鄭義+朱玲昱+丁寧+張煥新

摘要：通過單因素和正交優(yōu)化試驗，對超聲波提取新鮮桂花精油的工藝進行優(yōu)化。把桂花精油提取工藝中的料液比、超聲波頻率、提取時間、提取溫度逐一進行單因素考察，并在單因素試驗基礎上進行正交優(yōu)化設計。結果表明，獲得的最佳提取工藝條件為料液比1 g ∶9 mL、超聲頻率60 kHz、提取時間45 min、提取溫度60 ℃，在此優(yōu)化工藝條件下桂花精油的提取率為3.580%；氣相色譜-質譜（GC-MS）分析和相關鑒定結果顯示，桂花精油中的香氣成分主要有芳樟醇類、紫羅蘭酮、少量的醇、脂肪酸及酯類等化合物。

關鍵詞：超聲波提?。还鸹ň?；成分分析；GC-MS；提取工藝

中圖分類號： TS225.3文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）23-0188-03

同時作為一種天然香料，桂花精油是糖果、飲料、化妝品等的重要賦香劑、調味劑。近年來，植物香料以其綠色、天然、安全、環(huán)保的特點越來越得到廣大消費者的喜愛，植物香料應用的范圍也越來越廣泛，需求量不斷增加[1]。因此，獲得產(chǎn)量高、品質好的桂花精油尤為重要。

目前，從桂花中提取精油的方法較少，最常用的有水蒸氣蒸餾法、揮發(fā)溶劑浸提法、榨磨法等[2-4]，但受工藝限制，傳統(tǒng)方法的精油提取率較低，為1.1%～2.3%[5-6]，有效成分損失多，工藝繁瑣，耗能大。超聲波提取技術作為一種新的提取分離技術已經(jīng)進入油脂工業(yè)[7]，它是利用超聲波的空化作用和機械作用，使溶劑分子滲透到組織細胞中去，更好地與溶劑分子接觸，使細胞中可溶性成分更好更快地釋放出來。因此，超聲波可強化萃取分離過程的傳質速率和效果，有利于油脂的提取。目前，超聲波提取技術在紅棗精油、丁香花精油、薰衣草精油等油脂提取方面已得到了廣泛的應用[8]，在桂花精油提取方面還鮮有報道。本試驗應用超聲波輔助法從桂花中提取精油，考察不同因素對精油提取率的影響，優(yōu)化提取工藝，并用氣相色譜-質譜法（GC-MS）分析所提取精油的成分，為桂花精油的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和開發(fā)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料與設備

桂花（大花金桂，采自江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學院，65 ℃烘干備用）；石油醚（沸程60～90 ℃，分析純）；無水硫酸鈉（分析純）。

三頻超聲波清洗機（KQ100VDE），購自上海五相儀器儀表有限公司；旋轉蒸發(fā)儀（RE-52A），購自上海亞容生化儀器廠；電子天平（FA2104N），購自上海精密科學儀器有限公司；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵，購自河南省鞏義市予華儀器有限責任公司；氣相色譜-質譜聯(lián)用儀（Agilent 7890A-5975E型），購自美國安捷倫科技公司。

1.2試驗方法

1.2.1桂花精油的制備方法稱取50 g干桂花置于已加入500 mL石油醚的燒杯中，待其均勻混合后，將桂花料液置于超聲波處理器中處理，調節(jié)超聲波的頻率、時間、溫度進行超聲波浸提。超聲提取后靜置，料液分離后進行抽濾，將提取液與水渣分離。對抽濾得到的提取液進行濃縮，在旋轉蒸發(fā)儀（轉速調至100 r/min，溫度調至20 ℃，待溫度穩(wěn)定后再調至60 ℃）上濃縮后，加適量的無水硫酸鈉脫水干燥，稱其質量并計算精油的提取率，再按國家標準GB/T 14454.2—2008香料香氣評定法[9]對桂花精油進行感官評定，3次平行試驗。桂花精油的提取率按公示（1）計算。

w=m1-m2m×100%。（1）

式中：w為桂花精油提取率；m1為瓶和瓶內桂花精油的質量，g；m2為瓶的質量，g；m為桂花的質量，g。

1.2.2桂花精油成分的定性與定量分析[10]色譜條件：色譜柱為HP-5MS，石英毛細管柱（30 m×25 mm×0.25 μm）；載氣為高純氮氣。進樣方式：進樣量1 μL，分流比為50 ∶1；口溫度250 ℃。程序升溫：初始溫度為50 ℃，以5 ℃/min升至200 ℃，再以10 ℃/min升至280 ℃。

