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不同提取方法对香荚兰挥发性成分的影响



全 文 :研究报告 香料香精化妆品 2014年4月第2期FLAVOUR FRAGRANCE COSMETICS April,2014,NO.2
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不同提取方法对香荚兰挥发性成分的影响
1.武汉黄鹤楼香精香料有限公司,湖北武汉 430040;
2.湖北中烟工业有限责任公司技术研发中心,湖北武汉
 430040
张 辉1 熊国玺1,2 喻世涛1,2……………………………
陈金强1 吴 昭1 李 列1 朱 巍1,2
作 者 简 介
张 辉(1984—),男,工程师,主要从
事烟用香精香料提取技术研究。
联系电话:027-83370883
E-mail:zhanghui023027@163.com
  分别采用冷法提取、热回流提取、超临界CO2 萃取和超声波提取四种工艺提取香荚兰中挥发性成分,并利用气相色谱-质
谱联用技术(GC-MS)对四种方法所得提取物中的挥发性成分进行对比分析。冷法提取物共检测出19种主要成分,热回流提
取物检测出27种主要成分,超临界CO2 萃取物共检测出24种主要成分,超声波提取物共检测出39种主要成分。超声波提
取物中主要含有3-糠醛、苯甲醇、香草酸乙酯、香兰素等成分,其中香兰素含量达到85.06%,高于其他三种提取方法。结果表
明超声波提取技术更适合于香荚兰的提取,为今后香荚兰的综合开发利用提供技术参考。
气相色谱-质谱联用技术 香荚兰 超声波提取 香兰素
Effects of Different Extraction Methods on the Volatile Constituents of Vanila
ZHANG Hui1  XIONG Guoxi1,2  YU Shitao1,2  CHEN Jinqiang1  WU Zhao1  LI Lie1  
ZHU Wei1,2
(1.Wuhan Huanghelou Flavors &Fragrances Co.,Ltd.,Wuhan 430040,Hubei,China;2.Technology
Center of China Tobacco Hubei Industrial Co.,Ltd.,Wuhan 430040,Hubei,China)
Abstract: Using cold tincture extraction,heat reflux extraction,supercritical CO2extraction and ultrasonic extraction,the volatile
constituents of vanila were obtained,then,by the method of gas chromatography/mass spectrometry(GC-MS),they were compared
and analyzed.Nineteen,twenty seven,twenty four and thirty nine kinds of main constituents were detected in four extracts obtained by
cold,heat reflux,supercritical CO2and Ultrasonic extraction,respectively.The main constituents of ultrasonic extract were 3-furfu-
ral,benzyl alcohol,vanilic acid ethyl ester,vanilin,etc.,among which the content of vanilin reached to85.06%,higher than that of
extracts obtained by other three extraction methods.The results showed that the ultrasonic extraction technology is more suitable for
vanila.It provides technical reference for the comprehensive development and utilization of vanila.
Key words: GC-MS vanila ultrasonic extraction vanilin
收稿日期:2013-07-02;修回日期:2013-07-29
  香荚兰为兰科(Orchidaceae)香子兰属植物,又
名香子兰、香草兰,是当今世界上最为风行的香味
原料,其主要成分是香兰素。天然香荚兰提取物因
其具有独特的香气,在香精香料行业内得到广泛
应用[1-5]。
目前,冷法提取[6]、热回流提取、超临界CO2 萃
取[7]和超声波提取[8]香荚兰挥发性成分的方法已有
报道,但同时利用冷法、常规热回流、超临界CO2 萃
取和超声波提取技术制备香荚兰挥发性成分,并进
行对比分析的研究却未见报道。本文采用以上四
种提取方法提取香荚兰的挥发性成分,进行GC-MS
分析,并对提取物中的挥发性化学成分进行对比,
