紅蔥頭香味精油提取工藝研究

崔燕玲,曾瑞君,曾慶祝,孔令會(huì)

(1.廣州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院食品科學(xué)與工程,廣東廣州 510006;2.廣東匯香源生物科技股份有限公司,廣東廣州 510663)

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紅蔥頭香味精油提取工藝研究

崔燕玲,曾瑞君,曾慶祝,孔令會(huì)

(1.廣州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院食品科學(xué)與工程,廣東廣州 510006;2.廣東匯香源生物科技股份有限公司,廣東廣州 510663)

本文研究了在超聲波輔助減壓蒸餾條件下從紅蔥頭中提取精油的工藝。進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)和正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn),得到最佳條件:料液比1∶1、超聲功率75 W、超聲時(shí)間7 min、減壓蒸餾溫度50 ℃、減壓蒸餾時(shí)間90 min。此條件下,精油提取率為1.21%,硫代亞磺酸酯含量為69.12%。此外,氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)確定了紅蔥精油的23種物質(zhì),其中主要成分為含硫物質(zhì),高達(dá)54.33%。

紅蔥頭,精油,超聲波,減壓旋轉(zhuǎn)蒸餾法,硫代亞磺酸酯,氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)

紅蔥頭作為一種具有嶺南特色的香辛蔬菜,主要集中在廣東和福建部分地區(qū)[1],特別在廣州白云區(qū)和從化區(qū)有大面積種植。紅蔥頭顏色鮮艷、辣味濃、辛香可口[2],蔥頭個(gè)頭圓大均勻,畝產(chǎn)量高[3]。由于作為新鮮蔬菜銷售,紅蔥頭的消費(fèi)區(qū)域一直無法拓展,目前只有極少量的加工成脫水紅蔥頭[4]、紅蔥頭醬[5]等用于方便食品的調(diào)味,嚴(yán)重影響了這一特色資源的利用價(jià)值。

目前,國內(nèi)外關(guān)于蔥屬蔬菜的風(fēng)味成分提取研究主要針對洋蔥[6-9]和大蒜類[10-12]植物。以紅蔥頭為對象的研究報(bào)道極少,文獻(xiàn)資料十分有限。在蔥屬蔬菜風(fēng)味物質(zhì)的提取與分離技術(shù)方面,目前使用最多的是水蒸汽蒸餾法、溶劑浸提法和物理壓榨法等三種方法[13],但三種方法都有一定的局限性。水蒸氣蒸餾法得率較低;浸提法存在有機(jī)溶劑殘留的潛在危害性;物理壓榨法可以避免上述的問題,并且能得到風(fēng)味更接近天然的產(chǎn)品,但這種方法只適合于粗精油的制備,且出油率低。有采用超臨界流體萃取技術(shù)[14]提取洋蔥精油和芝麻籽油的報(bào)道,產(chǎn)率高于傳統(tǒng)方法,但該法的提取成本較高。

為避免紅蔥頭中揮發(fā)性、熱敏性或化學(xué)不穩(wěn)定性成分[2]受到損失或破壞,本實(shí)驗(yàn)采用超聲波[15-18]非強(qiáng)熱技術(shù)手段進(jìn)行前處理,并結(jié)合減壓蒸餾提取紅蔥頭香味精油。通過正交實(shí)驗(yàn)法確定了提取的最佳工藝條件,并采用氣相色譜-質(zhì)譜法[19](GC-MS)對提取的紅蔥頭香味精油進(jìn)行成分分析,分類比較其香辛風(fēng)味成分構(gòu)成,以期為紅蔥頭的深加工開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

石油醚 分析純,天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;無水乙醇 分析純,天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;Tris 分析純,廣州市科因生物科技有限公司;鹽酸 分析純,廣州化學(xué)試劑廠;L-半胱氨酸 分析純,阿拉丁試劑上海有限公司;DTNB 分析純,阿拉丁試劑上海有限公司;紅蔥頭 產(chǎn)自廣州從化。

