（食品科学专业论文）山葵精油的提取工艺、香气成分及稳定性与抑菌作用研究.pdf

摘要 本试验以四川都江堰龙池镇苏铁种的山葵根茎、叶片及叶柄为材料，主要做了以 下几方面的工作：山葵根茎的营养成分测定、山葵精油的提取工艺研究、山葵精油的 稳定性研究、山葵精油的气质色谱( g c m s ) 分析、山葵精油的抑菌作用研究。主要 研究结果如下： 1 山葵根茎的营养成分测定 国标法测得新鲜山葵根茎的主要营养成分为：每1 0 0 9 新鲜山葵根茎含有水分 8 0 1 5 9 、蛋白质5 5 6 9 、脂肪1 5 3 9 、纤维素6 4 8 9 、维生素c4 5 2 0 m g 、钙2 1 8 7 6m g 、 铁0 4 5 m g 、山葵精油1 8 7 8 0 m g 。结果表明：山葵根茎的蛋白质、维生素c 、钙、铁 及山葵精油含量丰富，通过食用山葵，人们不仅可以品尝山葵的独特辛辣风味，还可 以补充人体需要的营养物质。 2 山葵精油的提取工艺研究 采用水蒸气蒸馏法与同时蒸馏萃取法提取山葵精油，以精油提取率为考察指标， 通过单因素与正交试验对两种方法的工艺参数进行摸索与优化。结果表明：水蒸气蒸 馏法提取精油的各因素影响大小为：缓冲溶液体积 原料用量 蒸馏时间；最佳提取 工艺为缓冲溶液体积3 0 0 m l 、原料用量1 5 0 9 、蒸馏时间3 h ，其提取率为0 0 6 0 9 。同 时蒸馏萃取法提取精油的各因素影响大小为：水解时间 水解温度 p h 抗坏血酸浓 度 蒸馏时间；最佳提取工艺为水解时间2 h 、水解温度6 0 c 、p h 4 2 、抗坏血酸浓 度1 0 m g m l 、蒸馏时间1 5 h ，其提取率为0 1 8 7 8 。 3 山葵精油的稳定性研究 研究温度、二氯甲烷浓度、超声波、光照及p h 对山葵精油的稳定性影响。结果 表明：山葵精油的水解速度随着温度升高而加快，山葵精油的水解速度随着二氯甲烷 浓度增加而减少，超声波、光照及p h 对它的水解速度均有影响。因此，山葵精油适 宜在中性有机溶剂中低温避光保存。 4 山葵精油的g c m s 分析 采用水蒸气蒸馏法提取山葵根茎中的山葵精油，经g c m s 鉴定出5 种化合物， 分别是烯丙基异硫氰酸酯、丁基异硫氰酸酯、3 一烯丙基异硫氰酸酯、环戊基异硫氰酸 酯及苯甲酰基异氰酸酯。丁基异硫氰酸酯的相对含量为7 8 8 8 。 四l l 农业大学硕士论文2 0 0 8 采用同时蒸馏萃取法提取山葵根茎的山葵精油，经g c m s 鉴定出1 3 种化合物。 其中9 种辛辣成分是烯丙基异硫氰酸酯、丁基异硫氰酸酯、3 烯丙基异硫氰酸酯、环 戊基异硫氰酸酯、异丙基异硫氰酸酯、异丁基异硫氰酸酯、仲丁基异硫氰酸酯、甲基 异硫氰酸酯、乙基异硫氰酸酯。烯丙基异硫氰酸酯的相对含量7 3 6 2 。 采用同时蒸馏萃取法提取山葵叶片的山葵精油，经g c m s 鉴定出1 1 种化合物。 其中6 种辛辣成分是烯丙基异硫氰酸酯、丙基异硫氰酸酯、异丙基异硫氰酸酯、甲基 异硫氰酸酯、环五基异硫氰酸酯及3 一烯丙基异硫氰酸酯。烯丙基异硫氰酸酯的相对含 量4 2 3 4 。 采用同时蒸馏萃取法提取山葵叶柄的山葵精油，经g c m s 鉴定出1 3 种化合物。 其中7 种辛辣成分是烯丙基异硫氰酸酯、异丙基异硫氰酸酯、丁基异硫氰酸酯、3 一 烯丙基异硫氰酸酯、环戊基异硫氰酸酯、仲丁基异硫氰酸酯及甲基异硫氰酸酯。烯丙 基异硫氰酸酯的相对含量4 0 8 1 。 5 山葵精油的抑菌作用研究 采用纸片法与打孔法研究山葵精油的抑菌作用。结果表明：山葵精油对金黄色葡 糖球菌、大肠杆菌、变形杆菌、枯草芽孢杆菌、绿色木霉及青霉都有抑制作用，其中 对金黄色葡萄球菌的抑制作用最明显。金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度( m i c ) r a wm a t e r i a l su s a g e d i s t i l l a t i o n t h eo p t i m u me x t r a c t i o nw a st h e v o l u m eo f3 0 0 m l ，15 0 9o fr a wm a t e r i a l sc o n s u m p t i o n ，a n dd i s t i l l a t i o n3 h a tt h es a n l e t i m e ，t h em a x i m u me x t r a c t i o nr a t ew a so 0 6 0 9p e r s e n t w a s a b io i l se f f e c tf a c t o r sw i t h s d ew e r eh y d r o l y s i st i m e h y d r o l y s i st e m p e r a t u r e p h a s c o r b i ca c i dc o n c e n t r a t i o n d i s t i l l a t i o n t h e o p t i m u me x t r a c t i o n w a sh y d r o l y s i st i m e 2 h ，h y