为香荚兰的综合研究与开发提供参考。
1 试验部分
1.1 材料、试剂与仪器
香荚兰,湖北天济中药饮片有限公司;二氯甲
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香料香精化妆品 2014年4月第2期
FLAVOUR FRAGRANCE COSMETICS April,2014,NO.2
研究报告
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烷、乙醇(均为分析纯),国药集团化学试剂有限
公司。
HP6890N/5975 GC-MS联用仪、HP6890Plus+
GC,美国安捷伦公司;CQX25-06超声波设备,上海
比能信超声有限公司;HA121-50-01(02)型超临界
萃取装置,江苏省南通市华安超临界萃取有限公
司;同时蒸馏萃取提取仪;RE-5LAA旋转蒸发仪,
上海亚荣生化仪器厂;SHZ-D循环式真空泵,河南
省巩义市予华仪器有限公司;CP323S-OCE型电子
天平,德国赛多利斯科学仪器有限公司。
1.2 香荚兰提取物的制备
(1)香荚兰冷法提取:取100.0g香荚兰样品,
切至长度为1~2 cm的小段,放入1 000 mL棕色
带塞广口瓶中,加入5倍70%(体积分数)乙醇溶
剂,每隔3~4 d搅拌一次,存放25 d后把浸出液
慢慢排出并经孔径0.22μm滤膜过滤,低温浓缩,
即得香荚兰冷法提取物。
(2)香荚兰热回流提取:取100.0g香荚兰样
品,切至长度为1~2 cm的小段,放入1 000 mL烧
瓶中,加入5倍70%(体积分数)乙醇,回流提取
4 h,低温浓缩,即得香荚兰热回流提取物。
(3)香荚兰超临界CO2 萃取:取100.0g香荚
兰样品,切至长度为1~2 cm的小段,放入超临界
萃取釜,萃取条件设定为:萃取压力30 MPa,萃取温
度55℃,选择无水乙醇为夹带剂,夹带剂用量为原
料质量的5%,萃取时间2 h,CO2 流量为2 kg/h。
萃取完成后,即得到香荚兰超临界CO2 萃取物。
(4)香荚兰超声波提取:取100.0g香荚兰样品,
切至长度为1~2 cm的小段,用70%(体积分数)乙
醇作为提取剂,固定超声波频率为10 kHz,对样品超
声提取2次,每次30 min,提取温度为45℃,提取后
滤出滤液,低温浓缩,即得香荚兰超声波提取物。
1.3 分析方法及色谱条件
香荚兰挥发性成分分析:分别准确称取四种提
取物各20.00g,置于500 mL烧瓶中,加入200 mL
蒸馏水及少许沸石,用二氯甲烷同时蒸馏萃取3 h,
加入10.00g无水 Na2SO4,摇匀,静置过夜,过滤,
取续滤液用于GC-MS分析。
色谱柱:HP-5MS(50 cm×0.25 mm×0.25μm);
载气:氮气,进气量1.0 mL/min;进样口温度:
260℃;升温速度:50℃/min,5 min升到250℃;进
样量:1μL,不分流;EI离子源,电子能量70 eV;扫
描范围50~650 u;传输线温度250℃;使用 WI-
LEY和 MAINLIB谱库检索。
对四种提取物分析得到的GC-MS总离子流图
如图1所示。
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研究报告 香料香精化妆品 2014年4月第2期FLAVOUR FRAGRANCE COSMETICS April,2014,NO.2
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图1 四种方法下所得香荚兰提取物的GC-MS总离子流谱图
2 结果与讨论
2.1 香荚兰挥发性成分种类
香荚兰提取物中主要挥发性成分为3-糠醛、苯
甲醇、愈创木酚、香兰素、香草乙酮、香草酸、亚油酸
乙酯、棕榈酸乙酯、亚油酸、香草酸乙酯等。其中主
要成分香兰素的含量以超声波提取物最高,为
85.06%;超临界 CO2 萃取物中香兰素含量为
69.70%;冷法提取物中香兰素含量为61.17%;热
回流提取物中香兰素含量为59.22%。
2.2 四种提取方法下香荚兰挥发性成分对比
香荚兰提取物经GC-MS分析,并通过 WILEY
和 MAINLIB谱库检索,从香荚兰冷法提取物、热回
流提取物、超临界CO2 萃取物和超声波提取物中分
别鉴定出19、27、24和39种化合物,并通过面积归
一化法测定所鉴定的各种化学成分峰面积相对百
分比,结果见表1。
表1 不同提取方法下香荚兰提取物主要挥发性化学成分对比
序号 保留时间/min 化合物
峰面积相对百分比/%
冷法
提取物
热回流
提取物
超临界
CO2萃取物
超声波
提取物
1  3.04  1,3-Propanediol,2,2-dimethyl- 新戊二醇 — — — 0.24
2  4.06  2-Furancarboxaldehyde 糠醛 — — — 0.06
3  4.43  2,3-Butanediol 2,3-丁二醇 — — 5.69 —
4  4.63  2-Furanmethanol 糠醇 — — — 0.55
5  4.97  2-Cyclopentene-1,4-dione 2-环戊烯-1,4-二酮 — — — 0.26
6  5.07  3-Furaldehyde 3-糠醛 0.31  0.06 — 1.58
