超聲輔助法提取香茅草精油的工藝優化及其對金鯧魚的保鮮作用

摘 要：研究香茅草精油的提取工藝優化及其對金鯧魚的保鮮作用。在單因素試驗的基礎上，采用正交試驗優化超聲輔助水蒸氣蒸餾法提取香茅草精油的工藝，并通過香茅草精油乳液對金鯧魚貯藏期間硫代巴比妥酸反應物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）值、揮發性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量及鮮度（K值）的影響驗證其保鮮作用。結果表明：香茅草精油最佳提取工藝條件為料液比1∶25（g/mL）、超聲時間30 min、超聲功率260 W，在此條件下香茅草精油的平均得率為6.77%；香茅草精油乳液可降低金鯧魚貯藏期間TBARS值、TVB-N含量及K值。本研究結果表明，香茅草精油對金鯧魚有保鮮作用。

關鍵詞：香茅草；精油；超聲輔助法；金鯧魚；保鮮

Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction of Citronella Essential Oil and

Its Effect on Keeping Freshness of Gold Pomfret

WU Yiduo， HU Zhiheng， LU Zijing， WU Meiyan， HANG Yuyu， CHEN Yaoxian， HU Yaqin*

（School of Food Science and Engineering， Hainan Tropical Ocean University， Sanya 572022， China）

Abstract： The purpose of this study was to optimize the extraction process of citronella essential oil using ultrasonic-assisted steam distillation and to evaluate its effect on keeping the freshness of gold pomfret. The optimization was carried out using single factor and orthogonal array design experiments. The effect of citronella essential oil emulsion on keeping the freshness of gold pomfret was evaluated by measuring its thiobarbituric acid reactive substances （TBARS） value， total volatile basic nitrogen （TVB-N） content and freshness quality index （K value）. The optimal extraction conditions were as follows：

solid-to-solvent ratio 1：25 （g/mL）， ultrasonic time 30 min and ultrasonic power 260 W. Under these conditions， the average yield of citronella essential oil was 6.77%. Citronella essential oil emulsion reduced the TBARS value， TVB-N content and K value of gold pomfret during storage. Citronella essential oil can keep the freshness of gold pomfret.

Keywords： citronella; essential oil; ultrasound-assisted method; gold pomfret; freshness preservation

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240315-053

中圖分類號：TS254.1" " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2024）07-0048-07

香茅草（Cymbopogon citratus）是指禾本科植物香茅的全草[1]，其呈特殊檸檬香味，又被稱作檸檬草。香茅草廣泛分布于熱帶、亞熱帶地區，如巴西、印度、泰國等[2]。

在我國集中分布在廣東、廣西、云南、海南等地區[3]。

香茅草應用歷史悠久、應用場景廣泛。在傳統應用場景中，香茅草常被用作烹調作料，以及用于制茶、入藥。隨著現代工業的進步，人們還利用香茅草精油中的香茅醛、香葉醇、檸檬醛等有效成分的抗氧化、清除自由基等功效[4-8]，制備化妝品[9]、保鮮劑、食品添加劑、消毒制劑、殺蟲劑[10]等。

現有的香茅草精油提取方法有水蒸氣蒸餾法、索氏提取法、超臨界CO2萃取法等[11-12]。其中，水蒸氣蒸餾法提取香茅草精油設備及操作簡單，但提取率較低[13]；索氏提取法雖然提取率較高，但操作過程中加入的丙酮試劑會污染精油中有效成分；超臨界CO2萃取法雖然能保護有效成分不受污染，但操作中所需的高壓設備成本較大[14]。用超聲輔助水蒸氣蒸餾法提取香茅草精油不僅可以提高精油的出油率，還具有水蒸氣蒸餾法提取時間短、操作簡單的優點。

