趙仁亮,朱 旗,李銀花,陳濤林,龍桂友
(湖南農業(yè)大學,國家植物功能成分利用工程技術研究中心,湖南 長沙 410128)
湖南是我國柑橘產業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢區(qū)域,柑橘已成為湖南栽培最廣泛的果樹,其面積、產量分別占全省果樹總面積、總產量的70%和80%[1]。目前已栽培寬皮柑橘類、甜橙類、柚類、金柑類和雜柑類。近年來,湖南省提出建設一批高標準、高效益、無公害、規(guī)?;孽r食柑橘和加工柑橘示范基地,并在提高品質的基礎上,加大精深加工力度,提高柑橘產品的綜合利用率[2]。橘皮香精油是一種從柑橘果皮中提取的香料油,具有天然環(huán)保、香氣宜人等特點,被廣泛應用于食品、化妝品等行業(yè)。雖然,生產上橘皮香精油的提取分離方法主要有:直接壓榨法、石灰浸泡壓榨法和水蒸汽蒸鎦法3種[3]。但在實踐中,快速有效地評價橘皮中的香精油,特別是珍稀資源香精油的品質評價,依然是需要探討的問題[4-7]。試驗采用SDE法、壓榨法、溶劑萃取法分離小樣品橘皮中的橘皮香精油,并對這3種香精油提取方法進行了比較,旨在為快速有效地提取、分析橘皮香精油提供參考。
供試材料為溫州蜜柑,2009年11月從湖南洪江采集。
日本島津氣-質譜聯(lián)用儀、NIST08譜庫;改進SDE 裝置[8];CaCl2、NaCl、正己烷、無水乙醚均為國產藥品,分析純。
1.3.1 SDE法 SDE法是英文Simultaneous distillation and solvent Extraction的縮寫,即同時蒸餾萃取法,是Lkens S T和Nikerson G B在1962發(fā)明的一種香精油研究裝置[9],有一些改進。將果實洗凈,剝皮,橘皮切碎約2~4mm,準確稱取25.0 g,置入1 000 mL圓底燒瓶,加入蒸餾水400 mL,加入CaCl21.5 g,加入50 mg/L葵酸乙酯2.0 mL作內標,與SDE裝置連接;用50 mL重蒸餾乙醚進行香氣萃取,30min;將萃取乙醚放入低溫冰箱(-70℃),2 h后迅速倒出乙醚層,氮吹濃縮至0.5 mL,進GC-MS檢測。
1.3.2 壓榨法 與1.3.1同樣處理的25.0 g橘皮中加入CaCl21.5 g,加入50 mg/L葵酸乙酯2.0 mL作內標,蒸餾水40 mL,碾磨成漿,低溫離心8 000 r/min,15min;取油層,進行 GC-MS 檢測。
1.3.3 溶劑萃取法 與1.3.1同樣處理的25.0 g橘皮中加入CaCl21.5 g,加入50 mg/L葵酸乙酯2.0 mL作內標,加入蒸餾水40 mL,加入正己烷20 mL,碾磨成漿,低溫離心8 000 r/min,15min;取有機層,低溫(-70℃)冷凍 2 h,迅速倒出有機層,氮吹濃縮至0.5 mL,進GC-MS檢測。
島津GC-2010,色譜柱DB-5MS毛細管柱(30 m×0.25mm×0.25 μm),程序升溫,初始溫度 50℃ ,保持2min,以10℃/min升溫到220℃;20℃/min升溫到280℃,保持2min。載氣高純氦氣,流速54.0 mL/min;進樣口溫度250℃ ,進樣量l μL,分流比50∶1。
島津GCMS-QP 2010,離子源為EI,電子能量70 Ev,離子源溫度230℃,接口溫度280℃。根據NIST08標準譜庫檢索定性,以香氣成分峰面積與內標峰面積之比值定量。
精確稱取5.000 0 g切碎橘皮,103℃±2℃ 6 h烘干至恒重,計算含水量。
柑橘皮中香精油位于外果皮表層的油囊中,油囊的直徑一般可達0.3~0.7mm,周圍由退化的細胞堆積包圍而成。通過壓榨使油囊破裂,香精油與皮汁一起射出,通過離心分離而得到精油。該方法獲得的香精油接近鮮橘果香,顏色淺黃色,質量較好。橘皮約占柑橘鮮重的20%~30%,一般為30 g左右,大約為一個鮮果的橘皮重量,考慮試驗在樣品較少的情況下進行香精油的提取分離,即一個鮮果就能開展香精油的評價,試驗只采用了25.0 g鮮橘皮。據研究壓榨從溫州蜜柑鮮皮能得到0.3%左右的香精油[4]。由于橘皮中香精油的含量較少,試驗中沒有獲取足夠量的香精油供GC-MS分析,雖然采取了液液萃取的方法進行補救,但基于試驗的目的,認為該方法不能滿足試驗要求。
SDE法將水蒸氣蒸餾和餾出液的溶劑萃取兩步合二為一,提高了萃取效率,減少了溶劑用量;由于該方法得到的香精油不需復雜的預處理,可直接進行GC-MS分析,免去了其他操作損失,節(jié)省了萃取時間,能把mg/g級揮發(fā)性有機成分從脂質或水質介質中濃縮數(shù)千倍,在風味化學的研究中應用較廣。試驗從25.0 g鮮橘皮中獲得了足量的香精油物質,其香精油色澤淡黃,具較強的柑橘芳香。
