超声波辅助索氏提取法提取柚...精油的工艺优化及其成分分析_关嘉文.pdf

试验研究NO.06 202375饲料研究 FEED RESEARCH超声波辅助索氏提取法提取柚皮精油的工艺优化及其成分分析关嘉文1 刘政1 杨希国2 韩金莲3 王会1*（1.锦州医科大学，辽宁 锦州 121001；2.辽宁省智慧安鲜物联网科技有限公司，辽宁 沈阳 110000；3.盘锦宋大房食品有限公司，辽宁 盘锦 124000）摘要：试验旨在对柚皮精油的提取工艺进行优化以提高柚皮精油的产量。采用超声波辅助索氏提取法提取柚皮精油，探究影响超声波辅助索氏提取法提取柚皮精油的主要因素，通过单因素试验和响应面分析法确定其最佳提取工艺。结果显示，最佳提取工艺条件为液料比8 mL/g、索氏提取时间30 min、超声功率206 W、超声时间26 min，柚皮中香精油的提取率达1.36%。经气相色谱和质谱联机分析精油成分，鉴定出38种主要挥发性物质，包括烷烯烃类、醇类、醚类、酮类、酯类和酚类等物质，其中醚类占28.94%，酯类占19.82%，醇类占13.84%，酮类占12.57%，烷烯烃类占10.33%。抑菌活性研究表明，柚皮精油对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、黑曲霉菌均具有较强的抑菌活性。研究表明，研究可为柚皮精油在饲料中的应用提供参考。关键词：柚皮精油；超声波；索氏提取法；气相色谱-质谱法；最低抑菌浓度中图分类号：S 816.7 文献标识码：A 文章编号：1002-2813（2023）06-0075-06 Doi：10.13557/ki.issn1002-2813.2023.06.016Study on extraction and composition analysis of extraction process for extracting essential oil from pomelo peelGUAN Jia-wen LIU Zheng YANG Xi-guo HAN Jin-lian WANG HuiAbstract:The study was to optimize the extraction process of pomelo peel essential oil and improve the yield of pomelo peel essential oil.The sonic-assisted soxhlet extraction method was used to extract pomelo peel essential oil,and the main factors affecting the extraction of pomelo peel essential oil by sonic-assisted Soxhlet extraction method were explored,and the single factor experiment and response surface analysis method were used to determine the best extraction process.The results showed that the optimal extraction conditions were liquid to solid ratio 8 mL/g,soxhlet extraction time 30 min,ultrasonic power 206 W,ultrasonic time 26 min,the extraction rate of essential oil from pomelo peel could reach 1.36%.Through the on-line analysis of essential oil components by gas chromatography and mass spectrometry,38 major volatile substances were identified.The composition of pomelo peel essential oil was complex,including alkane olefin,alcohols,ethers,ketones,esters and phenols,among which ethers accounted for 28.94%,esters 19.82%,alcohols 13.84%and ketones 12.57%,alkane olefin accounted for 10.33%.Bacteriostatic activity studies showed that pomelo peel essential oil has strong bacteriostatic activity against Staphylococcus aureus,Escherichia coli,Bacillus subtilis,and Aspergillus niger.The study indicates that the study can provide a reference for the application of pomelo peel essential oil in feed.Key words:pomelo peel essential oil;ultrasound;soxhlet extraction method;GC-MS;minimum inhibitory concentration柚子营养价值丰富、经常被加工成果汁、饮料和罐头等，加工之后产生大量柚皮副产品，约占水果质量的30%50%。研究表明，新鲜柚皮富含多种营养成分和功能性化合物，如膳食纤维、果胶、精油以及多酚类化学物质1，这些成分具有抗炎2、抗肿瘤3、抗凝血、抗菌和抗氧化等多种生物活性4。