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灵香草精油的提取及其防腐保鲜效果



全 文 :基金项目:湘南优势植物资源综合利用湖南省重点实验室开放基金
(编号:XNZW16C02);永州市指导性科技计划项目(编号:
2015-10)
作者简介:闫旭宇,男,湖南科技学院讲师,硕士。
通信作者:李玲(1982—),女,湖南科技学院副教授,博士。
E-mail:liling7826@126.com
收稿日期:2015—09—20
第32卷第11期
2 0 1 6年1 1月 食 品 与 机 械
OOD&MACHINERY Vol.32,No.11
Nov.2 0 1 6
DOI:10.13652/j.issn.1003-5788.2016.11.025
灵香草精油的提取及其防腐保鲜效果
Study on extraction of essential oil from Lysimachia foenum-graecum
Hance and its preservation efect on longan
闫旭宇1,2
YAN Xu-yu1,2
 
李 玲1,2
LI Ling1,2
 
陈 婷1
CHEN Ting1
 
吴媛娇1
WU Yuan-jiao1
(1.湖南科技学院化学与生物工程学院,湖南 永州 425199;
2.湘南优势植物资源综合利用湖南省重点实验室,湖南 永州 425199)
(1.Department of Chemistry and Biological Engineering,Hunan University of Science and Engineering,
Yongzhou,Hunan 425199,China;2.Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Advantage
Plants Resources in Hunan South,Yongzhou,Hunan 425199,China)
摘要:以灵香草为研究对象,采用水蒸气蒸馏法提取其精油,
通过正交试验设计优化灵香草精油的提取条件,研究灵香草
精油对龙眼的防腐保鲜效果。结果表明,灵香草精油的最佳
提取工艺条件为:氯化钠浓度4%,蒸馏时间6h,料液比1
10(g/mL),该条件下精油的提取率为0.167 2%。精油对龙
眼的防腐保鲜试验结果表明:随着处理时间的延长,4个处
理的抑菌效果、VC含量和可溶性固形物含量逐渐降低,龙眼
失重率和腐败率逐渐增加,其抑菌效果和保鲜防腐能力为:
0.5%精油>山梨酸钾—精油>0.05%山梨酸钾>75%乙醇。
灵香草精油对龙眼具有较好的防腐保鲜效果。
关键词:灵香草;精油;提取优化;防腐保鲜
Abstract:Essential oil was extracted fromLysimachia foenum-grae-
cum Hance using steam distilation method.The extraction
conditions of essential oil were optimized by orthogonal experimental
design,and its preservation on longan was studied.The results
showed that the optimum extraction technology were:the concentra-
tion of sodium chloride 4%,the distiling time was 6h,and the
solid-liquid ratio of 110(g/mL).Under the condition,the extrac-
tion rate of essential oil reached 0.167 2%.The preservation results
indicated:the antibacterial effects of 4treatments,the content of Vi-
tamin C and soluble solid decreased gradualy,and weight loss and
corruption rate of longan increased with the extension of the time.Its
ability of antibacterial effects and preservation were folowed:0.5%
essential oil>the mixture of potassium sorbate and essential oil>
0.05%potassium sorbate>75%ethanol.It has better preservation
effect on longan of essential oil than potassium sorbate.
