酶法提取松针精油的实验室研.doc

1 酶法提取松针精油的实验室研究酶法提取松针精油的实验室研究 1 刘晓庚 鞠兴荣 茆旭东 张刘晓庚 鞠兴荣 茆旭东 张 珍珍 南京财经大学 应用化学系 江苏省粮油副产品深度利用重点实验室 江苏 南京 210003 摘要摘要 比较了水蒸气蒸馏法 微波法 酶法 微波辅助酶法和微波辅助离子液 体酶法对新鲜松针提取精油的效果 并首次报道微波辅助离子液体酶法提取松 针精油 结果表明 微波辅助离子液体酶法的精油得率高达 0 49 0 53 比最低的水蒸气蒸馏法提高 48 67 比单用酶法提高了 12 3 以上 离子 液体的回收率为 98 5 100 结论是酶法 微波辅助离子液体酶法和微波辅 助酶法应用于松针精油提取是高效可行的 酶法的最佳工艺条件是 温度 50 pH 值 4 5 酶与松针的质量比 1 500 酶解时间约 1 h 关键词 关键词 松针 精油 酶法提取 微波辅助离子液体酶法提取 中国分类号 TQ351 014 Q814 9 文献标识码 A STUDIES ON EXTRACTING ESSENTIAL OIL FROM PINE NEEDLE IN LAB LIU Xiao geng JU Xing rong MAO Xu dong ZHANG Zhen Department of Applied Chemistry Nanjiing University of Finance Economics Key Lab of Cereal Oil s By products Utilization in Jiangsu province Nanjing 210003 China Abstract Five methods of extracting essential oil natural perfume from the fresh pine needles have been discussed namely enzymic EZ method microwave assisted MA method steam distillation SD method microwave assisted enzymic 收稿日期 2004 02 11 基金项目 江苏省教育厅自然科技资助项目 03KBJ550048 南京财经大学预研究资助项目 0301 作者简介 刘晓庚 1962 男 江西峡江人 教授 主要从事化学教学和科研工作 E mail lxg 6211 2 MAEZ method microwave assisted ionic liquid enzymic MAILEZ method The results showed that the essential oil yields from MAEZM was 0 49 0 53 or 12 3 higher than of single enzynolysis The optimum conditions of EZ method were obtained by orthogonal experiment as follows temperature 50 pH value 4 5 mass ratio of enzyme to pine needles 1 500 enzymic time 1 h The recovery rate of ionic liquid was 98 5 100 Key words pine needles essential oil enzymic extraction microwave assisted ionic liquid enzymic extraction 松针中含有丰富的精油 其主要成分为萜醇 萜烯 醚 酮 酚和酚脂 松针精油是从松树茎 叶等经提取 分馏而得的具有松针油特有的愉快香味的 浅黄色或深黄色液体 其应用广泛 除用作香料和合成香料的原料外 还用作 树胶 树脂 油类 纤维素醚等的溶剂 矿物质的浮选剂 酒精的变性剂 消 泡剂 湿润剂 杀菌剂以及纺织品的加工等 1 用酶法提取既保护了松针精油 的有效成分在提取过程中不被破坏 又缩短了提取时间 提高了提取效益 2 而微波和离子液体有激活和增强酶活性以及促进提取效率的作用 