越南产沙姜挥发油提取工艺优化与成分分析

二一七届学生毕业论文（设计）题 目：越南产沙姜挥发油提取工艺优化与成分分析系 别： 化学与生命科学学院 专 业： 食品营养与检验教育（师范） 班 级： 136 班 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2017 年 05 月 01 日越南产沙姜挥发油化学成分分析I越南产沙姜挥发油化学成分分析摘 要沙姜不仅是重要的调味料，还具有极高的药用价值和预防保健价值。挥发油是沙姜不可或缺的主要药效成分之一。选用越南产沙姜为研究对象，通过水蒸气蒸馏法提取挥发油，选取料液比、浸泡时间、提取时间为单因素讨论其对挥发油得率的影响。测出最佳单因素提取条件，并在此基础上设计进行 3 因素 3 水平正交试验，从而得到越南产沙姜挥发油的最佳提取条件是：料液比为 1:5，浸泡时间为 12 h，提取时间为 10 h。通过气相色谱-质谱技术对最佳条件下得到的挥发油进行分析鉴定，从中发现 29 种物质，主要成分为甲氧基肉桂酸乙酯、肉桂酸乙酯、桉叶油醇、反式对甲氧基肉桂酸乙酯、3- 蒈烯、 龙脑、肉桂醛、优香芹酮和莰烯。经过与广东和海南产地的沙姜挥发油对比，得出沙姜挥发油共有两种稳定成分，分别是甲氧基肉桂酸乙酯、肉桂酸乙酯。关键词：沙姜；挥发油；正交实验；水蒸气蒸馏法越南产沙姜挥发油化学成分分析IIANALYSIS OF VOLATILE OIL COMPONENTS FROM VIETNAMESE GALANGALABSTRACTGalangal is not only an important seasoning, also has high medicinal value and preventive health care value. The volatile oil is one of the major components of galangal. The Vietnamese galangal as the research object, the volatile oil was extracted by steam distillation, and the ratio of material to liquid, soaking time and extraction time were selected as the single factor to discuss the effect of volatile oil on the yield of volatile oil. By the single factor extraction conditions, and based on the design of 3 factors and 3 levels orthogonal test, so as to obtain the optimum extraction conditions of Vietnamese galangal volatile oil is: material ratio 1: 5, soaking time 12 h and extraction time 10 h. The chemical composition was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry in detail. The experimental results showed that the optimum extraction conditions were showed as follow: 29 kinds of chemical components were found in the essential oil from Vietnamese galangal. Main component includes methoxy cinnamic acid ethyl ester, ethyl cinnamate, eucalyptol, trans-p-methoxy-ethyl-cinnamate, 3-carene, borneol, cinnamaldehyde, eucarvone and camphene. After Guangdong and Hainan and the origin of the galangal volatile oil that galangal volatile oil comparison, there are two kinds of stable components: methoxy cinnamic acid ethyl ester, ethyl cinnamate.Key words: galangal; volatile oil; orthogonal experiment; steam