d r o l y s i st e m p e r a t u r e 6 0 c ，p h 4 2 ，c o n c e n t r a t i o no fa s c o r b i ca c i d1 0 m g m l ，d i s t i l l a t i o n1 5 h t h em a x i m u m e x t r a c t i o nr a t ew a s0 18 7 8p e r s e n t 3 s t u d yo ns t a b i l i t yo fw a s a b io i l t h i s p a p e r s t u d i e ds t a b i l i t yo fw a s a b io i lo n t e m p e r a t u r e 、c o n c e n t r a t i o n o f d i c h l o r o m e t h a n e 、u l t r a s o u n d 、l i g h ta n dp h t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h eh y d r o l y s i ss p e e d o fw a s a b oo i l b e c o m ef a s ta st e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ，t h eh y d r o l y s i ss p e e dr e d u c e da s d i c h l o r o m e t h a n ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e da n d u l t r a s o n i c ，l i g h ta n dp hi m p a c t e dt h e h y d r o l y s i ss p e e d s o ，t h ep r e s e r v a t i o no fw a s a b io i lw a ss u i t a b l ef o rn e u t r a lo r g a n i cs o l v e r t s i nd a r ka n dl o w t e m p e r a t u r e 4 g c m sa n a l y s i so fw a s a b io i l w a s a b io i lf r o mr h i z o m e sw i t ht h ew s dh a d5i n g r e d i e n t sb yg c - m sa n a l y s i s ，w h i c h w e r ea l l y l i s o t h i o c y a n a t e ，b u t y li s o t h i o c y a n a t e ，3 - b u t e n y l i s o t h i o c y a n a t e ，c y c l o p e n t y l i s o t h i o c y a n a t ea n db e n z o y l i s o c y a n a t e t h er e l a t i v ec o n t e n to fb u t y li s o t h i o c y a n a t ew a s 7 8 8 8p e r c e n t w a s a b io i lf r o mr h i z o m e sw i t ht h es d eh a d13i n g r e d i e n t sb yg c m sa n a l y s i s 9k i n d s o f s p i c yi n g r e d i e n t s w e r e a l l y li s o t h i o c y a n a t e ，b u t y li s o t h i o c y a n a t e ，3 - b u t e n y l i s o t h i o c y a n a t e ，c y c l o p e n t y li s o t h i o c y a n a t e ， i s o p r o p y li s o t h i o c y a n a t e ，i s o b u t y l i s o t h i o c y a n a t e ，s e c 一b u t y li s o t h i o c y a n a t e ，m e t h y li s o t h i o c y a n a t e ，e t h y li s o t h i o c y a n a t e t h e r e l a t i v ec o n t e n to fa l l y li s o t h i o c y a n a t ew a s7 3 6 2p e r c e n t w a s a b io i lf r o ml e a v e sw i t ht h es d eh a d11i n g