3 4 因此 本 研究着重探讨了用酶法 微波辅助离子液体酶法和微波辅助酶法提取松针精油 1 1 实验材料实验材料 1 11 1 主要仪器主要仪器 DS 1 高效组织捣碎机 HH 4 数显恒温水浴锅 WXG 4 圆盘旋光仪 SHIMADZU UV 2401PC 紫外分光光度计 WD900SL23 2 格兰仕微波炉 阿 贝折光仪 3 1 21 2 试剂材料试剂材料 纤维素酶 酶活力 1 500 U g 中国医药 集团 上海化学试剂公司 酶活 力 82 GCU g 广东裕立宝公司提供 离子液体 咪唑系列的离子液体由中国 科学院兰州化学物理研究所提供 胍盐类离子液体自制 其他试剂均为分析纯 将采自南京财经大学校园和红山动物园新鲜松针用水清洗 除杂 晾置风 干后 用刀切成长 1 3 cm 备用 2 2 实验部分实验部分 2 12 1 提取基本原理提取基本原理 纤维素酶 CE 又称 1 4 葡聚糖水解酶 系黑曲霉 Aspergillus niger 或木霉菌 Trichoderma viride 培养发酵液中提取而精制的酶制剂 它能使纤 维素多糖中 1 4 葡聚糖水解为 糊精 其保存的最适 pH 值 4 5 5 5 对热较 稳定 即使在 100 保持 10 min 仍可保持原活性的 20 以上 其最适温度 50 60 天然存在于许多霉菌 细菌中 5 CE 对植物具有专一分解特性 催 化多糖类物质的水解 可以使细胞壁及细胞间质中的纤维素 半纤维素等物质 降解 引起细胞壁及细胞间质结构产生局部疏松 膨胀 崩溃等变化 减小细 胞壁 细胞间质等传质屏障对有效成分从细胞内向提取介质扩散的传质阻力 促进传质过程 使有效成分提取率提高 微波能大幅度地提高传质和扩散速率 离子液体又有增强纤维和细胞壁的溶解度和提高酶活性等多重作用 采用微波 辅助离子液体 CE 酶法在较低温度下提取松针精油 在短时间内即可达到高效 提取有效成分的效果 3 4 6 2 22 2 提取方法提取方法 2 2 12 2 1 酶法提取酶法提取 取 50 150 g 新鲜切好的松针样品加入适量的水 捣碎 4 5 10 min 用 HCl 或 Na2CO3调节 pH 值 加入按文献 2 方法活化的活性酶 CE 于设定温度下进行酶解 然后抽滤 滤液用有机溶剂萃取 真空蒸馏 回 收溶剂 收集有浓郁香味浅黄色油状物 用无水硫酸钠干燥 即得松针精油 2 2 22 2 2 水蒸气蒸馏法水蒸气蒸馏法 先用水蒸气从新鲜松针样中提取粗精油 7 然后萃取 分离 干燥 2 2 32 2 3 微波法微波法 将加水捣碎好的松针样于设定功率和时间下进行微波提取 再抽滤 萃取 分离 干燥 2 2 42 2 4 微波辅助酶法微波辅助酶法 是在酶法提取中的酶解过程辅以微波 2 2 52 2 5 微波辅助离子液体酶法微波辅助离子液体酶法 用离子液体代替水捣碎松针 微波辅助酶解 和过滤后 加水分出离子液体 再蒸馏 干燥 2 32 3 精油的测定精油的测定 用常规方法测定精油的感观指标 相对密度 折光率和比旋光度等 用 UV 2401PC 紫外分光光度计测定 UV 吸收谱 用 HP5988A GC MS 测定精油 的组成等 3 3 结果与讨论结果与讨论 3 13 1 酶法提取的最佳条件酶法提取的最佳条件 从表 1 得到影响 CE 酶法提取松针精油的因素主次顺序为 CE 用量 活性 酶 解温度 提取时间 酶解 pH 值 酶法提取的最佳条件为 温度 50 pH 值 4 5 酶与松针的质量比 1 500 酶解时间约 1 h 与文献 2 的温度和 pH 值相近 各因素对精油得率的影响如图 1 所示 用计算法 8 得到佳条件下精油得率 0 514 实验值 0 502 二者相当吻合 表表 1 正交试验表正交试验表 Tab 1 Results of orthogonal test 序A BCDEF提取率 5 号 酶解温度 enzymolysis temperature pH 值 pH value m酶 m松 针 menzyme mpine needle 萃取次 数 extract times 萃取剂 extractant 酶解时间 h enzymolysis time 1 yield 1404 01 3003 乙醚 ether30 469 2504 