超聲波輔助萃取油菜花揮發(fā)油及其化學(xué)成分的氣質(zhì)聯(lián)用分析

楊月云，王小光，周 娟

(周口師范學(xué)院化學(xué)系，河南 周口 466001)

超聲波輔助萃取油菜花揮發(fā)油及其化學(xué)成分的氣質(zhì)聯(lián)用分析

楊月云，王小光，周 娟

(周口師范學(xué)院化學(xué)系，河南 周口 466001)

為研究油菜花揮發(fā)成分，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)確定超聲波輔助萃取油菜花的最佳工藝條件，即：超聲萃取時(shí)間20min、超聲頻率60kHz、料液比l:40(g/mL)，此條件下，得油率為8.12%。利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對(duì)油菜花揮發(fā)成分進(jìn)行分析。共檢測(cè)出116多種成分，鑒定并確定出其中75種化合物(未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道)，被鑒定物質(zhì)相對(duì)含量占揮發(fā)成分總量的94.29%，其主要化合物為正四十四烷(31.67%)、正三十六烷(31.24%)、亞麻酸(12.00%)、棕櫚酸(5.81%)、肉豆蔻酸(香料0.85%)、月桂酸(0.54%)、γ-亞麻酸(0.54%)、二十二碳六烯酸(0.53%)、異硫氰酸丁烯酯(0.2%)等。

油菜花揮發(fā)油；超聲波輔助萃??；氣相色譜-質(zhì)譜法

油菜花是一種集觀賞、美容、保健與一體的綠色健康食品，據(jù)報(bào)道，油菜花制成的果汁在醫(yī)療上具有預(yù)防心血管疾病、腸胃疾病和傷風(fēng)感冒等功效。目前，對(duì)油菜花的研究主要集中在花粉黃酮[1]，花粉多糖[2]以及色素[3]等方面，對(duì)于油菜花揮發(fā)性物質(zhì)的研究卻鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。

植物揮發(fā)油常見(jiàn)的提取方法有水蒸氣蒸餾法[4-6]、溶劑萃取法[7-8]、CO2超臨界流體萃取法[9-11]、超聲波輔助提取法[12-14]、微波輔助萃取法[15-16]、固相微萃取法[17-18]。水蒸氣蒸餾時(shí)間長(zhǎng)，提取率低；溶劑萃取法需消耗大量溶劑，且效率低下；CO2超臨界流體萃取法采用CO2做溶劑，雖無(wú)溶劑殘留，但僅適于極性物質(zhì)的萃取，對(duì)非極性物質(zhì)的萃取效果不佳，且操作成本高；微波輔助萃取法中消解過(guò)程存在一定的安全隱患，且操作步驟多，易對(duì)提取物造成污染；超聲波提取法利用超聲機(jī)械波穿透介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的空化作用，使植物細(xì)胞壁迅速破裂并將目標(biāo)成分溶出，而超聲波的機(jī)械振動(dòng)、攪拌、擴(kuò)散、擊碎等次級(jí)效應(yīng)可以加速溶出目標(biāo)成分與溶劑的充分混合，從而可以廉價(jià)、安全、快速、高效的提取樣品中的有效成分。本實(shí)驗(yàn)選用超聲波輔助萃取法萃取油菜花中的揮發(fā)成分，并利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(gas chromatographymass spectrometry，GC-MS)法對(duì)油菜花揮發(fā)成分進(jìn)行分析，以期為油菜花食用價(jià)值和藥用價(jià)值的開(kāi)發(fā)利用提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

油菜花于4月上旬采于周口師范學(xué)院試驗(yàn)田，采摘后去梗莖洗凈備用。

所用試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水全部采用去離子水。

TRACE GC UltraTM氣相色譜-ITQ1100質(zhì)譜聯(lián)用儀(Xcalibur 2.0.7數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)) 美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司；KQ100VDB型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；AL電子分析天平 美國(guó)梅特勒-托利多集團(tuán)有限公司。

