水蒸气蒸馏法提取八角茴香油工艺参数的研究.DOC

1、水蒸气蒸馏法提取八角茴香油工艺参数的研究于彩云 1 穆阿丽 2 杨在宾 1 姜淑贞 1（ 1 山东农业大学动物科技学院，泰安 271018； 2 青岛市饲料兽药检测站，青岛 266000）摘要 为研究水蒸气蒸馏法提取八角茴香油的最佳工艺参数。以八角茴香果实为原料，选取八角粉碎粒度、浸泡时间、料液比和蒸馏时间进行 4 因素 3 水平的正交试验，比较各因素各水平下八角茴香油的提取率，测定茴香油中反式茴香脑含量，计算提取量。研究结果表明影响八角茴香油提取率的主次因素为：蒸馏时间粉碎粒度料液比浸泡时间，且不同粉碎粒度、料液比和蒸馏时间对八角茴香油提取率的影响差异显著（P 粉碎粒度料液比浸泡时间，不同的

2、蒸馏时间极显著（P 0.05） 。以提取率和提取量为参数，水蒸气蒸馏法提取八角茴香油的最佳提取条件为: 八角粉碎粒度 40 目，浸泡 32 h，料液比 1:10，蒸馏 3 h。粉碎粒度、浸泡时间、料液比和蒸馏时间均不同程度地影响八角茴香油的提取率、反式茴香脑含量和提取量。关键词 八角茴香油 水蒸气蒸馏法 正交试验 工艺参数 提取率 反式茴香脑 提取量基金项目：公益性行业（农业）科研经费（201403047）收稿日期：2018-3-30作者简介：于彩云，女，1993 年出生，硕士，动物营养与饲料科学通讯作者：杨在宾，男，1961 年出生，教授，博士生导师，动物营养与饲料科学八角茴香油是从八角茴香

3、的枝叶或果实中提取的天然的具有芳香气味的挥发油，主要含有反式茴香脑、草嵩脑和茴香醛等成分。因八角茴香油高效无毒害，含有多酚类和黄酮类物质，可用作天然饲料抗氧化剂、促生长剂等，在畜禽生产中应用价值较高 1。近年来，天然植物抗氧化剂替代人工合成抗氧化剂在食品上的应用研究较为广泛，同时开发高效、无毒、安全的天然抗氧化剂，具有广阔的前景 2。水蒸气蒸馏法提取的八角茴香油香气更浓郁，且无残留和污染 3。前人以出油率为参数，对水蒸气蒸馏法提取八角茴香油的工艺参数研究报道较多，但是，从出油率、反式茴香脑含量和提取量三个方面综合评价工艺参数的研究鲜有报道。八角茴香油的质量与其中反式茴香脑的含量有关，它是导致八

4、角茴香油芳香气味和抗氧化活性的主要成分 4。因此，本试验采用水蒸气蒸馏法，以水为溶剂，研究粉碎粒度、浸泡时间、料液比和蒸馏时间对八角茴香油提取率、提取的八角茴香油中反式茴香脑含量以及八角茴香油的提取量的影响，旨在优化水蒸气蒸馏法提取八角茴香油的工艺参数，为其工业化生产提供理论基础。 1 材料和方法1.1 试验设计为优化水蒸气蒸馏法提取八角茴香油的工艺参数。选取风干八角茴香果实，通过粉碎粒度、浸泡时间、料液比和蒸馏时间 4 个参数，选用 L9（3 4）正交试验（表 1） ，研究提取八角茴香油的工艺参数。每个组合重复 3 次试验，每次投放供试用八角 2 kg，收集八角茴香油，计算其提取率，测定反式

5、茴香脑含量，计算提取量。通过提取率、反式茴香脑含量和提取量 3 个方面比较工艺性能。表 1 正交试验因素水平A B C D水平 粉碎粒度，目 浸泡时间，h 料液比 蒸馏时间，h1 40 16 1:10 22 60 24 1:15 33 0 32 1:5 41.2 提取条件和提取率测定：每个正交组合作为一个批次，采用水蒸气蒸馏法，水中蒸馏。每个批次用 50 L 中药提取罐，八角茴香果实 2 kg。提取过程釜底温度（ 96 3），蒸汽流量（700 50）mL/h ，蒸汽压力（0.025 0.01）MPa。每个批次对应相应的正交组合，进行提取，获得低浓度油水混合物，经分液漏斗浓缩、分离，获得八角茴香