香茅草精油優良的抑菌性[15]及抗氧化性使其被應用于食品貯藏。唐森等[16]研究發現，添加香茅草的冷卻豬肉糜能獲得更長貯藏期，表明香茅草對冷卻豬肉糜在貯藏過程中有保鮮作用。蘇榮鎮等[17]發現，添加香茅草提取物的雞肉腸在氧化過程中氧化程度降低，且雞肉腸硬度有所下降。程作慧等[18]通過測定香茅草微乳液的外觀性狀、穩定性、粒徑、透明溫度區間和抑菌活性，發現表面活性劑選用吐溫-80、助表面活性劑選用無水乙醇、表面活性劑與助表面活性劑質量比為1∶5的香茅草精油微乳液增溶效果最好，透明溫度介于－5～71 ℃之間，粒徑大多為40～60 nm，抑菌性能明顯。

檸檬醛是香茅草精油中的主要成分，劉家欣等[19]從湘西生長的香茅草提取精油中分析檢測出其檸檬醛質量分數為39.12%；謝麗莎等[20]從廣西南寧生長的香茅草提取精油中檢測出檸檬醛質量分數為48.33%；楊欣等[21]從四川香茅草提取精油中分析檢測出檸檬醛質量分數為42.48%。檸檬醛不僅有抑菌性能，也具有強抗氧化能力。Erkan等[22]發現富含檸檬醛的檸檬精油能有效抑制鯖魚的脂質氧化，具體表現為更低的過氧化值和硫代巴比妥酸反應物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）值。Khaledian等[23]研究表明，含有檸檬醛的檸檬皮提取物可延長白蝦貨架期，且在貯藏期間白蝦的TBARS值顯著降低。García-Márquez等[24]研究表明，香茅草精油的抗菌性可以預防魚體中細菌的快速生長，提高魚體的潛在抗病性。

檸檬醛作為一種天然無毒的高生物活性物質，化學結構不穩定，在酸性和氧化條件下易分解[25-26]。檸檬醛通常不單獨作保鮮劑使用，但是許多含有檸檬醛的精油被用于水產品保鮮。TBARS值表示不飽和脂肪酸的氧化程度；總揮發性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量表示蛋白質被分解的程度，是反映魚類鮮度的主要指標；K值也是反映魚類鮮度的重要指標。本研究采用超聲輔助水蒸氣蒸餾法提取香茅草精油，并應用正交試驗對提取工藝進行優化。實驗通過測定主要成分為檸檬醛的香茅草精油乳液對金鯧魚貯藏過程中TBARS值、TVB-N含量及K值的影響驗證香茅草精油在金鯧魚貯藏中的保鮮作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香茅草鮮草于2023年9月購于海南省萬寧興隆興香香料作物種植場。金鯧魚（Trachinotus ovatus）于2023年9月購于海南省三亞市勝利路旺豪超市，充氧后以活體狀態運輸至實驗室。

吐溫-80（食品級） 廣州康本生物技術有限公司；中鏈甘油三酯（食品級） 武漢華翔科潔生物技術有限公司；石油醚（分析純） 廣州化學試劑有限公司；硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸（均為分析純） 上海國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SH220石墨消解儀 濟南海能儀器股份有限公司；DHG9070A電熱恒溫鼓風干燥箱 杭州藍天儀器有限公司；SZF-06A粗脂肪測定儀、SHZ-S（III）循環水真空泵"上海力辰邦西儀器科技有限公司；RE-52AA旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠；DTY-A220電子天平 華志（福建）電子科技有限公司；UV5105紫外-可見分光光度計 安徽皖儀科技股份有限公司；K1100全自動凱氏定氮儀 濟南海能未來技術集團股份有限公司；SCIENTZ-II D超聲波細胞粉碎機 寧波新芝生物科技股份有限公司；FSH-2A高速均質機 常州越新儀器制造有限公司；Ultimate 3000 RSLCnano高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）儀 美國賽默飛世爾科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 香茅草營養成分測定

