不同提取方法對(duì)柚皮精油成分的影響

不同提取方法對(duì)柚皮精油成分的影響

沙田柚起源于中國(guó)廣西。它在過去的100年里發(fā)展到了廣東、四川和重慶等地區(qū)。目前沙田柚的全國(guó)年種植面積達(dá)到4400hm2,產(chǎn)量已達(dá)50萬t。然而如此大的產(chǎn)量依然無法滿足國(guó)內(nèi)外的需求。在眾多產(chǎn)地的沙田柚中,長(zhǎng)壽沙田柚憑借其獨(dú)特的香味、優(yōu)良的品質(zhì)深受消費(fèi)者的青睞。據(jù)本草綱目記載,柚皮具有止咳、化痰、平喘等藥用功效,被廣泛應(yīng)用于中藥領(lǐng)域。同時(shí)柚皮還有幫助消化、溶解膽結(jié)石、殺菌及移除自由基等功效。到目前為止,實(shí)驗(yàn)室提取柚皮精油的方法主要分為傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法。其中傳統(tǒng)方法包括蒸餾法、冷壓法、有機(jī)溶劑萃取法等;現(xiàn)代方法主要包括微波萃取法和CO2超臨界萃取法。然而,作為一種柑橘類的特殊品種,柚子體積較大且油胞并不明顯。因此在傳統(tǒng)的方法中,蒸餾法和冷壓法應(yīng)該是最理想的方法,而作為現(xiàn)代的方法,CO2超臨界萃取法也已經(jīng)得到部分學(xué)者的認(rèn)可。本研究采用以上三種方法分別提取沙田柚柚皮精油并進(jìn)行提取成分的對(duì)比分析,以期為柚皮的深度開發(fā)與利用提供參考依據(jù)。1材料和方法1.1材料和設(shè)備1.1.1沙田柚病蟲害調(diào)查新鮮的長(zhǎng)壽沙田柚,2010年10月采于重慶市長(zhǎng)壽區(qū)試驗(yàn)田的隨機(jī)兩株相鄰果樹。長(zhǎng)壽地區(qū)屬于地中海氣候,在沙田柚全年的生長(zhǎng)期氣溫總和為5890℃左右,總降水量1100mm,總?cè)照諘r(shí)長(zhǎng)1109h。該地區(qū)土壤屬于沖積沉淀的肥沃型土壤,pH為5.5~6.0。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察,柚子樹健壯,無明顯病害,未有蟲害。果實(shí)采集后置于5℃儲(chǔ)藏室中保存。1.1.2超臨界萃取儀器FD-1A-50冷凍干燥機(jī),由博一康北京實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn);HA120250201(02)CO2超臨界萃取機(jī),由華安超臨界設(shè)備有限公司生產(chǎn);H2050R高速冷凍離心機(jī)(含離心管),由湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司生產(chǎn);RE-501旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,由鄭州市亞榮儀器有限公司生產(chǎn);QP2010SE氣質(zhì)聯(lián)用儀器,由日本SHIMADZU公司生產(chǎn)。1.2提取方法1.2.1柚子皮精油的提取沙田柚果實(shí)經(jīng)自來水清洗干凈,過蒸餾水,室溫下晾干。用小刀縱向切取沙田柚柚皮,再仔細(xì)去除柚皮中的白色囊衣,保留黃色外皮部分作為提取柚皮精油的材料。將柚皮在-15℃條件下冷凍15min后,取出放入壓榨機(jī)中壓榨,用分液漏斗收集流出的初油。初油靜置30min,取上層油放入冷凍離心機(jī)中,于4℃、4000r/min條件下離心15min。所得精油在-21℃冰箱中保存。1.2.2自由基精油的分離隨機(jī)選取鮮果清洗干凈并經(jīng)蒸餾水漂洗后,于室溫下晾干。柚皮取下后放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中,加入1000mL水加熱5h(直到無精油流出)。由于水和精油的密度不同,高溫加熱后油層上升懸浮于冷凝管中,慢慢放出冷凝管下層的蒸餾水,即可得到被分離的精油。