6、油。计算八角油提取率。测定反式茴香脑含量，计算提取量。 八角茴香油提取率（%）=八角茴香油质量/ 八角质量 100。八角茴香油提取量（g/kg）=八角茴香油提取率反式茴香脑含量/101.3 反式茴香脑测定：每个正交组，用气相色谱法测定。色谱条件：聚乙二醇 20000 （PEG-20M）为固定相的毛细血管柱（内径为 0.24 mm，柱长为 50 m，膜厚度为 0.25 m） ；色谱炉温度：70恒温 1 min，然后线性程序升温从 70逐渐升温至 220，速率 2/min ，最后在 220恒温 20 min；进样口温度 250，检测器温度 250。检测器为氢火焰离子化检测器，载气为氦气，载气流速

7、1 mL/min，手动进样，进样量约 0.2 L，分流比 100:15。采用面积归一化法，按 GB/T 11538-2006 中 10.4 测定含量 6。1.4 数据统计和分析以各因素各水平下八角茴香油提取率、反式茴香脑含量和提取量的平均值作为评价指标。综合极差分析和方差分析结果，研究提取八角茴香油的最佳工艺参数。其中，极差（R）=该因素该水平的最大值-最小值，极差大小反映出该因素对各指标的影响程度。记录的数据经 Excel 处理后，采用 SAS 9.2 统计软件进行单因子方差分析，并用 Ducans 多重比较法， P 0.05 为差异不显著。 2 结果与分析2.1 提取率正交试验结果分析2.

8、1.1 正交结果分析以提取率为指标，获得的不同提取工艺条件下八角茴香油提取率的正交分析见表 2。通过正交分析看出，根据八角茴香油提取率高低排序，影响因素的主次顺序为：蒸馏时间粉碎粒度料液比 浸泡时间。八角茴香油的最佳提取工艺条件为 A1B3C1D2，即粉碎粒度 40目，浸泡时间 32 h，料液比 1:10，蒸馏时间 3 h。在该条件下做了 6 次重复性试验，八角茴香油提取率为 3.890.04%。表 2 不同提取工艺条件下八角茴香油提取率正交分析序号 A B C D 提取率，%1 1 1 1 1 3.4182 1 2 2 2 4.0172.1.2 不同工艺比较分析分别以粉碎粒度 0 目、浸泡时

9、间 16 h、料液比 1:5 和蒸馏时间 2 h 的提取率为 100%，其他工艺条件下的提取率相对值统计分析比较如图 1 所示。粉碎粒度、料液比和蒸馏时间对八角茴香油提取率均有显著影响（P 0.05） 。图 2 不同工艺对八角茴香油中反式茴香脑含量影响的相对比较，%（注：粉碎粒度：P = 0.065；浸泡时间：P = 0.877；料液比：P = 0.302；蒸馏时间：P = 0.001）2.3 不同工艺下八角茴香油提取量结果分析不同提取工艺条件对八角茴香油提取量的影响见图 3。统计分析表明：粉碎粒度和蒸馏时间对八角茴香油提取量的影响差异显著（P 0.05） 。从图中可以看出，以八角茴香油提取量

10、为参数，八角茴香油的最佳提取工艺条件为粉碎粒度 40 目，浸泡 16 h，料液比 1:10，蒸馏 3 h。以上结果表明：以八角茴香油提取量为参数所得的最佳工艺条件与以提取率为参数所得的基本一致。这说明虽然随着提取率的升高，反式茴香脑含量有所降低，但并不影响八角茴香油的提取量。图 3 不同工艺对八角茴香油提取量的影响比较分析，g/kg（注：粉碎粒度：P = 0.039；浸泡时间：P = 0.947；料液比：P = 0.284；蒸馏时间：P = 0.007）3 讨论八角茴香油是从八角茴香果实、枝和叶等部位提取的组成复杂的混合物，具有杀菌、杀虫和抗氧化等活性 4，7-8 。前人研究结果表明：八角茴香

