全 文 ：兰科植物香草兰 （Vanilla planifolia Andrews）
是多年生大型肉质热带藤本攀援植物， 享有 “食品
香料之王” 的美誉， 是中国重要的热带香薰作物之
一 [1]。 其豆荚经加工后的初产品香兰荚， 俗称香兰
豆， 含有 250多种挥发性香气成分， 其中具有香兰
素等独特香味物质， 其提取物称为香草兰净油， 具
有沁人心脾的独特香气， 被广泛应用于调制高级香
烟、 名酒、 各类糕点、 化妆品等。 此外， 香草兰中
含有较丰富的蛋白质（4.97％）、 纤维（14.7％）、 还
原糖 （14.58％ ） 、 蔗糖 （2.98％ ） 、 淀粉 （11.96％ ）
等， 且氨基酸及矿物质含量也较高， 如香草兰中
EAA（必需氨基酸）/TAA（总氨基酸）比值为35.38％；
热带作物学报 2013， 34（7）： 1374-1380
Chinese Journal of Tropical Crops
收稿日期 2012-12-22 修回日期 2013-04-19
基金项目 国家科技支撑计划课题 “香草兰等南方特产资源生态高值利用技术研究与产品开发”（No. 2012BAD36B03）； 中央级公益性科研院
所基本科研业务费专项（No. 1630052012017）。
作者简介 徐 飞（1982 年—）， 女， 研究实习员， 硕士研究生； 研究方向： 热带香辛饮料作物加工。 *通讯作者： 谷风林， E-mail: xi-
aogu4117@163.com。
微波超声协同萃取香草兰净油工
艺优化及挥发性成分分析
徐 飞， 初 众， 卢少芳， 谭乐和， 谷风林 *
中 国 热 带 农 业 科 学 院 香 料 饮 料 研 究 所
国 家 重 要 热 带 作 物 工 程 技 术 研 究 中 心
农业部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室
海南万宁 571533
摘 要 为优化香草兰净油超声微波协同萃取工艺条件， 采用二次回归正交旋转组合设计对香草兰净油得率进
行探讨， 并进行气相色谱-质谱鉴定。 结果表明： 最佳萃取条件为萃取时间6.91 min， 萃取功率253 W， 萃取溶
液石油醚 ∶ 正己烷=2.8 ∶ 1（V ∶ V）， 得率5.18％。 匹配度达90以上的化合物有25种， 其中脂肪酸、 醛类及酯类含量
较高 ， 主要有亚油酸 （23.17％ ）、 月桂酸 （0.07％ ）、 肉豆蔻酸 （0.24％ ）、 十五烷酸 （0.28％ ）、 n-十六烷酸
（5.43％）、 9，12-十八烷二烯酸乙酯（5.30％）、 棕榈酸甲酯（0.09％）、 香兰素（12.6％）等。 该净油具有浓郁独特
的香味， 优选得到的工艺可提高香草兰净油得率。
关键词 香草兰； 净油； 超声微波； 提取
中图分类号 S682.31 文献标识码 A
Optimization of Microwave Ultrasonic Collaborative Extraction
Vanilla Net Oil Process and Volatile Component Analysis
XU Fei， CHU Zhong， LU Shaofang， TAN Lehe， GU Fenglin
Spice and Beverage Research Institute， CATAS， National Center of Important Tropical Crops Engineering and
Technology Research， Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice and Beverage
Crops, Ministry of Agriculture, Wanning, Hainan 571533, China
Abstract In order to optimize the technological conditions of the vanilla net oil by ultrasonic microwave
collaborative extraction， the extraction efficiency were investigated of vanilla net oil using quadratic regression
orthogonal rotary group legal， and gas chromatography-mass spectrum was used to identify the volatile components.