01 4002乙醚 ether10 476 3604 01 5001乙醚 ether50 486 4405 01 4001乙醚 ether30 454 5505 01 5003 石油醚 petro ether10 470 6605 01 3002 石油醚 petro ether50 473 7404 51 5002 石油醚 petro ether30 497 8504 51 3001 石油醚 petro ether10 481 9604 51 4003 混合 MS 2 50 472 10404 01 4001混合 MS 30 465 11505 01 5003混合 MS 10 494 12604 51 3002混合 MS 50 463 K13 7703 7863 7713 8073 7643 781 K23 8393 7803 7333 8183 8403 839 Y总 11 39 6 K33 7813 8243 8863 7653 7863 770 R0 0690 0440 1530 0530 0760 069 Y均 0 475 1 两次试验结果的平均值 average value of 2 test 2 两种溶剂的混合物 mixed solvents 3 23 2 几种提取方法提取效果的比较几种提取方法提取效果的比较 5 种方法的提取效果见表 2 从表 2 可见 精油得率以微波辅助离子液体 酶法得率最高 比单用酶法和微波辅助法分别高 0 02 0 07 和 0 02 0 18 但微波控温不易掌握 易造成温度过高而使纤维素酶失活 而用水浴等传统控 温方式虽然得率稍低 但条件易控制 操作稳定 用离子液体微波辅助酶法提 取 不仅最大限度地保护了酶活性 而且分离简便 离子液体回收率和重复使 用效果都很高 但离子液体成本相对高些 其它几种方法溶剂的回收率也都较 高 表表 2 不同提取方法的提取效果比较不同提取方法的提取效果比较 Table 2 Comparison of the result of the different extracting methods 方法 methods 水蒸气蒸馏 法 SD method 微波法 MA method 酶法 EZ method 微波辅助酶 法 MAEZ method 微波辅助离子液 体酶法 MAILEZ method 精油得率 ethereal oil 0 28 0 360 35 0 45 0 46 0 500 46 0 520 49 0 53 7 yield 溶剂回收 率 solvent recovery 92 7892 2492 4592 3198 5 100 3 33 3 松针精油的测定分析松针精油的测定分析 经测定 5 种方法提取的精油均是有浓郁松香气味的浅黄色透明液体 其 相对密度 折光率和 UV 谱的测定结果也都一致 其中 d421 1 024 1 152 20 文献值 9 0 896 2 1 188 0 nD19 1 432 50 1 548 60 20 文献值 9 1 430 1 610 UV 结果显示精油的吸收峰在 220 和 280 nm 处 这表明精油中 含有单不饱和双键和多共轭不饱和键体系的萜烯类化合物 而比旋光度 20 的测定结果表明 微波法 108 90 109 00 水蒸气蒸馏法 109 50 109 65 酶 法和微波辅助离子液体酶法 109 80 109 90 微波辅助酶法 109 80 109 96 原因是不同方法所得精油中产生旋光的成分不同 另外 GC MS 测定的结果 也表明 与水蒸气蒸馏法相比酶法提制的松针精油成分更丰富 且萜烯 萜醇 酮的含量更高 同时 还含有一些水蒸气蒸馏法没有的微量成分 如橙花醛等 其原因有待进一步探讨 4 4 结结 论论 4 14 1 用酶法 微波辅助酶法和微波辅助离子液体酶法提取松针精油的得率比 水蒸气蒸馏法提高 48 67 较单用酶法提高了 12 3 以上 说明微波 离 子液体和纤维素酶对松针精油提取都有促进作用 4 24 2 松针精油酶法提取的最佳条件是 酶解温度 50 pH 值 4 5 酶与松针 8 质量比 1 500 酶解时间约 1 h 有微波辅助或在离子液体中酶解效果会更好 4 34 3 酶法 微波辅助酶法和微波辅助离子液体酶法提取松