分段提取香茅草精油及其对食用油脂的抗氧化活性研究

李晓娇，刘忆明

（保山学院资源环境学院，云南保山678000）

分段提取香茅草精油及其对食用油脂的抗氧化活性研究

李晓娇，刘忆明

（保山学院资源环境学院，云南保山678000）

目的：提取云南产香茅草精油，研究不同提馏段精油对食用油脂的抗氧化活性。方法：采用水蒸气蒸馏法分段提取香茅精油，并以猪油和菜籽油为介质，过氧化值（POV）为指标，考察香茅精油的抗氧化活性，以BHT和BHA做对照。结果：水蒸气蒸馏法提取香茅精油的最佳工艺为：料液比为1∶20，NaCl的质量浓度为7g/L，提取时间为160min，总出油率为1.23%。GC-MS分析前20min和20～160min香茅精油中柠檬醛、橙花醛、橙花醇等主要成分的含量差别较大。香茅精油对猪油的抗氧化活性较低。20～160min香茅精油对菜籽油有较好的抗氧化活性，与VC复合使用时，其对菜籽油的抗氧化活性与BHT相当。20～160min精油对DPPH·的清除能力较BHT和BHA差，而其总抗氧化活性与BHT和BHA相当。结论：香茅草精油具有较好的抗氧化活性，并且精油中高沸点物质的活性大于低沸点物质的活性。

香茅草精油，食用油脂，抗氧化活性，自由基清除能力

香茅草[Cymbopogon citratus（DC.）Stapf]为禾科植物香茅的全草，呈柠檬香味，别名柠檬草。生长在亚热带地区，我国的华南、西南等地均有分布。云南是香茅草的重要分布地区，有大规模的香茅草种植面积，研究表明，香茅草精油富含柠檬醛、柠檬烯、橙花醛、橙花烯、月桂烯等多种特殊成分[1-2]，有一定的防腐、抗菌[3]、抗氧化的能力[4-5]，此外，还具有抑制肿瘤[6]、止痛[7]、利尿、化感等作用[8]。食用油脂类食品如食用油、肉制品和烘焙食品等为了防止脂肪的氧化酸败，大量使用的抗氧化剂皆为人工合成的BHA（丁基羟基茴香醚）、BHT（二丁基羟基甲苯）等。长期食用具有直接或潜在毒性和致癌、致畸作用。随着时代的进步和科技的发展，开发和利用天然抗氧化剂己经成为当今世界食品科技发展的方向。已通过实验证明，香茅草精油在食用油脂中有良好的抗氧化活性[9-10]。因此本文采用微波辅助水蒸气蒸馏法提取云南的香茅草精油，并对提取工艺进行优化，同时测试了其对食用油脂的抗氧化活性，为地方开发新型天然防腐剂提供理论基础和技术支持。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

香茅草采自云南保山市潞江镇；无水乙醇、NaCl、MgSO4均为分析纯；1，1-二苯基-2-苦肼基（DPPH）、二丁基羟基甲苯（BHT）、丁基羟基茴香醚（BHA） 均为食品级；猪油市售板油熬炼而成；罗平菜籽油市售一级。

气相色谱－质谱联用仪美国Hewlett-Packark公司，HP6890/5973MSD；HP-5MS石英毛细管色谱柱30m×0.25mm×0.25μm；微型植物试样粉碎机河北省黄骅科学仪器厂。

1.2实验方法

1.2.1香茅草挥发成分提取准确称取50g干香茅草，置于2000mL圆底烧瓶中，按料液比加入一定体积的蒸馏水，然后加入一定量的NaCl和几粒沸石，混合均匀，浸泡12h后，放入加热套，进行水蒸气蒸馏，蒸馏过程中记录不同时间香茅精油的外观品质和出油量，蒸馏结束后，无水MgSO4干燥，过滤。将精油收集好置于棕色瓶中，密封备用[11]。出油率计算公式：出油率（%）=（精油产量/香茅草干重量）×100。

1.2.2不同提馏段香茅草主要挥发成分鉴定对前20min的提馏段精油和20～160min提馏段精油分别进行成分分析。采用气相色谱－质谱联用仪对所提取的香茅精油进行成分分析，色谱条件：HP-5MS石英毛细管色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm）；程序升温：80～240℃，初始温度80℃保持3min，升温速度5℃/min升至100℃保持3min，升温速度5℃/min升至140℃，升温速度10℃/min升至180℃保持1min，升温速度10℃/min升至200℃保持2min，升温速度10℃/min升至240℃；进样口温度250℃，载气氦气，柱流量1.0mL/min，分流比160∶1；电离能量70eV；扫描质量范围35～500m/z；进样量0.3μL[12-13]。

