同時(shí)蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油及工藝優(yōu)化

張鳳芳，馬　力

（西華大學(xué)生物工程學(xué)院，四川成都610039）

同時(shí)蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油及工藝優(yōu)化

張鳳芳，馬力*

（西華大學(xué)生物工程學(xué)院，四川成都610039）

以新鮮大蔥為研究對(duì)象，采用同時(shí)蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油，利用毛細(xì)管氣相色譜/質(zhì)譜法（GC/MS）鑒定出25種化合物，其中含硫化合物13種，主要成分有：烯丙基甲硫醚、甲基甲基硫代亞磺酸酯、丙基甲基硫代硫磺酸酯、反式烯丙基丙基三硫醚等；醛類3種，2-甲基-2-戊烯醛、2-丁炔二乙基乙縮醛、3-丁炔二乙基乙縮醛；酯類6種，主要成分有：2-丁烯酸甲酯、3-戊烯酸，4-甲基-2-丙烯酸酯、2-丁烯酸乙烯酯等；酸2種，乙烯丁酸和2-甲基庚酸；醇類1種，2，4-二甲基-3-戊醇。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取蒸餾溫度、料液比、同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間以及水浴溫度進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，確定同時(shí)蒸餾-萃取法提取蔥油最佳工藝參數(shù)為：蒸餾溫度95℃、料液比1∶2（g∶mL）、同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間3.5h、水浴溫度55℃，此條件下測(cè)得含硫化合物含量可達(dá)25.15mg/g。

同時(shí)蒸餾-萃取法（SDE），蔥油，含硫化合物，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

大蔥是多年生草本百合科蔥屬植物，含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、鈣、磷、鐵以及多種維生素等物質(zhì)。大蔥具有特殊的清香辛辣味，能促進(jìn)消化液的分泌增進(jìn)食欲，祛腥解膩，是制作菜肴良好的調(diào)味品。大蔥所含的活性成分能降低血脂含量、延長(zhǎng)凝血時(shí)間，對(duì)高血壓、冠心病、動(dòng)脈硬化具有良好的預(yù)防作用。大蔥的生理活性物質(zhì)主要是存在于大蔥油中的含硫化合物，多為易揮發(fā)組分，包括二甲基三硫醚、甲丙基二硫醚、丙基甲基硫代硫磺酸酯、甲基烯丙基硫代硫磺酸酯、甲硫醇、2，5-二甲基噻吩等［1］。另外，蔥油對(duì)體內(nèi)外人胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)具有抑制作用［2］。目前大蔥在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要應(yīng)用于食品調(diào)味、保健品以及藥品開(kāi)發(fā)等方面，應(yīng)用前景廣泛。大蔥的出口產(chǎn)品主要是初級(jí)和原料型，深加工產(chǎn)品較少。因此，對(duì)大蔥進(jìn)行深加工，尤其是提取高質(zhì)量的蔥油顯得尤為重要。

精油的提取方法主要有水蒸汽蒸餾法［3-4］、有機(jī)溶劑萃取法［5］、同時(shí)蒸餾-萃取法（SDE）［6-7］和超臨界CO2萃取法（SFE）［8］等。水蒸汽蒸餾法結(jié)合有機(jī)溶劑法，提取過(guò)程不僅消耗大量的有機(jī)溶劑，且由于蔥油粘壁造成蔥油損失極大，不僅浪費(fèi)成本，污染環(huán)境，還降低了蔥油的提取效率。SFE法采用CO2作為萃取劑，極性低，不適用于含水量高的植物有效成分的提取，且成本高。SDE法是近年來(lái)才發(fā)展起來(lái)針對(duì)揮發(fā)性和半揮發(fā)性成分的提取方法，SDE法優(yōu)點(diǎn)在于蒸餾與萃取同步進(jìn)行。攜帶蔥油的水蒸汽和有機(jī)溶劑在儀器上部相遇，蔥油由于在水相和有機(jī)相中的分配系數(shù)不同，由水相轉(zhuǎn)移至有機(jī)相，遇低溫兩相冷凝成液滴并在“U”形管中分離，水相流回至蒸餾瓶?jī)?nèi)，有機(jī)相則流回至萃取瓶?jī)?nèi)，此過(guò)程不斷循環(huán)達(dá)到對(duì)精油的萃取。目前SDE法已用于洋蔥［9］、安息茴香［10］、大蒜［11］、花椒揮發(fā)油［12］、火麻仁［13］等精油的提取上，并取得良好的提取效果，但國(guó)內(nèi)鮮少報(bào)道有利用SDE法提取蔥油的研究。本實(shí)驗(yàn)利用SDE法提取蔥油并通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，為大蔥資源的利用提供參考數(shù)據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