8010ES組織搗碎機(jī) 美國Waring公司;SA0150超聲波細(xì)胞破碎儀 科昊生物工程有限責(zé)任公司;Heidolph真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 Heidolph Instruments GmbH & Co.KG;UV-2100紫外分光光度計(jì) 北京瑞利分析儀器公司;Agilent6890氣相-質(zhì)譜聯(lián)用儀 安捷倫科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 超聲波紅蔥精油萃取方法 稱取200 g干凈新鮮的紅蔥頭,加一定比例蒸餾水,打漿,漿料置于35 ℃下水浴溫浸1 h。置于超聲波發(fā)生器中進(jìn)行超聲處理。將上述料液全部轉(zhuǎn)移到真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上進(jìn)行提取,得到旋蒸液。向旋蒸液中加入石油醚(旋蒸液∶石油醚為3∶1)進(jìn)行萃取,上層溶液再次真空旋蒸除去溶劑,得到紅蔥精油。按照以下公式計(jì)算精油提取率。

精油提取率(%)=(紅蔥頭精油質(zhì)量/紅蔥頭質(zhì)量)×100

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn) 采用1.2.1方法提取紅蔥精油,提取條件為:固定反應(yīng)條件為料液比1∶1,超聲時(shí)間5 min,旋蒸溫度50 ℃,旋蒸時(shí)間80 min,考察不同超聲功率(30、52.5、75、97.5、120 W)對精油提取率的影響;固定反應(yīng)條件為料液比1∶1,超聲功率75 W,旋蒸溫度50 ℃,旋蒸時(shí)間90 min,考察不同超聲時(shí)間(3、5、7、9、11 min)對精油提取率的影響;固定條件為超聲功率75 W,超聲時(shí)間9 min,旋蒸溫度50 ℃,旋蒸時(shí)間90 min,考察不同料液比(1∶0.5、1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5)對精油提取率的影響;固定條件為超聲功率75 W,超聲時(shí)間9 min,料液比1∶1.5,旋蒸時(shí)間90 min,考察不同旋蒸溫度(20、30、40、50、60 ℃)對精油提取率的影響;固定條件為超聲功率75 W,超聲時(shí)間9 min,料液比1∶1.5,旋蒸溫度50 ℃,考察不同旋蒸時(shí)間(60、70、80、90、100 min)對精油提取率的影響。進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn),考察各因素變量對紅蔥精油提取率的影響。

1.2.3 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,得到對精油提取影響較大的三個(gè)因素,即超聲功率、超聲時(shí)間和料液比,設(shè)計(jì)三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)(見表1),以優(yōu)化工藝條件。

表1 因素水平表

1.2.4 分光光度法測定硫代亞磺酸酯(TS)含量 根據(jù)參考文獻(xiàn)[9,20]進(jìn)行了適當(dāng)改良:取0.1 g精油,溶解于無水乙醇,定容至10 mL,冰箱4 ℃保存。取1 mL樣品液,加入2 mL L-半胱氨酸,25～30 ℃下反應(yīng)5 min。加入2 mL DTNB,用pH8.0的乙醇稀釋至25 mL,顯色4 min。在412 nm波長下,用1 cm比色皿測定吸光度A。同時(shí)用1 mL蒸餾水代替樣品液,按上步驟測得A0。

其中A412:A0-A;162.62:TS的分子質(zhì)量;M:紅蔥精油的質(zhì)量;14150:顯色物質(zhì)在412 nm處的摩爾吸光度系數(shù)。

1.2.5 紅蔥頭精油風(fēng)味物質(zhì)的測定 氣質(zhì)條件[19]:HP-5 MS石英毛細(xì)管色譜柱:30 m×0.25 mm×0.25 μm;氦氣為載氣,流速1 mL·min-1,分流比10∶1;進(jìn)樣量5 μL;進(jìn)樣口溫度220 ℃,初始溫度50 ℃,保持2 min,然后以10 ℃·min-1升至250 ℃,保持5 min。EI離子源溫度:250 ℃,質(zhì)量范圍30～350。說明,相似度80%作為成分鑒定標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲功率對紅蔥精油提取率的影響

從圖1可以看出,超聲功率對提取率的影響很大。隨著超聲功率的逐級提高,精油提取率大幅上升,至75 W時(shí)提取率達(dá)到最大。說明超聲波對紅蔥組織細(xì)胞的破碎效率較高。超聲功率超過75 W時(shí)精油提取率反而下降,這是由于隨著超聲功率增大,物料溫度繼續(xù)升高,精油在超聲過程中因?yàn)闇囟鹊纳邔?dǎo)致部分揮發(fā)或分解損失。TS含量在超聲功率75 W時(shí)也達(dá)到最大值,在超過100 W后趨于平緩。因此,確定超聲功率選75 W為宜。