1.2.3香茅草精油在食用油脂体系中的抗氧化活性[14]以菜籽油和猪油为实验对象，BHA、BHT常用食用抗氧化剂作对照实验，研究香茅草精油在油脂中的抗氧化活性。准确称取一定量的香茅草精油，分别放入装有10g猪油和10g菜籽油的碘量瓶中，充分混合均匀，密封。置于（65±1）℃的恒温培养箱中培养，每1～2d将瓶中的精油与油脂混合均匀，测定其POV值[15]。

POV=C（V1-V0）×1000/m

其中：V1为样品消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，mL；V0为空白试剂消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积，mL；C为硫代硫酸钠标准溶液的浓度，mol/L；m为试样的质量，g。

1.2.4香茅草精油对DPPH·的清除能力在食用油脂中加入抗氧化剂可以清除DPPH·，从而打断脂质过氧化链反应，起到抗氧化作用。DPPH·的乙醇溶液呈紫色，在517nm处有最大吸收，当加入香茅草精油时，DPPH溶液颜色变浅，吸光度减小。再根据吸光度变化曲线测得香茅草的抗氧化活性。DPPH用无水乙醇，配成浓度为0.2mmol/L的溶液，在0～5℃避光保存。分别取1mL一定质量浓度的香茅草精油的乙醇溶液、BHA和BHT抗氧化剂于比色皿中，再分别加入1mL DPPH溶液，混合均匀，以无水乙醇进行仪器调零，在517nm处，分别测定不同时刻的吸光度At[16]，自由基清除率计算公式如下：

自由基清除率（%）=1-（At-Aj）/A0×100。

式中，A0为1mL蒸馏水加1mL DPPH溶液后的吸光值；Aj为1mL无水乙醇加1mL DPPH溶液后的吸光值；At为1mL一定质量浓度的香茅草精油乙醇溶液与1mL DPPH溶液混合后在t时刻的吸光值。

1.2.5香茅草精油的总抗氧化活性采用磷钼络合物法。用无水乙醇配制质量浓度分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL的香茅油溶液，BHT、BHA溶液各3mL，磷钼试剂是由0.6mol/L硫酸、28mmol/L磷酸钠和4mmol/L钼酸铵配制的溶液。取2mL磷钼试剂于试管中，再加入0.2mL香茅油溶液，置于95℃恒温水浴中水浴90min，在波长695nm处测定吸光度A，平行测定3次取平均值，并以BHT和BHA做对照实验。

1.3提取工艺条件优化

本实验采取分段提取香茅草精油，基于预实验，试验因素——提取时间与NaCl浓度未选取相等梯度差水平进行单因素实验，而是选取了具有代表性的5个水平值进行，固定料液比为1∶20，NaCl浓度为9g/L，提取时间为160min，浸泡时间为12h，单因素实验分别考察提取时间50、90、120、160、200min，料液比1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35g/mL，NaCl浓度4、7、9、12、14g/L对香茅草精油出油率的影响。

在单因素实验基础上，根据单因素对香茅草精油出油率的影响程度，选择料液比、NaCl浓度、提取时间三个因素进行L9（34）正交实验，实验设计见表1。

表1　正交实验因素水平Table.1　Factor and levels of orthogonal experiment

2　结果与分析

2.1分段提取香茅草精油的主要成分

采用水蒸气蒸馏法提取香茅精油时，前20min提取油为无色透明，20～160min提取油为淡黄色。根据颜色，将提取油分为两段研究，通过气-质谱分析发现，分段提取的挥发油成分含量有较大的差异。其主要成分见表2。

2.2提取香茅精油单因素实验

2.2.1提取时间对香茅草精油出油率的影响由图1可知，提取时间到160min出油率为1.12%，160min后，出油量基本保持不变。因为香茅草精油的主要成分为挥发性成分，如橙花醛沸点为118～120℃，橙花醇为225℃，香茅醛为117℃，香叶醇为229℃，随着提取时间的延长，原料中的挥发成分已经逐渐降低，故160min后出油量基本保持不变。最佳的提取时间为160min。杨欣等[17]采用了传统的水蒸气蒸馏法对香茅草精油进行分段提取，其中0～10min的挥发油为无色透明，10～120min的挥发油为黄色，其成分也存在较大的差异。本实验在水蒸气蒸馏的基础上加入一定浓度的NaCl作为助剂可降低精油溶解度，从而提高香茅的出油率，其中前20min提取油为无色透明，20～160min提取油为淡黄色。分段提取的结果与杨欣等[17]研究成果存在差异，这可能与蒸馏中加入一定浓度的NaCl作为助剂、香茅草的产地气候环境和生长时期有一定关系。

