陳俊,李云飛,馬華林,王丹,陳文學(xué)
(海南大學(xué)食品學(xué)院,海南???70228)
益智油的超聲法提取工藝優(yōu)化及成分分析
陳俊,李云飛,馬華林,王丹,陳文學(xué)*
(海南大學(xué)食品學(xué)院,海南海口570228)
益智是一種名貴中藥,從中提取得到的益智油具有抗氧化作用。以石油醚作為提取溶劑,采用超聲波輔助提取法得到益智油,DPPH(二苯代苦肼基自由基)法測定其抗氧化能力,氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)對其進行成分分析。以得油率為指標(biāo),超聲時間、溫度、料液比進行單因素實驗,再運用正交設(shè)計對其提取條件進行優(yōu)化。結(jié)果表明,超聲法提取益智油的最佳條件為超聲時間75 min、溫度35℃、料液比4.5 mL/g,在此條件下,得油率可達3.63%;經(jīng)抗氧化能力測定,超聲波法提取的益智油具有較好的抗氧化能力;經(jīng)成分分析,益智油中主要含萜類等抗氧化活性成分。
益智;超聲法;抗氧化;成分
益智(Alpinia oxyphylla Miq.)為多年生熱帶姜科植物,我國衛(wèi)生部公布的既是藥品又是食品的植物資源之一[1],主產(chǎn)于海南、廣東。其干燥成熟果實——益智仁,具有治療脾胃虛寒、腹中冷痛、口多唾涎、腎虛遺尿等多種功效[2]?,F(xiàn)代研究表明益智具有強心、鎮(zhèn)靜、抗驚厥、抗衰老等作用[3];另一研究結(jié)果顯示益智油對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌等常見致病菌的生長具有抑制作用[4]。益智油,主要是存在于益智仁等部位中的一類具有芳香氣味、與水不相混溶的油狀混合物。此類植物精油可作為重要的調(diào)香原料,還具有各種生物活性,在食品、醫(yī)學(xué)等方面可得到應(yīng)用[5]。日本早在20世紀(jì)20年代就已經(jīng)開始研究益智油,國內(nèi)的研究早期較少,近年來,為了加快海南益智藥材資源的開發(fā),我國研究人員對益智也進行了較系統(tǒng)的研究。
利用超聲波強化浸取和萃取過程是超聲波化學(xué)領(lǐng)域中極具潛力的發(fā)展方向。在提取過程中引入超聲波,利用超聲對細胞的機械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng),就可以在較低的溫度下大大促進溶劑提取天然成分的過程[6]。近年來,益智油的提取分析一直是科學(xué)研究的熱點。隨著社會的進步與發(fā)展,人民生活水平的提高,新的、快速的、高效的提取方法的出現(xiàn)已成為趨勢,這對提取益智油并保證其穩(wěn)定性提出了更高要求。
1.1材料與儀器
中藥益智仁產(chǎn)于海南省瓊海市;石油醚分析純,60℃~90℃沸程,廣州光華科技有限公司;無水乙醇分析純,純度≥99.7%,廣州光華科技有限公司;抗壞血酸分析純,純度≥99.7%,天津市天新精細化工開發(fā)中心;DPPH生物試劑,美國Sigma公司。
HP6890/5973MSD氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀:美國Hewlett-Packark公司;WF-300EH超聲波清洗儀:寧波海曙五方超聲設(shè)備有限公司;DHG-9075A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海一恒科學(xué)儀器有限公司;Evolution300 BB型分光光度計:美國Thermo fisher。
1.2氣相色譜條件
石英毛細管柱HP-624(30 m×0.25 mm,1.40 μm),程序升溫:從80℃開始,以10℃/min升到200℃,再以6℃/min升到250℃,保持10 min;載氣為He,柱流量1.0 mL/min,進樣口溫度250℃,分流比50∶1。質(zhì)譜條件:EI源;電離電壓70 eV,離子源溫度230℃,掃描范圍10 u~500 u,進樣量1.0 μL。
1.3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
取DPPH標(biāo)準(zhǔn)樣品20.00 mg,用無水乙醇定容至100 mL,配成0.000 2 g/mL的DPPH標(biāo)準(zhǔn)溶液,置于0℃~4℃冰箱中保存。
1.4樣品處理
益智仁于50℃烘箱中放置24 h,冷卻后破碎成粉末,過40目篩,干燥器中常溫保存。
1.5試驗方法
1.5.1單因素及正交試驗
取益智仁粉末30.00 g,加入提取溶劑,保鮮膜封口,在固定其他條件不變的情況下進行超聲波輔助提取的單因素實驗,研究液料比、超聲提取時間、提取溫度對得油率的影響[7]。確定單因素后進行正交試驗。
1.5.2自由基體外清除試驗