1.3.1.1 水分含量測定

參照趙建芬等[3]的方法。稱取5.0 g香茅草，置于干燥至恒質量的稱量瓶中，于70 ℃烘箱中干燥5 h，恢復至室溫，稱其質量；再于上述條件干燥1 h，恢復至室溫后稱質量，直至2 次稱量差低于2‰。香茅草的水分含量按

式（1）計算：

水分質量分數/%＝m₁-m₂/m₁-m₃×100（1）

式中：m1為稱量瓶和試樣質量/g；m2為稱量瓶和試樣干燥后質量/g；m3為稱量瓶質量/g。

1.3.1.2 脂肪含量測定

參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》[27]中索氏提取法測定。稱取2.0 g香茅草，放入濾紙片筒中，然后將濾紙片筒置于脂肪抽提器的抽提筒內，并設定抽提溫度為70 ℃。在冷凝管上端注入石油醚，至瓶內2/3時開始抽提，石油醚回流抽提速率為6～8 次/h，抽提時間為3～4 h。抽提完成后，從接收瓶中取出樣品袋，并置于電熱鼓風干燥箱中風干12 h后稱其質量。脂肪含量按式（2）計算：

粗脂肪質量分數"/%=m₄-m₀/m₅×100 （2）

式中：m₄為接收瓶和粗脂肪質量/g；m₅為試樣質量/g；m0為接受瓶質量/g。

1.3.1.3 蛋白質含量測定

參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》[28]中凱氏定氮法測定。將新鮮香茅草置于70 ℃烘箱中干燥后粉碎，稱取2.0 g香茅草粉末，在250 mL消化管中依次加入香茅草粉末、0.4 g硫酸銅、6.0 g硫酸鉀及20 mL硫酸，將其置于消化爐內消化后，溫度設定為420 ℃，當爐內溫度達到420 ℃后，繼續消化1 h；對凱氏定氮儀進行清洗和調整，安裝裝有消化液的消化管，自動測試，選擇2%（V/V）硼酸溶液20 mL、40%（V/V）氫氧化鈉溶液40 mL，蒸餾時間為5 min。

按式（3）、（4）計算氮含量和粗蛋白含量：

氮質量分數/%1.401×c/m₆×"（V-V0）×100 （3）

粗蛋白質量分數 /%6.25氮質量分數/%（4）

式中：m₆為樣品質量/g；c為標準酸濃度/（mol/L）；V為消耗標準酸體積/mL；V₀為空白消化標準酸體積/mL。

1.3.1.4 碳水化合物含量測定

參考朱照武等[29]的方法，采用卡路里分析儀進行測定。

1.3.2 香茅草精油的提取

參考王利利等[30]的方法。按1.3.1.3節方法制備香茅草粉末，稱取10.0 g粉末置于圓底燒瓶中，按一定料液比加入蒸餾水、無水乙醇，混合均勻，浸泡5 h，設定超聲時間、超聲功率，將浸泡好的香茅草粉末放入超聲波細胞粉碎機中超聲處理，并進行水蒸氣蒸餾。蒸餾結束后，對提取的香茅草精油進行干燥處理。香茅草精油得率

按式（5）計算：

香茅草精油得率/%=m₇/m₈×100（5）

式中：m₇為香茅草精油質量/g；m₈為在干基條件下稱取的香茅草粉末質量/g。

1.3.3 單因素試驗

稱取10.0 g香茅草粉末，在添加無水乙醇100 mL、浸泡5 h、蒸餾溫度85 ℃的條件下蒸餾提取，分別考察料液比（1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30，g/mL）、超聲時間（10、15、20、25、30 min）、超聲功率（100、140、180、220、260 W）對香茅草精油得率的影響，確定最佳提取條件。

1.3.4 正交試驗

在單因素試驗基礎上，以香茅草精油得率為評價指標，選擇料液比、超聲功率和超聲時間3 個因素進行L₉（3⁴）

正交試驗，確定最佳條件，各因素及水平如表1所示。

1.3.5 香茅草精油乳液的制備

參考Chu Yifu[31]、劉錢媛[32]等的方法制備香茅草精油乳液。將質量分數10%的香茅草精油和質量分數1%的吐溫-80乳化劑在中鏈甘油三酯中溶解后磁力攪拌10 min，與去離子水按1∶10（V/V）混合，在高速均質機中以10 000 r/min均質10 min，所得乳液經超聲（功率400 W，時間9 min）乳化后得香茅草精油乳液。