Keywords:Lysimachia foenum-graecum Hance;essential oil;extrac-
tion and optimization;preservation
灵香草为报春花科植物的带根全草,又名香草、零陵香,
其味甘、性平,具有解表、止痛、行气、驱蛔等功效[1-2],是湖
南省永州市的特色传统药用植物。灵香草精油是从灵香草
植株中分离提取的具有挥发性的油状物质,含有大量的酯类
等芳香物质以及较多的有机酸成分,具有特殊的香气,被用
于化妆品及生活用品的加香,具有较高的经济价值[3-6]。灵
香草精油大多采用水蒸气蒸馏法和超临界CO2萃取法得到。
水蒸气蒸馏法通过蒸馏、油水分离加工可得到精油,该法得
到的灵香草精油香气纯正、纯度高、色泽浅,适于高档产品的
加香,但由于产品收率太低,约0.04%~0.39%,有机溶剂的
加入可适当提高精油得率[7-9],本试验为了研究灵香草精油
的防腐保鲜效果,故不添加其他物质。超临界CO2萃取法工
艺过程简单,温度低,萃取选择性强,无溶剂残留,但设备要
求高,可以得到香气纯正、性能优良的灵香草萃取物[5]。不
同的提取方法得到的灵香草精油的成分有一定的差异,水蒸
气蒸馏法提取的精油含酸类成分较多[10]。研究[11]表明,有
机酸能够降低水分活性,使菌体蛋白变性脱水,有利于食品
保鲜,既经济便利又对人体无害,是天然防腐剂重要组成部
分。灵香草精油中以有机酸成分居多,并具有消炎抑菌作
用,可以作为理想的天然防腐剂。由于天然防腐保鲜剂比化
学防腐添加剂安全健康,对植物精油防腐保鲜方面的研究日
渐增多,但是关于灵香草精油防腐保鲜的研究还未见报道。
因此,结合本试验精油的用途,选用水蒸气蒸馏法提取灵香
111
草精油,并从抑菌活性、失重率、腐败程度、VC含量、可溶性
固形物含量5个方面来研究灵香草精油对龙眼采后的防腐
保鲜效果,旨在为安全环保的新型天然防腐保鲜剂的开发提
供依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.1.1 材料与试剂
灵香草:购自湖南永州,样品阴干备用;
龙眼:产地广东茂名,选用新鲜、无腐烂、无病虫害的成
熟龙眼为材料;
石油醚、氯化钠、无水乙醇:分析纯,杭州邦易化工有限
公司;
无水硫酸钠、硫酸亚铁、碳酸氢钠、双氧水:分析纯,廊坊
天科生物科技有限公司;
VC、水杨酸、山梨酸钾、草酸、2,6-二氯酚靛酚:分析纯,
鹏彩精细化工有限公司;
Tris试剂、牛肉膏、琼脂、蛋白胨:分析纯,苏州亚科科技
股份有限公司。
1.1.2 仪器与设备
电热鼓风干燥箱:WG-71型,天津市泰斯特仪器有限
公司;
调温电热套:KDM型,北京市佳祥科技仪器有限公司;
电子分析天平:JA3003型,上海舜宇恒平科技仪器有限
公司;
旋转蒸发仪:YRE-2010-Ⅱ型,郑州长城科工贸有限
公司;
三用恒温水箱:HH型,江苏国胜实验仪器厂;
中草药粉碎机:FW177型,天津市泰斯特仪器有限
公司;
超净工作台:SW-CJ-2F型,苏净集团安泰公司;
不锈钢手提式高压蒸汽灭菌锅:YXQ-LS-18SI型,上海
博迅实业有限公司;
阿贝折射仪:WAY-2W 型,上海精密科学仪器有限
公司;
紫外—可见分光光度计:UV2800型,上海舜宇恒平科
技仪器有限公司;
恒温培养箱:HZQ-Q型,中国哈尔滨东联电子技术开发
有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 样品前处理 将灵香草放入80℃干燥箱内干燥至衡
重,粉碎成粉末备用。
1.2.2 灵香草精油的提取 采用水蒸气蒸馏法[12]。准确称
取50g灵香草粉末于装有500mL蒸馏水的圆底烧瓶中,加
入一定量的氯化钠浸泡1h,用调温电热套加热直至沸腾,调
节电热套电压,使其保持微沸状态蒸馏6h。含有精油的水
蒸气经由导管收集冷却馏出后,用石油醚萃取,再经过无水
硫酸钠脱水处理,旋转挥发回收石油醚可得灵香草精油。精
油提取率按式(1)计算:
E=
m1
m0
×100%, (1)
式中:
E———提取率,%;
m1———精油质量,g;
m0———灵香草质量,g。
1.2.3 灵香草精油提取的单因素试验