r e d i e n t sb yg c - m sa n a l y s i s s i xk i n d s o f s p i c yi n g r e d i e n t s w e r e a l l y li s o t h i o c y a n a t e ，p r o p y li s o t h i o c y a n a t e ，i s o p r o p y l i s o t h i o c y a n a t e ，m e t h y li s o t h i o c y a n a t e ，c y c l o p e n t y li s o t h i o c y a n a t e a n d 3 - b u t e n y l i s o t h i o c y a n a t e t h er e l a t i v ec o n t e n to fa l l y li s o t h i o c y a n a t ew a s4 2 3 4p e r c e n t w a s a b io i lf r o ml e a v e sw i t ht h es d eh a d13i n g r e d i e n t sb yg c m sa n a l y s i s s e v e n k i n d so fs p i c yi n g r e d i e n t sw e r e a l l y li s o t h i o c y a n a t e ，i s o p r o p y li s o t h i o c y a n a t e ，b u t y l i s o t h i o c y a n a t e ，3 - b u t e n y li s o t h i o c y a n a t e ， c y c l o p e n t y li s o t h i o c y a n a t e ，m e t h y l i s o t h i o c y a n a t ea n ds e c 一b u t y li s o t h i o c y a n a t e t h er e l a t i v ec o n t e n to fa l l y li s o t h i o c y a n a t e w a s4 0 81p e r c e n t 5 。s t u d yo nb a c t e r i o s t a t i ca c t i o no fw a s a b io i l t h es t u d yo fb a c t e r i o s t a t i ca c t i o no fw a s a b io i lu s e dt h et w om e t h o d so fd a k o n g q ia n d f i l t e rp a p e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：w a s a b io i li n h i t e dt h es t a p h y l o c o c c u sa u r e u s ， e s c h e r i c h i ac o l i ，p r o t e u s ，b a c i l l u ss u b t i l i s ，p e n i c i l l i u ma n dt r i c h o d e r av i v i d t h eb e s t b a c t e r i o s t a t i ca c t i o nw a so nt h es t a p h y j o c o c c u sa u r e u s t h em i co fs t a p h y l o c o c c u sa u r e u s w a s1 0 w0 0 7 5 ，a n dt h eo t h e rb a c t e r i o s e sw e r e0 0 7 5 k e y w o r d s ：w a s a b io i l ；e x t r a c t i o np r o c e s s ；s t a b i l i t y ；c o m p o n e n ta n a l y s i s ；b a c t e c r i o s t a t i c a c t i o n i v 论文独仓i j 性：声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进f 7 矗j l - 究： f 乍所取得的成 果。