不同提取方法对柚皮精油成分的影响

不同提取方法对柚皮精油成分的影响

沙田柚起源于中国广西。它在过去的100年里发展到了广东、四川和重庆等地区。目前沙田柚的全国年种植面积达到4400hm2,产量已达50万t。然而如此大的产量依然无法满足国内外的需求。在众多产地的沙田柚中,长寿沙田柚凭借其独特的香味、优良的品质深受消费者的青睐。据本草纲目记载,柚皮具有止咳、化痰、平喘等药用功效,被广泛应用于中药领域。同时柚皮还有帮助消化、溶解胆结石、杀菌及移除自由基等功效。到目前为止,实验室提取柚皮精油的方法主要分为传统方法和现代方法。其中传统方法包括蒸馏法、冷压法、有机溶剂萃取法等;现代方法主要包括微波萃取法和CO2超临界萃取法。然而,作为一种柑橘类的特殊品种,柚子体积较大且油胞并不明显。因此在传统的方法中,蒸馏法和冷压法应该是最理想的方法,而作为现代的方法,CO2超临界萃取法也已经得到部分学者的认可。本研究采用以上三种方法分别提取沙田柚柚皮精油并进行提取成分的对比分析,以期为柚皮的深度开发与利用提供参考依据。1材料和方法1.1材料和设备1.1.1沙田柚病虫害调查新鲜的长寿沙田柚,2010年10月采于重庆市长寿区试验田的随机两株相邻果树。长寿地区属于地中海气候,在沙田柚全年的生长期气温总和为5890℃左右,总降水量1100mm,总日照时长1109h。该地区土壤属于冲积沉淀的肥沃型土壤,pH为5.5~6.0。根据现场观察,柚子树健壮,无明显病害,未有虫害。果实采集后置于5℃储藏室中保存。1.1.2超临界萃取仪器FD-1A-50冷冻干燥机,由博一康北京实验设备有限公司生产;HA120250201(02)CO2超临界萃取机,由华安超临界设备有限公司生产;H2050R高速冷冻离心机(含离心管),由湖南湘仪离心机仪器有限公司生产;RE-501旋转蒸发仪,由郑州市亚荣仪器有限公司生产;QP2010SE气质联用仪器,由日本SHIMADZU公司生产。1.2提取方法1.2.1柚子皮精油的提取沙田柚果实经自来水清洗干净,过蒸馏水,室温下晾干。用小刀纵向切取沙田柚柚皮,再仔细去除柚皮中的白色囊衣,保留黄色外皮部分作为提取柚皮精油的材料。将柚皮在-15℃条件下冷冻15min后,取出放入压榨机中压榨,用分液漏斗收集流出的初油。初油静置30min,取上层油放入冷冻离心机中,于4℃、4000r/min条件下离心15min。所得精油在-21℃冰箱中保存。1.2.2自由基精油的分离随机选取鲜果清洗干净并经蒸馏水漂洗后,于室温下晾干。柚皮取下后放入旋转蒸发仪中,加入1000mL水加热5h(直到无精油流出)。由于水和精油的密度不同,高温加热后油层上升悬浮于冷凝管中,慢慢放出冷凝管下层的蒸馏水,即可得到被分离的精油。将精油装入密闭容器并放入-21℃冰箱中保存。1.2.3超临界萃取条件的确定鲜果用清水清洗后再用蒸馏水漂洗,然后于室温下晾干。纵向取下柚皮后放入冷冻干燥机中72h,既去除了柚皮中的大量水分,保证不会损坏CO2超临界设备,干燥所得水分约85mL,同时也尽量保留了柚皮中的精油成分。根据刘雄等的研究结果,选择CO2超临界萃取条件为:柚皮粉碎至60目,提取时间1h,CO2流量20kg/h,提取温度45℃,压力16MPa。提取得到的精油放入-21℃冰箱中保存。1.3测量设计和方法1.3.1柱的固相和生长温度采用气质联用仪测定,将三种不同方法提取出的精油分别放入气质联用设备中。气质联用条件:DB-1弹性石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm);固定相为5%苯基和95%二甲基聚硅氧烷;载气为高纯氦气,柱前压力47kPa,分流比为1∶50。二阶程序升温:柱温60℃,维持3min;以8℃/min升温至250℃,维持5min;注射器温度为250℃,检测器温度为280℃。通过比对NIST2008数据库和相关的质谱数据,分析提取柚皮精油的相关成分。1.3.2提取率柚皮精油提取率的计算公式为:1.4统计分析所有试验都经过三次重复操作,结果取平均值。差异显著性应用Duncan′st-test分析。2结果与分析2.1采用三种方法提取奥尚油由表1可以看出,三种提取方法中,蒸馏法的精油提取率最高,达到0.401%,冷压法提取率最低,为0.126%。2.2冷压法提取叶绿素目前为止,工厂提取柚皮精油的主要方法为冷磨法,此法与本试验所用的冷压法为相同原理,但由于实验室提取精油的规模小,冷磨法很难收集初油,因此多选用冷压法。如龚盛昭等在此前所研究,柚皮精油为金黄色的液体,难溶于水,但易溶于高浓度酒精或石油醚等有机溶剂。由于冷压过程中没有进行加热或添加其他化学成分,因此最有利于保持沙田柚柚皮精油中的原有成分。图1为冷压法提取的柚皮精油经GC-MS分析所得的质谱图。