不同干燥方式對橘皮精油和黃酮的影響

邢 穎,王瑞芳,鄧隨勝

(運城學院生命科學系,山西運城 044000)

柑橘是世界上產量最大的水果,在中國的產量僅次于蘋果[1]。在我國傳統醫藥中柑橘的果皮經過干燥之后又稱為陳皮,味苦、辛,性溫,歸肺脾經[2],具有重要的藥用價值,主要用于治療消化系統及呼吸系統方面的疾病[3]。研究發現橘皮富含多種生物活性物質,如酚類、生物堿、黃酮類和精油等[46]。橘皮提取物中類黃酮物質較多,包括多甲氧基化黃酮,C-或O糖基化黃酮,O糖基黃酮,黃酮醇以及其他衍生物。其類黃酮具有多種生物活性,包括抗氧化、抗炎、抗致癌及抗動脈粥樣硬化等功效[7]。而橘皮中的精油具有抗菌、抑制脂質氧化,延長食物保質期的作用[89]。另外,醫學研究表明橘皮精油對產后孕婦睡眠有一定的改善作用[10]。

新鮮橘皮不耐貯藏易腐敗,通過干燥方式處理，具有防止微生物生長、降低酶活及延長保質期等作用[11]。不同干燥方式和工藝會使芳香植物在理化品質及感官特性方面產生不同程度的熱損傷及不良的變化[12],因此干燥方法的選擇非常重要。常見的自然干燥方法包括曬干和陰干,人工干燥包括烘干、真空干燥、冷凍干燥、微波干燥及中短波紅外干燥。AG Pirbalouti等[13]采用40 ℃和60 ℃烘干、曬干、陰干、500 W微波干燥及冷凍干燥對紫色和綠色兩個品種的羅勒葉進行干燥,并對揮發油進行提取分析,發現陰干品得到的揮發油含量最高,其次是冷凍干燥。徐明月等[14]對比研究了真空冷凍干燥、熱風干燥、中短波紅外干燥對橘皮顏色(色澤、褐變度和類胡蘿卜素含量)和結構性能(微觀結構、粗纖維、質構、干燥速率和復水性)的影響,研究表明與真空冷凍和熱風干燥相比,中短波紅外低溫干燥(60～70 ℃)對橘皮的顏色和結構保持最好。然而,不同干燥方式對橘皮中活性物質,如黃酮及精油方面的研究還未有報道。

本文采用曬干、陰干、烘干和真空干燥4種干燥方式對橘皮進行處理,研究不同干燥方式對其精油含量、精油組分及黃酮含量的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮橘子 采摘于四川眉山,挑選新鮮、無斑點的橘子,清洗,去果肉,取橘皮切塊后于4 ℃冰箱中保存備用;沒食子酸(純度≥95%)、蘆丁(純度≥95%) 國藥集團化學試劑有限公司;福林酚試劑 北京索萊寶科技有限公司;硝酸鋁、亞硝酸鈉、碳酸鈉、氯化鈉、無水乙醇等 西隴化工有限公司;所有試劑均為分析純。

KQ300GDV型數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;UV5500PC紫外可見分光光度計上海元析儀器有限公司;DHG9070A電熱烘干箱 上海一恒科學儀器有限公司;DZF6050真空干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司;KDM型電熱恒溫加熱套 山東鄄城華魯電熱儀器有限公司;Agilent7890A GC安捷倫氣相色譜儀 安捷倫科技(上海)有限公司;FAl604電子天平 上海舜宇恒平科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 橘皮的干燥處理 分別采用曬干、陰干、烘干和真空干燥4種干燥方式對橘皮進行干燥至恒重。曬干:將橘皮平鋪在紗網上,置于陽光直射下,溫度20～25 ℃之間;陰干:將橘皮平鋪在紗網上,在自然空氣流動和自然環境溫度下的室內進行,室溫平均為20 ℃;烘干:在電熱恒溫鼓風干燥箱中進行(溫度為50 ℃,風速為2.0 m/s);真空干燥:在溫度為50 ℃,真空度為0.1 MPa的真空干燥箱中進行[1516]。以新鮮橘皮為對照,每個處理設3次重復。

