益智油的超声法提取工艺优化及成分分析

陈俊，李云飞，马华林，王丹，陈文学

（海南大学食品学院，海南海口570228）

益智油的超声法提取工艺优化及成分分析

陈俊，李云飞，马华林，王丹，陈文学*

（海南大学食品学院，海南海口570228）

益智是一种名贵中药，从中提取得到的益智油具有抗氧化作用。以石油醚作为提取溶剂，采用超声波辅助提取法得到益智油，DPPH（二苯代苦肼基自由基）法测定其抗氧化能力，气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）对其进行成分分析。以得油率为指标，超声时间、温度、料液比进行单因素实验，再运用正交设计对其提取条件进行优化。结果表明，超声法提取益智油的最佳条件为超声时间75 min、温度35℃、料液比4.5 mL/g，在此条件下，得油率可达3.63%；经抗氧化能力测定，超声波法提取的益智油具有较好的抗氧化能力；经成分分析，益智油中主要含萜类等抗氧化活性成分。

益智；超声法；抗氧化；成分

益智（Alpinia oxyphylla Miq.）为多年生热带姜科植物，我国卫生部公布的既是药品又是食品的植物资源之一［1］，主产于海南、广东。其干燥成熟果实——益智仁，具有治疗脾胃虚寒、腹中冷痛、口多唾涎、肾虚遗尿等多种功效［2］。现代研究表明益智具有强心、镇静、抗惊厥、抗衰老等作用［3］；另一研究结果显示益智油对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌等常见致病菌的生长具有抑制作用［4］。益智油，主要是存在于益智仁等部位中的一类具有芳香气味、与水不相混溶的油状混合物。此类植物精油可作为重要的调香原料，还具有各种生物活性，在食品、医学等方面可得到应用［5］。日本早在20世纪20年代就已经开始研究益智油，国内的研究早期较少，近年来，为了加快海南益智药材资源的开发，我国研究人员对益智也进行了较系统的研究。

利用超声波强化浸取和萃取过程是超声波化学领域中极具潜力的发展方向。在提取过程中引入超声波，利用超声对细胞的机械效应、空化效应和热效应，就可以在较低的温度下大大促进溶剂提取天然成分的过程［6］。近年来，益智油的提取分析一直是科学研究的热点。随着社会的进步与发展，人民生活水平的提高，新的、快速的、高效的提取方法的出现已成为趋势，这对提取益智油并保证其稳定性提出了更高要求。

1材料与方法

1.1材料与仪器

中药益智仁产于海南省琼海市；石油醚分析纯，60℃～90℃沸程，广州光华科技有限公司；无水乙醇分析纯，纯度≥99.7%，广州光华科技有限公司；抗坏血酸分析纯，纯度≥99.7%，天津市天新精细化工开发中心；DPPH生物试剂，美国Sigma公司。

HP6890/5973MSD气相色谱-质谱联用仪：美国Hewlett-Packark公司；WF-300EH超声波清洗仪：宁波海曙五方超声设备有限公司；DHG-9075A型电热恒温鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；Evolution300 BB型分光光度计：美国Thermo fisher。

1.2气相色谱条件

石英毛细管柱HP-624（30 m×0.25 mm，1.40 μm），程序升温：从80℃开始，以10℃/min升到200℃，再以6℃/min升到250℃，保持10 min；载气为He，柱流量1.0 mL/min，进样口温度250℃，分流比50∶1。质谱条件：EI源；电离电压70 eV，离子源温度230℃，扫描范围10 u～500 u，进样量1.0 μL。

1.3标准溶液的配制

取DPPH标准样品20.00 mg，用无水乙醇定容至100 mL，配成0.000 2 g/mL的DPPH标准溶液，置于0℃～4℃冰箱中保存。

1.4样品处理

益智仁于50℃烘箱中放置24 h，冷却后破碎成粉末，过40目筛，干燥器中常温保存。

1.5试验方法

1.5.1单因素及正交试验

取益智仁粉末30.00 g，加入提取溶剂，保鲜膜封口，在固定其他条件不变的情况下进行超声波辅助提取的单因素实验，研究液料比、超声提取时间、提取温度对得油率的影响［7］。确定单因素后进行正交试验。

1.5.2自由基体外清除试验

取适量提取的益智油用无水乙醇稀释成2、4、6、8、10 mg/mL溶液，各2 mL备用，分别加入DPPH标准溶液2 mL后于室温避光反应30 min，在517 nm处测定吸光度值［8］。蒸馏水做空白对照，3次平行试验，计算清除率。

式中：A1为2 mL样品溶液+2 mL DPPH溶液；A2为2 mL样品溶液+2 mL无水乙醇；A3为2 mL无水乙醇+2 mL DPPH溶液。

2结果与讨论

2.1单因素试验

2.1.1液料比对得油率的影响

超声波频率40 kHz，提取时间30 min，温度50℃，设置液料比2 mL/g～7 mL/g，研究液料比对益智得油率的影响见图1。

图1　液料比对得油率的影响Fig.1 Effect of material/liquid ratio on Alpinia oxyphylla oil extracted rate

当液料比在2 mL/g～5 mL/g时，益智得油率随液料比的增加而增加，从1.723%上升到2.753%，这是因为溶剂用量的增加会增大益智仁粉末与溶剂接触面，从而提高了精油与溶剂的扩散速度，得油率增大［9］；当液料比为6 mL/g时，得油率下降为2.689%，7 mL/g时为2.390%，即从5 mL/g增加后，得油率随液料比的增加而有所下降。

2.1.2提取时间对得油率的影响

超声波频率40 kHz，温度50℃，液料比5 mL/g，设置提取时间30 min～150 min，研究提取时间对油得率的影响见图2。

图2　超声提取时间对得油率的影响Fig.2Effect of ultrasonic time on Alpinia oxyphylla oil extracted rate