尽我所知，除了文中特另, j d r i 以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他：个人或 集体己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学或其它教育机构的学 位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的仔何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：爿土 l 吐 z 岳峻 2a o , g 辱6r2 衫码 关于论文使用授权的声明 本人完全了解四川i 农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意四川农业大学可以用不 同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 研究生签名： 导师签名： 寥年1 6r 巧日 易汐年s j 弓) _ - - d 日 西j | | 农业大学硕i 诊z 2 0 0 s 1 1 原料概况 1 文献综述 山葵又称日本辣根，学名w a s a b i ( w a s a b i aj a p o n i c am a t s u m ) ，系十字花科 ( c r u c i f e r ) 山嵛菜属多年生草本植物川。山葵原产于日本和中国台湾，在日本家喻户 晓，被人们誉为“绿色黄金”【i 】，是日本重要的传统调味品及蔬菜香辛料植物。中国 大陆于2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初引进种植1 2 j 。山葵含有丰富的氨基酸、维生素及 人体所需的多种微量元素，当植物组织破坏后，其组织内存在的硫葡糖苷( 又称芥子 苷) 在内源酶( 又称黑芥子苷酶) 的作用下发生酶促水解释放出极易挥发的异硫氰酸 酯( i t c s ) 而产生独特辛辣风味1 2 _ 】，这不仅是山葵的独特风味来源，也是十字花科 植物的独特风味来涮2 1 。i t c s 不仅具有杀菌、抗氧化、抗癌【4 5 1 等作用，还具有消 灭消化道寄生虫、增进食欲、美容护肽等作用1 6 j 。最令人感兴趣的是：山葵的酶解 产物i t c s 能够有效地阻止饮食中多种致癌物包括多环芳烃、杂环胺和亚硝酸胺等引 起的d n a 损伤及癌症，其机制可能是通过抑制i 相还原酶( 致癌物的生物作用首先 是通过i 相酶催化而产生的) 和诱导1 1 相酶的产生来解毒并加速致癌物的排泄【7 8 1 。 日本、新加坡等国居民患膀胱癌的概率显著低于其它国家，可能与其大量进食辣根、 山葵、芥末等有关【9 】。可见，食用辣根、山葵、芥末类调味品对人的健康是大有益 处的，但过多食用会导致i t c s 多量，由于过量i t c s 具有基因毒性能引起哺乳动物细 胞中的姐妹染色体交换失常导致基因突变和致癌【l0 1 。因此，应适当食用山葵、辣根 等调味品。 由于山葵经济价值较高，近年来引入大陆后作为出口创汇蔬菜在高山地区发展迅 速，种植面积不断扩大【l l 】。山葵的独特风味是由内源酶催化硫葡糖苷水解生成的 i t c s 引起的。i t c s 是一种无色至淡黄色透明易挥发的油状液体( 芥子油) ，以烯丙 基异硫氰酸酯( a i t c ) 为主要成分，约占辛辣成分的5 0 - - 0 0 e 1 2 】。目前，关于山 葵的栽培、病虫害的防治研究较多，但关于山葵风味物质的提取方法与工艺、影响风 味物质稳定性的因素等研究不多。 西j i | 农业大学硕士论文2 0 0 8 1 1 1 山葵的基本概况 山葵对环境要求苛刻、喜阴凉潮湿气候，据有关资料显示：生育温度为8 2 2 。c 、 最适温度为1 2 1 5 、超过2 3 时不适宜栽培、超过2 8 3 0 时易发生软腐病、 低于3 c 时易受冻害f 】l 】。目前，山葵在我国云、贵、i i 、浙、闽、粤等省均引种栽 培，适宜高海拔地区种植。 1 1 1 1 山葵与辣根、芥末的区别 山葵、辣根是日本料理中不可或缺调料，因其与芥末有相似的独特辛辣味常被人 们混为谈。其实三者同科不同属且食用器官也不同，芥末是以芥菜种子供食用而山 葵、辣根以肉质根茎供食用。目前食用的芥辣酱便是由山葵或辣根与芥末的种或几 种混合加工而成，能够增进食欲且具有抗菌杀虫的功效而成为人们生吃海鲜必不可缺 少的高级调昧品。辣根与山葵同属十字花科，亲缘很近，形状极为相似。由于辣根比 山葵的生产周期短、当年即可收获、地下根茎病虫害少、畸形率低、产量高及成本 低，目前常以辣根代替山葵 1 3 - j 5 】。 1 1 1 2 山葵的主要品种 山葵主要有下列三个品种：白色品种为叶柄淡绿色、叶大、根茎外皮绿色、肉质 淡黄绿色、香味较浓、品质好。紫色种为叶柄大、基部及幼苗紫红色、茎细长、长 2 0 c m 3 0 c m 、外皮与肉质均为淡黄绿色、香味浓、品质好。苏铁种为根茎瘦细、叶 痕密、辛辣味浓1 1 4 】。 1 1 1 3 山葵的生物学特性 山葵是十字花科山嵛菜属多年生草本植物。叶丛生、圆心形、叶缘有波状锯齿。 叶柄长约3 0 c m 3 5 e m 。地下茎肥呈圆锥状、长5 c m 2 5 c m 、直径2 c m 4 c m 、淡绿色、 有辛辣味、研磨后味更浓烈。根系为须根、分布于1o c m 2 0 c m 的土壤中呈水平分布。 总状花序、顶生或腋生、花瓣白色、长角果、3 4 月开花、5 “月可收种子、种子绿 色形同萝卜种子。山葵从栽植到根茎收获需要1 5 2 0 年，根茎产量每亩为3 2 0 k g 3 8 0 k gi 6 ) 。 