11、油 具有较强的抑制皮肤癣菌作用, 对临床常见致病性念珠菌也有抗菌作用 9。以石油醚为溶剂的索氏提取法提取八角茴香，出油率高达 12%，但大红八角的挥发油中反式茴香脑含量只有 73.31%，而干枝提取的八角挥发油反式茴香脑含量只有 50%10，韦小杰等 11水蒸气蒸馏法提取八角茴香油的出油率只有 3%左右，反式茴香脑含量 87%。陈静霞等 3水蒸气蒸馏法所得的八角茴香油中的反式茴香脑含量为 70.71%。李瑞红等 12在不同提取方法制得茴香油的甄别研究中，水蒸气蒸馏法得到的茴香油中的大茴香脑最大比重只有 80%。国家标准 5中规定水提法提取的八角茴香油反式茴香脑含量大于 87%。但本研究所得的八

12、角茴香油提取率最高为 4.3%，平均为 3.86%，且反式茴香脑的含量高达 96%。综上所述，本研究提取的八角茴香油在一定程度上提取率和反式茴香脑含量均相对较高。本研究结果表明，影响八角茴香油提取率的主要因素是粉碎粒度，且粉碎粒度为 40 目时提取率最高，这与黄强等 13正交试验结果一致。分析其原因可能是在蒸汽量相同的情况下，粒度减小，蒸汽与物料的接触面积增大，更有利于提取，但是当粒度过细时，由于在蒸馏罐内原料密度增大，空隙减小，传质阻力增大，蒸汽容易走短路，不能充分与物料接触，得油率显著下降 13， 而且破碎度越大，在粉碎、称量、过筛等过程中其挥发性成分会迅速的挥发损失，使其得率降低；粉碎过

13、细还会导致在加热过程中，物料易结块，粘附在壁上，极易发生焦糊现象，从而影响八角茴香油的品质 3。因此，选取最佳粒径为 40 目。本研究结果表明，浸泡时间为 32 h 最佳。原料预先浸泡，主要是利用水的作用将植物细胞溶胀，降低精油扩散到水中的阻力，以利于精油的浸出。韦小杰等 11的结论与本研究结果一致，其文中还指出随着浸泡时间的继续增加，出油率反而略微下降，这是因为当时气温偏高，浸泡时间过长，引起原料发生部分水解，而且八角茴香油易挥发所致。提高料液比，有利于增加蒸汽量，从而提高提取率。本研究中 1:10 的料液比八角茴香油提取率最高，料液比过高，蒸汽量增加，不利于出油，精油在水中的溶解量相应增大

14、，料液比过大还会增加蒸馏时间，提高提取成本 3。李瑞红等 12研究显示，水蒸气蒸馏法提取八角茴香油的工艺条件为浸泡 24 h，蒸馏 3 h。韦小杰等 11研究发现，从节约时间和降低能耗来讲，蒸馏时间为 3 h 最佳。本研究结果显示，蒸馏 3 h 提取率最高，4 h 反而提取率下降，究其原因可能是蒸馏时间过长，产生的蒸汽量增多，不利于出油，而且精油是容易挥发的物质，蒸馏时间过长会导致精油的损失，从而使八角茴香油提取率降低，另一方面长时间的蒸馏还会造成八角茴香油中热敏性物质的损失，并且产生蒸煮味，影响八角茴香油的品质 2。黄强等 13研究表明，随着蒸汽量的增大，八角茴香油提取率提高，但当蒸汽量大于