1.3.6 金鯧魚預處理

將鮮活金鯧魚碎冰致死，去除魚頭部、尾部和內臟，用生理鹽水清洗魚體以清除剩余黏液和血液，取其背部肌肉，每組樣品10.0 g。將金鯧魚樣品分別浸泡在體積為魚樣品10 倍的空白乳液、香茅草精油乳液中15 min，并以未浸泡處理作為對照組。排出多余的液體后，將浸泡過的樣品裝入無菌密封袋中，保存在冰箱中（4 ℃、12 d），每2 d測定一次。

1.3.7 金鯧魚TBARS值的測定

參考Xu Nan等[33]的方法。將2.0 g金鯧魚樣品與18 mL含有0.1 g/100 mL乙二胺四乙酸二鈉的7.5 g/100 mL三氯乙酸溶液混合，在高速均質機中以15 000 r/min均質3 min，所得均質液離心（4 ℃、10 000 r/min）10 min，取上清液、0.02 mol/L硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）溶液各5 mL，混勻，于90 ℃水浴加熱60 min后冰浴冷卻。參照GB 5009.181—2016《食品安全國家標準 食品中丙二醛的測定》[34]中的方法用1，1，3，3-四乙氧基丙烷配制丙二醛標準系列溶液。采用分光光度計，將TBA溶液作空白對照以測定樣液及標準系列溶液在532 nm波長下的吸光度，以標準系列溶液的質量濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，并以此標曲測定試樣中的TBARS含量。TBARS含量以丙二醛質量計，按式（6）計算：

TBARS值/（μg/g）ρ₀×V₁/m₉ （6）

式中：ρ₀為從標準曲線中得到的試樣溶液中丙二醛質量濃度/（μg/mL）；V₁為試樣溶液定容體積/mL；m₉為最終試樣溶液所代表試樣質量/g。

1.3.8 金鯧魚TVB-N含量的測定

參考Hu Zhiheng等[35]的方法。取2.0 g樣品與18 mL高氯酸溶液（0.6 mol/L）混合，以15 000 r/min的轉速均質3 min，將均質液在4 ℃環境以10 000 r/min離心10 min，取10 mL上清液加入到消化管中并添加1.0 g MgO，同時以高氯酸溶液作為空白對照。使用全自動凱氏定氮儀測定TVB-N含量，結果以每100 g樣品的氮毫克數（mg/100 g）表示。

1.3.9 K值的測定

參考Hu Yaqin等[36]的方法，收集樣品中的核苷酸降解產物三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）、二磷酸腺苷（adenosine diphosphatc，ADP）、單磷酸腺苷（adenosine monophosphate，AMP）、肌苷酸（inosinic acid，IMP）、次黃嘌呤核苷（inosine，HxR）和次黃嘌呤（hypoxanthine，Hx），即取1.0 g樣品與10 mL體積分數5%高氯酸溶液混合并用無菌剪刀剪散，滴加KOH溶液（1 mol/L）調整混合液的pH值至2.0～3.5，加入純水定容至20 mL；將定容液通過0.45 μm濾膜過濾，濾液通過HPLC儀測定其中的核苷酸降解產物含量[37]：HPLC條件：色譜柱：C₈色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；柱溫35 ℃；進樣量20 μL；流動相A為0.02 mol/L磷酸二氫鉀溶液；流動相B為0.02 mol/L磷酸氫二鉀溶液；流速1.0 mL/min；紫外檢測器。ATP、ADP、AMP、IMP、HxR檢出限為5.00 mg/kg；Hx為2.50 mg/kg。ATP、ADP、AMP、IMP、HxR定量限為10.0 mg/kg，Hx為5.00 mg/kg。K值按式（7）計算：