1 1 2 山葵的独特风味物质 1 1 2 1 山葵硫葡糖苷的结构与性质 2 四农业大学硕士锻2 0 0 8 所有硫葡糖苷由两部分组成：一为非糖部分( 称为r 基团) ，另一为p d 一葡萄 糖部分，二者通过硫苷键联系起来。r 基团是硫葡糖苷的可变基团，r 基团不同则硫 葡糖苷的种类和性质也不同i2 ，1 7 1 。自然界中存在的硫葡糖苷以r 基团分为脂肪族、 一甲硫基烷基、芳香族三类，并非每一种硫葡糖苷都具有辛辣气味，据有关研究表 明：硫葡糖苷中的r 基团是甲基、烯丙基、3 一丁烯基、4 一戊烯基、3 一甲硫基丙基、4 _ 甲硫基丁基、4 一甲硫基丁烯基、2 一苯基乙基、苄基、甲硫基戊基、乙基、庚基、 甲亚硫基戊基等水解时易产生挥发性的i t c s 而具有辛辣刺激风味1 6 , 1 2 1 。 1 1 2 2 山葵硫葡糖苷的酶解 山葵组织破碎后，在一定温度和湿度下硫葡糖苷由内源酶催化水解而产生一系列 产物，首先释放出一分子葡萄糖和一分子h s 0 4 。，生成不稳定的中间体非糖配基， 此非糖配基随即发生非酶水解，根据反应条件不同，可能生成异硫氰酸酯、硫代氰酸 酯，但p h 原料用量 蒸馏时间，最优水平组合为a3b2c3 。 3 2 1 5 最佳提取工艺的确定 西翘农业大学硕圭论文2 0 0 8 表5 正交试验的方差分析 t a b l e5t h ev a r i a n c ea n a l y s i so fo r t h o g o n a lt e s t 注：f0 0 5 ( 2 , 2 ) 2 1 9 0 0 ，fo 0 1 ( 2 2 ) - - 9 9 0 0 ，“”表不极显著，“表不显著，无“妒表不不显著 从表5 可以看出三个因素对提取率的影响在旷o 0 1 与矿o 0 5 不显著，可能原因 是试验误差大，降低了检验的灵敏度，掩盖了考察因素的显著性。由于各因素对提取 率的影响都不显著，因此不必进行各因素水平间的多重比较。根据直观分析与方差分 析得出最优水平组合a3b2c3 ，即原料用量15 0g 、缓冲溶液体积3 0 0m l 、蒸馏时 间3h 。但这个组合在正交试验中不存在，因此要做验证实验，验证试验如表6 。 表6 最优工艺验证实验 t a b l e6t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sv e r i f yo fo p t i m a lt e c h n o l o g y 从表6 可以看出三次试验的提取率平均值为o 0 6 0 9 ，明显高于正交试验中的最 高提取率，故最优水平组合a3b2c3 ，即原料用量1 5 0 9 、缓冲溶液体积3 0 0 m l 、 蒸馏时间3 h 是水蒸气蒸馏法提取精油的最佳提取工艺。 3 2 2 同时蒸馏萃取法的结果与分析 3 2 2 1 水解时间对提取率的影响 2 4 图5 水解时间对提取率的影响结果 f i g 5e f f e c to fh y d r o l y s i st i m eo ny i e l do fo l e o r e s 从图5 可以看出水解2 h 的提取率最高。水解时间对提取率的影响呈现先升高后 降低的趋势，当水解时间达到一定程度后再继续延长，提取率则逐渐降低，主要是因 为起初硫葡糖苷在酶的作用下水解加快，且随着水解时间延长，生成的i t c s 越来越 多，提取率增加。当水解时间不断延长时，生成的i t c s 在水的作用下发生缓慢降解 导致i t c s 不断减少f 6 9 , 7 0 】，提取率就逐渐降低。 3 2 2 2 水解温度对提取率的影响 0 2 o 1 5 岔 簪0 1 鍪 裂o 0 5 o 4 05 06 07 08 0 水解温度( ) 图6 水解温度对提取率的影响结果 f i g 6e f f e c to fh y d r o l y s i st e m p e r a t u ro i ly i e l do fo l e o r e s 从图6 可以看出水解温度6 0 c 时提取率最高，水解温度对提取率的影响呈现先 升高后降低趋势，升高与降低趋势都比较快，这主要是硫葡糖苷酶受温度影响较大， 每种酶都有一个最适的活性温度，偏离最适活性温度，酶的活性会受到影响；同时酶 解产物i t c s 也受温度影响较大，随着温度不断升高，i t c s 的降解也会加快1 6 9 , 7 0 】，精 油的提取率就降低。 3 2 2 3p h 对提取率的影响 2 5 西硒农业大学硕士论文2 0 0 8 o 2 拿0 1 5 篓0 - 1 裂0 0 5 0 345678 p h 图7 p h 对提取率的影响 f i g 7e f f e c to fp ho ny i e l do fo l e o r e s 从图7 可以看出p h 对提取率的影响呈现先升高后降低的趋势，p h 在4 - - - 5 时提 取率比较高，p h 6 时提取率逐渐减少，由此可见酸性条件有利于精油的提取，这是 因为不同植物含有的黑芥子苷酶适宜的p h 范围不同1 1 8 , 1 9 1 。 