取適量提取的益智油用無水乙醇稀釋成2、4、6、8、10 mg/mL溶液,各2 mL備用,分別加入DPPH標(biāo)準(zhǔn)溶液2 mL后于室溫避光反應(yīng)30 min,在517 nm處測定吸光度值[8]。蒸餾水做空白對照,3次平行試驗,計算清除率。
式中:A1為2 mL樣品溶液+2 mL DPPH溶液;A2為2 mL樣品溶液+2 mL無水乙醇;A3為2 mL無水乙醇+2 mL DPPH溶液。
2.1單因素試驗
2.1.1液料比對得油率的影響
超聲波頻率40 kHz,提取時間30 min,溫度50℃,設(shè)置液料比2 mL/g~7 mL/g,研究液料比對益智得油率的影響見圖1。
圖1 液料比對得油率的影響Fig.1 Effect of material/liquid ratio on Alpinia oxyphylla oil extracted rate
當(dāng)液料比在2 mL/g~5 mL/g時,益智得油率隨液料比的增加而增加,從1.723%上升到2.753%,這是因為溶劑用量的增加會增大益智仁粉末與溶劑接觸面,從而提高了精油與溶劑的擴散速度,得油率增大[9];當(dāng)液料比為6 mL/g時,得油率下降為2.689%,7 mL/g時為2.390%,即從5 mL/g增加后,得油率隨液料比的增加而有所下降。
2.1.2提取時間對得油率的影響
超聲波頻率40 kHz,溫度50℃,液料比5 mL/g,設(shè)置提取時間30 min~150 min,研究提取時間對油得率的影響見圖2。
圖2 超聲提取時間對得油率的影響Fig.2Effect of ultrasonic time on Alpinia oxyphylla oil extracted rate
當(dāng)時間由30 min增加到60 min時,得油率隨時間的延長而增加,從2.755%增至2.893%,這是因為隨時間增加,益智中的藥效物質(zhì)在超聲波場作用下分子運動加劇[10];但由60 min增至150 min時,得油率一直呈下降趨勢,150 min時只有2.632%,此時藥效物質(zhì)的運動速度已增大到極致,同時,一些揮發(fā)性成分逐漸逸出,加之精油降解等因素,使得得油率下降。
2.1.3提取溫度對益智油得率的影響
超聲波頻率40 kHz,提取時間60 min,液料比5 mL/g,設(shè)置提取溫度30℃~70℃,研究提取溫度對益智仁油得率的影響見圖3。
圖3 超聲溫度對得油率的影響Fig.3Effect of ultrasonic temperature on Alpinia oxyphylla oil extracted rate
當(dāng)溫度在30℃~40℃范圍內(nèi),益智油得率隨溫度增加而增加,從2.573%增到2.831%,因為隨溫度增加,分子運動加劇,精油與溶劑的擴散速度增加[11],此后升至50℃,只增到2.834%,可能是擴散速度達到平衡,得油率變化不大。之后在50℃~70℃范圍內(nèi),呈下降趨勢,到70℃時為2.474%,主要原因是益智油中的揮發(fā)成分隨溫度升高逸出。
2.2正交分析結(jié)果
以單因素試驗為依據(jù),選取對超聲波法進一步進行優(yōu)化,進行L9(34)正交試驗,結(jié)果見表1。
表1 試驗設(shè)計及結(jié)果Table 1Experimental design and results
由表1可知,影響超聲波提取的主要因素:時間>液料比>溫度。最佳提取條件為A1B3C1,即液料比4.5mL/g、提取時間75 min、提取溫度35℃。按照最佳條件進行驗證試驗,益智仁得油率可達3.63%。
2.3抗氧化試驗
抗氧化試驗見圖4。
圖4 抗氧化實驗結(jié)果Fig.4The result of antioxidant experiment
抗氧化能力用自由基清除率表示,清除率越大,物質(zhì)的抗氧化能力越強[12],由圖4可知,VC溶液在2 mg/mL~10 mg/mL范圍內(nèi)對DPPH的清除率持續(xù)保持在85%以上,變化不顯著,表面即使低濃度的VC溶液也具有很強的清除能力;而益智油的自由基清除率則隨其濃度的增大呈增長趨勢,清除率最小為73.66%,最大可達88.62%,說明益智油也具有較強清除能力,且益智油濃度越高,清除能力越強。
2.4超聲波提取油成分分析結(jié)果
超聲波提取油成分分析結(jié)果見圖5。
圖5 益智油GC-MS分析的總離子流圖Fig.5GC-MS analysis of the total ion current of Alpinia oxyphylla oil
由GC-MS分析圖(圖5)可看出,出峰時間從7.0 min~10.5 min區(qū)間為空白,說明益智油的沸點較高,高溫下不穩(wěn)定,易裂解,在分析時有損失[13]。
由分析結(jié)果可知,超聲法提取的益智油中化合物含量較高的有圓柚酮(即諾卡酮,含量21.96%)、1,2,3,5,6,7,8,8a-八氫-1,8a-二甲基-7-(1-甲基乙烯基)-萘(含量19.11%)、α-長葉蒎烯(含量7.45%)、2,6-二-叔丁基-苯醌(含量6.03%)。其中,圓柚酮屬于雙環(huán)倍半萜酮類,具有柑橘果香,強抗氧化性,在用不同方法提取的益智油中均有很高含量[14],另有實驗證明,益智油中圓柚酮等成分的相對含量較高,清除DPPH等抗氧化活性較好[15],可認為是益智藥材的有效成分之一。
