全 文 ：食品与发酵工业 FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIES
170 2010 Vol.36No.5(Total269)
超声波辅助提取葫芦巴香精油工艺优化
及其抑菌性能研究＊
王雅 , 王玉丽 , 赵萍 , 苏阿龙 , 林樱姬 ,李泽林
(兰州理工大学生命科学与工程学院 , 甘肃 兰州 , 730050)
摘 要 采用超声波辅助法对葫芦巴香精油提取进行单因素和正交试验研究 ,并对香精油做抑菌性能研究。结
果表明 ,超声波提取葫芦巴香精油优化的提取工艺条件为:浸泡时间 20 min、料液比 1∶4 (g∶mL)、超声时间 20
min、超声功率 50 W,在此条件下香精油含量达 2.61%;影响香精油提取率因素的主次顺序为:超声功率 >料液
比 >浸泡时间 >超声时间;葫芦巴香精油对枯草芽胞杆菌 、大肠杆菌 、金黄葡萄球菌 、青霉 、毛霉种菌有较强的抑
制效果 ,对黑曲霉也有一定的抑制作用 ,对其最低抑制浓度分别为:枯草芽胞杆菌 0.4 g/L, 大肠杆菌 、金黄葡萄
球菌和青霉为 0.5g/L,毛霉为 0.6 g/L, 黑曲霉为 1.0 g/L。
关键词 葫芦巴 ,香精油 , 超声波 ,工艺优化 ,抑菌活性
第一作者:博士研究生 ,副教授。
＊兰州理工大学优秀青年教师培养计划(0908ZXC164)资助项目。
收稿日期:2010-01-08,改回日期:2010-02-26
葫芦巴(Trigonelafoenum-graecumL.),又名香
草儿 、香豆子 、小半夏 ,为豆科葫芦巴属草本芳香植
物 ,植株含有香豆素 [ 1] ,有浓郁的香气 ,在我国分布
于西藏 、新疆 、甘肃 、青海 、陕西等省。葫芦巴既是一
种保健性中药材 ,全草入药 ,具温肾 、祛寒 、明目效果 ,
又可防高山反应 ,外用防脓肿 ,又可作为烹饪用蔬菜 ,
国家烹饪协会已将其列为特种滋补保健蔬菜品种之
一 [ 2] 。董丽 ,黄伟等对葫芦巴浸膏的香气成分进行
了分析研究 [ 3-4] ,而对其香精油含量提取工艺及抑菌
效果研究未见报道 ,因此 ,本实验用超声波辅助提取
研究了葫芦巴香精油的工艺条件 ,对其抑菌性能也进
行了研究 ,为葫芦巴香精油的进一步研究及工业化生
产提供一定的理论依据。
1 材料 、药品与仪器
1.1 材料
葫芦巴茎叶:2008年 9月采自甘肃武威 ,粉碎过
40目筛备用。
1.2 药品与仪器
AB104-N型电子分析天平(梅特勒 -托里多仪
器(上海)有限公司)、JY99-2D型超声波细胞粉碎机
(宁波新芝生物科技股份有限公司)、KQ-250PE型数
控超声波清洗器(昆山市超声有限公司)、HPX-9162-
MBE数显电热培养箱(上海博讯实业有限公司医疗
设备厂)、琼脂(海南市琼海长坡琼春琼脂厂)、牛肉
膏(北京奥博星生物技术有限责任公司)、蛋白胨(北
京市生物化学制药厂),所用试剂均为分析纯。
1.3 供试菌种
大肠杆菌(Escherichiacoli(Migula)Castelaniet
Chalmers, GSICC30507)、金黄色葡萄球菌金黄色亚
种(Staphylococcusaureussubsp.AureeusRosenbach,
GSICC31902)由甘肃省微生物菌种保藏中心提供;
枯草芽孢杆菌 (Bacilussubtilis)、青霉 (Penicilium
sp.)、黑曲霉 (Aspegilusniger)、毛霉 (Actinomucor
sp.)由兰州理工大学生命科学与食品实验中心提供。
1.4 培养基
细菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基 ,霉菌用马铃薯
汁葡萄糖琼脂培养基。
2 实验方法
2.1 香精油提取工艺
超声波辅助提取是用超声波产生的强烈振动 、高
加速度 、强烈空化效应和搅拌作用等 ,加速有效成分
进入溶剂 ,从而提高含量 ,缩短提取时间 ,并可避免高
温对提出成分的影响。
取 2.00g葫芦巴粉置于烧杯中 ,以乙醚为萃取
剂 ,按各种设定条件(料液比 、超声时间 、浸泡时间 、
微波功率)进行提取 。将提取液过滤 ,滤液中加入无