The results showed that the best extraction conditions with an extraction yield 5.18％ were time 6.91 min，
extraction power 253 W, extraction solution petroleum ether: cyclohexane=2.8 ∶1（V ∶V）. There were 25 components
with matching degree more than 90， mainly fatty acids， alde hyde and aldehyde and esters, including linoleic
acid（23.17％）， lauric acid（0.07％）， myristic acid（0.24％）， pentadecane acid（0.28％）， n-cetane acid（5.43％）,
9, 12-octadecane diene acid ethyl ester（5.30％）， palmitic acid methyl ester（0.09％）and vanillin(12.6％). The net
oil had rich unique fragrance, and the optimized process could be used to improve the vanilla net oil extraction.
Key words Vanilla； Net oil； Ultrasonic microwave； Extraction
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2013.032
第 7 期
其 EAA/NEAA（非必需氨基酸）值为 54.76％； 矿物
质元素 Ca、 Fe、 Cu、 Mn 等含量均在 0.01％以上[2]。
香草兰还具有强心、 补脑、 健胃等药效[3]。
香草兰油含量不高， 约占干重的 4％-7％， 但
其香味独特， 添加少量即有浓郁香味， 油中含有较
多的脂肪酸类， 如亚油酸、 棕榈酸、 肉豆蔻酸等。
亚油酸等不饱和脂肪酸对降低血糖血脂、 抑制血小
板凝聚、 抗血栓、 防治皮肤老化、 糖尿病、 肥胖症
等均具有显著效果。 所以香草兰净油不仅可以作为
优质植物精油源， 还具有特殊的营养保健功效， 是
一种极具开发潜力的营养保健油源 [4]。
目前对香草兰的开发利用主要集中在食品、 化
妆品、 制药工业等方面， 研究大多是香兰素提取、
浸膏提取， 而有关香草兰净油提取的报道较少。 微
波超声结合萃取技术是当前植物油最为常用的先
进提取工艺之一 [5-6]， 因此本实验采用微波超声结
合萃取香兰草净油， 使用二次回归正交旋转组合设
计 [7-8]， 选取时间、 功率、 溶剂比例为因素条件，
对香草兰净油微波超声协同萃取工艺条件进行优
化， 探讨微波超声结合萃取应用于香草兰净油萃取
的可行性。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 植物材料 香草兰粉（鲜豆荚经清洗、 杀
青、 发酵、 陈化约 6个月后经低温干燥粉碎制得），
含水量为 12.4％。
1.1.2 试剂 石油醚、 正己烷、 无水乙醇、 无水
硫酸钠均为分析纯。
1.1.3 仪器 超声微波协同萃取仪（购自上海新拓
微波溶样测试技术有限公司 ） ； Agilent 7890A/
5975C 气相色谱-质谱联用仪（购自美国安捷伦科技
有限公司 ）； IKA 旋转蒸发仪 （购自德国 IKA 公
司）； SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵（巩义予华仪器有
限责任公司）。
1.2 微波超声协同萃取方法
称取香草兰粉末 30 g 置于超声微波协同萃取
容器中， 设置萃取时间、 微波功率、 石油醚（沸点
60~90 ℃）： 正己烷（V ∶ V）为影响因素， 以净油得
率 Y 为评价指标， 采用二次回归正交旋转组合设
计优选香草兰净油萃取工艺。 以 design-expert 软