采用GC-MS分析超聲提取的益智揮發(fā)油,主要得到萜類及其含氧化合物,與相關(guān)文獻相似[16-17],其中包括可巴烯、欖香烯、蒎烯、莰烯、圓柚酮、蒈烯、喇叭茶醇等十余種。此外,還含有烯類、芳香族化合物及其衍生物、環(huán)氧化物、醛酮類、烷烴類、脂肪酸等物質(zhì),與相關(guān)報道基本一致[18]。經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析各成分具體如表2。
據(jù)有關(guān)文獻報道,目前可從益智中分離得到的化學(xué)成分主要有5大類:萜類化合物、甾醇類化合物、二苯庚烷類、黃酮類化合物和酚類化合物[19]。其他有益成分包括可溶性糖、脂肪酸、多種維生素、蛋白質(zhì)以及胡蘿卜素等,同時含有人體所需的16種氨基酸,多種微量元素,如鈣、鐵、鋅等[20]。由此可以看出,益智的食用、藥用開發(fā)價值巨大。近年來隨著提取方法的不斷優(yōu)化,每一次研究都會發(fā)現(xiàn)新的或首次分離的化合物,如最近有研究發(fā)現(xiàn)新的降倍半萜類成分——益智酮E、F[21]等新化合物。但這些與功效相關(guān)的藥效物質(zhì)還沒有明確,因此益智的化學(xué)成分還有待更系統(tǒng)、深入地研究,仍有必要進一步加強相應(yīng)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)。
表2 益智油化學(xué)成分Table 2The chemical compositions of Alpinia oxyphylla oil
通過單因素試驗及正交分析,確定了益智油用超聲波提取的最佳工藝條件為:液料比4.5 mL/g、超聲時間75 min、溫度35℃。以該優(yōu)化條件對益智油進行提取,得油率可達3.63%,較優(yōu)化前有較大提高。試驗表明,超聲法提取的益智油表現(xiàn)出較好的清除DPPH能力,清除率均為70%以上。通過成分分析,益智油含有萜類、烯類、芳香族化合物等抗氧化活性成分。
益智主產(chǎn)海南,資源豐富,又有抗氧化作用,因此可從中尋找安全可靠的高效天然抗氧化劑,用于果蔬及食品加工、保鮮貯藏等。益智含有許多生物活性組分,具有許多生理、藥理功能,在食品、醫(yī)藥領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用有廣闊前景。
[1]李澤友,王勇,張俊清.益智提取物的制備工藝及質(zhì)量控制方法研究[J].中國熱帶醫(yī)學(xué),2010,10(4):504-505
[2]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典:一部[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010:273-274
[3]Zhi H H,Wei G,Grace G Y,et al.Anti-angiogenic effects of the fruit of Alpinia oxyphylla[J].Journal of Ethnopharmacology,2010,132(11):443-448
[4]羅琴,李星,譚睿,等.益智仁揮發(fā)油的水蒸氣蒸餾法提取工藝優(yōu)化及其體外抑菌活性的研究[J].華西藥學(xué)雜志,2011,26(2):147-149
[5]黃薪安,譚興和,張喻,等.植物花精油的提取方法和生物活性研究進展[J].糧油食品科技,2013,21(2):35
[6]徐文秀,翟永亮.超聲波輔助提取花椒籽油的工藝研究[J].中國糧油學(xué)報,2013,28(4):62
[7]余建興,馬李一,趙春,等.超聲波輔助提取辣木油的工藝研究[J].食品科學(xué),2009,30(6):64-67
[8]李加興,余嬌,黃誠,等.獼猴桃籽油體外抗氧化活性研究[J].食品科學(xué),2012,33(23):52
[9]高霞,仇農(nóng)學(xué),龐???,等.超聲波輔助提取蘋果籽油工藝研究[J].中國油料作物學(xué)報,2007,29(1):78-80
[10]嚴鶴峰.枇杷葉總黃酮的超聲波提取及體外抗氧化性研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(5):451
[11]鄖海麗,陸敏,高巖磊.超聲波提取核桃油的工藝優(yōu)化及抗氧化研究[J].食品工業(yè),2013,34(4):49
[12]彭長連,陳少薇.用清除有機自由基DPPH法評價植物抗氧化能力[J].生物化學(xué)與生物物理進展,2000,27(6):658-661
[13]張怡,謝加鳳,曾紹校.金柑籽油超聲波輔助提取工藝及其成分研究[J].中國食品學(xué)報,2013,13(2):39
