桂花精油提取工艺及其成分分析

郑义+朱玲昱+丁宁+张焕新

摘要：通过单因素和正交优化试验，对超声波提取新鲜桂花精油的工艺进行优化。把桂花精油提取工艺中的料液比、超声波频率、提取时间、提取温度逐一进行单因素考察，并在单因素试验基础上进行正交优化设计。结果表明，获得的最佳提取工艺条件为料液比1 g ∶9 mL、超声频率60 kHz、提取时间45 min、提取温度60 ℃，在此优化工艺条件下桂花精油的提取率为3.580%；气相色谱-质谱（GC-MS）分析和相关鉴定结果显示，桂花精油中的香气成分主要有芳樟醇类、紫罗兰酮、少量的醇、脂肪酸及酯类等化合物。

关键词：超声波提取；桂花精油；成分分析；GC-MS；提取工艺

中图分类号： TS225.3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）23-0188-03

同时作为一种天然香料，桂花精油是糖果、饮料、化妆品等的重要赋香剂、调味剂。近年来，植物香料以其绿色、天然、安全、环保的特点越来越得到广大消费者的喜爱，植物香料应用的范围也越来越广泛，需求量不断增加[1]。因此，获得产量高、品质好的桂花精油尤为重要。

目前，从桂花中提取精油的方法较少，最常用的有水蒸气蒸馏法、挥发溶剂浸提法、榨磨法等[2-4]，但受工艺限制，传统方法的精油提取率较低，为1.1%～2.3%[5-6]，有效成分损失多，工艺繁琐，耗能大。超声波提取技术作为一种新的提取分离技术已经进入油脂工业[7]，它是利用超声波的空化作用和机械作用，使溶剂分子渗透到组织细胞中去，更好地与溶剂分子接触，使细胞中可溶性成分更好更快地释放出来。因此，超声波可强化萃取分离过程的传质速率和效果，有利于油脂的提取。目前，超声波提取技术在红枣精油、丁香花精油、薰衣草精油等油脂提取方面已得到了广泛的应用[8]，在桂花精油提取方面还鲜有报道。本试验应用超声波辅助法从桂花中提取精油，考察不同因素对精油提取率的影响，优化提取工艺，并用气相色谱-质谱法（GC-MS）分析所提取精油的成分，为桂花精油的产业化生产和开发提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料与设备

桂花（大花金桂，采自江苏农牧科技职业学院，65 ℃烘干备用）；石油醚（沸程60～90 ℃，分析纯）；无水硫酸钠（分析纯）。

三频超声波清洗机（KQ100VDE），购自上海五相仪器仪表有限公司；旋转蒸发仪（RE-52A），购自上海亚容生化仪器厂；电子天平（FA2104N），购自上海精密科学仪器有限公司；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵，购自河南省巩义市予华仪器有限责任公司；气相色谱-质谱联用仪（Agilent 7890A-5975E型），购自美国安捷伦科技公司。

1.2试验方法

1.2.1桂花精油的制備方法称取50 g干桂花置于已加入500 mL石油醚的烧杯中，待其均匀混合后，将桂花料液置于超声波处理器中处理，调节超声波的频率、时间、温度进行超声波浸提。超声提取后静置，料液分离后进行抽滤，将提取液与水渣分离。对抽滤得到的提取液进行浓缩，在旋转蒸发仪（转速调至100 r/min，温度调至20 ℃，待温度稳定后再调至60 ℃）上浓缩后，加适量的无水硫酸钠脱水干燥，称其质量并计算精油的提取率，再按国家标准GB/T 14454.2—2008香料香气评定法[9]对桂花精油进行感官评定，3次平行试验。桂花精油的提取率按公示（1）计算。

w=m1-m2m×100%。（1）

式中：w为桂花精油提取率；m1为瓶和瓶内桂花精油的质量，g；m2为瓶的质量，g；m为桂花的质量，g。

1.2.2桂花精油成分的定性与定量分析[10]色谱条件：色谱柱为HP-5MS，石英毛细管柱（30 m×25 mm×0.25 μm）；载气为高纯氮气。进样方式：进样量1 μL，分流比为50 ∶1；口温度250 ℃。程序升温：初始温度为50 ℃，以5 ℃/min升至200 ℃，再以10 ℃/min升至280 ℃。

质谱条件：离子源为EI源；离子源温度230 ℃，4级杆温度150 ℃，接口温度280 ℃。电子能量70 eV；扫描质量范围为30～550 amu。标准质谱图库利用Wiley275.L和 NIST98.L 标准谱库[11]。

1.2.3单因素试验超声提取法的单因素影响因子有料液比、超声波频率、提取时间和提取温度。试验中控制超声功率为100 W，超声波频率为60 kHz，提取时间为45 min，提取温度为60 ℃，探讨料液比为1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7、1 ∶8、1 ∶9、1 ∶10（g ∶mL） 时的桂花精油提取率，选出最佳料液比，以此类推，得出另外几种单因素最佳的试验参数。

1.2.4正交优化试验在单因素试验结果的基础上，选取料液比、超声波频率、提取时间、提取温度为试验因素，以精油提取率为考察指标，通过L16（44）正交试验[12]优化超声波提取工艺条件，得到最佳的提取工艺。正交试验的因素水平如表1所示。