成都產(chǎn)大蔥（蔥白粗長(zhǎng)） 購(gòu)于當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；苯甲醇標(biāo)準(zhǔn)品Sigma公司；無(wú)水硫酸鈉、二氯甲烷（分析純） 成都科龍化工試劑廠；

JJ-2型組織搗碎機(jī)江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；KQ-100DE型超聲波清洗器昆山市超聲儀器有限公司；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；同時(shí)蒸餾-萃取裝置天長(zhǎng)市長(zhǎng)城玻璃儀器制造廠；島津GC-MS QP2010Plus深圳市儀器設(shè)備有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1蔥油提取蔥油提取傳統(tǒng)工藝流程主要為：大蔥→預(yù)處理→粉碎→有機(jī)溶劑萃取→過(guò)濾→蒸餾→蔥油。蔥油提取工藝中，為阻止蒜氨酸（alliin）在催淚因子合成酶（LFS）作用下生成不具生物活性且極易揮發(fā)催淚因子（LF）［14］，需先將大蔥熱燙處理使LFS失活。另外，超聲波的次級(jí)效應(yīng)可加速目標(biāo)成分溶出［15］。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)SDE法提取蔥油并對(duì)萃取工藝予以優(yōu)化并對(duì)相關(guān)重要參數(shù)進(jìn)行探討。因此，改進(jìn)后工藝流程如下：

新鮮大蔥→預(yù)處理→滅酶→粉碎→超聲波輔助萃取→同時(shí)蒸餾-萃取→分液→無(wú)水硫酸鈉干燥→濃縮→蔥油。

1.2.2流程說(shuō)明

1.2.2.1大蔥預(yù)處理蔥白切段（長(zhǎng)度約5cm），80℃水浴滅酶30m in，組織搗碎機(jī)破碎成勻漿，取1000g漿液加入蒸餾水于室溫超聲處理60min。

1.2.2.2提取方法將1.2.2.1得到的勻漿裝入SDE裝置左側(cè)的物料瓶，物料瓶置于油浴鍋中進(jìn)行蒸餾，SDE裝置右側(cè)的溶劑瓶中加入20m L二氯甲烷，置于水浴鍋中進(jìn)行水浴加熱。物料瓶、溶劑瓶?jī)?nèi)溫度分別達(dá)到設(shè)定值后，物料瓶?jī)?nèi)大蔥精油隨水蒸汽在SDE裝置中上部與溶劑蒸汽相遇，由于大蔥精油在水相和有機(jī)溶劑相中分配系數(shù)不同而發(fā)生相轉(zhuǎn)移，從水相轉(zhuǎn)移至有機(jī)溶劑相完成萃取過(guò)程。水蒸汽和溶劑蒸汽冷凝，在“U”形管中被分開(kāi)，流回各自的容器中。控制“U”型管中液滴滴下的速度為每15s滴下一滴，以保證實(shí)驗(yàn)的一致性，連續(xù)蒸餾4h，收集萃取液。

1.2.2.3萃取液處理小心收集萃取液，離心，下層溶液用無(wú)水Na2SO4干燥，除去水分，然后55℃恒溫水浴除去溶劑，并濃縮至1000μL，加入苯甲醇作為內(nèi)標(biāo)物，使其濃度為10mg/g，GC-MS檢測(cè)。

1.2.3GC-MS檢測(cè)色譜柱：DB-5ms毛細(xì)管柱（30.0m×0.25mm，0.25μm）；程序升溫：50℃，保持3m in，以7℃/m in升溫至180℃，保持2m in，以4℃/m in升溫至250℃，柱箱溫度50℃，進(jìn)樣口溫度250℃，離子源溫度230℃，接口溫度280℃，進(jìn)樣量1μL，分流比為1∶20；利用NIST譜庫(kù)進(jìn)行檢索，所得質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)譜圖進(jìn)行比較，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行確證。

1.2.4蔥油得率計(jì)算方法大蔥的生理活性物質(zhì)以及風(fēng)味成分主要是存在于蔥油中的含硫化合物，因此利用含硫化合物濃度來(lái)替代蔥油得率。×內(nèi)標(biāo)物濃度