1.2 油菜花揮發(fā)油的提取

油菜花在通風(fēng)櫥內(nèi)自然陰干，粉碎過(guò)20目篩，取1g油菜花粉末(m油菜花)于具塞萃取瓶中(萃取瓶質(zhì)量記為m1)，加乙醚浸泡，超聲提取，為防止高溫造成揮發(fā)油損失，在超聲波清洗機(jī)中加入冰塊，保持水溫為0℃，超聲后過(guò)濾，濾液置冰水中，待乙醚揮發(fā)完后稱(chēng)量記為m2，之后用無(wú)水Na2SO4干燥后的乙醚定容，待測(cè)。得油率計(jì)算公式如下：

1.3 GC-MS條件

色譜條件：TR5MS石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm，0.25?m)；進(jìn)樣量1μL；程序升溫：初始溫度60℃，保持1min，以10℃/min升溫至150℃，保持1min，再以5℃/min升溫至230℃，保持5min；進(jìn)樣口溫度：230℃；載氣為高純He(≥99.999%)，載氣流量1mL/min；分流比：50:1。

質(zhì)譜條件：離子阱檢測(cè)器；電子電離(electron ionization，EI)源；離子源溫度230℃；傳輸線(xiàn)溫度230℃；電離電壓70eV，掃描范圍40～650u，溶劑延遲4min。用面積歸一化法計(jì)算各組分的相對(duì)含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，對(duì)相對(duì)含量大于0.01%的揮發(fā)油成分進(jìn)行積分并鑒定。對(duì)總離子流圖中各色譜峰相應(yīng)的質(zhì)譜圖進(jìn)行NIST 2005版譜庫(kù)檢索、人工譜圖解析，根據(jù)各峰的質(zhì)譜裂片，參考有關(guān)文獻(xiàn)和手冊(cè)對(duì)基峰、質(zhì)核比和相對(duì)豐度等方面進(jìn)行比較，分別對(duì)各峰加以確認(rèn)，并且根據(jù)保留時(shí)間和其他可靠的質(zhì)譜標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行最后鑒定。

1.4 單因素試驗(yàn)

以乙醚溶液作為提取劑，分別考察超聲萃取時(shí)間(5、10、15、20、25min)、超聲頻率(20、30、40、60、80kHz)和料液比(1:10、1:20、1:30、1:40、1:50(g/mL))三因素對(duì)油菜花揮發(fā)油得率的影響。

1.5 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選用L9(33)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以得油率為指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化最佳工藝。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 超聲萃取時(shí)間對(duì)得油率的影響

圖1 超聲萃取時(shí)間對(duì)揮發(fā)油得油率的影響Fig.1 Effect of extraction time on the yield of volatile oil

在超聲頻率60kHz、料液比1:40條件下，不同超聲萃取時(shí)間對(duì)油菜花揮發(fā)油得率的影響如圖1所示。超聲萃取時(shí)間在20min時(shí)對(duì)得油率的影響最大。繼續(xù)延長(zhǎng)萃取時(shí)間，得油率略有下降。分析其主要原因，可能是部分揮發(fā)油與水發(fā)生了乳化作用，分散在水中難以分離。因此，超聲萃取時(shí)間取20min為宜。

2.1.2 超聲頻率對(duì)得油率的影響

圖2 超聲頻率對(duì)揮發(fā)油得油率的影響Fig.2 Effect of ultrasonic frequency on the yield of volatile oil

在超聲萃取時(shí)間20min，其他條件同2.1.1節(jié)條件下，不同超聲強(qiáng)度對(duì)油菜花揮發(fā)油得率的影響如圖2所示。油菜花揮發(fā)油提取率在較低超聲頻率時(shí)，隨著超聲頻率的增大而迅速增大，在60kHz時(shí)最大，之后略有降低。因?yàn)槌暡ň哂锌栈饔?，頻率越大，液體振動(dòng)越劇烈，會(huì)使液體的溫度升高，起到了很好的攪拌作用，加速溶質(zhì)的溶解析出。超聲頻率過(guò)高會(huì)使液體的溫度升高而造成揮發(fā)油揮發(fā)和分解而損失。因此，超聲頻率選60kHz為宜。