distillation越南产沙姜挥发油化学成分分析III目 录1 前 言 .11.1 挥发油概述 .11.2 挥发油的化学成分 .11.2.1 萜类化合物 .11.2.2 芳香族化合物 .11.2.3 脂肪族化合物 .11.2.4 其他化合物 .11.3 挥发油的提取方式 .21.3.1 超临界流体萃取法 .21.3.2 微波辅助萃取法 .21.3.3 水蒸气蒸馏法 .21.3.4 同时蒸馏萃取法 .21.3.5 榨取法 .31.3.6 溶剂萃取法 .31.4 香辛料概述 .31.5 沙姜简介 .41.6 沙姜挥发油成分基础研究 .41.7 沙姜挥发油的研究现状 .41.8 本实验研究的主要内容 .51.8.1 最佳提取工艺筛选 .51.8.2 挥发油化学成分分析 .51.8.3 不同产地成分对比 .51.9 研究目的与意义 .52 实验方法与过程 .62.1 实验材料与仪器 .62.1.1 实验材料 .62.1.2 实验仪器 .62.1.3 实验装置图 .62.1.4 出油率的计算公式 .72.2 挥发油提取的单因素实验 .72.2.1 料液比对挥发油得率的影响 .82.2.2 提取时间对挥发油得率的影响 .82.2.3 浸泡时间对挥发油得率的影响 .82.3 正交实验优选方案 .92.4 气相色谱-质谱联用分析条件 .93 实验结果与分析 .113.1 单因素实验结果与分析 .113.2 正交实验结果与分析 .123.3 最佳提取条件下验证实验 .133.4 越南产沙姜挥发油成分及含量 .14越南产沙姜挥发油化学成分分析IV4 结论与讨论 .164.1 实验结论 .164.1.1 最佳提取条件 .164.1.2 挥发油主要成分 .164.2 不同产地对比与讨论 .164.2.1 与广东产沙姜挥发油对比 .164.2.2 与海南产沙姜挥发油对比 .174.2.3 综合分析 .17参考文献 .18致 谢 .19越南产沙姜挥发油化学成分分析第 1 页 共 19 页1 前 言1.1 挥发油概述挥发油，又称植物精油，具有特殊的、强烈的芳香或刺激性气味，与水不溶、易挥发，一般可通过压榨法或水蒸气蒸馏法提取。大多数挥发油呈透明状，也有的呈轻微黄色或褐色。挥发油是一种成分复杂的混合物。多数挥发油主要是由脂肪类、芳香族和萜类化合物组成，其中萜类主要是由单萜和倍半萜组成，大多数情况下它们含量较高，但它们不具备芳香性气味，不是芳香油的芳香成分 1。挥发油大多数都具有祛痰止咳、平喘、祛风除湿、理脾健胃、降热、止痛、抗菌、消炎等作用。1.2 挥发油的化学成分1.2.1 萜类化合物是挥发油的主要成分，多具有特异的芳香性气味。根据其结构又可以分为：单萜类、二萜类、倍半萜类和它们的含氧衍生物。孙文君等人发现在荆芥挥发油中含量较高的主要成分是：D-柠檬烯、- 香叶烯、-石竹烯、薄荷酮等单萜类化合物 2。1.2.2 芳香族化合物在挥发油中的存在十分广泛，相比萜类化合物含量略低。挥发油中的芳香族化合物少数是苯丙烷类的衍生物，大多数是含氧衍生物或萜类衍生物。其主要结构是酯类或带有一个丙烷基基团的苯酚化合物。例如丁香油中的主要成分丁香酚，存在于桂皮油中的桂皮醛，存在于茴香油和八角茴香油中的茴香醚。1.2.3 脂肪族化合物挥发油中含有少量脂肪族化合物。比如黄柏果实的挥发油中含有甲基正壬酮，松节油中含有正庚烷。挥发油中也含有一些化合物如醛、醇及酸类。例如迷迭香、桉树叶、啤酒花等提取的挥发油中含有异戊酸；薄荷、橙子、柠檬等提取的挥发油中则含有异戊醛；橘皮提取的挥发油中则含有正壬醇。 1.2.4 其他化合物除此之外，另有少许如杏仁油、芥子油、大蒜油等的挥发性油状物质，也可通过随水蒸气蒸馏法提取，因此也被称作挥发油。根据文献报道杏仁油中的主要成分是苦越南产沙姜挥发油化学成分分析第 2 页 共 19 页杏仁苷经水解后生成的苯甲醛，黑芥子油中的主要成分是芥子苷通过芥子酶水解后生成的异硫氰酸烯丙酯，大蒜油中的主要成分是大蒜氨酸经酶水解后产生的大蒜辣素 3。1.3 挥发油的提取方式1.3.1 超临界流体萃取法此法是当前在超临界流体萃取技术中普遍使用的新型绿色分离技术。与传统工艺相比，CO 2 超临界流体萃取法的优点在于 CO2 是无毒、不容易燃烧和具有惰性的化学物质，具备高效率、操作方法简单、价格成本低廉、操作温度低且无污染等优势。不仅可以避免色素在高温下发生热裂化，还可以使得天然色素的色泽香气保持纯正。由于该方法是在低温密闭缺氧的条件下进行的，既可以提取传统水蒸气蒸馏法所提取的沸点低的挥发性物质，也可以提取出较多的醇、酯等热不稳定物质，所以该种方法能更加全面地反映出挥发性成分。然而由于技术尚不完善、设备复杂且运行价格高昂等问题的存在，使得该方法在此领域的发展应用受到了一定的限制 4。1.3.2 微波辅助萃取法微波辅助萃取法简称 MAE，指将适当的溶剂加入自然药用植物中，然后利用微波提取反应装置来萃取各种挥发性物质的方法。由于微波加热升温较快且在内部产热，因此此法是一种绿色环保的提取方法。