15、 3000 ml 后，提取率增加较小。八角茴香油提取率的各因素影响机制还有待进一步研究。本研究结果表明，蒸馏时间对提取的八角茴香油中反式茴香脑含量的影响差异显著。 Mimica-Dukic 等 14研究表明料液比对于八角茴香油成分影响很小，而蒸馏时间对成分有明显的影响，与本试验结果一致。蒸馏时间对其影响的原因可能在于提取时间长，导致温度太高，使反式茴香脑分解变质，从而影响八角茴香油品质 15。本研究结果显示料液比低的八角茴香油反式茴香脑含量高，可能是因为反式茴香脑的水溶解度较高导致 16。但统计分析表明，粉碎粒度、浸泡时间和料液比对八角茴香油中反式茴香脑含量无显著影响，可见不同工艺参数对八角茴

16、香油中反式茴香脑含量影响不大。 4 结论4.1 不同工艺影响八角茴香油提取率的主次顺序为：蒸馏时间粉碎粒度料液比浸泡时间。粉碎粒度、料液比和蒸馏时间对八角茴香油提取率的影响差异显著（P 0.05）。4.2 影响八角茴香油中反式茴香脑含量的主次因素分别为：蒸馏时间粉碎粒度料液比 浸泡时间。不同的粉碎粒度、浸泡时间和料液比对提取的八角茴香油中反式茴香脑含量无显著影响（P 0.05） ，但不同的蒸馏时间差异极显著（P 0.05） 。4.4 以提取率和提取量为参数，水蒸气蒸馏法提取八角茴香油的最佳提取条件为: 八角粉碎粒度 40 目，浸泡时间 32 h，料液比 1:10，提取时间 3 h。4.5 虽然

17、随着提取率的升高，反式茴香脑含量有所降低，但并不影响八角茴香油的提取量。本研究所得的八角茴香油中反式茴香脑含量高于国标，提取率相对较高。参考文献1李孟阁，岳海星，张正兴，等.植物精油的生理作用及在猪生产中的应用研究进展 J.饲料广角，2016，05：39 - 42LI M G，YUE H X，ZHANG Z X，et al. The physiological role of essential oil and its application in pig industryJ. Feed Wide-angle，2016，05：39 - 422乔凤云，陈欣，余柳青.抗氧化因子与天然抗氧化剂研究综

18、述 J .科技通报，2006，22(3):332-336QIAO F Y，CHEN X，YU L Q. Review of antioxidant factors and natural antioxidant researchJ. Report of Science and Technology，2006，22(3)：332 - 3363陈静霞.八角有效成分的分离纯化技术研究及其成分分析 D .西南农业大学，2009CHEN J X. Study on the extraction and purification techniques of effective component from

19、 star anise and analysis of the extractorD. Xinan University， 20094 KIMBARIS A C，KOLIOPOULOS G ，MICHAELAKIS A ，et al. Bioactivity of Dianthus caryophyllus, Lepidium sativum,Pimpinella anisum, and Illicium verum essential oils and their major components against the West Nile vector Culex pipiens J. P

20、arasitol Research，2012，111(6) ：2403 24105食品添加剂八角茴香油. 中华人民共和国国家标准，GB 1886.140-2015 Food Additive-Star Anise Oil. The State Standard of the Peoples Republic of China，GB 1886.140-20156精细毛细管柱气相色谱分析通用法.中华人民共和国国家标准， GB/T 11538-2006 10.4General method of analysis of meticulous capillary column gas chromato

21、graphic. The State Standard of the Peoples Republic of China，GB/T 11538-2006 10.47 HUANG Y F，ZHAO J L，ZHOU L G，et al. Antifungal activity of the essential oil of Illicium verum fruit and its main component trans-anetholeJ. Molecules，2010，15(11) ：7558-75698 ALY S E，SABRY B A，SHAHEEN M S，et al. Assess

22、ment of antimycotoxigenic and antioxidant activity of star anise (Illicium verum) in vitroJ. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences，2016，15(1) ：20-279赵俊丽， 骆志成. 八角茴香挥发油抗念珠菌活性的体外研究J. 中华皮肤科杂志， 2004， 37(8)：475 - 477ZHAO J L，LUO Z C. In vitro study of the activity of candida albitisJ. Chinese Journal of Dermatology，2004，37(8) ： 475 477