水硫酸钠 ,脱水后过滤 ,滤液挥去乙醚 ,得香精油 。
香精油含量 /%=香精油质量原料质量 ×100
本试验采用单因素和正交试验优化提取工艺 ,每
分离与提取
2010年第 36卷第 5期(总第 269期) 171
个试验重复 3次 。
2.2 抑菌活性
2.2.1 菌悬液的制备
取一定量已活化供试菌于装有 50 mL无菌生理
盐水的三角瓶制成菌悬液 ,调整菌悬液浓度 ,使其含
孢子或菌体量在 106 ～ 107 CFU/mL。分别用灭菌移
液枪向凝固的平板上加 0.1 mL菌悬液 ,涂布均匀。
2.2.2 抑菌实验
抑菌实验采用滤纸片法 [ 5] 。试验结果采用标准
偏差进行统计分析。
2.2.3 最低抑菌浓度(MIC)的测定[ 6-7]
3 结果与讨论
3.1 单因素实验
3.1.1 超声功率的选择
采用超声波细胞粉碎机提取时 ,由于功率为 100
W时 ,溶剂乙醚出现严重喷溅现象 ,说明功率过大 ,
不适用于乙醚提取葫芦巴香精油 ,因此 ,改用功率较
小的超声波清洗器进行提取。
3.1.2 料液比对葫芦巴香精油含量的影响
在浸泡时间 10 min、超声时间 20 min、超声功率
60 W条件下 ,研究料液比(1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7)对
葫芦巴香精油含量的影响。由图 1可知 ,随料液比的
增大香精油含量增大 ,当料液比为 1∶4时 ,香精油含
量达最大 ,之后随料液比的增大香精油含量降低 ,另
外 ,浸泡时间增长会增大成本 ,因此取最佳料液比为
1∶4。
图 1 液料比对葫芦巴香精油含量的影响
3.1.3 浸泡时间对葫芦巴香精油含量的影响
在料液比为 1∶4、超声时间为 20 min、超声功率
为 60W条件下 ,研究浸泡时间(5、10、15、20、25min)
对葫芦巴香精油含量的影响 。由图 2可知 ,当浸泡时
间达到 20min时 ,香精油含量达最高 ,然后随着浸泡
时间的延长 ,香精油含量降低 ,另外 ,浸泡时间增长会
增大乙醚的挥发量 ,所以取最佳浸泡时间为 20 min。
图 2 浸泡时间对葫芦巴香精油含量的影响
3.1.4 超声时间对葫芦巴香精油含量的影响
在料液比 1∶4、浸泡时间 20 min、超声功率为 60
W条件下 ,研究超声时间(10、15、20、25、30min)研究
超声时间对葫芦巴香精油含量的影响 。由图 3可知 ,
超声 20min时香精油含量达最大 。当超声时间大于
20 min,随着提取时间的增大 , 香精油含量降低 ,另
外 ,随超声时间的增大 , 香精油中易挥发的成分被挥
发 ,影响其提取效果 ,所以取最佳超声时间为 20min。
图 3 超声时间对葫芦巴香精油含量的影响
3.1.5 超声功率对葫芦巴香精油含量的影响
在料液比 1∶4、浸泡时间 20 min、超声时间为 20
min,研究超声功率(40、50、60、70、80 W)对葫芦巴香
精油含量的影响 。由图 4可知 ,随超声功率的增大 ,
香精油含量增大 ,当功率为 50 W时香精油含量达最
大 。另外 ,随超声功率的进一步提高 ,香精油中一些
低沸点成分随介质的沸腾而挥发损失 ,含量下降 ,所
以取最佳超声功率为 50 W。
3.2 正交试验设计及结果
由表 2极差 R值可知:R4 >R1 >R2 >R3 ,即 4
个因素对葫芦巴香精油含量的影响依次为:D(超声
功率)>A(料液比)>B(浸泡时间)>C(超声时
间),最佳因素组合为 A2B2C2D2 ,即料液比 1∶4、浸泡
时间 20min、超声时间 20 min、超声功率 50 W。
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图 4 超声功率对葫芦巴香精油含量的影响
表 1 因素水平
水平号 A B C D
料液比
(g∶mL)
浸泡时间 /
min
超声时间 /
min
超声功率 /
W
1 1∶3 15 15 40
2 1∶4 20 20 50
3 1∶5 25 25 60
表 2 正交实验结果
序号 料液比(g∶mL)
浸泡时间 /
min
超声时间 /