件进行数据拟合并与实际结果进行比较。 萃取结束
后过滤收集萃取容器中的萃取物， 使用旋转蒸发仪
减压蒸馏， 浓缩物即为浸膏， 加入热乙醇溶解后，
于-10 ℃冷冻 4 h， 过滤除蜡， 旋转蒸发浓缩至无
溶剂流出即得到净油。 计算公式如下：
得率/％=香草兰净油质量（g）/香草兰粉末原料
质量（g）×100。
1.3 二次回归正交旋转组合设计
在预备实验的基础上确定萃取时间、 萃取功
率、 溶剂比例 3 个因素的水平值范围， 以净油得率
Y为评价指标， 进行 3 因素 5 水平的二次回归正交
旋转组合设计。
1.4 GC/MS 分析
1.4.1 样品前处理 准确称取超声微波优化条件
下萃取得到的净油 0.362 7 g， 以 10 mL 正己烷溶
解， 加入适量无水硫酸钠后过 0.45 μm 滤膜， 将滤
液进行气相色谱-质谱检测。 检测条件： 色谱柱：
HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）毛细管柱； 进样
口温度： 250 ℃； 载气： 氦气， 恒压模式 70 kPa；
升温程序： 起始温度为 80 ℃， 以 5 ℃ /min 升温
至 200 ℃， 保持 1 min， 以 3 ℃/min 升温至 280 ℃，
保持 5 min； 进样量： 1 μL； 不分流； 电离方式：
EI； 电离能量： 70 eV； 离子源温度： 230 ℃； 质量
范围： 40~450 aum； 溶剂延迟： 3 min， 检测模式：
SCAN。
1.4.2 谱 图 检 索 所 得 图 谱 经 计 算 机 谱 库
（NIST08）检索， 并结合标准质谱图和有关文献 ，
确定挥发性成分。 用色谱峰面积归一化法测定各挥
发性成分的相对含量。
2 结果与分析
2.1 香草兰净油萃取的二次回归正交旋转组合试
验设计
二次回归正交旋转组合设计的试验因素和水
平编码值见表 1， 按此设计得到的试验结果如表 2
所示。
2.2 香草兰净油提取拟合模型的建立
运用 SAS 软件对上述结果进行整理分析， 获
得如下回归方程预测模型：
Y=-11.177 58+0.209 92X1+0.059 62X2+0.212 00 X3+
0.000 34X12-0.000 94X1X2-0.000 09X22-0.000 39 X1X3-
0.000 08X3X2-0.00 129 X32 （1）
其中 Y 为香草兰净油得率， X1、 X2、 X3 分别
为提取时间、 功率、 溶剂比例的编码值， 回归模型
方差分析见表 3。
对二次回归方程 （1）进行方差分析 ， 模型
p<0.01， 此时回归方差模型极显著， 该试验方法可
靠。 方程失拟项不显著， 该回归模型与实测值能较
好拟合。 回归系数 R2=91.60， 表明该模型相关性
徐 飞等： 微波超声协同萃取香草兰净油工艺优化及挥发性成分分析 1375- -
第 34 卷热 带 作 物 学 报
方差来源 平方和 自由度 均方 F 值 P 值 显著水平
模型 4.390 9 0.490 12.120 0.000 3 **
X1 0.020 1 0.020 0.500 0.495 3
X2 0.430 1 0.430 10.650 0.008 5 **
X3 0.061 1 0.061 1.510 0.247 8
X1X2 1.370 1 1.370 33.980 0.000 2 **
X1X3 0.015 1 0.015 0.380 0.551 4
X2X3 0.044 1 0.044 1.080 0.323 2
X12 0.001 1 0.001 70.035 0.855 4
X22 1.390 1 1.390 34.380 0.000 2 **
X32 1.250 1 1.250 30.940 0.000 2 **
残差 0.400 10 0.040
失拟项 0.300 5 0.060 2.950 0.130 3
纯误差 0.100 5 0.020
总误差 4.800 19
表 3 回归模型方差分析
说明： **表示 p<0.01， 差异极显著。
水平 提取时间/min 功率/W 溶剂比例/（V ∶ V）