(1)氯化钠浓度对精油提取率的影响:在蒸馏时间为
6h,料液比为110(g/mL)时,氯化钠浓度分别设置为2%,
3%,4%,5%,6%,平行试验3次,研究氯化钠浓度对灵香草
精油提取率的影响。
(2)料液比对精油提取率的影响:在蒸馏时间为6h,氯
化钠浓度为4%时,料液比分别设置为17,18,19,1
10,111(g/mL),平行试验3次,研究料液比对灵香草精油
提取率的影响。
(3)蒸馏时间对精油提取率的影响:在料液比为110
(g/mL),氯化钠浓度为4%时,蒸馏时间分别设定为4,5,6,
7,8h,平行试验3次,研究蒸馏时间对灵香草精油提取率的
影响。
1.2.4 灵香草精油提取的正交试验 在单因素试验的基础
上,以氯化钠浓度、料液比、蒸馏时间为试验因素,选择最佳
3个水平,以精油提取率为指标,采用L9(34)正交表进行正
交试验,确定水蒸气蒸馏法提取灵香草精油的最佳工艺
条件。
1.2.5 灵香草精油的防腐保鲜试验 设定4个处理,分别为
0.05%山梨酸钾、0.5%灵香草精油、75%乙醇、0.05%山梨酸
钾—0.5%灵香草精油混合液(体积比为11)。将龙眼分为
4组,每组分别为100个,称量好后,在上面4个处理液中浸
泡10min,沥干,用保鲜膜包装,室温保藏,每24h观察1次。
1.2.6 测定指标及方法
(1)抑菌活性:参照文献[13]。观察记录大肠杆菌在平
板培养基上的生长情况,用抑菌率来判定灵香草精油的抑菌
效果。抑菌率按式(2)计算:
I=
G0-G1
G0
×100% , (2)
式中:
I———抑制率,%;
G0———对照生长量,mm;
G1———处理生长量,mm。
(2)失重率:采用称重法,按式(3)计算失重率。
L=
W0-W1
W0
×100%, (3)
式中:
L———失重率,%;
W0———龙眼处理前的重量,g;
W1———龙眼处理后的重量,g。
(3)腐败率:观察处理后龙眼外观上的变化,腐烂指数
分为4级:无褐变、无腐烂记为0级;腐烂面积<10%,轻微
腐烂,记为1级;10%<腐烂面积<30%,记为2级;30%<
211
贮运与保鲜   2016年第11期
腐烂面积,记为3级。以龙眼的腐烂面积为基准,统计龙眼
的腐烂个数,按式(4)计算腐烂率。
D =∑
(r×n)
R×N ×
100% , (4)
式中:
D———腐烂率,%;
r———腐烂级别;
n———所在腐烂级别的果数,个;
R———腐烂最高级;
N———总果数,个。
(4)VC含量的测定:采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[14]。
VC含量按式(5)计算:
m =
V×T×V0
m0
×100, (5)
式中:
m———100g样品中含VC的质量,mg;
V———滴定时所用的染料体积,mL;
V0———染料总体积,mL;
m0———10mL样液中含样品的质量数,g;
T———每毫升染料能氧化VC质量数,mg/mL。
(5)可溶性固形物:取处理后的龙眼,充分研磨过滤得
滤液即为龙眼汁,利用阿贝折光仪测定龙眼汁的总可溶性固
形物含量。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 氯化钠浓度对提取率的影响 由图1可知,在蒸馏体
系中,随着氯化钠浓度的增加,灵香草精油的提取率逐渐增
加。当氯化钠浓度为4%时,灵香草精油提取率达到最高,之
后逐渐下降。这可能是由于加入无机盐可强化有机物的分
离,但无机盐浓度过高时,导致溶液爆沸,使精油中易挥发物
质损失[15]。因此,氯化钠浓度为4%时,提取效果较好。
2.1.2 料液比对提取率的影响 由图2可知,在利用水作为
提取溶剂时,随着溶剂用量的增加,灵香草提取率逐渐提高,
当料液比为110(g/mL)时,灵香草精油提取率最高,之后
随着水的增多,提取率成下降趋势。利用水蒸气蒸馏法提取
精油,加水量过大会增大精油在水中的溶解度,加水量过少,
图1 氯化钠浓度对灵香草精油提取率的影响
Figure 1 Effect of sodium chloride concentration on essen-
tial oil extraction rate in Lysimachia foenum-grae-