K值/%=m_Hx+m_HxR/m_ATP、m_ADP、m_AMP、m_IMP、m_Hx、m_HxR×100（7）

式中：m_ATP、m_ADP、m_AMP、m_IMP、m_HxR、m_Hx為樣品中ATP、AMP、ADP、IMP、Hx、HxR含量/（mol/g）。

1.4 數據處理

每組實驗設置3 個重復，取平均值，結果以平均值±標準偏差表示，采用Origin 2022軟件進行繪圖，采用SPSS 27.0軟件進行方差分析，顯著性水平設置為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 香茅草原料營養成分測定結果

本實驗所用香茅草原料營養成分中水分質量分數為香茅草鮮質量的（84.98±2.04）%；脂肪、粗蛋白、碳水化合物質量分數分別為香茅草干質量的（5.45±0.33）%、（7.29±0.07）%、（25.10±0.30）%。

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 料液比對精油得率的影響

通常情況下，隨著溶液占比的提高，物料在水溶液中會分散更充分、反應進行會更徹底；然而，這種增長效果有限，當溶液占比提高到一定程度時，水分散效果會得到限制，反而會影響其反應的充分性，降低精油得率。由圖1可知，隨著溶液占比不斷提高，香茅草精油得率逐漸增加。當料液比達到1∶25時，精油得率最大。而后，隨著溶液占比繼續提高，香茅草精油得率則開始降低。因此，在使用超聲輔助的水蒸氣蒸餾法提取香茅草精油時，選擇料液比為1∶25可以提高香茅草精油得率。

小寫字母不同表示差異顯著（P＜0.05）。圖2、3同。

2.2.2 超聲時間對精油得率的影響

由圖2可知，在超聲時間為10～25 min時，隨著超聲時間延長，香茅草精油得率升高；當超聲25 min時，香茅草精油得率達到最大值；超聲時間超過25 min后，香茅草精油得率隨著超聲時間的延長而減小。原因可能是，超聲10～25 min時，精油擴散隨超聲時間延長變得更加充分，提取率隨之升高；當時間超過25 min時，精油中部分不穩定成分被破壞、揮發，乳化程度加劇，產量下降。因此，選擇最佳超聲處理時間為25 min。

2.2.3 超聲功率對精油得率的影響

由圖3可知，超聲功率在100～260 W時，香茅草精油得率隨超聲功率的升高而升高；與超聲功率220 W相比，260 W時的精油得率顯著提高（P＜0.05）。超聲波在化學介質中傳播后，其熱力學特性被用于破壞物質細胞結構，對有機溶劑和萃取液的相互混合也有促進作用，萃取液在有效部位的得率也隨之升高，對溫度變化產生了瞬間穩定和提高效應，對熱不穩定成分影響較小。因此，使用超聲波處理可極大程度上縮短精油提取時間、改善提取效果。當超聲功率為260 W時，香茅草精油的得率達到最大，為5.76%。

2.3 正交試驗結果

根據單因素試驗結果可知，相對較優的料液比為1∶25、超聲時間為25 min、超聲功率為260 W，以此為基礎設計正交試驗，結果如表2所示。RA＞RC＞RB，料液比對精油提取率影響最大，其次是超聲功率、超聲時間。當料液比1∶30、超聲時間25 min、超聲功率280 W時，香茅草精油的提取率最低，為5.10%；當料液比1∶25、超聲時間30 min、超聲功率260 W時，香茅草精油提取率最高，為6.77%。所以香茅草精油提取的最佳工藝為：A2B3C2，即料液比1∶25、超聲時間30 min、超聲功率260 W。