1.2.5單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分別在蒸餾溫度（80～110℃）、料液比（1∶1～1∶5）、同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間（1～5h）以及水浴溫度（40～70℃）范圍內(nèi)進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，以蔥油中含硫化合物含量為指標(biāo)，固定蒸餾溫度100℃，料液比1∶3，水浴溫度65℃，蒸餾時(shí)間4h，探究四因素對(duì)SDE法提取蔥油中含硫化合物含量的影響。

1.2.6正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交設(shè)計(jì)，選擇蒸餾溫度（A）、料液比（B）、同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間（C）以及水浴溫度（D）四個(gè)因素，各因素選取3個(gè)水平，進(jìn)行三因素四水平的正交實(shí)驗(yàn)，確定SDE法提取蔥油的最佳工藝條件，正交因素水平見(jiàn)表1。

表1　因素水平表Table 1　Factors and levels of central composite design

2　結(jié)果與分析

2.1蔥油化學(xué)成分檢測(cè)與分析

經(jīng)SDE法萃取的蔥油，經(jīng)GC-MS分析鑒定出25種化合物。蔥油的總離子流色譜圖與NTST譜庫(kù)檢索鑒定出的化學(xué)成分分別見(jiàn)圖1和表2所示。

通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照、分析，對(duì)于相似度較高的物質(zhì)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖譜確定化學(xué)結(jié)構(gòu)；對(duì)于含量較高但相似度低的化合物，需要查閱相關(guān)文獻(xiàn)［16］確定可能的化學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)果見(jiàn)表2。

圖1　蔥油的總離子流圖Fig.1　Total ion flow diagram of green onions oil

表2　蔥油化學(xué)成分Table 2　The chemical composition of green onions oil

由表2可知：共鑒定出25種化合物，約占揮發(fā)油總量的90%。其中，含硫化合物13種、醛類3種、不含硫酯類6種、酸2種、醇類1種；含硫化合物占揮發(fā)油總量60%以上，其中（亞）硫代硫磺酸酯占17.23%；烯丙基硫醚占的比例比較大，是因?yàn)榱虼▉啠┗撬狨ヮ愇镔|(zhì)在水與油介質(zhì)中分解生成阿霍烯、二烯丙基硫醚、乙烯基二噻乙烯等［17］，這無(wú)疑造成了蔥油活性成分的巨大損失；研究中檢測(cè)到蔥油化學(xué)成分與黃雪松研究結(jié)果有差異，黃雪松研究得到丙基甲基硫代硫磺酸酯含量最高，占揮發(fā)油總量的17%，可能是由于品種、產(chǎn)地，提取方法，檢測(cè)儀器差異造成的。

2.2單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1蒸餾溫度對(duì)含硫化合物含量的影響蒸餾溫度對(duì)蔥油含硫化合物含量的影響如圖2所示。蒸餾溫度的高低決定了蔥油的品質(zhì)優(yōu)劣，溫度過(guò)低，蔥油無(wú)法隨水蒸汽與有機(jī)相接觸完成萃取過(guò)程；溫度過(guò)高，蔥油品質(zhì)發(fā)生劣變。

圖2　蒸餾溫度對(duì)蔥油含硫化合物含量的影響Fig.2　The effectof distil-off temperature on the extraction yield of sulfur-containing compounds

由圖2可知，蒸餾溫度在80～100℃時(shí)，含硫化合物含量隨溫度的升高而增加，100℃達(dá)到最大值22.59mg/g；繼續(xù)升高溫度，含硫化合物含量急劇下降，是由于逐漸升高溫度，部分含硫化合物揮發(fā)或者發(fā)生分解導(dǎo)致含量降低。綜合考慮，選擇蒸餾溫度為100℃比較合適。

2.2.2料液比對(duì)含硫化合物含量的影響料液比對(duì)含硫化合物含量的影響如圖3所示。由圖3可知，料液比在1∶1～1∶3之間時(shí)，含硫化合物含量隨料液比的增大而增加，當(dāng)料液比為1∶3時(shí)，含硫化合物含量達(dá)到最大值23.81mg/g；之后雖增大料液比，含硫化合物含量略有降低但變化不大。綜合考慮，選擇料液比為1∶3為最適料液比。

圖3　料液比對(duì)含硫化合物含量的影響Fig.3　The effectof ratio ofmaterial to liquid on the extraction yield of sulfur-containing compounds