7  5.46  2,2-Dimethyl-3-heptanone 2,2-二甲基-3-庚酮 — — — 0.25
8  6.51  Furancarboxaldehyde,5-methyl- 5-甲基糠醛 — — — 0.30
9  6.47  Phenol 苯酚 — — 0.24  1.36
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香料香精化妆品 2014年4月第2期
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(续表1)
序号 保留时间/min 化合物
峰面积相对百分比/%
冷法
提取物
热回流
提取物
超临界
CO2萃取物
超声波
提取物
10  7.10  Benzenemethanol 苯甲醇 — 0.07 — 0.26
11  8.70  Benzeneacetaldehyde 苯乙醛 — — — 0.12
12  9.92  Butanoic acid,ethyl ester(CAS)  丁酸乙酯 — — 0.18 —
13  10.01  Phenol,4-methyl-  对甲酚 — 0.10 — 0.32
14  12.11  Phenol,2-methoxy  愈创木酚 0.48 — 0.96  9.44
15  12.56  Benzeneethanol  苯乙醇 — — — 0.14
16  12.83  3-Methyl-1-hexen-3-ol 3-甲基-1-己烯-3-醇 — — 0.15 —
17  13.81  2-Methoxy-4-methylphenol 4-甲基愈创木酚 — 0.16  0.11  0.80
18  13.49  2-Propenoicacid,3-(2-hydroxyphenyl)-  邻羟基肉桂酸 — — — 0.88
19  13.54  Furancarboxaldehyde,5-(hydroxymethyl)- 5-羟甲基糠醛 0.21 — — 0.33
20  14.78  Nonanoic acid  壬酸 — — — 0.20
21  15.88  Benzenemethanol,4-methoxy- 4-甲氧基苄醇 — 0.42  0.16  0.13
22  16.09  Phenol,4-ethenyl-2-methoxy- 4-乙烯基愈创木酚 — — — 2.01
23  16.71  Benzofuran,2,3-dihydro- 2,3-二氢苯并呋喃 — 0.06 — —
24  16.94  Benzenemethanol,4-hydroxy- 对羟基苯甲醇 0.36 — — —
25  17.05  Benzaldehyde,4-hydroxy- 对羟基苯甲醛 1.44 — — —
26  17.55  4-Ethoxy methyl phenol  对-乙氧甲基苯酚 1.19 — — 0.84
27  18.42  Phenol,4-(methoxymethyl)- 4-甲氧甲基苯酚 0.34  1.40  0.20 —
28  18.73  Benzaldehyde,4-hydroxy-3-methoxy-  香兰素 61.17  59.22  69.70  85.06
29  19.02  2-Propenoicacid,3-phenyl-,methyl ester 肉桂酸甲酯 — — — 0.29
30  19.85  Ethyl vanilyl ether  香草醇乙醚 0.71  3.00  5.74  4.38
31  19.99  Benzoicacid,3-methoxy- 3-甲氧基苯甲酸 — — 0.10 —
32  20.23  Ethanone,1-(4-hydroxy-3-methoxypheny)-  香草乙酮 0.22  1.37  0.13 —
33  22.32  4-Hydroxy-3-methoxybenzyl alcohol  香草醇 — 0.68  5.40  0.94
34  22.36  Benzoic acid,4-hydroxy-3-methoxy- 香草酸 1.18  1.25  2.17  6.63
35  22.56  3-Hydroxy-4-methoxybenzoic acid 异香兰酸 0.16 — 2.17  0.21
36  22.87  1-(4-Hydroxybenzylidene)acetone 对羟基亚苄基丙酮 — 0.20 — 0.37
37  23.41  Benzoicacid,4-hydroxy-3-methoxy-,ethyl ester  香草酸乙酯 0.20 — 0.39  0.94
38  23.76  Benzaldehyde,4-hydroxy-3,5-dimethoxy-  丁香醛 — — 0.14  0.17
39  23.84  Benzeneaceticacid,4-dihydroxy-3-methoxy 4-羟基-3-甲氧基扁桃酸 — — 0.11  0.31
40  23.91  Dodecanoicacid  月桂酸 0.36 — — 0.23
41  24.01  Pentanedioicacid,dibutyl ester 戊二酸二丁酯 — — — 0.11
42  24.32  Tetradecanoic acid  肉豆蔻酸 — — — 1.37