1.2.2 水分含量的測定 采用直接干燥法[17]測定各個干燥方式橘皮的水分含量。橘皮的濕基含水量以X表示,每次測量重復3次,取平均值。

式(1)

式中:M0為樣品初始的質量,g;M1為樣品干制后的質量,g。

1.2.3 精油的提取與測定 準確稱量20.000 g橘皮碎塊于500 mL圓底燒瓶中,加玻璃珠數粒(10～20粒),加入3%的氯化鈉,加入140 mL的蒸餾水,混勻,連接揮發油提取器和冷凝管,加熱5 h,經電熱套加熱回流至揮發油含量不再增加,停止加熱,收集精油[18]。橘皮中的精油含量公式如下:

式(2)

式中:m0為精油的質量,g;m1為橘皮的質量,g;X為樣品含水率,%。

1.2.4 精油組分的GCMS分析 移取橘皮精油100 μL,用正己烷稀釋100倍,搖勻上樣。氣相色譜條件:色譜柱為DBFFAP氣相毛細管色譜柱(30 mm×0.25 mm,0.25 μm),載氣為高純氦氣,流速為1 mL/min,升溫程序為起始溫度40 ℃保持8 min,以3 ℃/min升至110 ℃保持2 min,再以3 ℃/min升至140 ℃保持2 min,然后再以8 ℃/min升至250 ℃,保持10 min,進樣量為1 μL,分流比為10∶1,進樣口溫度為250 ℃。

質譜條件:接口溫度為280 ℃,離子源溫度為230 ℃,四級桿溫度150 ℃,測定方式采用SIM模式,電離方式采用EI源,電壓70 eV,質量掃描范圍為50～450 amu/s,溶劑切除時間為3 min。以峰面積對精油組分進行定量分析。

1.2.5 黃酮的提取與測定 準確稱取橘皮碎塊2.000 g于三角瓶中,加入40 mL濃度為70%的乙醇溶液,超聲波(頻率40 kHz、功率150 W、溫度50 ℃)處理40 min,抽濾,重復提取一次,合并提取液,用蒸餾水定容至100 mL。采用亞硝酸鈉硝酸鋁比色法[19]對橘皮中黃酮的含量進行測定,以蘆丁含量為橫坐標,吸光度值為縱坐標,得出蘆丁含量(x)與吸光度值(y)之間的標準曲線,得到回歸方程為:y=11.415x+0.0218,R2=0.999。橘皮中黃酮的含量以mg(蘆丁當量)/g(橘皮干質量)表示。公式如下:

式(3)

式中:c為通過標準曲線查的黃酮濃度,mg/mL;m1為橘皮的質量,g;X為樣品的水分含量,%;V為移取提取液的體積,mL;10為測定體積,mL；100為定容體積,mL。

1.3 數據處理

采用IBM SPSS Statistics 19統計分析軟件處理實驗數據,測定結果以平均值±標準差表示。用ANOVA進行差異顯著性分析(p<0.05)。橘皮精油組分的定性分析采用GCMS工作站軟件自帶NIST標準庫自動檢索各組分質譜數據,結合質譜裂解規律確定其化學組分,對SI和RSI大于800的物質進行探討。對應化合物的含量以峰面積表示。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式所需時間及最終含水量