圖1 超聲功率對精油提取率和TS含量的影響Fig.1 The effects of ultrasonic power on essential oil yield and content of thiosulfinates

2.2 超聲時(shí)間對提取紅蔥精油的影響

從圖2可以看出,隨著超聲時(shí)間的不斷延長,精油提取率大幅上升,至9 min時(shí)提取率達(dá)到最大。TS含量變化與精油提取率的變化趨勢相同,在超聲時(shí)間9 min時(shí)也達(dá)到最大值。超聲時(shí)間超過9 min時(shí)精油提取率和TS含量均大幅下降。這是由于物料經(jīng)超聲處理溫度持續(xù)升高。超聲時(shí)間越長,溫度越高,TS不穩(wěn)定,精油部分揮發(fā),造成損失。因此超聲時(shí)間取9 min更合理。

圖2 超聲時(shí)間對精油提取率和TS含量的影響Fig.2 The effects of ultrasonic time on essential oil yield and content of thiosulfinates

2.3 料液比對提取紅蔥精油的影響

從圖3可以看出,隨著料液比的逐級提高,精油提取率大幅上升,在1∶1.5時(shí)達(dá)到最大值,隨后大幅下降。這是由于當(dāng)料液比低于1∶1.5時(shí),在一定時(shí)間內(nèi),旋蒸出更多精油,提高了精油的提取率,有利于含硫化合物脫離料液。在料液比1∶1.5之前,TS含量增長迅速,隨后增長速度變得相對緩慢。這說明了隨著料液比的加大,TS含量達(dá)到極限。所以料液比選1∶1.5為宜。

2.4 旋蒸溫度對提取紅蔥精油的影響

從圖4可以看出,在旋蒸溫度為20～50 ℃時(shí),隨著溫度的升高,提取率和TS含量都大幅增加,高于50 ℃時(shí),隨著溫度的升高,提取率和TS含量都下降。這是由于溫度升高會(huì)加劇分子的運(yùn)動(dòng),有利于精油提取。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí),由于TS的不穩(wěn)定,可能發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng),生成其他小分子含硫化合物,造成損失。精油也會(huì)因溫度過高而揮發(fā),使提取率下降。綜合上述,旋蒸溫度應(yīng)選50 ℃。

圖4 旋蒸溫度對精油提取率和TS含量的影響Fig.4 The effects of vacuum distillation temperature on essential oil yield and content of thiosulfinates

圖5 旋蒸時(shí)間對精油提取率和TS含量的影響Fig.5 The effects of vacuum distillation time on essential oil yield and content of thiosulfinates

2.5 旋蒸時(shí)間對提取紅蔥精油的影響

從圖5可以看出,旋蒸時(shí)間對精油提取率影響較大,對TS含量影響較小。在旋蒸時(shí)間為60～90 min時(shí),精油提取率大幅增加。當(dāng)大于90 min時(shí),提取率變化不大。TS含量在90 min前緩慢增長,之后稍稍降低。這是由于時(shí)間過長TS有可能發(fā)生多種反應(yīng),轉(zhuǎn)化成其他副產(chǎn)物,從而降低含量,并使精油風(fēng)味發(fā)生變化。所以旋轉(zhuǎn)時(shí)間選90 min為宜。

2.6 紅蔥精油提取工藝的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

以提取率和TS含量為指標(biāo),進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化超聲波萃取條件,結(jié)果見表2。

根據(jù)表2～表4結(jié)果可知,對精油提取率來說,超聲功率影響最大,料液比次之,超聲時(shí)間最小,即A>C>B,超聲功率對精油提取率有非常顯著影響。對TS含量來說,料液比影響最大,超聲功率次之,超聲時(shí)間最小,即C>A>B,料液比對TS含量有顯著影響。從表2中可知,超聲功率和料液比雖對兩個(gè)指標(biāo)的影響程度不同,但最佳方案都是A2C1。而對于兩個(gè)指標(biāo)來說,超聲時(shí)間影響可忽略,從節(jié)約時(shí)間考慮,應(yīng)選最短時(shí)間,即7 min。綜上,可得最佳方案為A2C1B1,即超聲功率為75 W,超聲時(shí)間為7 min,料液比為1∶1。按照此條件重復(fù)實(shí)驗(yàn),紅蔥精油提取率為1.21%,TS含量為69.12%。