萃取是有機化學實驗中用來提純和純化化合物的手段之一,實驗中采用了溶劑萃取的方法,參照現(xiàn)有的研究[10],選用正己烷為溶劑萃取橘皮中的香精油,通過碾磨使橘皮與溶劑充分混合和密切接觸,使香氣組分通過相際界面進入溶劑中,經過離心分離形成兩層液體,分離有機層,經濃縮后得香精油。該方法可在常溫操作,節(jié)省能源,操作方便、快速。所獲香精油呈黃色,香氣濃郁,滿足試驗需求。
SDE法和溶劑萃取法都是風味化學研究中香精油收集應用較廣的方法,通過比較分析(見圖1、圖2),可以看出:(1)兩種方法均能有效地進行柑橘小樣品(25.0 g鮮橘皮)的香精油分析,結果能較好的反應橘皮香精油的特征;(2)兩種方法所獲香精油GC-MS圖譜主要成分基本相似,但溶劑萃取法比SDE法所獲得香氣物質的量稍多,其圖譜峰形特別是高沸點物質的圖譜峰形較清晰;3)兩種方法所獲香精油的組分和含量上稍有差異,SDE法獲得了45種香氣成分,其香氣總量(面積比值和)為:1 246.320 4,香精油占干物重為:0.87%。其中前8個含量最高的香氣化合物及相對百分含量為:D-檸檬烯(81.86%)、γ-萜品烯(6.11%)、β-月桂烯(2.34%)、3-甲氧基-1,2-丙二醇(1.55%)、芳樟醇(1.34%)、4-三甲基-3-環(huán)己烷-1-甲醇(0.86%)、α-蒎烯(0.66%)、α-法呢烯(0.61%);而溶劑萃取法獲得了51種香氣成分,其香氣總量(面積比值和)為:1 299.086 0,香精油占干物重為:0.91%,其中8個含量最高的香氣化合物及相對百分含量為:D-檸檬烯(80.83%)、γ-萜品烯(6.13%)、β-月桂烯(2.35%)、芳樟醇(1.86%)、α-法呢烯(1.03%)、4-三甲基-3-環(huán)己烷-1-甲醇(0.96%)、α-蒎烯(0.75%)、1-乙烯基-1-甲基-2,4-雙(1-甲乙烯基)環(huán)己胺(0.57%);兩種方法中含量較高的8種香氣化合物有6種相同;SDE法中7種化合物含量微量或沒有被檢查到,溶劑萃取法中3種化合物沒有被檢查出來,其中1號化合物3-甲氧基-1,2-丙二醇含量較高;(4)兩種方法都能有效地檢測出柑橘香精油的特征性產物,如D-檸檬烯。
圖1 SDE法溫州蜜柑香精油總離子流色譜圖
圖2 溶劑萃取法溫州蜜柑香精油總離子流色譜圖
將所分離鑒定的香氣組分根據其性質歸類,可以看出(表1)。SDE法和溶劑萃取法香精油的組分中主要是烴類物質,其次是醇類、醛類、酯類和雜環(huán)類物質,并且含量和相對百分數(shù)比較接近。如:SDE法烴類、醇類、醛類、酯類和雜環(huán)類所占百分比分別為:94.25%、4.57%、0.52%、0.28%和0.39%;溶劑萃取 法 分 別 為 :94.18%、4.11%、0.66%、0.49% 和0.57%。表明兩種方法在橘皮香精油分離鑒定上差異不大。但兩種方法中沒有檢測到酮類和酸類香氣物質,這些成分在已有研究中雖然含量較低,但尚有檢出[10-11]。
表1 不同分析方法對香氣類型的影響 (%)
采用小樣品和快速檢測鑒定橘皮中香精油,3種方法中,除壓榨法因樣品(25.0 g鮮樣)較少沒有獲得足量的橘皮香精油供檢測分析用,其余兩種方法均能獲得足量香精油供檢測分析;兩種方法在香精油組成、總量和類型上稍有差異,但都能有效地反映橘皮香精油的主要組成和風味特征;此次檢測中,兩種方法都沒有檢測出蜜柑中的酮類和酸類香氣物質;綜合各方法的特點,考慮操作方便、快速、有效、可行等因素,認為溶劑萃取法完全能達到試驗的目的。
[1]廖振坤,張秋明,丁偉平,等.湖南省柑橘品質鑒定及區(qū)劃研究[J].福建果樹,2006,(4):9-12.
[2]李繼承,李先信.湖南省柑橘區(qū)域布局研究[J].湖南農業(yè)科學,2007,(4):8-10.
[3]方修貴黃振東.寬皮柑橘皮精油提取現(xiàn)狀及工藝改良[J].浙江柑橘,2008,25(2):27-29.
[4]陳志慧.從柑桔皮中提取香精油實驗的改進[J].韶關學院學報(自然科學版),2004,25(9):27-59.
[5]汪煥林,曹長年,馮麗紅.超臨界CO2流體萃取柑橘皮精油工藝的研究[J].安徽農業(yè)科學,2009,37(19):9132-9134.
[6]趙文紅,蔡培鈿,白衛(wèi)東,等.冷磨法提取柑橘精油工藝研究[J].廣東農業(yè)科學,2010,37(8):149-152,158.
[7]段書德,于宏偉,姚清國,等.柑橘油的提取及應用研究[J].安徽農業(yè)科學,2011,39(4):2098-2099.
[8]朱 旗,施 兆,任春梅.香氣提取方法對綠茶主要生化成分的影響[J].湖南農業(yè)大學學報(自然科學版),2001,27(4):292-294.
[9]張正竹,陳玎玎.茶葉香精油同時蒸餾萃取(SDE)法提取效率分析[J].中國茶葉加,2003,(1):3l-33.
[10]辛文芬,陳寶生.紅橙皮油化學成分的分析[J].香料香精化妝品,1997,(1):8-10.
[11]趙 麗,韓曉妍,景 磊,等.柑桔精油的制取與應用[J].天津化工,2006,20(3):41-43.