2.1.3 料液比對(duì)揮發(fā)油得油率的影響

圖3 料液比對(duì)油菜花揮發(fā)油得油率的影響Fig.3 Effect of material-to-liquid ratio on the yield of volatile oil

在超聲頻率60kHz，其他條件同2.1.2節(jié)條件下，不同料液比對(duì)油菜花揮發(fā)油得率的影響如圖3所示。料液比在1:40時(shí)，油菜花揮發(fā)油得油率最大。繼續(xù)增大提取液使用量，得油率變化不大。增大提取液使用量，溶劑中的有效成分濃度低，傳質(zhì)推動(dòng)力較大，所以萃取率高；但是，使用量過(guò)大，在經(jīng)濟(jì)上不合算。所以，選擇料液比1:40為宜。

2.2 油菜花揮發(fā)油提取工藝優(yōu)化

表1 油菜花揮發(fā)油提取條件正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果( =6)Table1 Orthogonal array design and results for the optimization of extraction conditions ( =6)

由表1可以看出，在3個(gè)因素中，以超聲萃取時(shí)間對(duì)得油率的影響最大，超聲頻率次之，料液比最小。即各因素對(duì)提取率的影響以次為超聲萃取時(shí)間＞超聲頻率＞料液比。確定最佳工藝條件為A3B2C3，即超聲萃取時(shí)間20min、超聲頻率60kHz、料液比1:40(g/mL)。在此條件下作重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，平均得油率為8.12%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.6%。

2.3 油菜花揮發(fā)油成分分析

最佳工藝條件下所得油菜花揮發(fā)油樣品經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜分析一共確定75種成分(每種成分與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)的匹配度均大于50%)，樣品揮發(fā)油的總離子流圖見(jiàn)圖4，分析鑒定結(jié)果見(jiàn)表2，油菜花揮發(fā)油成分?jǐn)?shù)目及每類(lèi)成分含量見(jiàn)表3。

圖4 油菜花中揮發(fā)油成分的總離子流圖Fig.4 Total ion chromatogram of chemical components in volatile oil from rape flowers

表3 油菜花揮發(fā)油成分分類(lèi)Table3 Identified compounds and their relative contents in volatile oil from rape flowers

由圖4可知，通過(guò)GC-MS分析，油菜花通過(guò)超聲波輔助萃取法所得的揮發(fā)油共分離得到了116個(gè)峰。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)檢索和核對(duì)質(zhì)譜庫(kù)，共鑒定了得到75種化合物(表2)。由表3可以看出，鑒定出的化合物質(zhì)量占揮發(fā)油總質(zhì)量的94.29%，其主要成分：烷烴類(lèi)5種(69.18%)、酸類(lèi)24種(22.04%)、酯類(lèi)10種(1.19%)、不飽和烴類(lèi)8種(0.55%)、醇類(lèi)7種(0.38%)、酮類(lèi)8種(0.27%)、醛類(lèi)2種(0.06%)以及其他類(lèi)型化合物11種(0.35%)。其中相對(duì)含量較高的組分是正四十四烷(31.67%)、正三十六烷(31.24%)、亞麻酸(12.00%)、棕櫚酸(5.81%)、肉豆蔻酸(香料0.85%)、月桂酸(0.54%)、γ-亞麻酸(0.54%)、二十二碳六烯酸(0.53%)、異硫氰酸烯丙酯(0.2%)等組分。油菜花揮發(fā)性成分具有多方面的生物活性，并且是某些中藥的主要有效成分。其中，異硫氰酸烯丙酯是油菜花特殊風(fēng)味的最主要來(lái)源[19]。研究發(fā)現(xiàn)異硫氰酸烯丙酯具有消炎止痛、發(fā)汗散寒、通利內(nèi)臟、溫和開(kāi)胃、防腐抑菌、抗癌等功效[20-21]。亞麻酸是構(gòu)成人體組織細(xì)胞的主要成分，它是機(jī)體必需的生命活性因子DHA和EPA的轉(zhuǎn)化源，具有促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)、大腦和視網(wǎng)膜發(fā)育，提高腦功能和記憶力，抑制腫瘤等作用。γ-亞麻酸是組成人體各組織生物膜的結(jié)構(gòu)材料。二十二碳六烯酸具有輔助腦細(xì)胞發(fā)育，降血脂，抗衰老等功能。花生四烯酸與亞麻酸一起被稱(chēng)為人體必需脂肪酸，它具有抗消化性潰瘍及延長(zhǎng)妊娠的作用。