3 2 2 4 抗坏血酸浓度对提取率的影响 o 2 o 1 5 长 荽0 1 0 ，0 5 o o 1 02 03 04 05 0 抗坏血酸浓度( m g m 1 ) 图8 抗坏血酸浓度对提取率的影响 f i g 8e f f e c to fa s c o r b i ca c i dc o n c e n t r a t i o no ny i e l do fo l e o r e s 从图8 可以看出抗坏血酸浓度对提取率的影响呈现先升高后降低的趋势，在抗坏 血酸浓度1 0 m g m l 时提取率最高，之后随着浓度的增加，提取率反而减少，这主要 是因为一定浓度的抗坏血酸对黑芥子苷酶的活性有激活作用，但不同浓度的抗坏血酸 对黑芥子苷酶活性的激活作用不同 7 1 , 7 2 】。 3 2 2 5 蒸馏时间对提取率的影响 2 6 o 2 0 1 5 譬 裂0 0 5 o l 2345 蒸馏时间( h ) 图9 蒸馏时间对提取率的影响 f i g 9e f f e c to fd i s t i l l a t i o nt i m eo ny i e l do fo l e o r e s 四j | | 农业大学硕士论文2 0 0 8 从图9 可以看出蒸馏2 h 时提取率最高，随着蒸馏时间增加提取率升高，但蒸馏 达到一定时间后继续蒸馏反而使提取率逐渐降低，这是因为在一定条件下山葵水解产 生的辛辣风味物质会随着蒸馏时间的不断增加发生降解，从而导致提取率不断降低 【1 2 ，6 9 1 o 3 2 2 6 正交试验结果与分析 采用五因素四水平的正交设计，实施方案与结果见表7 。 表7 正交试验实施方案与结果 t a b l e7o r t h o g o n a lt e s tr e s u l t sa n dt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ep r o g r a m m e s 2 7 从表7 可以看出山葵精油的提取率在o 1 0 2 4 0 0 - 0 1 7 1 2 ，提取率明显高于水蒸气 蒸馏法。由极差r 可以看出五个因素对提取率的影响大小为：a b d c e ， 即水解时间 水解温度 抗坏血酸浓度 p h 蒸馏时间。由直观分析可以看出最优 水平组合为a3b3cld2e2 。 3 2 2 7 最佳提取工艺的确定 由于五个因素中e 因素即蒸馏时间对提取率的影响最小，根据正交试验的方差分 析方法把蒸馏时间看作误差对其进行方差分析6 5 , 7 2 】，结果如表8 ： 表8 正交实验方差分析 t a b l e8t h ev a r i a n c ea n a l y s i so fo r t h o g o n a lt e s t 注：fo o l ( 3 ，3 ) = 2 9 4 6 ，fo0 5 ( 3 ，3 ) = = 9 2 8 ，“”表不极显著，“ 表不显著，无“妒表不不显著。 从表8 可以看出水解时间与水解温度在矿o 0 5 上显著，但水解时间的f 值大于 水解温度，说明水解时间对提取率的影响大于水解温度；抗坏血酸浓度与p h 在萨0 0 5 不显著，但抗坏血酸的f 值大于p h ，说明抗坏血酸浓度对提取率的影响大于p h 。正 交试验的方差分析与直观分析相一致，同时蒸馏萃取法的五个因素对提取率的影响大 小为：a b d c e ，即水解时间 水解温度 抗坏血酸浓度 p h 蒸馏 时间。综合方差分析与直观分析可以判定同时蒸馏萃取法的最优水平组合为a3b3 c ld2e2 ，但是这个组合在正交试验中不存在，因此要进行验证试验，验证试验做三 次重复，验证结果如表9 。 从表9 可以看出三次试验的平均值为0 1 8 7 8 ，明显高于正交试验的最高提取率， 因此同时蒸馏萃取法的最佳提取工艺为a3b3c 】d2e2 ，即水解时间2 h 、水解温 度6 0 c 、p h 4 2 、抗坏血酸浓度1 0 m g m l 、蒸馏时间1 5 h 。 2 8 表9 最佳工艺的验证试验 t a b l e9t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sv e r i f yo fo p t i m a lt e c h n o l o g y 3 3 山葵精油的稳定性研究 3 3 1 温度对异硫氰酸酯水解的影响 童5 翌4 镞3 鐾z 暖1 蘸o l 23 456 反应时间( h ) 圜- - 4 - - t = 2 5 图l0 温度对异硫氰酸酯水解影响 f i g 10e f f e c to ft e m p e r a t u r eo nt h ei s o t h i o c y a n a t eh y d r o l y s i s 从图1 0 可以看出温度对i t c s 的水解影响随着温度的升高，水解速度加快。在 2 5 c 时水解缓慢，但温度升高到6 5 c 时水解已经很快了，这与i t c s 结构与性质有关 【7 3 o 3 3 2 二氯甲烷浓度对异硫氰酸酯水解的影响 g 5 墨 t 萋 ； 垂 ： l2 3 456 7 二氯甲烷浓度( ) 图1 1 二氯甲烷浓度对异硫氰酸酯水解影响 f i g 11e f f e c to fc h 2 c 1 2c o n c e n t r a t so nt h ei s o t h i o c y a n a t eh y d r o l y s i s 四f | 农业大学硕士论文2 0 0 8 从图1 1 可以看出二氯甲烷浓度越高i t c s 水解越慢。