表2　香茅草不同时段挥发油主要成分Table.2　Main components of lemongrass essential oil in different stages

图1　提取时间对香茅草精油出油率的影响Fig.1　Effect of extraction time on transfer rate of lemongrass essential oil

2.2.2料液比对香茅草油出油率的影响由图2可知，料液比从1∶15～1∶25时，出油率不断升高，料液比达到1∶25时，出油率最大，当溶液量继续增大时，出油率反而下降。因为在水蒸气蒸馏提取香茅精油的过程中，如果蒸馏水用量太小，水散作用进行不彻底，影响出油率。用量过大，精油在水中的溶解量也随之增大，降低出油率，同时能耗也随之增加，造成能源的浪费。因而采用料液比为1∶25，不仅可得到较高的出油率，同时也节约了能源。

图2　料液比对香茅草精油出油率的影响Fig.2　Effect of material-liquid ratio on transfer rate of lemongrass essential oil

图3　NaCl用量对香茅草精油出油率的影响Fig.3　Effect of mass concentration of NaCl on transfer rate of lemongrass essential oil

2.2.3NaCl浓度对香茅草精油出油率的影响香茅精油在水中有一定溶解度，加入无机盐等盐助剂可降低精油溶解度，从而提高香茅的出油率[18]。本文以NaCl为助剂，考察NaCl的不同用量对香茅精油的出油率的影响。如图3所示，当NaCl的质量浓度在4～7g/L之间时，出油率不断增加，NaCl浓度大于7g/L时，出油率反而减小。因此NaCl的质量浓度采用7g/L。

2.2.4正交实验优化香茅草精油提取工艺由表3可知，香茅草精油提取的最佳工艺为5号实验A2B2C3，但从K值可知香茅草精油提取的工艺为：A2B2C2。为此，在A2B2C3和A2B2C2条件下，分别进行3次重复的验证实验，香茅草精油的平均出油率分别为1.23%和1.15%。所以香茅草精油提取的最佳工艺为：A2B2C3，即料液比为1∶20，NaCl质量浓度为7g/L，提取时间为160min，平均出油率为1.23%。

2.2.5正交实验方差分析表4表明，由于FC=8.919＞F0.01=8.650，说明提取时间对香茅精油出油率的影响极为显著，料液比和NaCl浓度对出油率的影响不显著。综合评价极差大小结果显示各因素作用主次顺序为C＞B＞A，即提取时间＞NaCl浓度＞料液比。

表4　正交实验结果方差分析Table.4　Variance analysis of orthogonal array design

2.3香茅草精油在食用油脂体系中的抗氧化活性

2.3.1香茅草精油的不同用量对食用油脂抗氧化作用以猪油为体系，考察不同添加量的香茅草精油对猪油的抗氧化作用。由图4可知，当香茅草精油用量为0.02%时，第20d猪油的POV值低于10mmol/kg。当香茅草精油用量增至0.1%时，第20d猪油的POV值低至6mmol/kg，抗氧化活性增强。因此，香茅草精油对猪油有一定的抗氧化活性，这是由于香茅草中含有大量的柠檬醛类物质，在分段提取时，馏分后段（20～160min）精油中柠檬醛含量较高，并且随着香茅草精油的用量增加，其对猪油体系的抗氧化活性也相应增加。

图4　香茅草精油的用量对抗氧化活性的影响Fig.4　Effect of lemongrass essential oil concentration on antioxidant activity

2.3.2香茅草精油对猪油的抗氧化作用固定抗氧化剂和精油的用量都为0.04%，考察香茅精油、BHA和BHT对猪油贮存期间抗氧化效果（图5）。由于猪油主要为饱和脂肪酸，其本身较不饱和脂肪酸不易氧化，易贮存。由图5可知，BHA对猪油体系的抗氧化活性最好，香茅草精油在猪油体系中的抗氧化效果不如BHA和BHT，因而香茅精油不宜作固体油脂的抗氧化剂。