不同干燥方式所需時間及最終含水量見表1。由表1可知,4種干燥方式所需時間排序為:陰干>曬干>真空干燥>烘干,這主要是由于溫度的影響所致,陰干干燥溫度最低為20 ℃左右,所需干燥時間長,烘干溫度為50 ℃,有利于干燥的進行,能在較短時間內水分含量達到平衡。真空干燥同樣在50 ℃條件下進行,而干燥時間長于烘干,這可能是由于真空干燥的橘皮其濕度保持時間較長,樣品表面水分蒸發速度大于內部水分遷移速度,過度的表面干燥會影響水分的遷移與擴散,從而減緩干燥速率[20]。新鮮橘皮中的水分含量為74.24%,4種不同的干燥方式得到的產品水分含量差異顯著(p<0.05)。其中陰干的水分含量最高為7.17%,真空干燥的橘皮水分含量最低為5.83%,這是由于橘皮內的水分在負壓狀態下溶點沸點降低,同時真空泵抽濕降低水汽含量,使得橘皮內的水分有足夠的動能脫離達到干燥的目的。

表1 不同干燥方式所需時間及最終含水量Table 1 Effects of different drying methods on drying time and final moisture content of orange peels

2.2 不同干燥方式對橘皮中精油含量的影響

由圖1可知,不同干燥方式對橘皮精油含量影響顯著(p<0.05)。新鮮橘皮的精油含量為2.07%,烘干所得到的橘皮精油含量最高為2.11%,與新鮮橘皮精油含量差異不顯著。真空干燥與曬干得到的精油含量之間差異不顯著,分別為1.95%和1.91%。陰干所得到的精油含量最低,為1.65%。研究表明,不同干燥條件對植物中的活性成分影響顯著,其中干燥溫度與干燥時間是較為顯著的影響因素[21]。陰干處理過程中橘皮暴露在空氣中長達96 h,精油組分在干燥的環境中擴散時間最長,損失量最大,這與百里香葉的研究結果類似[18]。相比于曬干和陰干而言,烘干和真空干燥所需干燥時間較短,能較好地保留橘皮中的精油,因此得到的含量較高。新鮮橘皮精油含量最高,但是因其含水量較高導致它很難長期保存或者貯藏。因此,橘皮干燥時,宜采用50 ℃烘干,干燥時間以2.5 h為宜。

圖1 不同干燥方式對橘皮精油含量的影響Fig.1 Effects of different drying methods on the essential oils yield of orange peels

2.3 不同干燥方式對橘皮精油組成成分及相對含量的影響

對新鮮及4種不同干燥方式的橘皮精油組分進行分析,四種干燥方式的精油指紋圖譜與新鮮橘皮精油的基本保持一致，所以在此僅呈現新鮮橘皮精油，總離子流圖見圖2。從表2可以看出,采用GCMS監測出來的不同干燥方式下的橘皮精油主要組分共有23種。新鮮橘皮中的主要組分為D檸檬烯(峰面積為2.91×109AU,占總峰面積的83.63%)、萜品烯(2.96×108AU,8.49%)、月桂烯(6.68×107AU,1.92%)及α蒎烯(3.83×107AU,1.10%)。以往研究也有相似報道,Zhang等[22]對不同種質的橘皮中的精油組分進行了鑒定,大多數種質橘皮中的主要組分為D檸檬烯、α蒎烯及月桂烯等。D檸檬烯是柑橘類中重要的精油組分,有助于咳痰和抗癌的活性[23],月桂烯是第二大豐富的萜烯,使柑橘類具有令人愉快的、清淡的檸檬香脂氣味[24]。

圖2 新鮮橘皮精油總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of essential oils of fresh orange peels

新鮮及4種不同干燥方式所得到的精油組分種類及含量之間有一定的差異。不同精油組分的化學組成及特性各不相同,因此不同干燥方式對原料的不同精油組分的影響也各不相同[25]。新鮮橘皮中,精油組分的總峰面積為3.48×109AU,經過曬干和陰干之后含量升高,分別為5.17×109AU及4.41×109AU;橘皮烘干之后精油中的精油組分含量變化不大,總面積為3.89×109AU;在真空干燥之后,精油中的精油組分含量降低,總面積為3.34×109AU。植物在干燥過程中,由于酶、氧氣及其他相關因素的影響,精油各組分發生不同的變化,由此構成了干燥后特有的風味[26]。