質譜條件：離子源為EI源；離子源溫度230 ℃，4級桿溫度150 ℃，接口溫度280 ℃。電子能量70 eV；掃描質量范圍為30～550 amu。標準質譜圖庫利用Wiley275.L和 NIST98.L 標準譜庫[11]。

1.2.3單因素試驗超聲提取法的單因素影響因子有料液比、超聲波頻率、提取時間和提取溫度。試驗中控制超聲功率為100 W，超聲波頻率為60 kHz，提取時間為45 min，提取溫度為60 ℃，探討料液比為1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7、1 ∶8、1 ∶9、1 ∶10（g ∶mL） 時的桂花精油提取率，選出最佳料液比，以此類推，得出另外幾種單因素最佳的試驗參數(shù)。

1.2.4正交優(yōu)化試驗在單因素試驗結果的基礎上，選取料液比、超聲波頻率、提取時間、提取溫度為試驗因素，以精油提取率為考察指標，通過L16（44）正交試驗[12]優(yōu)化超聲波提取工藝條件，得到最佳的提取工藝。正交試驗的因素水平如表1所示。

2結果與分析

2.1料液比對桂花精油提取率的影響

本試驗在超聲波頻率為60 kHz、提取時間為45 min、提取溫度為60 ℃的基礎上，配制桂花與乙醚的料液比分別為 1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7、1 ∶8、1 ∶9、1 ∶10（g ∶mL），以精油的提取率作為指標進行單因素試驗。由表2可知，在料液比為1 ∶5～1 ∶9（g ∶mL） 范圍內，隨著料液比的增加，桂花精油的提取率明顯增大，當料液比超過1 g ∶9 mL時，提取率增加不明顯。這主要是因為對于一定量的桂花，料液比越大，桂花與石油醚接觸面的濃度差就越大，提高了滲透壓，加快了油脂與石油醚的擴散速度，有利于油脂從桂花組織中脫離出來，桂花精油的提取率便隨之增加；但過大的料液比使得石油醚用量、能量消耗增加，成本上升，對石油醚的回收不利。因此，從降低成本、溶劑回收等綜合因素考慮，在本試驗條件下料液比選擇1 g ∶9 mL最為適宜。endprint

2.2超聲波頻率對桂花精油提取率的影響

對特定的物質，超聲波作用的效果取決于超聲波頻率和提取物的結構與性質，不同的提取物有不同的超聲波頻率。本試驗在料液比為1 g ∶9 mL、提取時間為45 min、提取溫度為60 ℃的基礎上，改變超聲波頻率分別為20、40、60、80、100 kHz，以桂花精油的提取率為指標進行單因素試驗。由表3可知，超聲波頻率在20～60 kHz范圍內，精油的提取率隨超聲波頻率的增加而增大，當超聲波頻率為60 kHz時，提取率達到最大值，當超聲波頻率超過60 kHz時，提取率隨著超聲波頻率的增加反而減小。這可能是由于超聲波具有無選擇性的破壞作用，高頻率條件下，空化作用不僅破碎細胞壁，也破壞了提取物質的分子結構。因此，本試驗條件下最佳的超聲波頻率為 60 kHz。

