山鸡椒果实挥发油提取工艺及成分研究

2021-07-16蔡凌云吴林冬

凯里学院学报 2021年3期

蔡凌云，吴林冬，韩彩

（凯里学院，贵州凯里 556011）

山鸡椒Litsea cubeba为樟科木姜子属植物，落叶灌木或小乔木，又称山胡椒、山苍子、滑叶树、木香子等.该属植物世界已知约200 种，我国分布有74 种［1］，多用作香料和中草药［2］.山鸡椒具有温中散寒、行气止痛等功效，可用于胃寒呕逆、寒湿瘀滞、寒疝腹痛等疾病的治疗［3］，其鲜果提取的挥发油有特殊的清香气，具有显著的抗菌、祛痰、抗心律失常等作用［4］.同时山鸡椒油为香料工业的重要原料，是合成紫罗兰酮的主要材料，可用于食品、烟草、化妆品等的香料，并有抑制黄曲霉毒素的作用［5］.大量报道表明，山鸡椒挥发油及其柠檬醛抗菌具有广谱性［6-9］，因此研究山鸡椒油的成分具有重要的意义.

目前提取山鸡椒挥发油的方法有水蒸气蒸馏法［10］、静态顶空法［11］、超声波辅助提取法［12］、微波提取法［13］、CO2超临界萃取法［14］等，但总体提取效率都不太理想，市场批量生产效益不高，因此本文研究山鸡椒挥发油的提取方法和工艺，以期为山鸡椒的研发和利用提供有价值的参考.

1 试验材料

1.1 试验材料

本研究试验材料为市场购买的产自黔东南苗族侗族自治州凯里市的山鸡椒果实.

1.2 试验仪器和试剂

试验仪器有超声清洗仪（SK2510LHC，上海科导超声仪器有限公司），GC-MS 气相质谱－色谱联用仪（QP2010SE，日本岛津），电热套，挥发油提取器，直型冷凝管，圆底蒸馏烧瓶（1000 mL），量筒（100 mL），托盘天平，大烧杯（500 mL）等.试验试剂有乙醚（AR）和蒸馏水.

2 试验方法

2.1 挥发油提取方法

利用正交试验来进行设计，通过查阅和参考相关文献资料，本次试验选出4 个因素（A）固液比、（B）提取时间、（C）超声时间和（D）超声功率，每个因素3 个水平，用正交表（表1）来安排本次试验，以提取出来的油量作为考察的指标.

表1 山鸡椒挥发油提取条件因素水平

具体提取方法采用水蒸气蒸馏法，步骤为将新鲜的山鸡椒果实研磨粉碎，用托盘天平称取100 g，将称好的山鸡椒置于1000 mL 圆底烧瓶中，按表1 固液比向烧瓶中加入相应比例的蒸馏水，密闭浸泡约30 min，到规定时间后将烧瓶放入超声仪中按相应的超声时间和超声功率进行超声，然后取出擦干烧瓶外壁，放在电热套中进行蒸馏，待挥发油提取器支管收集馏出液快满时将挥发油提取器支管的活塞缓慢打开，用烧杯收集下层蒸馏水，待蒸馏水快流完时，将活塞关闭，按提取时间收集挥发油，并记录挥发油含量.挥发油为淡黄色透明油状物，具有浓郁的气味.每组实验进行3 次平行实验，最后将本次实验所提取出的挥发油全部收集在一起，用30 mL 乙醚依次萃取2 次，将萃取液转移至编号为1 的样品瓶中，密封低温保存待测，最后用GC-MS 仪鉴定山鸡椒挥发油中所含有的化学成分.

2.2 GC-MS分析

色谱条件：色谱柱是RTX-5MS 弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 um）；升温程序为50 ℃，保持1 min，升温至200 ℃（10 ℃/min），保持5 min；进样温度为200 ℃；进样模式为分流；压力为53.5 kPa；总流量为34 mL/min；线速度为36.3 cm/sec；吹扫流量为3.0 mL/min；进样量为1 uL；载气（He）流量为1 mL/min；分流比是30∶1.

质谱条件：电子轰击（EI）离子源，电子能量为70 eV，离子源温度为200 ℃，接口温度为230 ℃，溶剂延迟时间为2.5 min，检测器增值为0.9 kV，扫描范围为50～900 m/z.

3 试验结果与讨论

3.1 正交试验结果

根据正交试验法所提取的木姜子果实的挥发油结果见表2，方差分析见表3，从表2我们可以直观看出不同因素对提取率的影响.

表2 正交试验法提取挥发油结果

表3 方差分析表

3.1.1不同固液比对提取效果的影响

由表2可看到物料与溶剂两者之间的比例为1∶5时对提取山鸡椒挥发油成效最好.具体原因可能是由于增加了提取溶剂水的用量，从而扩大了它们两者之间的接触面积，从而使得山鸡椒中的有用元素能够轻松的被提炼出来，获得的油量也相应增多了，进而使提取效果也变好.

3.1.2不同时间对提取效果的影响

由表2我们可以看出提取时间为90 min 为最佳.这可能是因为随着提取时间的延长，山鸡椒果实里面的细胞中的组成成分不断被溶出，从而使更多的成分被提取出来.

3.1.3不同超声时间对提取效果的影响

由表2 可知对山鸡椒进行超声处理30 min 对挥发油有较好的效果.超声提取技术具有空化和热效应，还有机械振动等等，加快了山鸡椒果实中细胞内有用组分的释放速度、扩散速度及其溶解速度，使里面更多的成分被浸出，从而显著地提高了提取效率.但超声时间不宜过长，时间长了可能会导致我们所提取物中部分挥发油组分遭到损坏，这样就达不到我们想要的结果.

3.1.4不同超声功率对提取效果的影响

从表2我们可以看出随着超声波的功率慢慢变大，我们所测的提取率也逐渐变大.从理论上来说，超声波的频率非常小的情况下，所产生的空化效应更加明显，同时带来的破坏、破碎的效用也更加猛烈.但与此同时超声波的频率过低的情况下，空化效应太过强大，对我们所测样品组织构架的破坏性也可能也会比频率高时要大得多，也许会带来不必要的实验干扰.

从以上分析可以看出影响山鸡椒挥发油提取率的主次顺序为B＞A＞C＞D，即提取时间＞固液比＞超声时间＞超声功率.本文采用该方法提取山鸡椒油具有良好效果的工艺为A3B3C1D3，即固液比为1∶5，提取时间为90 min，超声时间为30 min，超声功率为100 W.由表3可以明显看出提取时间的长短和固液比对提取效果具有极显著性差别（P ＜0.01），不同超声处理时间与超声仪器的不同功率对提取效果的影响没有显著性.

3.2 验证试验

按上述最佳条件进行验证试验提取山鸡椒挥发油，即料液比为5倍量水、超声时间30 min、超声功率100 W、提取时间90 min，重复验证试验3次.结果见表4.验证结果得到木姜子挥发油的平均含量为4.14 mg/mL.

表4 验证试验结果

3.3 GC-MS检测结果

对所提出的油经过有机溶剂萃取后，利用气相色谱-质谱联用仪仪器根据具体条件对其进行定性和定量分析，所得离子的色谱峰见图1.对GC-MS 检出峰经数据库进行相识度检索并对比，解析组分的百分含量为了避免误差比较大，一般需要自己手动积分，积分每个峰相似度在70 以上且面积较大的峰，之后打开定性表，表5里的组分含量即为本次实验挥发油中各成分的含量.