子花蕾中的挥发油成分由单萜烯类化合物、单萜氧化物、倍半萜烯类化合物、其他化合物组成，与文献[12]中以木姜子果实为原料提取挥发油组成成分研究结果基本一致。其中，GC-MS检索出的单萜烯类化合物主要代表化合物有柠檬烯、月桂烯、α-蒎烯、β-罗勒烯等，主要来自于天然产物香气成分，使木姜子花蕾挥发油呈现柠檬草药香气[13-14]。单萜氧化物主要代表化合物有柠檬醛、芳樟醇、香茅醛等，主要是单萜类含氧衍生物，具有柔和的柠檬玫瑰香气，使木姜子花蕾挥发油呈现淡黄色[15-16]。倍半萜烯类化合物及倍半萜氧化物含量较少，主要有反式-石竹烯和氧化石竹烯。其他类型化合物主要由烷烃类化合物构成。

表2 不同方法提取木姜子花蕾挥发油的化学成分Table 2 The chemical components of volatile oils extracted from the flower buds of Litsea pungens Hemsl. by different extraction methods

续 表

由表2可知，各组分相对含量均有差异。第一，从SD法提取的木姜子花蕾中的挥发油中鉴定出42种，其中单萜烯类化合物11种，占总量的35.80%；单萜氧化物14种，占总量的56.68%；倍半萜烯类化合物10种，占总量的3.05%；倍半萜氧化物氧化石竹烯，占总量的0.38%；其他类型化合物有6种，占总量的3.89%。第二，从UASD法提取的木姜子花蕾中的挥发油中鉴定出49种，占精油含量的99.93%，其中单萜烯类化合物11种，占总量的28.71%；单萜氧化物17种，占总量的65.40%；倍半萜烯类化合物13种，占总量的5.19%；倍半萜氧化物为氧化石竹烯，占总量的0.55%；其他类型化合物有7种，占总量的1.08%。第三，从MASD法提取的木姜子花蕾中的挥发油中鉴定出42种，占精油含量的99.12%，其中单萜烯类化合物10种，占总量的22.71%；单萜氧化物14种，占总量的65.75%；倍半萜烯类化合物11种，占总量的5.38%；倍半萜氧化物氧化石竹烯，占总量的0.56%；其他类型化合物有6种，占总量的4.72%。第四，从SCFE法提取的木姜子花蕾中的挥发油中鉴定出41种，占精油含量的98.27%，其中单萜烯类化合物8种，占总量的3.11%；单萜氧化物有9种，占总量的69.05%；倍半萜烯类化合物13种，占总量的22.12%；倍半萜氧化物有2种，占总量的1.65%；其他类型化合物有9种，占总量的2.34%。由此可见，SCFE法的成分种类及含量与其他3种差异最大。SCFE法所提取精油中单萜烯类化合物含量很低，倍半萜类和其他类型化合物含量较高，这可能是由于不同提取方法对化学成分选择性不同，SCFE法能提取出极性较强、沸点较高、相对分子质量较大的组分[17]。SD法及其联合方法相同成分有34种，UASD法的精油成分最丰富。与SD法精油成分对比，UASD法和MASD法的单萜烯类化合物相对含量减少，单萜氧化物相对含量增加，可能是由于在提取过程中成分发生氧化、异构等化学变化，如α-蒎烯转化成柠檬烯，柠檬烯氧化生成α-松油醇、芳樟醇，柠檬醛转化成芳樟醇、香叶醇[18-19]。

2.3 不同方法提取木姜子花蕾挥发油成分比较

由表2可知，不同方法提取所得的木姜子花蕾中的挥发油组分不完全相同，但主要化学成分基本一致。4种不同方法提取所得的木姜子花蕾中的挥发油有15种共有成分，其中提取的木姜子花蕾中的挥发油主要香气共有化学成分相对含量趋势为：柠檬醛>柠檬烯>罗勒烯>月桂烯>芳香醇，这些天然的香气成分使木姜子花蕾挥发油呈现出令人愉悦的柠檬、橙花香味，这与Wang H等[20]研究木姜子不同部位精油的化学成分的结论相符合。比较了不同提取方法中主要香气成分的相对含量，见图2。

图2 不同提取方法提取木姜子花蕾挥发油主要成分比较Fig.2 The comparison of main components of volatile oils extracted from the flower buds of Litsea pungens Hemsl. by different extraction methods

UASD法所提取的木姜子花蕾中的挥发油中柠檬醛的含量与MASD法的柠檬醛含量接近，且高于其他两种方法；月桂烯、罗勒烯的含量均与MASD、SD法相对应的含量接近，SCFE法所提精油的萜类成分不如其他3种方法丰富，但芳香醇的含量远高于其他3种方法。

3 结论

比较了4种木姜子花蕾挥发油的提取工艺，并用SPME-GC-MS分析了4种挥发油成分组成。结果表明：4种方法提取的木姜子花蕾挥发油都具有浓郁的柠檬清香，SCFE法用时最短，提取率远高于其他3种方法，其次为UASD法。SD法提取的挥发油鉴定出42种成分，UASD法提取的挥发油鉴定出49种成分，MASD法提取的挥发油鉴定出42种成分，SCFE法提取的挥发油鉴定出41种。4种方法所得精油共有成分15种，其中主要的香气成分为柠檬醛、柠檬烯、罗勒烯、月桂烯、芳香醇。SD法、UASD法、MASD法、SCFE法提取出的主要共有成分相对含量分别为72.16%、76.33%、72.15%、69.51%。因此结合实验结果，综合考虑，UASD法可以获得木姜子特殊风味更浓郁的挥发油。