不同提取方法所得香根草精油的香气成分分析

杨上莺 王佳丽

（云南轻纺职业学院，云南 昆明 650300）

香根草油是国家允许添加的天然食品香料，可用作调味品、清凉饮料等食品的调味剂。目前，对香根草提取方式的研究主要集中于水蒸气蒸馏法和溶剂萃取法。龚德慎在11h的水蒸气蒸馏后用石油醚萃取，得到0.8%的香根草油；可以看出该方法提取时间长，提取效率低。溶剂萃取法虽然可以提高香根草油的得率，例如曹红梅等用乙醇、乙醚以及三氯甲烷浸提后将香根草油的得率提高到6%，但是仍然存在提取时间长、杂质多的问题。微波辅助提取香根草油虽然有少数报道，但是仅限于微波炉改造的微波发生装置作为辅助设备，存在微波发生不均匀、设备密封性欠佳以及温度控制不准等问题，并且提取的香根草油和水蒸气蒸馏香根草油在主要成分上存在较大差异。因此，该文引进可根据试验条件改变微波频率，精确控制微波的发生，稳定加热的NEOS-GR微波萃取装置。在提高香根草精油得率的同时，对2种方法所得香根草精油的主要挥发性成分进行分析，为香根草油的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜香根草（河南郑州，中国）；无水乙醇（国产分析纯）。NEOS-GR微波萃取装置（Melstone，意大利）；EYEL4循环水冷却系统（EYEL，日本）；R-124（B-480）旋转蒸发仪（BUCHI，瑞士）；PTHW型加热套（山东鄄城华鲁电热仪器有限公司，中国）；6890 - 5975 N型气相色谱-质谱仪（Agilent，美国）；LC-20A型高效液相色谱仪（岛津，日本）。

1.2 试验方法

新鲜香根草经过清洗后，用剪刀剪成小段。

取适量处理过的新鲜香根草根放入圆底烧瓶中，加入原料质量8倍的蒸馏水，连接冷凝管和挥发油收集装置，加热蒸馏到油量不再增加，结束水蒸气蒸馏，加入石油醚萃取香根草油，回收石油醚后得到水蒸气蒸馏香根草油。按照式（1）计算香根草油的得率。

式中：为提取后香根草油的质量（g），为用于提取的香根草的质量（g）。

取适量处理过的新鲜香根草根于专用微波提取容器中，加入原料质量4倍的蒸馏水，于230W提取15min后变频为400W提取60min，接着在470W提取60min，浓干溶剂后加入3倍质量的无水乙醇进行回溶，抽滤，浓缩后得到变频微波提取的香根油。

香根草精油的酸值、酯值、旋光度、折光指数和相对密度均按照国标（GB/T 14454-2008）所述方法进行检测。香根草精油品质依据香根草精油国际标准《ISO4716：2002》进行评价。

采用GC-MS技术对香根草精油的挥发性成分进行分析。升温程序如下：起始柱温为65℃，以5℃/min升至180℃保持1min，再以2℃/min升至200℃，最后以10℃/min升至230℃保持10 min。载气为高纯氦气；柱流速为1.1mL/min；进样量2mL；分流比10∶1；进样口温度250℃。

质谱条件如下：扫描范围为40aum～510aum；电离电压为70V；离子源温度为250℃；扫描方式为全扫描。数据分析，并采用峰面积归一法确定各个组分的相对含量。

准确称量0.500g香根草精油，用无水乙醇定容至5mL，使用0.22μm孔径的微孔滤膜过滤。之后使用岛津LC-20A型高效液相色谱仪分析香根草精油的特征成分（香根醇、香根酮）的纯度。

2 结果与讨论

2.1 香根草精油的理化指标分析

理化指标分析结果见表1。

由表1可以看出，采用变频微波萃取法提取的香根草油除颜色较水蒸气蒸馏法提取的香根草油深以外，在状态上的差异不大，均为透亮、澄清的液体。在香气的质感方面，变频微波萃取香根草油的特征香更加突出，香气更浓郁、优雅，带有膏香。精油中游离酸含量越高，酸值越高，精油越容易氧化。变频微波萃取香根草油的酸值低于水蒸气蒸馏香根草油，说明变频微波香根草油中的游离酸相对较少，也体现出变频微波萃取法的技术优势。由于酯类具有特殊香气，通常能够丰富精油的香气，因此酯类的含量可以用于判断精油的香气质量。变频微波香根草油的酯值高于水蒸气蒸馏香根草油，说明变频微波萃取法对香根草油中酯类物质的保留优于水蒸气蒸馏法，能够丰富香根油的香气，提高其品质。两种香根草油的折光系数、旋光度和相对密度均比较接近。从萃取时间来进行比较，水蒸气蒸馏耗时8h，变频微波萃取法仅需要2.5h，提取时间缩短一半以上。同时，变频微波萃取法的得率为8.8%，水蒸气蒸馏法得率为0.46%。