min
超声功率 /
W
香精油含
量 /%
1 1∶3 15 15 40 1.66
2 1∶3 20 20 50 2.18
3 1∶3 25 25 60 2.04
4 1∶4 15 20 60 2.33
5 1∶4 20 25 40 2.02
6 1∶4 25 15 50 2.35
7 1∶5 15 25 50 2.23
8 1∶5 20 15 60 2.30
9 1∶5 25 20 40 1.85
K1 5.88 6.22 6.31 5.53
K2 6.70 6.50 6.36 6.76
K3 6.38 6.24 6.29 6.67
R 0.82 0.28 0.07 1.23
由表 3正交试验结果方差分析可知 ,超声功率和
料液比两个因素不同水平有极显著差异(P<0.01),
浸泡时间和超声时间无显著差异。经过 LSR多重比
较分析 ,超声功率和料液比 2个因素不同水平间都有
极显著差异(P<0.01)。
表 3 方差分析表
方差来源 离差平方和 自由度 F值
A 0.114 2 114＊＊
B 0.016 2 16
C 0.001 2 1
D 0.313 2 313＊＊
e(误差) 0.000 2
注:F0.05(2, 2)=19.00, F0.01(2, 2)=99.00
3.3 抑菌实验结果与讨论
3.3.1 最佳提取条件下提取香精油的抑菌效果
由表 4可知 ,在最佳提取条件下 ,葫芦巴香精油
对六种供试菌均有明显抑制作用 ,且抑制效果不同 ,
随香精油浓度增大抑菌圈直径增大 ,即葫芦巴香精油
对六种菌的抑菌能力随香精油浓度增大而增强 。
表 4 葫芦巴香精油对六种菌的抑制效果
(抑菌圈直径:mm)
菌种 香精油浓度 /(g· L
-1)
3.0 2.0 1.0
大肠杆菌 25.2±0.7 20.3±0.3 16.3±0.5
枯草芽孢杆菌 28.4±1.3 27.5±1.5 18.1±0.7
黑曲霉 18.4±0.8 13.5±0.3 13.1±0.9
青霉 22.1±1.1 18.3±0.7 15.4±0.3
毛霉 25.4±0.9 20.5±0.1 13.3±0.5
金黄色葡萄球菌 20.3±0.5 17.2±1.1 16.2±0.6
3.3.2 最低抑菌浓度(MIC)
由表 5和表 4可知 ,葫芦巴香精油对 6种菌的最
低抑制浓度不同。对枯草芽胞杆菌的最低抑制浓度
是 0.4 g/L, 对大肠杆菌 、金黄葡萄球菌和青霉的最
低抑制浓度是 0.5 g/L,对毛霉的最低抑制浓度为
0.6 g/L,对黑曲霉的最低抑制浓度为 1.0 g/L。由此
可知 , 葫芦巴香精油对前 5种供试菌有较强的抑制
作用 ,另外 ,葫芦巴香精油对黑曲霉的最低抑制浓度
小于全生姜挥发油和去皮生姜挥发油 [ 8] ,说明葫芦
巴香精油对黑曲霉的抑制效果大于全生姜挥发油和
去皮生姜挥发油。
表 5 葫芦巴香精油对六种菌的最低抑菌浓度
菌种 香精油浓度 /(g· L
-1)
0.8 0.6 0.5 0.4 0.2 0
大肠杆菌 - - - + + +
枯草芽孢杆菌 - - - - + +
黑曲霉 + + + + + +
青霉 - - - + + +
毛霉 - - + + + +
金黄色葡萄球菌 - - - + + +
注:表中 “ +”有菌落出现 , “ -”无菌落出现。
4 结论
(1)通过单因素和正交分析可知 ,对超声波法提
取葫芦巴香精油含量的影响因素大小依次为:超声功
率 >料液比 >浸泡时间 >超声时间 , 优化组合为
A2B2C2D2 ,即料液比 1∶4、浸泡时间 20min、超声时间
20 min、超声功率 50 W,此条件下 ,葫芦巴香精油含
量达 2.61%。
(2)葫芦巴香精油对枯草芽胞杆菌 、大肠杆菌 、
金黄葡萄球菌 、青霉 、毛霉 5种菌都有较强的抑制效
果 ,对黑曲霉也有一定的抑制效果。抑菌圈大小随香
分离与提取
2010年第 36卷第 5期(总第 269期) 173
精油浓度增大而增大 。最低抑制浓度分别为:枯草芽
胞杆菌 0.4g/L, 大肠杆菌 、金黄葡萄球菌和青霉为
0.5g/L,毛霉为 0.6g/L,黑曲霉为 1.0g/L。
参 考 文 献