r=1.682 30.00 300.00 100 ∶ 1
1 24.93 259.45 90 ∶ 1
0 17.50 200.00 75 ∶ 25
-1 10.07 140.55 60 ∶ 40
-r=-1.682 5.00 100.00 50 ∶ 50
△j 7.43 59.45 0.15
表 1 二次回归正交旋转组合设计的试验因素和水平编码值表
实验号 X1提取时间/s X2功率/W X3溶剂比例/（V ∶ V） 净油得率/％
1 1 1 1 3.89
2 1 1 -1 4.44
3 1 -1 1 4.57
4 1 -1 -1 4.44
5 -1 1 1 4.82
6 -1 1 -1 4.81
7 -1 -1 1 3.46
8 -1 -1 -1 3.54
9 +1.682 0 0 4.65
10 -1.682 0 0 4.76
11 0 +1.682 0 3.94
12 0 -1.682 0 3.66
13 0 0 1.682 3.72
14 0 0 -1.682 3.97
15 0 0 0 4.73
16 0 0 0 4.87
17 0 0 0 4.85
18 0 0 0 4.82
19 0 0 0 4.51
20 0 0 0 4.89
表 2 二次回归正交旋转组合设计结构矩阵及试验结果
1376- -
第 7 期
5.1
4.725
4.35
3.975
5.6
259
.45
229
.72
200
.00
170
.26
140
.55
24.93
21.22
17.50
13.79
10.07
X2/（W）
X1/（min）
图 1 提取时间-功率的响应面和等高线图
4.434 62
4.631 73
4.828 84
4.828 84
4.631 73
4.434 62
4.237 61
4.040 4
259.45
229.72
200.00
170.28
140.55
10.07 13.79 17.50 21.22 24.93
X1/（min）
X 2
/（
W
）
Y/％
4.9
4.6
4.3
4.0
3.7
0.6
0
0.9
0
0.8
2
0.7
5
0.6
6
10.07
13.79
17.50
21.22
24.93
X1/（min）X3/（V：V）
图 2 提取时间-溶剂比例的响应面和等高线图
0.90
0.82
0.75
0.68
0.60
10.07 13.79 17.50 21.22 21.93
4.481 33
4.661 36
4.621 39
4.691 43
4.761 46
4.691 43
4.621 39
4.661 36
X1/（min）
Y/％
好。 回归方程各项的方差分析表明 ， X1X2、 X22、
X32均达到极显著水平。 X2达到显著水平。 选定的
各因素对香草兰净油得率的影响大小依次为： 功
率＞溶剂比＞时间。
响应面 Y 对于因素 X1、 X2、 X3值所构成的三
维空间在二维平面上的等高图， 可直观地反映各因
素之间的相互作用。 Design-Expert8.0 软件处理得
到响应面分析结果见图 1~3。
2.3 响应曲面分析
根据回归模型做出了各个因素交互作用的响应
曲面和等高线图（图 1~3）。 图中可直观地反映各因
素对响应值的影响， 由等高线图可以看出存在极值
的条件在圆心处。 响应面图显示了萃取时间与功
率、 萃取时间与溶剂比例、 萃取功率与溶剂比例的
交互作用对净油得率的影响。 由 SAS 软件， 通过
嵴岭分析得到最佳的制备工艺条件为： 萃取时间
6.91 min， 萃取功率： 253 W， 萃取溶液石油醚 ：
正己烷=2.8 ∶ 1（V ∶ V）， 最优工艺条件下净油得率
为 5.18％。
采用上述最佳工艺条件进行试验， 实际测得的
净油得率为 4.90％ ， 与理论值相比相对误差为
0.28％。 由于实验过程复杂， 存在着一定的误差，
因此， 采用二次回归正交旋转组合设计优化得到的
香草兰净油制备工艺条件具有一定的实用价值。
2.4 香草兰净油样品的化学成分
香草兰净油的化学成分及总离子流图见图 4，
X 3
/（
V
： V
）
徐 飞等： 微波超声协同萃取香草兰净油工艺优化及挥发性成分分析 1377- -