琯溪蜜柚是我国福建省的特产，果皮橙黄鲜艳，芳香浓郁，其中精油主要存在于表皮中。柚皮精油是一类具有芳香气味的化合物，常应用于食品和日用品中5。在畜禽饲料中适量添加植物精油能够提高动物的生产性能，改善畜产品品质，有效减少饲料中养分的损失。房灿等6研究表明，百里香和肉桂精油具改善反刍动物瘤胃发酵的潜力。周鹏等7研究表明，植物精油具有抗菌、杀菌、抗氧化以及增强机体免疫力等生物学功能。因此，柚皮精油作为畜禽饲料原料可以减少环境污染，促进柚皮的精细利用，提高养殖效益。第一作者：关嘉文，硕士，研究方向为食品加工与安全。通信作者：王会，博士，副教授，硕士生导师。收稿日期：2022-08-08试验研究NO.06 202376饲料研究 FEED RESEARCH超声波辅助提取是利用超声波引起的强振动、高速度和强烈空化效应等，加快有效成分向溶剂中的迁移，以达到提高产量、减少提取时间和避免高温影响提取成分的目的8。与单一提取方法相比，采用两种或两种以上工艺结合，如结合超声波、微波、酶及其他辅助方法进行提取，可提高精油的产率和纯度。本试验以琯溪蜜柚柚皮为研究对象，利用超声波辅助索氏提取法研究柚皮精油的方法，采用响应面法对提取工艺进行优化，确定最佳工艺条件，并对其成分进行鉴定，为琯溪蜜柚精油的提取及其在动物生产中的应用提供参考。1材料与方法1.1材料与试剂外皮无损伤、无腐败的琯溪蜜柚（产自福建），购自锦州大润发超市；无水硫酸钠、石油醚、无水乙醇均为分析纯，购自天津市天力化学试剂有限公司。1.2主要仪器设备DHG-9140型电热鼓风干燥箱；XD-52AA型旋转蒸发器；KQ3200DV型数控超声波清洗器；FW100型高速万能粉碎机；安捷伦7890B 7000C气质联用仪；索氏提取器。1.3测定指标及方法1.3.1琯溪蜜柚粉末样品的制备琯溪蜜柚熟果经去瓤后的果皮，使用手术刀分离外黄皮和白色内瓤，将外黄皮切成宽为3 cm的长条，烘箱55 干燥至恒重，粉碎，过40目，于棕色密封瓶中24 低温保存。1.3.2琯溪蜜柚精油的提取采用赵虹桥等9的方法提取精油，计算精油得率，并结合实际进行了优化调整。准确称取12.5 g的琯溪蜜柚皮粉末置于烧杯中，加入100 mL石油醚，将烧杯置于超声波清洗器中以一定的超声功率、超声一段时间后，在一定温度下索氏提取一定时间，提取液进行旋转蒸发得到柚皮精油粗提取品。将上一步制得的柚皮精油粗品加入适量的无水乙醇冲洗及定量无水硫酸钠，置于-20 冰箱中冷冻过夜，真空抽滤后进行旋转蒸发得到柚皮精油。精油得率=G1/G2100%(1)式中：G1为柚皮精油质量；G2为柚皮粉质量。1.3.3单因素试验除变量外控制其他因素不变，研究液料比（6、8、10、12、14 mL/g）、超 声 时 间（15、20、25、30、35 min）、超声波功率（150、175、200、225、250 W）、索氏提取时间（20、30、40、50、60 h）对柚皮精油提取率的影响。对各因素进行最优水平筛选，在单因素试验的基础上设计了响应面试验，得到最优提取工艺。1.3.4响应面试验为进一步研究各因素交互作用对精油得率的影响，采用响应面分析法优化最佳提取工艺。在Box-Behnken试验设计的基础上，选取液料比（A）、索氏提取时间（B）、超声功率（C）、超声时间（D）进行4因素3水平响应面分析试验。响应面试验因素水平设计见表1。1.3.5成分分析参考文献10至文献11等方法使用气相色谱-质谱联检测方法并加以优化，色谱柱 HP-5ms（60 m0.25 mm0.25 m），载气为高纯氦气。程序升温，初温40，保持 2 min，以 10/min 升至 220，保持2 min，以10/min升至300，保持5 min，进样口温度270，进样量1 L，分流比201。质谱参数：电离方式为EI，离子源温度200，倍增器电压0.70 kV，质量扫描范围 50500 amu，利用仪器所附谱库进行质谱图解12。1.3.6最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC）测定在无菌的每孔最终体积为200 L的96孔板中进行测定，精油溶解于吐温80在LB肉汤培养基中进行2倍系列稀释。将菌液稀释到一定倍数，每孔包括用LB肉汤培养基稀释的精油100 L、生长培养基（Luria-Bertani培养基）80 L和细胞悬液（106 L/mL）20 L。以LB培养基中的细菌为阳性对照，以吐温80为阴性对照。在37 孵育24 h，加入25 L 0.5 g/L 3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5二苯四唑溴化铵（MTT）。活细胞与MTT反应产生紫色。为估算MIC，从每孔中取20 L，在LB培养皿上均匀分布，无明显生长。MIC是在37 孵育24 h，能够杀灭99%培养基内细菌的最低浓度。MIC值和MBC值的测定以mL/L为单位重复进行13-14。2结果与分析2.1单因素试验结果2.1.1不同液料比对柚皮精油提取得率的影响（见图1）表1响应面因素水平设计 水平-101A/(mL/g)6810B/min203040C/W175200225D/min202530图1不同液料比对柚皮精油提取得率的影响试验研究NO.06 202377饲料研究 FEED RESEARCH由图1可知，当其他因素不变的情况下，液料比为68 mL/g 时，柚皮精油得率逐渐上升，而液料比大于8 mL/g后，精油得率缓慢下降。这是由于萃取溶剂石油醚用量降低，柚皮粉不能得到充分浸润，当萃取溶剂的用量增大时，增大了柚皮粉与萃取溶剂的接触面积，更有利于精油的萃取。但液料比过大时，液料浓缩时间会加长同时导致油量损耗，造成精油得率降低。因此，柚皮精油提取的最佳液料比为8 mL/g。2.1.2 不 同 超 声 时 间 对 柚 皮 精 油 提 取 得 率 的 影 响（见图2）由图2可知，随着超声时间的增加，柚皮精油的得率在逐步增加，超声时间 25 min 时达到顶峰，得率为1.272%，超声时间超过25 min后得率缓慢下降，这可能是因为超声时间过长会导致精油中