2.4 香茅草精油乳液對金鯧魚貯藏期間TBARS值的影響

TBARS值反映脂質氧化成熟度。金鯧魚含有豐富的不飽和脂肪酸，在貯藏期間極易發生氧化，進而導致變質。由圖4可知，3 組樣品的TBARS值均呈上升趨勢，但上升趨勢為未處理組＞空白乳液組＞香茅草精油乳液組。表明空白乳液和香茅草精油乳液均有一定抗氧化作用?？瞻兹橐旱目寡趸瘷C制主要表現為與過渡金屬離子催化劑結合、與自由基相互作用及對過氧化物的降解作用[38]。檸檬醛除抑菌性能外，也具有較強抗氧化能力。香茅草精油乳液中含有大量檸檬醛，在抗氧化性方面，香茅草精油與乳液有協同增強作用。

大寫字母不同表示相同貯藏時間、不同處理組間差異顯著（P＜0.05）；小寫字母不同表示不同貯藏時間、相同處理組間差異顯著（P＜0.05）。圖5、6同。

2.5 香茅草精油乳液對金鯧魚貯藏期間TVB-N含量的影響

TVB-N指蛋白質和氨基酸因內源酶和微生物的降解作用而產生的堿性含氮物質，其含量可反映肉品含氮物質的降解及營養破壞情況[39]。在魚類貯藏期間，隨著時間的延長，微生物降解魚肉的程度加深，TVB-N含量不斷提高。由圖5可知，在貯藏前期，3 組樣品中TVB-N含量無顯著差異，但隨著貯藏時間的延長，各組樣品的TVB-N含量均升高，且升高速率為未處理組＞空白乳液組＞香茅草精油乳液組。香茅草精油乳液處理組TVB-N含量增長速率明顯低于另外2 組，表明經香茅草精油乳液處理可以有效抑制金鯧魚貯藏期間TVB-N含量的增長。對比香茅草精油乳液組和空白乳液組樣品的TVB-N含量變化，發現加入香茅草精油乳液樣品的TVB-N含量均低于空白乳液組，表明香茅草精油可以抑制腐敗微生物分解蛋白質，從而在金鯧魚的貯藏保鮮方面起積極作用。類似的結果也在鲅魚魚糜的保鮮研究中有所發現，即含有檸檬醛的乳液可顯著降低水產品貯藏過程中的TVB-N含量增長[40]。

2.6 香茅草精油乳液對金鯧魚貯藏期間K值的影響

K值是目前評價魚類新鮮度的公認指標，K值越低表明魚肉新鮮度越高。一般而言，K值低于20%的魚肉被認定為非常新鮮，而K值＞40%的魚肉已不宜食用[41]。由圖6可知，在貯藏過程中，金鯧魚的K值隨貯藏時間的延長不斷升高，升高速率為未處理組＞空白乳液組＞香茅草精油乳液組?？瞻兹橐航M在貯藏第4天時K值就接近40%，在第6天時超過40%；而香茅草精油乳液組在第10天

時K值才達到40%，表明香茅草精油乳液對K值的增長有延緩作用。Ahmad等[42]關于檸檬草精油保鮮鱸魚的研究也得出類似研究結果。結果表明，香茅草精油乳液可延緩K值的增長并維持金鯧魚新鮮度。

3 結 論

本研究在香茅草和水的料液比、超聲輔助水蒸氣蒸餾時間、超聲功率等單因素試驗的基礎上進行正交試驗，對超聲輔助水蒸氣蒸餾法提取香茅草精油的工藝條件進行優化。以香茅草精油提取率為優化指標，得出其最佳工藝條件為料液比1∶25、超聲時間30 min、超聲功率260 W。在此工藝條件得到的香茅草精油的平均提取率為6.77%。檸檬醛是香茅草精油的主要成分，是一種高生物活性物質，具有抗氧化性和保鮮作用。測定香茅草精油乳液浸泡后金鯧魚貯藏期間的TBARS值、TVB-N含量和K值的變化，結果發現，與未處理組和空白乳液組相比，香茅草精油乳液組TBARS值、TVB-N含量和K值均明顯降低，表明香茅草精油乳液對金鯧魚有保鮮作用。

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