cum Hance
图2 料液比对灵香草精油提取率的影响
Figure 2 Effect of the solid-liquid ratio on essential oil ex-
traction rate in Lysimachia foenum-graecum
Hance
水散作用也会影响提取率[16]。由于料液比在18(g/mL)
和111(g/mL)时提取率比较接近,为了防止加水量过大引
起精油在水中的溶解度增大,进而导致试验误差增大,因而
选择料液比18,19,110(g/mL)进行正交试验。
2.1.3 蒸馏时间对提取率的影响 由图3可知,随着蒸馏时
间增加,精油提取率不断增加,在蒸馏时间为6h时,灵香草
精油提取率最高,之后随着时间的延长,精油提取率呈下降
趋势。水蒸气蒸馏法提取植物精油,蒸馏时间过短精油提取
不够彻底,蒸馏时间过长导致精油的易挥发成分损失,资源
浪费。因此,蒸馏时间选择6h左右为宜。
图3 蒸馏时间对灵香草精油提取率的影响
Figure 3 Effect of the distiling time on essential oil extrac-
tion rate in Lysimachia foenum-graecum Hance
2.2 正交试验结果
根据单因素试验结果,以氯化钠浓度、料液比、蒸馏时间
为考察因素,以提取率为考察指标,进行L9(34)正交试验,因
素水平见表1。
由表2可知,影响灵香草精油提取率的主次因素依次为
氯化钠浓度>料液比>蒸馏时间,氯化钠浓度对提取率的影
响相对较大。水蒸气蒸馏法提取灵香草精油的最佳组合为
A3B2C2,即料液比为110(g/mL),蒸馏时间为6h,氯化钠
浓度为4%。在此条件下进行实验验证,设置3次平行实验,
表1 正交试验因素水平
Table 1 Factors and levels of the orthogonal test
水平 A料液比(g/mL) B蒸馏时间/h C氯化钠浓度/%
1  18  5  3
2  19  6  4
3  110  7  5
311
第32卷第11期 闫旭宇等:灵香草精油的提取及其防腐保鲜效果  
表2 正交试验优化结果
Table 2 The results of the orthogonal test for
optimal conditions
序号 A  B  C  D(空列) 提取率/%
1  1  1  1  1  0.125 8
2  1  2  2  2  0.158 7
3  1  3  3  3  0.154 8
4  2  1  2  3  0.162 3
5  2  2  3  1  0.155 4
6  2  3  1  2  0.130 9
7  3  1  3  2  0.161 5
8  3  2  1  3  0.137 6
9  3  3  2  1  0.165 9
k1

0.146 4 0.149 9 0.131 4 0.149 0
k2 0.149 5 0.150 6 0.162 3 0.150 4
k3 0.155 0 0.150 5 1.157 2 0.151 6
R  0.008 6 0.000 7 0.030 9 0.002 6
最终得到灵香草精油的提取率为0.167 2%。本试验优化提
取灵香草精油的得率远高于张喜云等[7]研究的得率0.04%,
但低于朱凯等[8]及黄琼等[9]研究的得率0.24%和0.39%,这
可能和灵香草的产地以及试验取材有关。同时,由于本试验
在提取精油之后要进行防腐保鲜效果的研究,在提取时没有
通过添加有机溶剂等途径来辅助提高精油得率,这也是导致
精油得率偏低的原因。
2.3 灵香草精油的防腐保鲜效果
2.3.1 灵香草精油对大肠杆菌的抑制效果 由图4可知,随
着处理时间的延长,4个处理的抑菌效果逐渐降低,抑菌效
果趋势为:75%乙醇<0.05%山梨酸钾<山梨酸钾—精油<
0.5%精油。这表明灵香草精油对大肠杆菌的生长繁殖有较
强的抑制作用,且抑制作用明显高于山梨酸钾,而乙醇的抑
菌效果最低。这可能与精油中含有的酚类、有机酸类、萜烯
类、醛酮类物质等主要抑菌活性成分有关[17]。