2.4提取溫度對桂花精油提取率的影響

與其他形式的能一樣，超聲能也會轉化為熱能，超聲波可以瞬間使溶液內部的溫度升高，加速有效成分的溶解。超聲波溫度對精油的提取率有較大的影響[13]。本試驗采用石油醚為溶劑，在料液比為1 g ∶9 mL，提取時間為45 min，超聲波頻率為 60 kHz 的基礎上，提取溫度分別設置為45、50、55、60、65、70 ℃，以桂花精油的提取率為指標進行單因素試驗。由表5可知，隨著提取溫度的升高，精油的提取率逐漸增大，當提取溫度達到60 ℃時，桂花精油的提取率達到最大值，當提取溫度超過60 ℃時，桂花精油的提取率反而有所下降。這是因為提取溫度在45～60 ℃時，溫度的升高增加了溶劑分子和油脂分子的動能，促進了擴散作用的進行，使精油提取率增大；但溫度超過 60 ℃ 時，隨著溫度的升高，接近石油醚的沸點（60 ℃），溶劑的揮發(fā)不斷加快，減小了溶劑與桂花的有效接觸面積，導致精油提取率下降。因此，在本試驗條件下 60 ℃ 是比較理想的提取溫度。

準確稱取50 g干桂花，按最優(yōu)工藝條件料液比 1 g ∶9 mL、超聲波頻率60 kHz、提取時間45 min、提取溫度 60 ℃ 進行驗證試驗，3次重復，桂花精油的提取率為 3.580%，相對誤差小于1.0%；提取所得桂花精油呈半透明液體狀，色澤呈橙黃，具有濃郁的桂花香味，符合國家標準GB/T 14454.2—2008《香料香氣評定法》[9]的感官標準要求。結果表明，采用正交試驗優(yōu)化得到的工藝參數(shù)具有較高的可信度。

2.7桂花精油的成分分析結果

按上述氣相色譜-質譜（GC-MS）條件對桂花精油進行分析鑒定，啟動G1701DA MSD ChemStation化學工作站，檢索Wiley275.L和NIST98.L譜圖庫，并結合有關文獻進行人工檢索確定桂花精油的化學成分，采用峰面積歸一化法[14]確定各成分在揮發(fā)油中的百分量[15]。桂花精油總離子流圖和桂花精油的香氣成分及其相對含量分別如圖1、表7所示。由表7可知，本試驗在桂花精油中檢測出了多種香氣成分，其中，芳樟醇、紫羅蘭酮、紫羅蘭醇、脂肪酸及其酯類為主要香氣成分，未見環(huán)境雌激素——鄰苯二甲酸酯類化合物[16]。其中，芳樟醇類的含量最高，為23.84%，包括氧化、順式、環(huán)芳樟醇；其次是二氫β紫羅蘭酮的含量，為22.68%，它是桂花特征香味的成分，帶有果香和花木香，是配制很多高級香精不可缺少的香料；甲基-5，11，14，17-二十烷脂鯉烯醇的含量為10.26%；另外還有少量的脂肪酸及其酯類，包括棕櫚酸、亞麻酸甲酯，還有烯類物質，如六羥基紫杉烯，高級不飽脂肪酸棕櫚酸可以有效改善血液循環(huán)，達到延年益壽的功效，而其中酯類帶有蠟香氣味，它能使桂花的香氣更加濃郁。

3結論

本試驗首先通過單因素試驗考察了超聲波提取桂花精油工藝中的主要因素對提取率的影響，結果表明，最佳料液比為1 g ∶9 mL、最佳超聲波頻率為60 kHz、最佳提取時間為 45 min、最佳提取溫度為60 ℃。通過正交試驗法對桂花精油的提取工藝條件進行優(yōu)化，結果表明，最佳提取工藝參數(shù)為料液比1 g ∶9 mL、超聲波頻率60 kHz、提取時間45 min、提取溫度60 ℃。用此工藝對桂花精油進行提取，得到的桂花精油提取率為3.580%。采用GC-MS對超聲波提取的桂花精油進行定量和定性分析，在桂花精油中檢測出了多種化合物。

超聲波提取技術提取桂花精油具有用時短、能耗低、效率高、節(jié)省溶劑、環(huán)保、操作易于控制等優(yōu)點，提取的精油內含有的有效香氣成分和含量也比傳統(tǒng)方法有所提高[5]。因此， 本

提取工藝對指導實際生產(chǎn)有一定的應用意義，在經(jīng)濟上也具有一定的競爭力。本研究還存在一些缺陷，仍須對一些方面作進一步的研究和探討，選用一些其他提取方法，如超臨界CO2萃取法、動態(tài)頂空吸附法等從而提高桂花精油的提取率和精油中芳香成分的含量。

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