2.2.3同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間對(duì)含硫化合物含量的影響同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間對(duì)含硫化合物含量的影響如圖4所示。由圖4可知，同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間對(duì)含硫化合物含量影響很大：在1～4h之間，含硫化合物含量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，在4h處達(dá)最大值24.94mg/g；延長(zhǎng)萃取時(shí)間，含硫化合物含量降低，可能是由于蒸餾時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致部分含硫化合物分解。綜合考慮，同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間4h為佳。

圖4　同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間對(duì)含硫化合物含量的影響Fig.4　The effect of extracting time on the extraction yield of sulfur-containing compounds

2.2.4萃取溫度對(duì)含硫化合物含量的影響水浴溫度對(duì)含硫化合物含量的影響如圖5所示。選擇適當(dāng)?shù)乃囟扔欣谑[油被充分萃取。由圖5可知，對(duì)當(dāng)水浴溫度在40～60℃之間時(shí)，含硫化合物含量隨水浴溫度的升高而增加，在60℃時(shí)達(dá)到最大值22.74mg/g；繼續(xù)升高溫度，含硫化合物含量隨水浴溫度的升高略有下降但總體變化不大。綜合考慮，選擇水浴溫度為60℃比較合適。

圖5　水浴溫度對(duì)含硫化合物含量的影響Fig.5　The effectof bath temperature on the extraction yield of sulfur-containing compounds

表3　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3　Test design and results

表4　方差分析Table 4　Variance analysis of regression equation

由表4可知，蒸餾溫度和同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有顯著影響，而料液比和水浴溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不顯著。極差R3＞R1＞R2＞R4，各因子對(duì)指標(biāo)的影響力大小依次為：蒸餾-萃取時(shí)間＞蒸餾溫度＞料液比＞水浴溫度；由k值可得4因子的最佳組合為A1B3C1D1，即蒸餾溫度95℃，料液比1∶4，同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間3.5h，水浴溫度55℃。由于料液比和水浴溫度的選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不顯著，從節(jié)約能源的角度考慮，選擇料液比最小，水浴溫度最低，因此確定最佳提取工藝條件為蒸餾溫度95℃、料液比1∶2、同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間3.5h、水浴溫度55℃。在上述工藝條件下進(jìn)行三次平行實(shí)驗(yàn)，得到的含硫化合物含量的值為25.15mg/g。

3　結(jié)論

3.1采用同時(shí)蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油，利用毛細(xì)管氣相色譜/質(zhì)譜法共鑒定出25種化合物，約占揮發(fā)油總量的90%，其中含硫化合物有13種，醛類3種，不含硫酯類6種，酸2種，醇類1種。

3.2通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得到同時(shí)蒸餾萃取法提取大蔥油最佳工藝條件為：蒸餾溫度95℃、料液比1∶2（g∶m L）、同時(shí)蒸餾-萃取時(shí)間3.5h、水浴溫度55℃，此條件下得到的含硫化合物含量可達(dá)25.15mg/g。

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Extraction on green onions oilusing simultaneous distillation and solventextraction（SDE）and technology optim ization

ZHANG Feng-fang，MA li*
（School of Bioengineering，Xihua University，Chengdu 610039，China）

Green onions oilwas extracted by Simultaneous Distillation and Solvent Extraction（SDE）method from g reen onions，and analyzed by GC/MS，25 peaks were separated and identified，which contents 13 sulfurcontaining com pounds，such as allylmethyl sulfide，methyl thiosulfinates，p ropylmethyl ester thiosulfate sulfur，trans allyl p ropyl three sulfur ether.3 aldehydes：2-methyl-2-pentenal，2-butyne d iethylacetal，3-butyn d iethyl acetal.6 esters：such as 2-butenoate，3-pentenoic acid 4-methyl-methacrylate，2-butenoic acid vinyl ester. 2 acid ics，vinyl butyrate，2-methyl enanthate.1 alcohol，2，4-d imethyl-3-pentanol.Four extraction parameters inc lud ing d istil-off tem perature，ratio of liquid to material，extracting time，bath tem perature were op tim ized using orthogonal design based on sing le fac tor investigations for the extraction yield of sulfur-containing compounds.And op timum extraction condition for d istil-off temperature 95℃，ratio of material to liquid 1∶2（g∶m L），extrac ting time 3.5h，bath temperature 55℃.Under these conditions，the average content of sulfurcontaining compounds was 25.15mg/g.

simultaneous d istillation and solventextraction（SDE）；g reen onions oil；sulfur-containing compounds；orthogonaldesign

TS201.1

B

1002-0306（2015）06-0290-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.055

2014-07-30

張鳳芳（1989-），女，碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。

馬力（1956-），男，本科，教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。