第 34 卷热 带 作 物 学 报
2.5e+07
2e+07
1.5e+07
1e+07
5 000 000
5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00
图 4 香草兰净油的化学成分总离子流图
时间/min
丰
度
种类 保留时间/min 成分 相对含量/％ 匹配度
酮类
酸类
17.797 月桂酸 0.07 90
24.489 十五烷酸 0.28 98
27.860 棕榈酸 6.20 94
醛类
14.593 香兰素 12.61 90
19.826 4-羟基-3，5-二甲氧基-苯甲醛 0.05 90
（Z）-9， 17-十八二烯醛 2.54 9532.316
22.366 肉豆蔻酸 0.24 98
10.279 （E，E）-2， 4-癸烯醛 0.02 90
1-甲基-2吡咯烷酮 4.63 95
亚油酸 23.17 9933.712
5.222
表 4 香草兰净油挥发性化学成分
图 3 提取功率-溶剂比例的响应面和等高线图
4.9
4.575
4.25
3.6
0.8
2
0.7
5
0.6
8
0.6
0 140.55
170.26
200.00
229.72
259.45
X2/（W）X3/（V：V）
0.90
0.82
0.75
0.68
0.60
140.55 170.25 200.00 229.72 259.45
4.39459
4.257 84
4.531 34
4.394 59
4.257 84
4.668 09
4.121 09
Y/％
X2/（W）
按照 1.4 的方法对香草兰净油化学成分进行检测，
共检测出 102 种化合物。 选出匹配度较高的 25 种
化合物进行分析， 所得质谱图经质谱库检索与标准
图谱核对， 并由峰面积归一化法计算出各成分的相
对含量（表 4）。
从表中可知香草兰净油中主要成分为脂肪酸
X 3
/（
V
： V
）
1378- -
第 7 期
种类 保留时间/min 成分 相对含量/％ 匹配度
醛类
（Z）-9， 17-十八二烯醛 2.54 95
烷烃类
16.223 十五烷 0.03 90
18.574 十六烷 0.03 91
酯类
22.816 十四烷酸乙酯 0.05 91
24.877 十五烷酸乙酯 0.10 96
25.533 棕榈酸甲酯 0.09 97
26.192 1，2苯二甲酸，丁基-2-甲基丙基酯 0.30 91
29.953 9，12-十八烷二烯酸甲酯 0.49 99
30.139 （Z）11-十八烯酸甲酯 0.26 90
32.153 9，12-十八烷二烯酸乙酯 5.30 99
烯类
48.665 角鲨烯（三十碳六烯） 0.09 91
生物碱类 23.854 咖啡因 0.17 97
32.316
四十四烷 0.51 9041.337
1，2苯二甲酸，单（2-乙基己基）酯 1.71 9142.039
醇类 Z，E-2，13-十八二烯-1-醇 0.17 9643.883
9-二十六碳烯 1.54 9150.555
续表 4 香草兰净油挥发性化学成分
类， 如亚油酸（23.17％）、 月桂酸（0.07％）、 肉豆蔻
酸（0.24％）、 十五烷酸（0.28％）、 棕榈酸（6.20％）；
其 次 为 醛 类 （15.22％ ）、 酮 类 （4.63％ ）、 酯 类
（8.3％）、 烯类（1.63％）等， 香兰素含量（12.61％）
仅次于脂肪酸含量。
3 讨论与结论
对萃取香草兰净油进行化学成分鉴别， 选出匹
配度较高的的 25 种化合物进行分析， 所得质谱图
经质谱库检索与标准图谱核对， 得到香草兰净油中
主要成分为脂肪酸类， 如亚油酸（23.17％）、 月桂
酸 （0.07％ ）、 肉 豆 蔻 酸 （0.24％ ）、 十 五 烷 酸
（0.28％ ）、 棕 榈 酸 （6.20％ ）； 其 次 含 有 醛 类
（15.22％ ）、 酮类 （4.63％ ）、 酯类 （8.3％ ）、 烯类
（1.63％）等。 从提取成分分析， 它们占总物质的
60.65％， 是香草兰净油的主要成分。 超声微波协
同萃取使易挥发小分子物质损失严重， 而亚油酸、
棕榈酸等物质明显上升， 这些不饱和酸含量较高，