当二氯甲烷浓度达到1 0 0 时，i t c s 的水解几乎停止。二氯甲烷浓度在5 0 时，开始时i t c s 水解比较缓慢，但 随着时间延长，水解逐渐加快，可能原因是开始时i t c s 分子周围大部分是二氯甲烷 分子，随着反应时间的不断延长，i t c s 分子周围的水分子不断增多，水解越来越快。 当二氯甲烷浓度为o 时，i t c s 水解已经很快了。 3 3 3 超声波对异硫氰酸酯水解影响 拿 、- 嘲 跚 鼷 器 谢 鹾 龌 昧 夺心 反应时间( r a i n ) 图1 2 超声波对异硫氰酸酯水解影响 f i g 12e f f e c to fu l t r a s o n i co nt h ei s o t h i o c y a n a t eh y d r o l y s i s 从图1 2 可以看出超声波对i t c s 的水解影响较大。i t c s 在水溶液中水解速度很 快，l h 后i t c s 残留量已经低于1 ，是其在6 5 下水解的7 倍，可见超声波能加速 i t c s 的水解。虽然超声波能加速i t c s 在水溶液中水解的速度，但i t c s 在1 0 0 z 氯 甲烷中几乎不发生水解，超声波对i t c s 的影响可以忽略不及。 3 3 4 光照对异硫氰酸酯水解的影响 拿 、_ ， 蜩l 蕊 鼷 艘 照 耀 鹾 暾 l23 4 56 反应时间( h ) 图1 3 光照对异硫氰酸酯水解影响 f i g 13e f f e c to fl i g h to nt h ei s o t h i o c y a n a t eh y d r o l y s i s 从图1 3 可以看出光照对i t c s 在水溶液中水解有一定的影响，随着反应时间延长， i t c s 缓慢水解。与图1 2 相比，光照对i t c s 的影响没有超声波的影响大 6 9 , 7 4 。光照 对i t c s 的水溶液有一些影响，但对1 0 0 - - 氯甲烷溶液影响较小，i t c s 几乎不发生 水解。 3 3 5p h 对异硫氰酸酯水解的影响 盒5 舳4 羹3 嘲 甾2 凄 嗽0 12345 反应时间( h ) 圉p h = 4 图1 4 p h 对异硫氰酸酯水解的影响 f i g 14e f f e c to fp ho nt h ei s o t h i o c y a n a t eh y d r o l y s i s 从图1 4 可以看出在p h 4 的酸性环境中，i t c s 几乎不发生水解，可见i t c s 在酸 性环境中很稳定。在p h = 7 的中性环境中，随着时间延长，i t c s 发生水解。在p h = 1 0 的碱性环境中，3 0 m i n 后几乎检测不到i t c s 的存在，这是因为o h 一作为一种强亲核 试剂与i t c s 发生亲核加成反应生成相应的硫脲。以a i t c 为例，其反应机理为： s o h _ c h ：= c h t h 2 - n = c = s c h ：= c h t h ：一n _ 七o h h 2 。l s 上 “ c h ：= c h 七h 2 - 一n h e 佣+ o h o h - 先进攻_ n = c = s 基团中的c 原子，生成一个不稳定的中间体，该中间体随后从 溶剂水中夺得一个氢质子生成相应的硫脲与o h - 1 2 0 , 7 5 11 在二氯甲烷等有机溶剂中没有 氢质子供体，i t c s 与o h 一生成的不稳定中间体不可能从二氯甲烷等有机溶剂中获得 氢质子，可见碱性环境有利于i t c s 的水解。 3 l 西 | 农业大学硬论文2 毽 3 4 山葵精油的g c m s 分析 3 4 1 不同方法提取山葵根茎的g c m s 分析 水蒸气蒸馏法与同时蒸馏萃取法分别提取山葵根茎的精油，两种方法提取的精油 的总离子色谱图如图1 5 与图1 6 图1 5 水蒸气蒸馏法提取根茎的总离子色谱图 f i g 1 5t i co f w a s a b ir i z h o m e sb yw s d n f 。 i i “ 。 lii 图1 6 j 司时蒸馏萃取法提取根茎的总离子色谱图 f i g 1 6t i co f w a s a b ir h i z o m e sb ys d e 从图1 5 与图1 6 可以看出，两种方法提取的山葵根茎的总离子色谱图有较大差异， g c m s 分析结果如表1 0 与表1l 。 从表1 0 可以看出水蒸气蒸馏法提取山葵根茎鉴定出五种主要化合物，丁基异硫 氰酸酯相对含量为7 8 。8 8 ，是山葵精油的主要辛辣风味物质。还鉴定出其他三种辛 辣风味物质分别为烯丙基异硫氰酸酯、3 烯丙基异硫氰酸酯、环戊基异硫氰酸酯。 