3 結(jié) 論

本研究在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)油菜花的揮發(fā)性成分進(jìn)行超聲輔助萃取，考察超聲萃取時(shí)間、超聲頻率、料液比對(duì)得油率的影響，得出各因素對(duì)提取率的影響順序?yàn)槌曒腿r(shí)間＞超聲頻率＞料液

比，最佳提取工藝條件為超聲萃取時(shí)間20min、超聲頻率60kHz、料液比1:40(g/mL)。并對(duì)在該條件下提取產(chǎn)物進(jìn)行GC-MS技術(shù)分析，共分離出100多種組分，并鑒定出其中75種化合物，確認(rèn)組分占總組分的94.29%。其主要成分正四十四烷(31.67%)、正三十六烷(31.24%)、亞麻酸(12.00%)、棕櫚酸(5.81%)、肉豆蔻酸(香料0.85%)、月桂酸(0.54%)、γ-亞麻酸(0.54%)、二十二碳六烯酸(0.53%)、異硫氰酸丁烯酯(0.2%)等組分，這些組分的測(cè)定為油菜花這一寶貴的綠色資源的研究開(kāi)發(fā)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

表2 油菜花揮發(fā)油的化學(xué)成分鑒定結(jié)果Table2 Compound groups and their relative contents in volatile oil from rape flowers

[1] 阮征, 胡筱波, 賴(lài)富饒, 等. 油菜花粉中黃酮類(lèi)物質(zhì)提取工藝的優(yōu)化研究[J]. 食品科學(xué), 2007, 28(7): 133-137.

[2] 楊曉萍, 羅祖友, 吳謀成. 油菜花粉多糖提取工藝條件研究[J]. 食品科學(xué), 2004, 25(9): 128-131.

[3] 杜敏華, 龐振凌. 超聲波提取油菜花黃色素及其防腐作用研究[J].中國(guó)油料作物學(xué)報(bào), 2007, 29(2): 216-219.

[4] MILOJEVIC S Z, STOJANOVIC T D, PALIC R, et a1. Kinetics of distillation of essential oil from comminuted ripe juniper (Juniperus communis L.) berries[J]. Biochemical Engineering Journal, 2008, 39(3): 547-553.

[5] CASSELA E, VARGASA R M F, MARTINEZB N, et a1. Steam distillation modeling for essential oil extraction process[J]. Industrial Crops and Products, 2009, 29(1): 171-176.

[6] 曾昭瓊. 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2000: 51-54.

[7] 張成海, 婁方明, 謝增琨. 不同方法提取的枸杞子揮發(fā)油化學(xué)成分的研究[J]. 遵義醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào), 2011, 34(2): 117-122.

[8] 劉欣, 李汴生. 乙醇提取辣味雞油中辣椒素工藝[J]. 食品科學(xué), 2012, 33(10): 112-114.

[9] 李雪梅, 周謹(jǐn), 張曉龍, 等. 超臨界CO2流體萃取與常規(guī)提取方法制備芹菜籽精油的比較[J]. 精細(xì)化工, 2004, 21(8): 581-585.

[10] 陳玲娟, 趙良忠, 林親錄, 等. 超臨界CO2萃取雪峰蜜橘橘皮精油的中試條件研究[J]. 食品科學(xué), 2011, 32(2): 120-123.