2.3.2 灵香草精油对龙眼重量变化的影响 由图5可知,随
着处理时间的延长,4个处理的龙眼失重率逐渐增加。龙眼
失重率的上升趋势为:75%乙醇>0.05%山梨酸钾>山梨酸
钾—精油>0.5%精油。这说明灵香草精油在一定程度上能
减缓龙眼水分的损失,从而延缓龙眼腐烂的速度,可以作为
图4 抑菌率变化情况
Figure 4 The change of the inhibition rate under
four treatments
图5 失重率变化情况
Figure 5 The change of the weight loss rate on longan
under four treatments
一种理想安全的保鲜剂。
2.3.3 灵香草精油对龙眼防腐保鲜效果的影响 水果的腐
败率是直观体现水果保鲜效果的重要指标。随着处理时间
的延长,4个处理的龙眼腐败率逐渐增加,防腐能力为:
0.5%精油>山梨酸钾—精油>0.05%山梨酸钾>75%乙醇
(图6)。这说明灵香草精油在一定程度上可降低龙眼的腐烂
率,具有一定的防腐效果,且对龙眼的防腐效果优于山梨
酸钾。
图6 不同处理组的龙眼腐败率
Figure 6 The change of the corruption rate on longan
under four treatments
2.3.4 灵香草精油对龙眼 VC含量的影响 在果蔬加工中,
VC含量是衡量食品质量的重要指标。随着处理时间的延
长,4个处理的龙眼VC含量逐渐降低,抑制VC含量降低能力
为:0.5%精油>山梨酸钾—精油>0.05%山梨酸钾>75%乙
醇(图7)。龙眼属于高糖低酸果实,其 VC含量相对较低,适
当保持其含量尤为必要。结果表明灵香草精油有利于龙眼
VC的保存。
图7 VC含量变化趋势图
Figure 7 The change of VCcontent on longan under
four treatments
411
贮运与保鲜   2016年第11期
2.3.5 灵香草精油对龙眼可溶性固形物含量的影响 由
图8可知,随着处理时间的延长,4个处理的龙眼可溶性固
形物含量总体呈下降趋势。可溶性固形物含量实质上就是
水果中的含糖量,在水果贮藏的过程中,呼吸作用导致含糖
量逐渐下降。延缓龙眼可溶性固形物含量降低的能力为:
0.5%精油>山梨酸钾—精油>0.05%山梨酸钾>75%乙醇。
这说明灵香草精油在一定程度上可以减缓龙眼中可溶性固
形物含量的降低,也就是说,精油可以抑制龙眼中含糖量的
下降,延缓龙眼的货架期寿命,保护果皮内的果肉组织不被
破坏。
图8 可溶性固形物含量变化情况
Figure 8 The change of the soluble solid content on
longan under four treatments
  由以上几个防腐保鲜指标值可以看出,灵香草精油对龙
眼具有较好的防腐保鲜效果。这可能是灵香草精油含有大
量的有机酸成分,具有较好的抗致病菌性[3-6],同时,灵香草
中含氧化合物、醛类、醇类和酮类等多种成分,使得灵香草精
油表现出广谱抑菌性[6]。精油用于果蔬保鲜时,能够破坏细
胞膜的屏障,影响膜脂流动性,阻碍细菌呼吸作用,抑制外来
微生物的入侵[18-20],是理想的天然防腐保鲜剂。
3 结论
在不考虑其他因素的情况下,灵香草精油提取条件因素
的影响主次顺序为:氯化钠浓度>料液比>蒸馏时间。根据
正交试验优化得到水蒸气蒸馏法提取灵香草精油的最佳条
件为氯化钠浓度4%,蒸馏时间6h,料液比110(g/mL);
精油的提取率为0.167 2%。结合本试验精油防腐保鲜的用
途,适宜用水蒸气蒸馏法提取,用该法提取的灵香草精油对
龙眼具有较好的防腐保鲜效果。随着处理时间的延长,4个
处理的抑菌效果、VC含量和可溶性固形物含量逐渐降低,龙
眼失重率和腐败率逐渐增加,其抑菌效果和保鲜防腐能力
为:0.5%精油>山梨酸钾—精油>0.05%山梨酸钾>75%乙
醇。本研究将对灵香草产业的精深加工,以及开发安全环保
的新型天然防腐保鲜剂提供一定的参考依据。
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