2.7 超聲波輔助減壓蒸餾提取所得紅蔥精油的風(fēng)味物質(zhì)

對紅蔥精油進(jìn)行了GC-MS檢測,并對GC-MS譜圖進(jìn)行NIST圖庫檢索及相關(guān)文獻(xiàn)對照,檢出并確定23種物質(zhì)。GC-MS譜圖如圖6,各成分及其相對含量如表5。

圖6 超聲波減壓紅蔥精油的總離子流圖Fig.6 Total ion flow chart of shallot essential oil derived from ultrasonic auxiliary vacuum distillation extract method

表2 正交優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

表3 精油提取率正交實(shí)驗(yàn)方差分析

注:**代表影響非常顯著(p<0.01);*代表影響顯著(p<0.05);表4同。

表4 TS含量正交實(shí)驗(yàn)方差分析

表5 超聲波輔助減壓蒸餾紅蔥精油的成分鑒定結(jié)果

從表5可知,紅蔥精油的主要成分為含硫物質(zhì),高達(dá)54.33%,特別是甲基丙基二硫醚,二甲基三硫醚,二甲基四硫醚,二烯丙基二硫醚等硫醚類和4,5-二氫-5-硫代-1,2,4-三嗪-3(2H)酮,5,5-二甲基-1,3-二噻烷-2-酮等酮類物質(zhì),含量較高。這些含硫物質(zhì)使紅蔥頭具有特有的強(qiáng)烈的辛辣香氣,還有醇類、酯類等使其具有特殊的香味。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)選取了五個(gè)單因素,在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)L9(34)正交實(shí)驗(yàn),得到超聲波輔助減壓蒸餾提取紅蔥精油的最佳工藝條件為:超聲波頻率75 W,超聲波時(shí)間7 min,料液比1∶1,旋蒸溫度50 ℃,旋蒸時(shí)間為90 min。用此方案進(jìn)行檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn),得到的精油提取率為1.21%,TS含量為69.12%。同時(shí)經(jīng)過氣質(zhì)聯(lián)用儀分析精油成分,共鑒定出23種成分,主要有甲基丙基二硫醚、二甲基三硫醚、二甲基四硫醚、二烯丙基二硫醚、4,5-二氫-5-硫代-1,2,4-三嗪-3(2H)酮、5,5-二甲基-1,3-二噻烷-2-酮等。

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Research of the extraction of shallot essential oil

CUI Yan-ling1,ZENG Rui-jun1,ZENG Qing-zhu1,*,KONG Ling-hui2

(1.Food science and engineering,Chemistry and Chemical Engineering of Guangzhou University,Guangzhou 510006,China;2.Guangdong H-bio Biotech Co.,Ltd.,Guangzhou 510663,China)

This research extracted essential oil from shallot under the condition of vacuum distillation extraction assisted by ultrasound. The investigation of single factors was studied,and then orthogonal optimization test was proceeded. The best conditions of shallot essential oil extraction were that the ratio of material to liquid was 1∶1,ultrasonic power was 75 W,ultrasonic time was 7 minutes,the temperature of vacuum distillation was 50 ℃,and vacuum distillation time was 90 minutes.Under these conditions,the yield of shallot essential oil was 1.21%,and the content of thiosulfinates was 69.12%. In addition,the GC-MS confirmed 23 kinds of substances of the shallot essential oil,including 54.33% sulfurous substances.

shallot;essential oil;ultrasound;vacuum distillation extraction method;thiosulfinates;gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)

2016-04-14

崔燕玲(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：食品加工與貯藏，E-mail:cuiylgz@163.com。

*通訊作者:曾慶祝(1965-)，男，博士，教授，主要從事生物活性物質(zhì)制備及功能性研究，E-mail:gzdxzqz@163.com。

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014A010107029，2015A020209192)；廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201604020089)；廣州市黃埔區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目(201516，20150000644)。

TS255.3

B

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000