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[ 4] 黄伟 .SDE/GC-MS法对两种不同葫芦巴浸膏香气成
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StudyontheExtractingConditionsbyUltrasound-assistedMethod
andBacteriostasicActivityofEssentialOilinFenugreek
WangYa, WangYu-Li, ZhaoPing, SuA-log, LinYing-ji, LiZe-lin
(SchoolofLifeScienceandEngineering, LanzhouUniversityofTechnology, Lanzhou730050, China)
ABSTRACT Theextractingconditionsandanti-microbialactivityofessentialoilinFenugreekwerestudied.The
resultsshowedthattheoptimumextractionconditionsweresoakingtimefor20min, ratiotosolvent1∶4(g∶mL), ex-
tractingtimefor20minandultrasonicpower50 W.Underthisextractingconditions, theyieldofessentialoilisto
2.61%.EssentialoilinFenugreekhadstronganti-microbialactivity, andtheMinimumInhibitoryConcentration
(MIC)oftheessentialoilwas0.4g/LagainstBacilussubtilis, 1.0g/LagainstAspegilusniger, 0.6g/LagainstActi-
nomucorsp., and0.5g/LagainstE.coli., S.aureus, Peniciliumsp.
Keywords Fenugreek, essentialoil, ultrasoundwave, extractionconditions, anti-microbialactivity
(上接第 169页)
StudyonExtractionandSaponificationofLuteinfromMarigold
ZhangDuo-ting, HanJing, ZhangYue, SunMing, YangJing
(SchoolofPharmaceuticalEngineerings, ShengangPharmaceuticalUniverisity, Shengyang110016, China)
ABSTRACT Theextractionandsaponificationofluteinfrommarigolddriedflowergrainswereinvestigated.Theop-
timumprocessconditionswereselectedasfolows:petroleumetherwaschosenasextractionsolvent, extractiontem-
peraturewassetat60℃, extractionprocesslastedfor6h, 2timesextraction, andtheratioofmarigoldtoextraction
solventwas1:7(g:mL).Theresultsshowedthattheoptimalsaponificationparameterwas:35%NaOH, at60℃ for
6h.Afterthesaponificationandpurification, thepurityoffreeluteinreachedto98.6% .
Keywords lutein, marigold, extraction, separation