依據精油組分的化學結構特點,將其分為:萜烯類、醇類、醛類、酚類、醚類、苯類,其中萜類化合物是橘皮中最主要的化合物。分別統計不同類別精油組分的含量,分類統計結果見表3。萜烯類化合物具有濃郁的甜香、花香和木香[27]。新鮮橘皮中精油組分的含量為3.39×109AU,曬干處理之后其含量升高幅度最大,為5.03×109AU;真空干燥處理之后含量反而有所下降為3.24×109AU。醇類物質主要可以呈現清香、果香、花香和柑橘香[2829]。新鮮橘皮精油醇類組分的含量為5.68×107AU,經過干燥處理之后,醇類物質的總量均有所升高,其中陰干中的含量最高,為1.36×108AU。

表3 不同干燥方式下橘皮精油組分含量及種類數量的比較Table 3 Comparison of the contents and types of essential oil from orange peel by different drying methods

2.4 不同干燥方式對橘皮中黃酮含量的影響

由圖3可知,新鮮橘皮中黃酮的含量為16.24 mg/g,經過干燥之后橘皮中的黃酮含量均顯著下降(p<0.05)。閆旭等[30]在不同干燥方法對番石榴的影響中發現干燥之后樣品中黃酮的含量低于新鮮樣品,這是由于干燥對黃酮和高聚合度的黃酮類化合物具有破壞作用。不同干燥方式之間黃酮含量差異顯著(p<0.05),其中陰干所得到的黃酮含量最高為15.73 mg/g,烘干得到的橘皮黃酮含量次之為15.49 mg/g,曬干為15.33 mg/g,含量最低的是真空干燥,為14.63 mg/g。王紅等[31]研究了干燥方式對芡實功能性成分含量及抗氧化活性的影響,結果顯示傳統的干燥方式如曬干、陰干所需干燥時間較長,使得植物中的黃酮與氧氣接觸充分,各類氧化酶(過氧化氫酶、過氧化物酶和多酚氧化酶等)對活性成分的氧化也起到了催化的作用,隨著干燥時間的延長,氧化作用時間延長,導致植物中活性成分的降低。這與本結論相反,可能是由于干燥過程活性成分含量的升高或者降低取決于其在植物材料中的類型和在細胞中的位置[24]。

圖3 不同干燥方式對橘皮中黃酮含量的影響Fig.3 Effects of different drying methods on the content of flavonoids of orange peels

3 結論

新鮮橘皮經過曬干、陰干、烘干及真空干燥之后,精油含量、精油組分及黃酮含量均有顯著差異(p<0.05)。新鮮橘皮的精油及黃酮含量分別為2.07%和16.24 mg/g,烘干所得到的橘皮精油含量最高為2.11%,黃酮含量為15.49 mg/g,陰干所得到的精油含量最低為1.65%,黃酮含量最高為15.73 mg/g。采用GCMS共鑒定出23種主要精油組分,其中主要精油組分為D檸檬烯、萜品烯、月桂烯及α蒎烯。橘皮精油組分共分為6類,分別是萜烯類、醇類、醛類、酚類、醚類及苯類,其中萜烯類是橘皮中最主要的揮發性化合物。綜合比較,50 ℃烘干干燥時間短,得到的精油及黃酮含量較高,因此可采用50 ℃烘干對橘皮進行處理。

本實驗是研究不同干燥條件對橘皮中精油及黃酮影響的初步分析,橘皮中黃酮及精油的單組分的分析及變化是一個非常復雜的過程,有關不同干燥方式對橘皮精油、黃酮單組分影響的機理及不同干燥方式的聯合使用有待進一步深入研究,為橘皮干燥探尋更為合適的方式。

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