2结果与分析

2.1料液比对桂花精油提取率的影响

本试验在超声波频率为60 kHz、提取时间为45 min、提取温度为60 ℃的基础上，配制桂花与乙醚的料液比分别为 1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7、1 ∶8、1 ∶9、1 ∶10（g ∶mL），以精油的提取率作为指标进行单因素试验。由表2可知，在料液比为1 ∶5～1 ∶9（g ∶mL） 范围内，随着料液比的增加，桂花精油的提取率明显增大，当料液比超过1 g ∶9 mL时，提取率增加不明显。这主要是因为对于一定量的桂花，料液比越大，桂花与石油醚接触面的浓度差就越大，提高了渗透压，加快了油脂与石油醚的扩散速度，有利于油脂从桂花组织中脱离出来，桂花精油的提取率便随之增加；但过大的料液比使得石油醚用量、能量消耗增加，成本上升，对石油醚的回收不利。因此，从降低成本、溶剂回收等综合因素考虑，在本试验条件下料液比选择1 g ∶9 mL最为适宜。endprint

2.2超声波频率对桂花精油提取率的影响

对特定的物质，超声波作用的效果取决于超声波频率和提取物的结构与性质，不同的提取物有不同的超声波频率。本试验在料液比为1 g ∶9 mL、提取时间为45 min、提取温度为60 ℃的基础上，改变超声波频率分别为20、40、60、80、100 kHz，以桂花精油的提取率为指标进行单因素试验。由表3可知，超声波频率在20～60 kHz范围内，精油的提取率随超声波频率的增加而增大，当超声波频率为60 kHz时，提取率达到最大值，当超声波频率超过60 kHz时，提取率随着超声波频率的增加反而减小。这可能是由于超声波具有无选择性的破坏作用，高频率条件下，空化作用不仅破碎细胞壁，也破坏了提取物质的分子结构。因此，本试验条件下最佳的超声波频率为 60 kHz。

2.4提取温度对桂花精油提取率的影响

与其他形式的能一样，超声能也会转化为热能，超声波可以瞬间使溶液内部的温度升高，加速有效成分的溶解。超声波温度对精油的提取率有较大的影响[13]。本试验采用石油醚为溶剂，在料液比为1 g ∶9 mL，提取时间为45 min，超声波频率为 60 kHz 的基础上，提取温度分别设置为45、50、55、60、65、70 ℃，以桂花精油的提取率为指标进行单因素试验。由表5可知，随着提取温度的升高，精油的提取率逐渐增大，当提取温度达到60 ℃时，桂花精油的提取率达到最大值，当提取温度超过60 ℃时，桂花精油的提取率反而有所下降。这是因为提取温度在45～60 ℃时，温度的升高增加了溶剂分子和油脂分子的动能，促进了扩散作用的进行，使精油提取率增大；但温度超过 60 ℃ 时，随着温度的升高，接近石油醚的沸点（60 ℃），溶剂的挥发不断加快，减小了溶剂与桂花的有效接触面积，导致精油提取率下降。因此，在本试验条件下 60 ℃ 是比较理想的提取温度。

准确称取50 g干桂花，按最优工艺条件料液比 1 g ∶9 mL、超声波频率60 kHz、提取时间45 min、提取温度 60 ℃ 进行验证试验，3次重复，桂花精油的提取率为 3.580%，相对误差小于1.0%；提取所得桂花精油呈半透明液体状，色泽呈橙黄，具有浓郁的桂花香味，符合国家标准GB/T 14454.2—2008《香料香气评定法》[9]的感官标准要求。结果表明，采用正交试验优化得到的工艺参数具有较高的可信度。

2.7桂花精油的成分分析结果

按上述气相色谱-质谱（GC-MS）条件对桂花精油进行分析鉴定，启动G1701DA MSD ChemStation化学工作站，检索Wiley275.L和NIST98.L谱图库，并结合有关文献进行人工检索确定桂花精油的化学成分，采用峰面积归一化法[14]确定各成分在挥发油中的百分量[15]。桂花精油总离子流图和桂花精油的香气成分及其相对含量分别如图1、表7所示。由表7可知，本试验在桂花精油中检测出了多种香气成分，其中，芳樟醇、紫罗兰酮、紫罗兰醇、脂肪酸及其酯类为主要香气成分，未见环境雌激素——邻苯二甲酸酯类化合物[16]。其中，芳樟醇类的含量最高，为23.84%，包括氧化、顺式、环芳樟醇；其次是二氢β紫罗兰酮的含量，为22.68%，它是桂花特征香味的成分，带有果香和花木香，是配制很多高级香精不可缺少的香料；甲基-5，11，14，17-二十烷脂鲤烯醇的含量为10.26%；另外还有少量的脂肪酸及其酯类，包括棕榈酸、亚麻酸甲酯，还有烯类物质，如六羟基紫杉烯，高级不饱脂肪酸棕榈酸可以有效改善血液循环，达到延年益寿的功效，而其中酯类带有蜡香气味，它能使桂花的香气更加浓郁。

3结论

本试验首先通过单因素试验考察了超声波提取桂花精油工艺中的主要因素对提取率的影响，结果表明，最佳料液比为1 g ∶9 mL、最佳超声波频率为60 kHz、最佳提取时间为 45 min、最佳提取温度为60 ℃。通过正交试验法对桂花精油的提取工艺条件进行优化，结果表明，最佳提取工艺参数为料液比1 g ∶9 mL、超声波频率60 kHz、提取时间45 min、提取温度60 ℃。用此工艺对桂花精油进行提取，得到的桂花精油提取率为3.580%。采用GC-MS对超声波提取的桂花精油进行定量和定性分析，在桂花精油中检测出了多种化合物。

超声波提取技术提取桂花精油具有用时短、能耗低、效率高、节省溶剂、环保、操作易于控制等优点，提取的精油内含有的有效香气成分和含量也比传统方法有所提高[5]。因此， 本

提取工艺对指导实际生产有一定的应用意义，在经济上也具有一定的竞争力。本研究还存在一些缺陷，仍须对一些方面作进一步的研究和探讨，选用一些其他提取方法，如超临界CO2萃取法、动态顶空吸附法等从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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