表1 不同提取方法所得香根草精油的理化指标检测

2.2 香根草精油的挥发性成分分析

2种方法提取的香根草精油均含有多种类别的挥发性成分，其中大多数化合物为倍半萜类及其含氧衍生物。水蒸气蒸馏香根草油中共鉴定出45种化合物，变频微波萃取香根草油中则检出32种化合物。

采用不做校正的峰面积归一法得到2种香根草精油中各化合物的相对含量，结果见表2。2种香根草精油共鉴定出18种烯类化合物，11种醛类，9种酮类，6种醇类以及酸类、酯类、杂环类化合物。其中，酸类化合物只存在于水蒸气蒸馏香根草精油中。变频微波香根草精油含有2种酯类化合物，可能是在提取过程中生成的。变频微波香根草精油中杂环类化合物的含量和种类均少于水蒸气蒸馏香根草精油，后者检出1.87%的（1Z，3aα，7aβ）-1-亚乙基八氢-7a-甲基-1H-茚，该成分也存在于山黄皮茎根中，17.61%的[1S-（1α，4α，7α）]-1，2，3，4，5，6，7，8-八氢-1，4，9，9-四甲基-4，7-甲撑甘菊环，该物质属于甘菊环类化合物，是生药母菊的主要成分。2种香根草精油中均检出具有木质香气的7-乙酰基-2-羟基-2-甲基-5-异丙基二环[4.3.0]壬烷。此外，香根草精油中还含有11种醛类化合物，但是含量均不超过1%，不是其主要的挥发性成分。

表2 不同提取方法所得香根草精油的成分及含量

香根草精油的主要挥发性成分是烯类化合物，尤其是具有一定生物活性的倍半萜。在烯类化合物中，水蒸气蒸馏香根草精油中含量最高的是具有木香香气的特征性成分9，10-脱氢-异长叶烯，检出18.64%，其次是（1E，6E，8S）-1-甲基-5-亚甲基-8-异丙基-1，6-芳癸并二烯（7.11%））以及具有镇静作用的γ-雪松烯（3.39%）。长叶烯是一种三环倍半萜，在马尾松重松节油中含量约60%～78%，该成分在水蒸气蒸馏香根草精油中检出（含量3.20%）。巴伦西亚橘烯同样存在于水蒸气蒸馏香根草精油中，含量为1.49%，该物质是一种似柑橘香的倍半萜类化合物。变频微波香根草精油中未检出上述物质，而分别检出8.50%的9，10-脱氢-异长叶烯和3.48%的巴伦西亚橘烯。异长叶烷酮具有似天然广藿香样的木香及壤香，仅在水蒸气蒸馏香根草精油中检出，含量为11.91%。香根酮和香根醇是香根草的特有组分，也是指纹成分，具有突出的根香和壤香，常用于配制东方型、海洋型和森林型香精。香根酮在水蒸气蒸馏香根草精油和变频微波香根草精油中的含量均较高，分别为4.27%和9.48%。香根醇含量较香根酮更高，水蒸气蒸馏香根草精油含有5.41%，变频微波香根草精油中的含量则高达75.69%。由此说明，变频微波萃取能够富集香根草的主要致香成分。综上所述，虽然水蒸气蒸馏香根草精油的挥发性成分更丰富，但是2种香根草精油中含量最高的几种主要致香成分基本上是一致的。变频微波萃取法还具有高度富集作用，大大提高了主要特征性成分的含量。

2.3 香根草精油特征成分的纯度分析

采用HPLC检测香根草精油特征成分的纯度，结果见图1。分析可知，在变频微波香根草精油中，香根醇的纯度高于其在水蒸气蒸馏香根草精油中的纯度，差值为359.83μg/g。但是香根酮的纯度在水蒸气蒸馏香根草精油中却比在变频微波香根草精油中高出327.71μg/g。这说明，变频微波的加入可以促进香根草精油的提取，一方面增加香根草精油指纹香气物质的溶出，一方面促使香根草酮在提取过程中的转化，提高更稳定的香气成分——香根醇的纯度。

图1 香根草精油特征成分纯度

3 结论

分别采用水蒸气蒸馏法和变频微波萃取法提取香根草精油。2种方法均能制备出具有木香、壤香且状态稳定的香根草精油。水蒸气蒸馏香根草精油和变频微波香根草精油的主要化学组成基本相同。变频微波法能够促进香根草精油的提取，一方面增加香根草精油指纹香气物质的溶出，一方面促使香根草酮在提取过程中向香根醇的转化，大大提高香根醇的含量和纯度。此外，变频微波法的提取时间仅需2.5 h，水蒸气蒸馏则需要耗费8h，提取时间缩短一半以上。同时，变频微波萃取法的得率（2.62%）也高于水蒸气蒸馏法（0.67%）。因此，综合考虑香根草精油的得率和香气质量，变频微波萃取技术具有取代水蒸气蒸馏法用于制备香根草精油的潜力，其在香精香料的开发领域中具有一定的应用价值。