2.3.3香茅草精油对菜籽油的抗氧化作用固定抗氧化剂和精油的用量都为0.04%，考察不同提馏段香茅精油、BHA和BHT对菜籽油贮存期间抗氧化效果（图6）。通过实验可知，香茅草精油、BHT、BHA对菜籽油都具有一定的抗氧化活性，其中以BHT的活性最强，20～160min香茅精油和BHA活性相当，0～20min香茅精油对菜籽油的抗氧化活性最低。许多研究发现，多种抗氧化剂联合使用，其效果往往要大于使用同剂量的单一抗氧化剂的效果[19]。当香茅精油和VC复合使用时，抗氧化活性优于单独使用香茅草精油。几乎与BHT的活性相当。

图5　香茅草精油对猪油的抗氧化作用Fig.5　Antioxidant effect of lemongrass essential oil to lard

图6　香茅草精油对菜籽油的抗氧化作用Fig.6　Antioxidant effect of lemongrass essential oil to rapeseed oil

图7　香茅草精油对DPPH·自由基的清除能力Fig.7　Scavenging ability of the essential oil to DPPH·

2.4香茅草精油对DPPH·的清除能力

如图7所示，香茅草精油对DPPH·的清除能力较低，70min后，香茅精油对自由基的清除率仅为15.8%，而同一时刻，BHA和BHT的清除率可达80%和75%。因为BHA和BHT均属于酚类抗氧化剂，能够形成较稳定的自由基，从而终止自由基的链式反应，起到较好的抗氧化作用。而香茅草精油成分较复杂，多为萜类化合物及其衍生物，如柠檬醛、橙花醇、橙花醛等，在抗氧化剂用量较小的情况下，其清除DPPH·的能力较低。为此，本文考察了不同用量香茅精油对DPPH·的清除能力，如图8所示。随着香茅精油用量的增加，对DPPH·的清除率也增加，但需要较高浓度的香茅精油。

图8　香茅草精油的不同用量对自由基清除率的影响Fig.8　Effect of lemongrass essential oil dosage on DPPH· scavenging ability

2.5香茅草精油的总抗氧化活性测定

本文采用磷钼络合物法测定香茅精油的抗氧化活性，该法可以检测香茅精油总的抗氧化能力。香茅精油可以将Mo（VI）还原为Mo（V），还原产物为绿色配合物，在695nm处有最大吸收[20]。若香茅精油的抗氧化活性越强，还原能力越强，生产的Mo（V）配合物就越多，吸光度值越大。因而可以通过吸光度值A来判断香茅精油总的抗氧化活性（图9），可知0～20min的精油抗氧化活性最低，而20～160min的精油抗氧化活性与BHA、BHT相当，并且当浓度为0.4、0.5mg/mL时，香茅精油的抗氧化活性反而强于BHA和BHT。这可能是因为BHA和BHT均难溶于水，在磷钼试剂中的溶解度较小，导致抗氧化活性低。随着抗氧化剂用量增大，香茅草精油的抗氧化活性越明显，以至于在磷钼试剂中的抗氧化活性高于BHA和BHT。

图9　香茅草精油的总抗氧化活性测定Fig.9　Total antioxidant activity of lemongrass essential oil

3　结论

本文通过水蒸气蒸馏法提取云南香茅草精油，以干香茅草为原料，料液比为1∶20，并加入NaCl做助剂，质量浓度为7g/L，浸泡12h后蒸馏160min，分段提取0～20min和20～160min的馏分，总出油率可达1.23%。蒸馏过程中，前20min香茅油为无色透明，20～160min香茅精油呈淡黄色，GC-MS分析两段精油主要成分的含量差别较大。20～160min馏分香茅精油对菜籽油有较好的抗氧化活性，与VC复合使用时，其对菜籽油的抗氧化活性与BHT相当。香茅精油对猪油的抗氧化活性较低，不宜作固体油脂的抗氧化剂。香茅草精油对食用油脂有较好的抗氧化活性，并且与VC抗氧化剂有一定的增效作用，可继续研究香茅精油与其他天然抗氧化剂和合成抗氧化剂的增效作用，为开发新型食品抗氧化剂提供依据。

[1]陈集双，彭崇胜，杜琪珍，等.香茅叶挥发油化学成分的研究[J].中国药学杂志，2000，35（7）：462-464.

[2]刘家欣，蒋剑波，杨朝霞，等.毛细管气相色谱-质谱法研究香茅油化学成分[J].吉林大学学报：自然科学版，1998，19（3）：43-25.

[3]杨森艳，姚雷.柠檬草精油抗菌性研究[J].上海交通大学学报：农业科学版，2005，23（4）：374-376.

[4]杨欣，姜子涛，李荣.柠檬草精油的成分分析和抗氧化能力比较[J].食品科技，2010，35（8）：311-316.