[11] 司輝清, 沈強(qiáng), 龐曉莉. 臘梅花精油超臨界CO2萃取及GC-MS分析[J]. 食品科學(xué), 2010, 31(2): 134-137.

[12] 陳鋼, 黃立山, 徐靜, 等. 黑莓花色苷的超聲波提取與抗氧化性活性研究[J]. 食品科學(xué), 2012, 33(24): 117-121.

[13] POLO C D, DEEORTI D. Ultrasound-assisted extraction coupled with under vacuum distillation of flavour compounds from spearmint (carvone-rich) plants: Comparison with conventional hydrodistillation[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2009, 16(6): 795-799.

[14] 邵信儒, 孫海濤, 劉穎. 超聲提取野生軟棗獼猴桃多糖工藝優(yōu)化[J].食品科學(xué), 2012, 33(14): 64-68.

[15] 王飛生, 胡塞陽(yáng), 葉榮飛. 不同方法提取香根油的化學(xué)成分的GC-MS分析[J]. 中國(guó)調(diào)味品, 2009, 34(7): 42-45.

[16] 張麗媛, 申書(shū)昌, 劉志明. 微波法輔助萃取萬(wàn)壽菊花揮發(fā)油及其化學(xué)成分的氣質(zhì)聯(lián)用分析[J]. 食品科學(xué), 2011, 32(16): 326-329.

[17] 李寧, 孫寶國(guó), 梁夢(mèng)蘭. 固相微萃取結(jié)合氣質(zhì)聯(lián)用法分析一種奶味香精中的揮發(fā)性成分[J]. 食品科學(xué), 2011, 32(22): 221-225.

[18] 苗愛(ài)清, 凌彩金, 龐式, 等. 金萱烏龍茶香氣成分的分析研究[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2007(9): 82-83.

[19] 樊鈺虎, 陳小燕, 何華玲. 菜花中揮發(fā)油化學(xué)成分氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析[J]. 食品科學(xué), 2011, 32(20): 157-159.

[20] LIN C M, WEI C I. Antibacterial mechanism of allylisothio cyanate[J]. J Food Prot, 2000, 63(6): 727-7341.

[21] RHEE M S, LEE S Y, DOUGHERTY R H, et a1. Antimicrobial effects of mustard flour and aceticacidag ainst Escherichia coli O157:H7. Listeria monocytogenes, and Salmonella enterica serovar Typhimurium[J]. Appl EnvironMicrobiol, 2003, 69(5): 2959-2963.

Ultrasound-Assisted Extraction and GC-MS Analysis of Volatile Oil from Rape Flowers

YANG Yue-yun，WANG Xiao-guang，ZHOU Juan
(Department of Chemistry, Zhoukou Normal University, Zhoukou 466001, China)

The volatile oil of rape flower was extracted by ultrasound-assisted extraction method and its chemical composition was analyzed by GC-MS. Using an orthogonal array design, we determined the optimal extraction conditions to be 20 min, 60 kHz and 1:40 (g/mL) for extraction time, ultrasound frequency and solid-to-solvent ratio, respectively. The maximum yield of volatile oil under the optimized conditions was 8.12%. A total of 116 compounds were detected in the volatile oil, of which 75 were identified for the first time, accounting for 94.29% of the total volatile compounds. The major compounds identified were tetratetracontane (31.67%), hexatriacontane (31.24%), linolenic acid (12.00%), n-hexadecanoic acid (5.81%), tetradecanoic acid (0.85%), dodecanoic acid (0.54%), gamolenic acid (0.54%), doconexent (0.53%), and allyl isothiocyanate (0.2%).

volatile oil of rape flowers；ultrasound-assisted extraction；gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

TS207.3

A

1002-6630(2013)18-0098-05

10.7506/spkx1002-6630-201318020

2012-08-01

周口師范學(xué)院青年科研基金項(xiàng)目(zksyqn201320A)；周口師范學(xué)院大學(xué)生科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目(zksydxs2013017)作者簡(jiǎn)介：楊月云(1983—)，女，講師，碩士，主要從事食品分析研究。E-mail：yueyunyang@163.com