对糖尿病、 肥胖症、 抗血栓等具有显著的疗效， 因
此， 香草兰净油作为植物精油源及营养保健油源具
有较好的开发价值。
相对于超临界 CO2 萃取 [9] 、 GC-MS 与 GC-
olfactometry 分析[10-11]香草兰中的成分而言， 净油由
于除去了里面的蜡质成分， 在除去蜡质成分过程以
及之前的微波超声协同作用， 导致部分易挥发的小
分子物质逸散， 所以得到净油中脂肪酸的高分子物
质较多， 而超临界萃取与 GC-MS、 GC-olfactometry
仅分析豆荚原料中的化学成分， 未除去里面蜡质成
分且小分子物质损失较少， 所以其成分中醛类、 醇
类等物质含量较高， 这说明不同的萃取方法与萃取
过程得到的化合物种类及含量有较大差异。 采用微
波超声协同萃取香草兰净油的回归方程预测模型：
Y=-11.177 58+0.209 92 X1+0.059 62 X2+0.212 00 X3+
0.000 34X12-0.000 94X1X2-0.000 09X22-0.000 39 X1X3-
0.000 08 X3X2-0.001 29 X32。
最佳工艺为 ： 萃取时间 6.91 min， 萃取功率
253 W， 萃取溶液石油醚： 正己烷=2.8 ∶ 1（V ∶ V），
此条件下净油萃取率为 5.18％。 可见微波超声协同
萃取提取香草兰净油可行。
参考文献
[1] Schwarz B， Hofmann T. Identification of novel orosensory
active molecules in Cured Vanilla Beans（Vanilla planifolia）. J
徐 飞等： 微波超声协同萃取香草兰净油工艺优化及挥发性成分分析 1379- -
第 34 卷热 带 作 物 学 报
Agric Food Chem， 2009， 57： 3 729-3 737.
[2] 徐 飞， 谷风林， 初 众， 等. 香草兰成熟豆荚发酵粉中营养
成分分析[J]. 食品科技， 2012， 37（10）： 231-233.
[3] 陈德新. 香荚兰： 世界食品香料皇后[M]. 北京： 中国林业出版
社， 2009： 6-7.
[4] 柳艳霞， 刘兴华， 汤高奇. 籽用南瓜籽的营养与籽油的特性分
析[J]. 食品工业科技， 2005， 26（5）： 157-161.
[5] 蒋 卉， 蒲云峰， 白红进. 超 声-超声-微波协同提取刺山柑
籽油的研究[J]. 食品研究与开发， 2009， 30（5）： 20-22.
[6] 彭 玲 . 超声波-微波协同提取油茶壳总黄酮的工艺研究 [J].
宜春学院学报， 2010， 32（12）： 117-119.
[7] 许晶晶， 潘 兰， 贾晓光， 等. Box-Behnken中心组合设计优
化乙醇提取瘤果黑种草生物碱工艺[J]. 新疆农业科学， 2011，
48（1）： 182-186
[8] 曹 晖， 刘少友， 杨晓艳， 等. 中心组合设计优化S-Cr-TiO2
催化剂光降解工艺条件 [J]. 环境科学与技术， 2011， 34（2）：
74-77.
[9] 符史良， 周 江， 黄茂芳， 等. 超临界CO2萃取香草兰的工艺
研究和成分分析[J]. 食品与机械， 2002（2）： 12-14.
[10] 符史良， 黄茂芳， 周 江， 等. 海南香草兰萃取物挥发性成分
的GC/MS分析[J]. 香料香精化妆品， 2002（1）： 13-25.
[11] Perez-Silva A， Odoux E， Brat P， et al. GC-MS and GC-
olfactometry analysis of aroma compounds in a representative
organic aroma extract from cured vani （Vanilla planifolia G.
Jackson）beans[J]. Food Chemistry， 2006， 99（4）： 728-735.
责任编辑： 林海妹
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