该方法具有提取时间较短、消耗溶剂量和能量较少和废物产生的量较少的优点，与水蒸气蒸馏提取法相比之下，微波辅助萃取法很大幅度的提高了提取速度、提取率以及提取的纯度，是一项极具有价值与广阔应用前景的技术方法。1.3.3 水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法是分析中药挥发性和半挥发性成分的常用方法。是指将含有挥发性成分的植物用水完全浸泡湿润后，通过加热使中草药中的挥发性成分经水蒸气挥发冷凝收集。本方法具有设备简单、操作简便、回收率高、性能稳定的优点，是提取挥发油时常用的方法。但是缺点是，此方法耗时较长，对易氧化物质有很大破坏作用，适用范围较小。1.3.4 同时蒸馏萃取法同时蒸馏萃取法是将萃取和蒸馏合二为一的技术方法，该方法提取时间较短，提取物所得率较高，仪器简单，操作简便，使用的萃取溶剂较少，污染样品的机率也就相对较低。但提取出的挥发油中存在有机溶剂，使得在器壁上吸附的少量挥发油难以越南产沙姜挥发油化学成分分析第 3 页 共 19 页转移，所以会造成一定损失。但总的来说同时蒸馏萃取法是一项具有较好应用前景的新技术 5。1.3.5 榨取法榨取法是指将含有挥发油的天然植物通过机械压榨的方式挤压出来的一种方法，适合挥发油含量较高的物质，如橘皮、柚子皮、柠檬皮等。该方法的优点是实验在常温下进行，成分不受温度影响且可以保持原有香气。但是榨取法会将药材中的水分及其他组织等杂质一同压榨出来，需要做进一步处理；而且榨取法提取不完全，还需水蒸气蒸馏法进一步提取剩余部分挥发油。1.3.6 溶剂萃取法溶剂萃取法是指通过向药品中加入石油醚或乙醚后经低温冷浸或连续回流将粗产品从其中蒸馏出来，而后利用乙醇或水蒸气蒸馏进行纯化，即可得到植物挥发油的纯品。溶剂萃取法的优点是萃取组分不易改变，但成本高，不适合工业化生产，常用于实验室研究。1.4 香辛料概述植物果实、种子、树皮或根经脱水处理做成的调味品叫做香辛料，具有辛辣的刺激性气味，比如花椒、八角、胡椒等。它们主要用来增强食物风味，但不提供营养。人类远古时期就开始使用拥有刺激性气味的植物种子、叶片、花蕾、根茎或其提取物质用于饮食以利用其中药用物质。它们的共同点是含有很多的挥发油，有强烈的增加香味的功能，不但能改善食品的风味，并且还可以防腐杀菌，提高食欲，促进消化。香辛料绝大多数情况下是由数十种植物组合使用。而今的辛香料有粉末状制品、精油制品或树脂制品。香辛料含有挥发油、纤维、树脂、有机酸、淀粉粒、胶质和辣味成分等成分，而蒸馏后的精油是其中大部分的香味的主要来源。香辛料大量应用在烹饪食品中以起到调味调香的作用。也可用于医药、香氛、化妆品、或宗教。香辛料细分有五类，分别为香草类的香辛料，如甘草、茴香、百里香、枯茗等；辛辣有灼热感的香辛料，比如生姜、胡椒、花椒、辣椒等；辛辣味道的香辛料，如葱、蒜、洋葱、芥末等；可以上色的香辛料，如红椒、姜黄、藏红花等；有芳香气味的香辛料，如丁香、八角、肉桂、肉豆蔻等。越南产沙姜挥发油化学成分分析第 4 页 共 19 页1.5 沙姜简介姜科属姜目，此科植物基本都用作调味料或中药。遍布于热带、亚热带地区，主要产自于热带的亚洲。中国有 20 属、216 种，广泛分布在南方各省区。本科主要有生姜、姜黄、砂仁、沙姜、豆蔻等。沙姜属姜科，也称山奈、山辣、三赖等。盛产于东南亚地区，我国主要分布南部沿海各省份。耐旱耐贫瘠。沙姜适宜生长的耕地多属碳质多、松软疏水的黑土农田。干燥的沙姜大都为直径 1 cm 2 cm、厚度 0.3 cm 0.5 cm 的圆形切片。表皮皱缩，呈黄褐色或浅褐色，有残余的根须或痕迹；具有白色粉性切面，常呈凸鼓状，易破碎。具有特异香气，味辛辣 6。中医认为沙姜具有促进消化、行气止痛、温中化湿的作用，用于治疗消化不良、胸膈胀满等症。1.6 沙姜挥发油成分基础研究挥发油的化学成分十分复杂，是姜科植物不可或缺的主要药效成分之一，按其结构主要可分为四大类：萜烯类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物以及含氮含硫化合物。其中，萜烯类化合物最为主要，其次则是脂肪族化合物。目前已知姜科挥发油中成分主要为桧烯、樟脑、莰烯、姜醇、-姜黄烯、 -丁香烯姜烯、E-柠檬醛、Z- 柠檬醛、姜黄烯、香叶醛、桉油精、香叶醇、乙酸香叶酯、芳姜黄烯、-没药烯、倍半水芹烯、芳姜黄酮、1, 8-按叶素、-乙酸小茵香酯、 -松油醇及乙酸龙脑酯等 7-16。沙姜气味辛辣，但是与姜味不同。许多学者对沙姜进行大量实验研究，对沙姜中的挥发油成分进行分离鉴定通常采用 GC-MS 技术。经过查阅文献可得其主要成分有甲氧基肉桂酸乙酯、肉桂酸乙酯、龙脑、1,8-桉叶素、聚伞花烃、草篙脑、山奈酚、甲基山奈素、莎草烯、香豆酸乙酯和降察香酮等 17-24。1.7 沙姜挥发油的研究现状沙姜作为天然的香辛料，既具有食用价值，又有巨大的药用价值。挥发性酯类化合物是沙姜的主