將精油裝入密閉容器并放入-21℃冰箱中保存。1.2.3超臨界萃取條件的確定鮮果用清水清洗后再用蒸餾水漂洗,然后于室溫下晾干?？v向取下柚皮后放入冷凍干燥機(jī)中72h,既去除了柚皮中的大量水分,保證不會(huì)損壞CO2超臨界設(shè)備,干燥所得水分約85mL,同時(shí)也盡量保留了柚皮中的精油成分。根據(jù)劉雄等的研究結(jié)果,選擇CO2超臨界萃取條件為:柚皮粉碎至60目,提取時(shí)間1h,CO2流量20kg/h,提取溫度45℃,壓力16MPa。提取得到的精油放入-21℃冰箱中保存。1.3測(cè)量設(shè)計(jì)和方法1.3.1柱的固相和生長(zhǎng)溫度采用氣質(zhì)聯(lián)用儀測(cè)定,將三種不同方法提取出的精油分別放入氣質(zhì)聯(lián)用設(shè)備中。氣質(zhì)聯(lián)用條件:DB-1彈性石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm×0.25μm);固定相為5%苯基和95%二甲基聚硅氧烷;載氣為高純氦氣,柱前壓力47kPa,分流比為1∶50。二階程序升溫:柱溫60℃,維持3min;以8℃/min升溫至250℃,維持5min;注射器溫度為250℃,檢測(cè)器溫度為280℃。通過比對(duì)NIST2008數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)的質(zhì)譜數(shù)據(jù),分析提取柚皮精油的相關(guān)成分。1.3.2提取率柚皮精油提取率的計(jì)算公式為:1.4統(tǒng)計(jì)分析所有試驗(yàn)都經(jīng)過三次重復(fù)操作,結(jié)果取平均值。差異顯著性應(yīng)用Duncan′st-test分析。2結(jié)果與分析2.1采用三種方法提取奧尚油由表1可以看出,三種提取方法中,蒸餾法的精油提取率最高,達(dá)到0.401%,冷壓法提取率最低,為0.126%。2.2冷壓法提取葉綠素目前為止,工廠提取柚皮精油的主要方法為冷磨法,此法與本試驗(yàn)所用的冷壓法為相同原理,但由于實(shí)驗(yàn)室提取精油的規(guī)模小,冷磨法很難收集初油,因此多選用冷壓法。如龔盛昭等在此前所研究,柚皮精油為金黃色的液體,難溶于水,但易溶于高濃度酒精或石油醚等有機(jī)溶劑。由于冷壓過程中沒有進(jìn)行加熱或添加其他化學(xué)成分,因此最有利于保持沙田柚柚皮精油中的原有成分。圖1為冷壓法提取的柚皮精油經(jīng)GC-MS分析所得的質(zhì)譜圖。結(jié)果表明,冷壓法所提取的沙田柚柚皮精油共檢測(cè)出56個(gè)峰,經(jīng)NIST2008圖譜庫(kù)對(duì)比分析后,共有49種有效成分被確認(rèn)。然后采用面積歸一法做定量處理,所得各成分的結(jié)果詳見表2。2.3gc-ms分析采用蒸餾法提取沙田柚柚皮精油,所得物質(zhì)為無色油狀液體,帶有輕微芳香氣味,且略帶苦澀氣味。這說明在加熱提取過程中,精油的某些致香成分遭到破壞,或成分結(jié)構(gòu)發(fā)生了異化現(xiàn)象。圖2為采用蒸餾法提取的柚皮精油經(jīng)GC-MS分析所得的質(zhì)譜圖。圖中顯示,采用蒸餾法提取的柚皮精油共檢測(cè)出46個(gè)峰,通過NIST2008比對(duì),其中35種成分被確認(rèn)。各成分名稱及所占比例詳見表2。2.4油的提取結(jié)果采用CO2超臨界萃取法所得的柚皮精油有淡淡的芳香氣味,呈金黃色。在凍干過程中,大量水分被排出,收集后帶有柚皮的清香氣味,且略帶油狀,可以就此斷定某些精油也被同時(shí)排出,但很難收集,某些成分在此過程中已被破壞。圖3為采用CO2超臨界萃取法提取的柚皮精油經(jīng)GC-MS分析所得的質(zhì)譜圖。圖中顯示,共有44個(gè)峰被檢測(cè)出來,其中37種成分被確認(rèn)。利用面積歸一法確定的各成分及其所占比例詳見表2。2.5不同提取方法的提取精油成分比較通過分析上述三個(gè)圖譜,得出三種方法提取沙田柚柚皮精油的成分如表2所示。