3 2 表1 0 水蒸气蒸馏法提取山葵根茎的g c m s 分析结果 1 异丙基异硫氰酸酯 c 3 h 7 n c s1 0 19 0 o ，9 7 i s o p r o p y ii s o t h i o c y a n a t e 2 丙烯基硫氰酸酯c 4 h 5 n s9 99 3 6 3 7 2 - p r o p e n y l e s t e rt h i o c y a n i c a c i d 3 烯丙基异硫氰酸酯 c 3 h 5 n c s 9 99 67 3 6 2 all y l i s o t h i o c y a n a t e 4 丁基异硫氰酸酯 c 4 h 9 n c s11 5 8 82 1 b u t y l i s o t h i o c y a n a t e 5 异丁基异硫氰酸酯 c 4 h 9 n c s1 159 4 0 6 i s o b u t y li s o t h i o c y a n e 6 3 一烯丙基异硫氰酸酯c 4 h 7 n c s11 39 51 4 5 3 - b u t e n y l i s o t h i o c y a n a t e 7 环戊基异硫氰酸酯 c 5 h 9 n c s 12 77 85 5 4 c y c l o p e n t y li s o t h i o c y a n a t e 8 环己酮肟c 6 h l i n o1 1 3 7 61 6 7 c y c l o h e x a n o n eo x i m e 9 仲丁基异硫氰酸酯c 4 h 9 n c s1 157 5 0 8 5 s e c 一t u t y l i s o t h i o c y a n a t e 1 0 甲基异硫氰酸酯c h 3 n c s7 37 75 6 5 m e t h y li s o t h i o c y a n a t e 1 1 乙基异硫氰酸酯 c 2 h 5 n c s 8 77 40 18 e t h y li s o t h i o c y a n a t e 1 2 苯甲酰基异氰酸酯 c 6 h 5 c o n1 4 7 8 50 4 3 b e n z o y li s o c y a n a t e c o 13 联苯基异氰酸酯c 6 h 5 c 6 h 4l9 59 3 0 5 7 b i p h e n y l e n ei s o c y a n a t e n c o 从表11 看出同时蒸馏萃取法提取山葵根茎鉴定出1 3 种化合物，烯丙基异硫氰酸 3 3 四j | | 农业大学硬士硷a - 2 0 0 s 酯相对含量为7 3 6 2 ，是山葵精油的主要辛辣风味物质。鉴定出与表1 0 相同的三种 辛辣成分为丁基异硫氰酸酯、3 烯丙基异硫氰酸酯及环戊基异硫氰酸酯。除此之外， 还鉴定出的其他五种辛辣成为为异丙基异硫氰酸酯、异丁基异硫氰酸酯、仲丁基异硫 氰酸酯、甲基异硫氰酸酯、乙基异硫氰酸酯，可能原因是水蒸气蒸馏法提取的一些微 量的辛辣风味物质在繁琐的萃取过程中损失或者在提取过程中被破坏而无法鉴定出 来。 3 4 2 相同方法不同部分的g c m s 分析 图1 7 同时蒸馏萃取法提取叶片的总离子色谱图 f i g 17t i co fw a s a b il e a v e sb ys d e 图18 同时蒸馏萃取提取叶柄的总离子色谱图 f i g 18t i co fw a s a b ip e t i o l eb ys d e 从图1 6 、图1 7 及图1 8 可以看出，同时蒸馏萃取法提取山葵的根茎、叶片及叶 柄的总离子色谱图有一些差异，其g c m s 分析结果如表1 1 、表1 2 及表1 3 。 四j l l 农业大学硕士论文2 0 0 8 表1 2 同时蒸馏萃取法提取山葵叶片的g c m s 分析结果 t a b l e12t h eg c m sr e s u l t so fw a s a b il e a v e sb ys d e 从表1 2 看出同时蒸馏萃取法提取山葵叶片鉴定出11 种化合物。烯丙基异硫氰酸 酯的相对含量4 2 3 4 ，是山葵精油的主要辛辣成分。叶片与根茎鉴定出的相同辛辣 物质为异丙基异硫氰酸酯、甲基异硫氰酸酯、环五基异硫氰酸酯及3 烯丙基异硫氰酸 酯。与表11 相比，叶片中没有的辛辣风味物质为丁基异硫氰酸酯、乙基异硫氰酸酯、 异丁基异硫氰酸酯及仲丁基异硫氰酸酯；而叶片含有辛辣风味物质是丙基异硫氰酸 酯。 从表1 3 看出同时蒸馏萃取法提取山葵叶柄鉴定出1 3 种化合物。烯丙基异硫氰酸 酯的相对含量为4 0 8 2 ，是山葵精油的主要辛辣成分。叶柄中的甲基异硫氰酸酯相 对含量达到3 3 6 2 ，这是根茎与叶子无法相比的。 3 5 四j | | 农业大学硕士论文2 8 表1 3 同时蒸馏萃取提取山葵叶柄的g c m s 分析结果 t a b l e13t h eg c m sr e s u l t so fw a s a b ip e t i o l eb ys d e 3 4 3 山葵不同部位不同提取方法的g c m s 分析 从表1 4 可以看出相同方法提取根茎、叶片及叶柄都含有的辛辣物质是异丙基异 硫氰酸酯、烯丙基异硫氰酸酯、3 一烯丙基异硫氰酸酯、环戊基异硫氰酸酯、甲基异硫 氰酸酯。根茎比叶片多含有的辛辣物质是丁基异硫氰酸酯、仲丁基异硫氰酸酯及异丁 基异硫氰酸酯，没有的辛辣物质是丙基异硫氰酸酯。根茎比叶柄含有的辛辣物质是异 丁基异硫氰酸酯与乙基异硫氰酸酯。叶片比叶柄含有的辛辣物质是乙基异硫氰酸酯与 丙基异硫氰酸酯，没有的辛辣物质是丁基异硫氰酸酯、仲丁基异