佛手精油的超聲提取及清除亞硝酸鈉作用研究

章斌，侯小楨，饒強(qiáng)，賴宣

（1.韓山師范學(xué)院生物系，廣東 潮州 521041；2.韓山師范學(xué)院美術(shù)系，廣東 潮州 521041；3.廣東濟(jì)公保健食品有限公司，廣東 潮安 515638）

佛手精油的超聲提取及清除亞硝酸鈉作用研究

章斌1，侯小楨2，饒強(qiáng)1，賴宣3

（1.韓山師范學(xué)院生物系，廣東 潮州 521041；2.韓山師范學(xué)院美術(shù)系，廣東 潮州 521041；3.廣東濟(jì)公保健食品有限公司，廣東 潮安 515638）

以佛手皮為原料，采用超聲波法提取佛手精油，通過Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)法對提取條件進(jìn)行優(yōu)化并得到回歸模型；同時(shí)對精油的亞硝酸鈉清除作用進(jìn)行初步探討。結(jié)果表明：回歸模型能較好地預(yù)測佛手精油得率與料液比、超聲波功率、提取時(shí)間和提取溫度的關(guān)系，其最優(yōu)工藝條件為料液比1∶24（g/mL），超聲波功率156 W，超聲波提取時(shí)間43 min，超聲波提取溫度47℃，此條件下的精油平均得率為9.46%。亞硝酸鈉清除試驗(yàn)表明佛手精油有較明顯的清除作用，其最大清除率可達(dá)74.3%。

超聲波；佛手；精油；亞硝酸鈉

佛手（Bergamot）為蕓香科植物佛手的果實(shí)，其主要化學(xué)成分為黃酮類、揮發(fā)油類和糖類物質(zhì)[1]。佛手精油因其獨(dú)有的清香和良好的防腐、抗菌性能，而廣泛應(yīng)用于食品、化妝品、香精和醫(yī)藥等行業(yè)[2-3]。目前，國內(nèi)對佛手揮發(fā)油的研究多局限于對其有效成分的分析[4-5]，而對提取方法的工藝研究鮮有報(bào)道[6]。本文擬對佛手精油的超聲波法提取進(jìn)行摸索，再采用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝條件，并對提取油的亞硝酸鈉清除作用進(jìn)行初步探討，旨在為佛手精油的開發(fā)和利用提供一些理論參考。

1 材料及儀器設(shè)備

1.1 材料與設(shè)備

佛手：廣東濟(jì)公保健食品有限公司提供；粉碎過40目篩后備用。

對氨基苯磺酸、鹽酸萘乙胺、檸檬酸鈉、鹽酸、亞硝酸鈉、石油醚、硫酸鈉、無水乙醇、正己烷、環(huán)己烷和氯仿等均為分析純。

AUW120型電子分析天平：日本島津公司；KQ-5200DB型超聲波清洗器：昆山超聲儀器有限公司；RE-52B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；DJ-10A傾倒式粉碎機(jī)：上海淀久中藥機(jī)械制造有限公司；DZF-6050型真空干燥箱：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；SHZ-DⅢ型循環(huán)水式真空泵：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司。

1.2 方法及工藝流程

1.2.1 佛手精油的提取工藝流程

佛手皮→預(yù)處理→粉碎（過40目篩）→稱量、裝料→加入萃取劑→超聲波提取→抽濾→真空旋蒸濃縮→佛手精油

1.2.2 佛手精油的提取方法

將稱量好的2.0000 g佛手粉置于500 mL三角瓶中，加入一定量的萃取劑，在不同超聲波功率下進(jìn)行不同時(shí)間的超聲處理；然后用無水硫酸鈉干燥，過濾去除干燥劑，對濾液進(jìn)行常壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，即可獲得精油。準(zhǔn)確稱取質(zhì)量，重復(fù)3次，取平均值。

1.2.3 佛手精油得率的計(jì)算

式中：m1為接受瓶和佛手精油的質(zhì)量；m2為接受瓶的質(zhì)量；m0為佛手原料的質(zhì)量。

1.3 亞硝酸鈉清除率的測定

1.3.1 NaNO2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[7-8]

分別準(zhǔn)確吸取5μg/mL亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、1.50、2.00、2.50 mL（相當(dāng)于0、1、2、3、4、5、7.5、10、12.5μg亞硝酸鈉）于50 mL比色管中，加入2mL 0.4%對氨基苯磺酸溶液，混勻，靜置3 min～5 min后，加入1 mL 0.2%鹽酸萘乙胺溶液，用水稀釋至刻度，搖勻，靜置15 min后，于波長540 nm處測吸光度，同時(shí)以蒸餾水為空白，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。