[5]顾洪如，丁成龙，丁一.柠檬草添加料对牛奶品质和奶牛血液抗氧化性的影响[J].江苏农业学报，2007，23（6）：656-665.

[6]廉晓红，李德山，窦玉琴，等.香茅草提取物的免疫调节作用与肿瘤抑制作用[J].沈阳药科大学学报，2005，22（4）：295-297.

[7]Viana G S，Vale T G，Pinho R S，et al.Antinociceptive effect of the essential oil from Cymbopogon citratus in mice[J]. Ethnopharmacology，2000，70（3）：323-327.

[8]谢丽莎，欧阳炜，黄振园，等.香茅草研究概述[J].上海中医药杂志，2012，46（7）：66-68.

[9]杨欣.柠檬草精油的抗氧化及分子微胶囊化研究[D].天津：天津商业大学，2010.

[10]李楠.柠檬草精油对食用油脂的抗氧化性研究[J].安徽农业科学，2012，40（4）：2315-2317.

[11]杨欣，姜子涛，李荣，等.分段提取爪哇香茅挥发油抗氧化性能及清除自由基能力比较[J].中国食品学报，2011，11（1）：34-39.

[12]董晓敏，刘布鸣，林霄，等.广西产香茅草挥发油的化学成分分析[J].广西科学，2009，16（3）：302-304.

[13]Nakahar A K，Alzoreky N S，Yoshihashi T，et al.Chemical compositionandantifungalactivityofessentialoilfrom Cymbopogon Nardus（citronella grass）[J].Jarq-japan Agricultural Research Quarterly，2003，37（4）：249-252.

[14]王锐，何嵋，周云，等.山奈提取物对食用油脂的抗氧化作用[J].安徽农业科学，2010，38（26）：14342-14344.

[15]尹学琼，陈俊华，刘芳，等.柠檬香茅精油的提取及抗氧化活性[J].精细化工，2012，29（6）：568-571.

[16]翁新楚，昊候.抗氧化剂的抗氧化活性测定方法及其评价[J].中国油脂，2000，25（6）：119-122.

[17]杨欣，姜子涛，李荣，等.分段提取的爪哇香茅挥发油抗氧化性能及清除自由基能力的比较[J].中国食品学报，2011，11（1）：34-39.

[18]张蕾，余雯，周晓睛，等.水蒸馏法提取金桔精油的工艺研究[J].江西食品工业，2010（3）：16-19.

[19]黄克，崔春，赵谋明，等.天然抗氧化剂的增效作用及其对花生油抗氧化效果研究[J].现代食品科技，2012，28（9）：1139-1141.

[20]Kumaran A，Karunakaran R.In vitro antioxidant activities of methanol extracts of five Phyllanthus species from India[J]. LWT-Food Sci Technol，2007，40：344-352.

Study on antioxidant activity of lemongrass essential oil by stage extraction

LI Xiao-jiao，LIU Yi-ming
（School of Resources and Environment，Baoshan University，Baoshan 678000，China）

Objective：To get Yunnan Lemongrass essential oil by stage extraction，the paper investigates the antioxidant activity on edible fats.Methods：With steam distillation stage extraction to obtain the essential oil. With the lard and rapeseed oil as the medium，and the Peroxide Value as the index，the antioxidant activities of the tracts and its collaborative antioxidant effect with VCwere investigated.The various antioxidant activities were compared with the BHT and BHA.Results：The technology conditions for extracting the essential oil from the lemon grass by steam distillation were as follows：the material-liquid ratio of 1∶20，Distillation time of 160 min and the mass concentration of NaCl was 7g/L，the total oil yield was 1.23%.The extraction process of volatile oils was divided into two stages considering the color change of the oils.The distillation time was first 20 min and 20～160min.The contents of the main components of the oils were obviously different in two fractions. The 20～160min fractions had good antioxidant activity to rapeseed oil and had same antioxidant activity with BHT when used with VC.But antioxidant activity of lemongrass essential oil in lard was low.The DPPH· scavenging ability of 20～160min fractions was worse than BHT and BHA，but had same total antioxidant activity with them.Conclusion：Lemongrass oil had good antioxidant activity，and compounds of high boiling point demonstrated more antioxidant activity than low ones.

lemongrass essential oil；edible oil；antioxidant activity；free radical scavenging potential

TS201.1

B

1002-0306（2015）04-0237-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.043

2014－04－28

李晓娇（1985-），女，硕士，讲师，研究方向：天然植物化学和食品科学。