[14]黃文華,余競光,郭寶林.益智藥材化學(xué)成分及質(zhì)量分析研究進展[J].中國藥房,2012,23(3):276
[15]劉紅,郭祀遠,肖凱軍.超臨界CO2萃取益智油及益智油的抗氧化活性[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2006,34(3):57
[16]賈燕,何立東,范欣.益智的化學(xué)成分及藥理作用研究進展[J].吉林醫(yī)藥學(xué)院學(xué)報,2012,33(5):320
[17]李婷,李遠志,盧昌阜,等.益智果和葉的揮發(fā)油提取及GC-MS分析[J].食品科技,2010,35(9):302
[18]張文煥,陳健,黃惠華.水蒸汽蒸餾和超臨界CO2萃取對中藥益智揮發(fā)油萃取的比較[J].現(xiàn)代食品科技,2008,23(8):44
[19]呂秀香,張連學(xué).益智化學(xué)成分及藥理作用研究進展[J].吉林農(nóng)業(yè),2011(4):311
[20]易美華.生物資源開發(fā)與技術(shù)加工[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:219
[21]Xu J J,Tan N H,Zeng G Z,et al.Two new norsesquiterpenes from the fruits of Alpinia oxyphylla[J].Chinese Journal of Natural Medicines,2010,8(1):8
Processing Optimization of Ultrasound-assisted Extraction and Composition Analysis of the Oil from Alpinia oxyphylla
CHEN Jun,LI Yun-fei,MA Hua-lin,WANG Dan,CHEN Wen-xue*
(College of Food Science and Technology,Hainan University,Haikou 570228,Hainan,China)
Alpinia oxyphylla is a valuable medicine,and the oil extracted from it has antioxidant properties. Petroleum ether was used as extraction solvent to extract oil from Alpinia oxyphylla by ultrasound-assisted method as well as the antioxidant capacity of the oil was tested by DPPH.Ingredients were performed by gas chromatography-mass spectrometry analysis(GC-MS).Using the extracted rate of oil as an index,extraction time and temperature,material/liquid ratio were investigated with single-factor test,then its optimum extraction conditions were optimized by orthogonal designs.The results showed that the optimum conditions for ultrasoundassisted extraction were extraction time of 75 min,extraction temperature of 35℃,material/liquid ratio of 4.5 mL/g.Under these conditions,the extracted rate was up to 3.63%.According to tests,the oil showed strong antioxidant capacity.By composition analysis,the oil contains terpenoids and other active ingredients.
Alpinia oxyphylla;ultrasonic method;antioxidant;ingredients
10.3969/j.issn.1005-6521.2015.11.009
2013-12-09
海南省自然科學(xué)基金(312073);海南大學(xué)科研啟動基金(kyqd1224);海南大學(xué)學(xué)生科研基金;2013年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201210589010)
陳?。?992—),男(漢),本科生,研究方向:食品科學(xué)與工程。