当时间由30 min增加到60 min时，得油率随时间的延长而增加，从2.755%增至2.893%，这是因为随时间增加，益智中的药效物质在超声波场作用下分子运动加剧［10］；但由60 min增至150 min时，得油率一直呈下降趋势，150 min时只有2.632%，此时药效物质的运动速度已增大到极致，同时，一些挥发性成分逐渐逸出，加之精油降解等因素，使得得油率下降。

2.1.3提取温度对益智油得率的影响

超声波频率40 kHz，提取时间60 min，液料比5 mL/g，设置提取温度30℃～70℃，研究提取温度对益智仁油得率的影响见图3。

图3　超声温度对得油率的影响Fig.3Effect of ultrasonic temperature on Alpinia oxyphylla oil extracted rate

当温度在30℃～40℃范围内，益智油得率随温度增加而增加，从2.573%增到2.831%，因为随温度增加，分子运动加剧，精油与溶剂的扩散速度增加［11］，此后升至50℃，只增到2.834%，可能是扩散速度达到平衡，得油率变化不大。之后在50℃～70℃范围内，呈下降趋势，到70℃时为2.474%，主要原因是益智油中的挥发成分随温度升高逸出。

2.2正交分析结果

以单因素试验为依据，选取对超声波法进一步进行优化，进行L9（34）正交试验，结果见表1。

表1　试验设计及结果Table 1Experimental design and results

由表1可知，影响超声波提取的主要因素：时间＞液料比＞温度。最佳提取条件为A1B3C1，即液料比4.5mL/g、提取时间75 min、提取温度35℃。按照最佳条件进行验证试验，益智仁得油率可达3.63%。

2.3抗氧化试验

抗氧化试验见图4。

图4　抗氧化实验结果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，物质的抗氧化能力越强［12］，由图4可知，VC溶液在2 mg/mL～10 mg/mL范围内对DPPH的清除率持续保持在85%以上，变化不显著，表面即使低浓度的VC溶液也具有很强的清除能力；而益智油的自由基清除率则随其浓度的增大呈增长趋势，清除率最小为73.66%，最大可达88.62%，说明益智油也具有较强清除能力，且益智油浓度越高，清除能力越强。

2.4超声波提取油成分分析结果

超声波提取油成分分析结果见图5。

图5　益智油GC-MS分析的总离子流图Fig.5GC-MS analysis of the total ion current of Alpinia oxyphylla oil

由GC-MS分析图（图5）可看出，出峰时间从7.0 min～10.5 min区间为空白，说明益智油的沸点较高，高温下不稳定，易裂解，在分析时有损失［13］。

由分析结果可知，超声法提取的益智油中化合物含量较高的有圆柚酮（即诺卡酮，含量21.96%）、1，2，3，5，6，7，8，8a-八氢-1，8a-二甲基-7-（1-甲基乙烯基）-萘（含量19.11%）、α-长叶蒎烯（含量7.45%）、2，6-二-叔丁基-苯醌（含量6.03%）。其中，圆柚酮属于双环倍半萜酮类，具有柑橘果香，强抗氧化性，在用不同方法提取的益智油中均有很高含量［14］，另有实验证明，益智油中圆柚酮等成分的相对含量较高，清除DPPH等抗氧化活性较好［15］，可认为是益智药材的有效成分之一。

采用GC-MS分析超声提取的益智挥发油，主要得到萜类及其含氧化合物，与相关文献相似［16-17］，其中包括可巴烯、榄香烯、蒎烯、莰烯、圆柚酮、蒈烯、喇叭茶醇等十余种。此外，还含有烯类、芳香族化合物及其衍生物、环氧化物、醛酮类、烷烃类、脂肪酸等物质，与相关报道基本一致［18］。经气相色谱-质谱联用仪分析各成分具体如表2。

据有关文献报道，目前可从益智中分离得到的化学成分主要有5大类：萜类化合物、甾醇类化合物、二苯庚烷类、黄酮类化合物和酚类化合物［19］。其他有益成分包括可溶性糖、脂肪酸、多种维生素、蛋白质以及胡萝卜素等，同时含有人体所需的16种氨基酸，多种微量元素，如钙、铁、锌等［20］。由此可以看出，益智的食用、药用开发价值巨大。近年来随着提取方法的不断优化，每一次研究都会发现新的或首次分离的化合物，如最近有研究发现新的降倍半萜类成分——益智酮E、F［21］等新化合物。但这些与功效相关的药效物质还没有明确，因此益智的化学成分还有待更系统、深入地研究，仍有必要进一步加强相应的基础研究和应用开发。

表2　益智油化学成分Table 2The chemical compositions of Alpinia oxyphylla oil

3结论

通过单因素试验及正交分析，确定了益智油用超声波提取的最佳工艺条件为：液料比4.5 mL/g、超声时间75 min、温度35℃。以该优化条件对益智油进行提取，得油率可达3.63%，较优化前有较大提高。试验表明，超声法提取的益智油表现出较好的清除DPPH能力，清除率均为70%以上。通过成分分析，益智油含有萜类、烯类、芳香族化合物等抗氧化活性成分。

益智主产海南，资源丰富，又有抗氧化作用，因此可从中寻找安全可靠的高效天然抗氧化剂，用于果蔬及食品加工、保鲜贮藏等。益智含有许多生物活性组分，具有许多生理、药理功能，在食品、医药领域的开发应用有广阔前景。

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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

海南省自然科学基金（312073）；海南大学科研启动基金（kyqd1224）；海南大学学生科研基金；2013年国家级大学生创新创业训练计划项目（201210589010）

陈俊（1992—），男（汉），本科生，研究方向：食品科学与工程。