1.3.2 對NaNO2的清除率的測定

將0.5mol/L的檸檬酸鈉-鹽酸緩沖液（pH3.0）5.0 mL置于10 mL容量瓶中，加入1 mL 100 mg/kg的NaNO2溶液，再分別加入所定用量的精油樣液，定容至刻度，37℃下反應(yīng)1 h。取1 mL反應(yīng)液于50 mL容量瓶中，加入0.4%對氨基苯磺酸溶液2 mL，0.2%鹽酸萘乙胺溶液1 mL,搖勻放置15 min后，于540 nm處測吸光度值,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，用下式計(jì)算清除率。

式中：A0為不加精油的空白試驗(yàn)的吸光值；Ax為不同用量精油的反應(yīng)液的吸光值。

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲波提取佛手皮精油工藝的探討

2.1.1 萃取劑對精油產(chǎn)率的影響

大量資料表明[9-11]：用于提取植物精油的溶劑有石油醚、環(huán)己烷、乙醇、乙醚、正己烷和氯仿等，且不同溶劑對精油的萃取效率有很大差別。本實(shí)驗(yàn)分別以石油醚、無水乙醇、正己烷、環(huán)己烷和氯仿為萃取劑；通過前期的試驗(yàn)探索，選擇料液比1∶20（g/mL），超聲波功率120 W，提取時(shí)間60 min進(jìn)行佛手精油提取，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出：無水乙醇對佛手精油的萃取效果最佳，同時(shí)無水乙醇具有較好的安全性和經(jīng)濟(jì)性，因此選擇無水乙醇作為佛手精油的萃取劑。

2.1.2 料液比對精油產(chǎn)率的影響

準(zhǔn)確稱取2.0000 g原料，超聲波功率120 W，在45 ℃恒溫條件下，按1∶8、1∶12、1∶16、1∶20、1∶24、1∶28、1∶32的不同料液比進(jìn)行40 min的超聲波處理；抽濾、旋轉(zhuǎn)濃縮得精油，結(jié)果見圖3。

料液比是精油提取過程中一個(gè)比較重要的因素。隨萃取劑用量的增大，產(chǎn)生的滲透壓亦不斷增大，精油也就越易滲出；當(dāng)料液比達(dá)到一定值后，佛手精油含量逐漸減小,越難溶出。因此據(jù)圖3結(jié)果，料液比1∶20（g/mL）為最佳選擇。

2.1.3 提取時(shí)間對精油產(chǎn)率的影響

準(zhǔn)確稱取2.0000 g原料，超聲波功率120 W，料液比1∶20（g/mL），在45 ℃恒溫條件下，分別進(jìn)行25、30、35、40、45、50、55 min的超聲波處理；過濾、旋轉(zhuǎn)濃縮得精油，結(jié)果見圖4。

圖4表明，隨著超聲時(shí)間的延長，佛手精油的得率亦不斷增加，超聲作用時(shí)間為40 min時(shí)得率最大；繼續(xù)延長超聲波作用時(shí)間，得率反而降低?？赡艿脑蚴墙?jīng)長時(shí)間的起聲波作用，精油的成分受到破壞而損失,因此選取最佳超聲時(shí)間為40 min。

2.1.4 提取溫度對精油產(chǎn)率的影響

準(zhǔn)確稱取2.0000 g原料，超聲波功率120 W，料液比1∶20（g/mL），分別在35、40、45、50、55、60 ℃條件下進(jìn)行40 min的超聲波處理；過濾、旋轉(zhuǎn)濃縮得精油，結(jié)果見圖5。

由圖5可以看出，隨著超聲作用溫度的升高，精油得率逐漸增大，50℃時(shí)達(dá)至最大；繼續(xù)升高溫度，精油得率不再增加且略有下降。溫度過高，對精油成分有一定影響；同時(shí)從節(jié)能角度考慮，選擇50℃為超聲波作用最佳溫度。

2.1.5 超聲波功率對精油產(chǎn)率的影響

準(zhǔn)確稱取2.0000 g原料，料液比1∶20（g/mL），超聲波溫度50 ℃，分別在100、120、140、160、180、200 W的超聲波功率下進(jìn)行40 min的超聲波處理；過濾、旋轉(zhuǎn)濃縮得精油，結(jié)果見圖6。

由圖6知，隨著超聲功率的加大，精油得率逐步上升，140 W時(shí)精油得率最大。之后隨著超聲波功率的增大，精油得率又呈下降趨勢。可能的原因是過高的超聲波強(qiáng)度對精油的結(jié)構(gòu)和成分造成一定破壞和損失。因此140 W為超聲波功率的合理選擇。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化佛手精油的提取工藝

為優(yōu)化精油的超聲波提取工藝條件，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)法進(jìn)行提取工藝優(yōu)化。各因子編碼值見表1，結(jié)果見表2。

表 1 （四因素三水平正交）Box-Behnken中心組合因素水平編碼表Table 1 Factors and levels of Box-Behnken central component experiments design

表 2 Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Box-Behnken experiments design and the results of these experiments

2.2.1 精油得率回歸模型的建立及可靠性檢驗(yàn)

利用運(yùn)用SAS RSREG程序?qū)?7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)值進(jìn)行回歸擬合，得到二次多項(xiàng)回歸模型方程:

上述回歸模型的可靠性可通過方差分析及相關(guān)系數(shù)來考察，方差分析如表3所示。

表 3 回歸模型方差分析結(jié)果Table 3 Analysis of variance for regression model

F檢驗(yàn)反映的是回歸模型的有效性，包括失擬性檢驗(yàn)和回歸方程顯著性檢驗(yàn)[12]。表3結(jié)果顯示：方程復(fù)相關(guān)系數(shù)的平方R2=0.9466，說明該模型極顯著（P＜0.01）；R2Adj為0.8842，說明建立的模型能較好地描述佛手精油得率隨提取條件的變化規(guī)律。

同時(shí)，由表3可看出：一次項(xiàng)X1，交互項(xiàng)X1X3、X2X4，二次項(xiàng)X32、X42對精油得率影響極顯著（P＜0.01）；一次項(xiàng)X3、X4，交互項(xiàng)X2X3，二次項(xiàng)X12、X22對精油得率影響較顯著（P＜0.05）。

2.2.2 精油提取條件的優(yōu)化與驗(yàn)證

在選取的各因素范圍內(nèi)，對回歸模型分析可得到精油的最佳提取條件為：料液比1∶23.6（g/mL），超聲波功率156 W，超聲波作用時(shí)間42.6 min，超聲波作用溫度47.1℃；回歸方程預(yù)測佛手精油的理論得率可達(dá)9.52%。為實(shí)際操作的便利，選擇工藝條件為料液比1∶24（g/mL），超聲波功率156W，超聲波提取時(shí)間43 min，超聲波提取溫度47℃進(jìn)行3次提取驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測到精油的平均得率為9.46%，與預(yù)測值9.52%接近，說明該方程與實(shí)際情況擬合良好，適于對佛手精油的超聲波提取工藝進(jìn)行回歸分析和參數(shù)優(yōu)化。

2.3 精油對亞硝酸鈉的清除作用

不同佛手精油用量對NaNO2的清除效率如圖7所示。佛手精油對亞硝酸鈉有明顯的清除作用，且隨精油的用量增加，清除效率亦隨之明顯增大；當(dāng)用量達(dá)到0.6 mL時(shí)，對NaNO2的清除效率已趨于平緩，不再繼續(xù)增大，此時(shí)清除率為74.3%。

3 結(jié)論

1）通過Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)和響應(yīng)面分析，建立料液比、超聲功率、超聲作用時(shí)間和超聲作用溫度四因素相互關(guān)系的模型：Y＝9.18+0.66X1+0.18X2-0.35X3+0.3X4-0.59X12-0.11X1X2+0.82X1X3+0.2X1X4-0.55X22+0.56X2X3+1.26X2X4-0.96X32+0.31X3X4-1.99X42。

方差分析結(jié)果表明擬合檢驗(yàn)顯著，決定系數(shù)R2達(dá)0.9466,說明該模型能較好地預(yù)測佛手精油得率隨提取條件的變化規(guī)律。

2）經(jīng)SAS軟件分析，優(yōu)化得到的最佳提取工藝條件為：料液比1∶24（g/mL），超聲波功率156 W，超聲波提取時(shí)間43 min，超聲波提取溫度47℃，此條件下的精油平均得率為9.46%。

3）亞硝酸鈉清除試驗(yàn)結(jié)果表明：佛手精油對亞硝酸鈉有較明顯的清除作用，最大清除率可達(dá)74.3%。

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Study on Extraction of Essential Oil from Bergamot with Ultrasonic Wave and Scavenging Effects of Sodium Nitrite

ZHANG Bin1，HOU Xiao-zhen2，RAO Qiang1，LAI Xuan3
（1.Department of Biology，Hanshan Normal College，Chaozhou 521041，Guangdong,China；2.Department of Fine Art，Hanshan Normal College，Chaozhou 521041，Guangdong,China；3.Ji Gong Health Food Co.，Ltd.，Chao'an 515638，Guangdong,China）

Taking bergamot peel as material,extraction of bergamot oil by ultrasonic wave were studied and the response surface methodology（RSM）was employed to optimize the extraction conditions and to establish a regression model as well as scavenging effects of sodium nitrite by bergamot oil were investigated in this paper.The results showed that the regression model predicts relation between solid-liquid ratio,ultrasonic power,extraction temperature,extraction time and the essential oil yield well,and the optimum extraction parameters were solid-liquid ratio1∶24（g/mL），ultrasonic power156W，extraction temperature47℃，extraction time43min，the yield was 9.46%under this condition.Results of scavenging sodium nitrite showed that the maximum scavenging rate is 74.3%.

ultrasonic wave;bergamot;essential oil;sodium nitrite

韓山師范學(xué)院青年教師基金項(xiàng)目（LQ200809）

章斌（1981—），男（漢），講師，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與天然產(chǎn)物提取的研究與教學(xué)工作。

2011-03-11