由表2可見,冷壓法、蒸餾法和CO2超臨界萃取法三種方法提取沙田柚柚皮精油,分別得到49、35和37種成分,共得到67種不同成分。精油的總體成分可分為萜烯類、酯類、醇類、芳香族類和雜環(huán)類六大類,且都是由C、H和O三種元素構(gòu)成。另外,三種方法所提取的精油含量中,有效成分所占百分比分別為99.44%、99.78%和99.86%。Lin研究指出,冷壓法提取的柚皮精油只有25種有效成分,其中D-檸檬烯含量達(dá)到總精油含量的95%,這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)高于本研究所得的84.37%,但是月桂烯含量只占1.7%,這又遠(yuǎn)低于本研究所得的4.76%,其他成分的含量也有一定差距。這些差別可能源于柚子生長(zhǎng)條件不同或柚果成熟度不同等因素。林家遜等研究表明,采用蒸餾法提取沙田柚幼果果皮精油,共得到43種有效成分,達(dá)到總含量的99.5%。雖然該結(jié)果所得成分與本研究基本相同,但成分含量依然存在一定差距,例如D-檸檬烯為46.83%,石竹烯為20.17%,而本研究中D-檸檬烯為90.68%,石竹烯為0.05%等。由此也得出一個(gè)結(jié)論,沙田柚幼果與成熟果實(shí)的果皮精油成分含量存在很大的差距。三種方法提取的精油中共有22種主要成分同時(shí)存在,其含量分別占各提取精油成分的94.88%、99.33%和98.46%。表明這三種提取方法都能夠保留柚皮精油中的主要成分,其中三種方法提取的精油成分含量在0.4%以上的均為α-蒎烯、β-水芹烯、β-蒎烯、月桂烯、D-檸檬烯和順-β-羅勒烯六種。對(duì)于柚皮精油中的最主要成分D-檸檬烯,三種方法的提取含量達(dá)到84.37%~90.68%。有研究報(bào)道,D-檸檬烯有消炎、抗氧化和利膽等功效,具有良好的藥用功能。最近一些關(guān)于D-檸檬烯的研究進(jìn)一步表明,D-檸檬烯可以被用作加工化學(xué)抗癌制劑,從而預(yù)防甚至治療一些普遍的癌癥(如結(jié)腸癌、乳腺癌、胃癌、皮膚癌和肝癌等)。另有研究顯示,柑橘類精油中的烯萜類成分具有抗菌和抗氧化的功效,這些物質(zhì)成分都有待進(jìn)一步開發(fā)利用。在冷壓法提取的柚皮精油中,有21種成分在其他兩種方法提取的精油中未被檢測(cè)到,這21種成分含量之和占到成分總含量的4.12%。蒸餾法得到的精油中有15種成分為特有成分,這些成分很有可能為精油成分經(jīng)過加熱而轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物,也有可能為某些成分化學(xué)鍵裂解所得。這15種成分中除β-人參烯,其余14種成分的分子量均低于200。如Danielski等所介紹,蒸餾法提取是在高溫下完成的,因此很可能破壞一些化學(xué)成分。另外,易揮發(fā)性成分也容易在加熱過程中丟失。在CO2超臨界萃取法提取的精油成分中,有5種特有成分。由表2還可見到,冷壓法與CO2超臨界萃取法提取的柚皮精油成分差距小于冷壓法與蒸餾法提取的柚皮精油成分差距。曾有報(bào)道原柚酮可能是柚皮精油中最主要的致香成分,但本研究顯示冷壓法提取的精油和CO2超臨界萃取法提取的精油共有的9種成分也可能對(duì)柚皮香味提供了很大的貢獻(xiàn)。3蒸餾法或稱超臨界萃取法在三種提取柚皮精油的方法中,以冷壓法提取的精油最能有效保留原有成分,雖然在壓榨過程中難免有香氣揮發(fā),但在實(shí)驗(yàn)室操作過程中只要保持較低的室溫,就可以減少成分損失。隨著工廠設(shè)備的發(fā)展,冷壓或者冷磨速度的加快,這一方法將成為工廠提取柚皮精油的最佳方法。蒸餾法作為另一種傳統(tǒng)提取精油的方法,能夠提取到最多的精油,普遍達(dá)到冷壓法提取精油的2~3倍,因此也受到企業(yè)的青睞。雖然多年來蒸餾設(shè)備不斷改善,蒸餾速度也逐漸加快,但是操作過程中的加熱在所難免地破壞某些化學(xué)鍵,導(dǎo)致原有成分的變化較大,所以科研及精細(xì)加工的企業(yè)應(yīng)考慮將蒸餾法配合其他方法共同應(yīng)用。CO2超臨界萃取法是