结果表明,冷压法所提取的沙田柚柚皮精油共检测出56个峰,经NIST2008图谱库对比分析后,共有49种有效成分被确认。然后采用面积归一法做定量处理,所得各成分的结果详见表2。2.3gc-ms分析采用蒸馏法提取沙田柚柚皮精油,所得物质为无色油状液体,带有轻微芳香气味,且略带苦涩气味。这说明在加热提取过程中,精油的某些致香成分遭到破坏,或成分结构发生了异化现象。图2为采用蒸馏法提取的柚皮精油经GC-MS分析所得的质谱图。图中显示,采用蒸馏法提取的柚皮精油共检测出46个峰,通过NIST2008比对,其中35种成分被确认。各成分名称及所占比例详见表2。2.4油的提取结果采用CO2超临界萃取法所得的柚皮精油有淡淡的芳香气味,呈金黄色。在冻干过程中,大量水分被排出,收集后带有柚皮的清香气味,且略带油状,可以就此断定某些精油也被同时排出,但很难收集,某些成分在此过程中已被破坏。图3为采用CO2超临界萃取法提取的柚皮精油经GC-MS分析所得的质谱图。图中显示,共有44个峰被检测出来,其中37种成分被确认。利用面积归一法确定的各成分及其所占比例详见表2。2.5不同提取方法的提取精油成分比较通过分析上述三个图谱,得出三种方法提取沙田柚柚皮精油的成分如表2所示。由表2可见,冷压法、蒸馏法和CO2超临界萃取法三种方法提取沙田柚柚皮精油,分别得到49、35和37种成分,共得到67种不同成分。精油的总体成分可分为萜烯类、酯类、醇类、芳香族类和杂环类六大类,且都是由C、H和O三种元素构成。另外,三种方法所提取的精油含量中,有效成分所占百分比分别为99.44%、99.78%和99.86%。Lin研究指出,冷压法提取的柚皮精油只有25种有效成分,其中D-柠檬烯含量达到总精油含量的95%,这个数字远高于本研究所得的84.37%,但是月桂烯含量只占1.7%,这又远低于本研究所得的4.76%,其他成分的含量也有一定差距。这些差别可能源于柚子生长条件不同或柚果成熟度不同等因素。林家逊等研究表明,采用蒸馏法提取沙田柚幼果果皮精油,共得到43种有效成分,达到总含量的99.5%。虽然该结果所得成分与本研究基本相同,但成分含量依然存在一定差距,例如D-柠檬烯为46.83%,石竹烯为20.17%,而本研究中D-柠檬烯为90.68%,石竹烯为0.05%等。由此也得出一个结论,沙田柚幼果与成熟果实的果皮精油成分含量存在很大的差距。三种方法提取的精油中共有22种主要成分同时存在,其含量分别占各提取精油成分的94.88%、99.33%和98.46%。表明这三种提取方法都能够保留柚皮精油中的主要成分,其中三种方法提取的精油成分含量在0.4%以上的均为α-蒎烯、β-水芹烯、β-蒎烯、月桂烯、D-柠檬烯和顺-β-罗勒烯六种。对于柚皮精油中的最主要成分D-柠檬烯,三种方法的提取含量达到84.37%~90.68%。有研究报道,D-柠檬烯有消炎、抗氧化和利胆等功效,具有良好的药用功能。最近一些关于D-柠檬烯的研究进一步表明,D-柠檬烯可以被用作加工化学抗癌制剂,从而预防甚至治疗一些普遍的癌症(如结肠癌、乳腺癌、胃癌、皮肤癌和肝癌等)。另有研究显示,柑橘类精油中的烯萜类成分具有抗菌和抗氧化的功效,这些物质成分都有待进一步开发利用。在冷压法提取的柚皮精油中,有21种成分在其他两种方法提取的精油中未被检测到,这21种成分含量之和占到成分总含量的4.12%。蒸馏法得到的精油中有15种成分为特有成分,这些成分很有可能为精油成分经过加热而转化的产物,也有可能为某些成分化学键裂解所得。这15种成分中除β-人参烯,其余14种成分的分子量均低于200。如Danielski等所介绍,蒸馏法提取是在高温下完成的,因此很可能破坏一些化学成分。另外,易挥发性成分也容易在加热过程中丢失。在CO2超临界萃取法提取的精油成分中,有5种特有成分。由表2还可见到,冷压法与CO2超临界萃取法提取的柚皮精油成分差距小于冷压法与蒸馏法提取的柚皮精油成分差距。曾有报道原柚酮可能是柚皮精油中最主要的致香成分,但本研究显示冷压法提取的精油和CO2超临界萃取法提取的精油共有的9种成分也可能对柚皮香味提供了很大的贡献。3蒸馏法或称超临界萃取法在三种提取柚皮精油的方法中,以冷压法提取的精油最能有效保留原有成分,虽然在压榨过程中难免有香气挥发,但在实验室操作过程中只要保持较低的室温,就可以减少成分损失。随着工厂设备的发展,冷压或者冷磨速度的加快,这一方法将成为工厂提取柚皮精油的最佳方法。蒸馏法作为另一种传统提取精油的方法,能够提取到最多的精油,普遍达到冷压法提取精油的2~3倍,因此也受到企业的青睐。虽然多年来蒸馏设备不断改善,蒸馏速度也逐渐加快,但是操作过程中的加热在所难免地破坏某些化学键,导致原有成分的变化较大,所以科研及精细加工的企业应考虑将蒸馏法配合其他方法共同应用。CO2超临界萃取法是