43  24.56  Neo phytadiene  新植二烯 0.33 — — —
44  25.44  Pentadecanoic acid(CAS)  正十五酸 — — — 0.66
45  25.56  Tetradecanoic acid,ethyl ester  十四酸乙酯 — — — 0.13
46  25.83  Oxacycloheptadecan-2-one  氧杂环十七烷-2-酮 — — — 0.12
47  26.15  2-Pentadecanone,6,10,14-trimethyl-  植酮 — — — 0.30
48  26.50  Benzoic acid,4-hydroxy-3-methoxy-,ethyl ester  香草酸乙酯 — — 0.39  0.17
49  26.83  Tetradecanoic acid(CAS) 十四酸 0.06 — — 0.13
50  27.91  Phenol,4,4'-methylenebis- 4,4’-二羟基二苯基甲烷 — 0.36 — —
51  28.12  Hexadecanoic acid(CAS) 棕榈酸 0.22  0.48  0.91 —
52  29.02  Hexadecanoic acid,ethyl ester  棕榈酸乙酯 — — 0.56 —
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(续表1)
序号 保留时间/min 化合物
峰面积相对百分比/%
冷法
提取物
热回流
提取物
超临界
CO2萃取物
超声波
提取物
53  30.72  9,12-Octadecadienoic acid,(Z,Z)-(CAS)  亚油酸 0.07  0.33  0.97 —
54  31.00 Ethyl linoleat  亚油酸乙酯 — 0.08  0.56 —
55  31.62
2,2’-methylenebis[6-(1,1-dimethylethyl)-4-methyl-Phenol] 2,2’-亚甲
基双(4-甲基-6-叔丁基酚)
— 0.45 — —
56  33.95  Hexadecanoic acid(CAS)  软脂酸 — 2.86 — —
57  34.50  9-Octadecenoic acid(Z)-  油酸 — 0.14 — —
58  37.49  Octadecanoic acid(CAS)  硬脂酸 0.19  0.08 — —
59  38.39  Cholestane 5α-胆甾烷 — 0.58 — —
60  38.55  Anthracene,2-methyl-(CAS) 2-甲基蒽 — 0.07 — —
61  39.54  Squalane  角鲨烷 — 1.76 — —
62  39.66  Octadecane,3-ethyl-5-(2-ethylbutyl)- 3-乙基-5-(2-乙基丁基)-十八烷 — 1.01 — —
63  42.12  Tetracosahexaene,hexamethyl-  反式角鲨烯 — 1.39  0.39 —
64  44.22
Hexadecanoicacid,1-(hydroxymethyl)-1,2-ethanediyl ester(CAS) 1,2-
二棕榈精
— 0.12 — —
注:“—“表示未检出
  由表1可知,冷法提取物中的挥发性成分出峰
时间主要集中在5.07~37.49 min,为一些中等挥
发性化学成分;热回流提取物中的挥发性成分出峰
时间主要集中在5.07~22.87 min和27.91 min
之后,主要为中等挥发性成分和难挥发性成分;超
临界CO2 萃取物中挥发性成分的出峰时间主要集
中在4.43~42.12 min,主要为易挥发成分和中等
挥发性成分;超声波提取物中的挥发性成分主要集
中在3.04~26.83 min,主要为易挥发成分和中等
挥发性成分,且化学成分种类丰富,香气逼真。
3 结论
由于提取工艺的差异,导致所得提取物的挥发
性成分也具有较大差异。其中,对冷法提取物共检
测出19种挥发性成分、对热回流提取物共检测出
27种挥发性成分、对超临界CO2 萃取物共检测出
24种挥发性成分、对超声波提取物共检测出39种
挥发性成分。而5-羟甲基糠醛、对羟基苯甲醇、对
羟基苯甲醛、十四酸、新植二烯等5种挥发性成分只
在冷法提取物中检测发现;2,3-二氢苯并呋喃、4,
4’-二羟基二苯基甲烷、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔
丁基酚)等10种挥发性成分只在热回流提取物中检
测发现;2,3-二丁醇、丁酸乙酯、3-甲氧基苯甲酸、棕
榈酸乙酯等5种挥发性成分只在超临界CO2 萃取
物中检测发现;新戊二醇、糠醛、糠醇、2-环戊烯-1,
4-二酮等17种挥发性成分只在超声波提取物中检
测发现。
试验结果表明,超声波提取技术比较适合用于对
香荚兰中香兰素的提取,最佳工艺条件为以70%(体
积分数)乙醇作为提取剂,固定超声波频率为10 kHz,
对样品超声提取2次,每次30 min,提取温度为
45℃,所得提取物中香兰素的相对含量为85.06%。
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