同時蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油及工藝優化

張鳳芳，馬　力

（西華大學生物工程學院，四川成都610039）

同時蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油及工藝優化

張鳳芳，馬力*

（西華大學生物工程學院，四川成都610039）

以新鮮大蔥為研究對象，采用同時蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油，利用毛細管氣相色譜/質譜法（GC/MS）鑒定出25種化合物，其中含硫化合物13種，主要成分有：烯丙基甲硫醚、甲基甲基硫代亞磺酸酯、丙基甲基硫代硫磺酸酯、反式烯丙基丙基三硫醚等；醛類3種，2-甲基-2-戊烯醛、2-丁炔二乙基乙縮醛、3-丁炔二乙基乙縮醛；酯類6種，主要成分有：2-丁烯酸甲酯、3-戊烯酸，4-甲基-2-丙烯酸酯、2-丁烯酸乙烯酯等；酸2種，乙烯丁酸和2-甲基庚酸；醇類1種，2，4-二甲基-3-戊醇。在單因素實驗基礎上，選取蒸餾溫度、料液比、同時蒸餾-萃取時間以及水浴溫度進行正交實驗，確定同時蒸餾-萃取法提取蔥油最佳工藝參數為：蒸餾溫度95℃、料液比1∶2（g∶mL）、同時蒸餾-萃取時間3.5h、水浴溫度55℃，此條件下測得含硫化合物含量可達25.15mg/g。

同時蒸餾-萃取法（SDE），蔥油，含硫化合物，正交實驗設計

大蔥是多年生草本百合科蔥屬植物，含蛋白質、脂肪、碳水化合物、鈣、磷、鐵以及多種維生素等物質。大蔥具有特殊的清香辛辣味，能促進消化液的分泌增進食欲，祛腥解膩，是制作菜肴良好的調味品。大蔥所含的活性成分能降低血脂含量、延長凝血時間，對高血壓、冠心病、動脈硬化具有良好的預防作用。大蔥的生理活性物質主要是存在于大蔥油中的含硫化合物，多為易揮發組分，包括二甲基三硫醚、甲丙基二硫醚、丙基甲基硫代硫磺酸酯、甲基烯丙基硫代硫磺酸酯、甲硫醇、2，5-二甲基噻吩等［1］。另外，蔥油對體內外人胃癌細胞的生長具有抑制作用［2］。目前大蔥在國內市場主要應用于食品調味、保健品以及藥品開發等方面，應用前景廣泛。大蔥的出口產品主要是初級和原料型，深加工產品較少。因此，對大蔥進行深加工，尤其是提取高質量的蔥油顯得尤為重要。

精油的提取方法主要有水蒸汽蒸餾法［3-4］、有機溶劑萃取法［5］、同時蒸餾-萃取法（SDE）［6-7］和超臨界CO2萃取法（SFE）［8］等。水蒸汽蒸餾法結合有機溶劑法，提取過程不僅消耗大量的有機溶劑，且由于蔥油粘壁造成蔥油損失極大，不僅浪費成本，污染環境，還降低了蔥油的提取效率。SFE法采用CO2作為萃取劑，極性低，不適用于含水量高的植物有效成分的提取，且成本高。SDE法是近年來才發展起來針對揮發性和半揮發性成分的提取方法，SDE法優點在于蒸餾與萃取同步進行。攜帶蔥油的水蒸汽和有機溶劑在儀器上部相遇，蔥油由于在水相和有機相中的分配系數不同，由水相轉移至有機相，遇低溫兩相冷凝成液滴并在“U”形管中分離，水相流回至蒸餾瓶內，有機相則流回至萃取瓶內，此過程不斷循環達到對精油的萃取。目前SDE法已用于洋蔥［9］、安息茴香［10］、大蒜［11］、花椒揮發油［12］、火麻仁［13］等精油的提取上，并取得良好的提取效果，但國內鮮少報道有利用SDE法提取蔥油的研究。本實驗利用SDE法提取蔥油并通過正交實驗對提取工藝進行優化，為大蔥資源的利用提供參考數據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

成都產大蔥（蔥白粗長） 購于當地農貿市場；苯甲醇標準品Sigma公司；無水硫酸鈉、二氯甲烷（分析純） 成都科龍化工試劑廠；

JJ-2型組織搗碎機江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠；KQ-100DE型超聲波清洗器昆山市超聲儀器有限公司；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器鄭州長城科工貿有限公司；同時蒸餾-萃取裝置天長市長城玻璃儀器制造廠；島津GC-MS QP2010Plus深圳市儀器設備有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1蔥油提取蔥油提取傳統工藝流程主要為：大蔥→預處理→粉碎→有機溶劑萃取→過濾→蒸餾→蔥油。蔥油提取工藝中，為阻止蒜氨酸（alliin）在催淚因子合成酶（LFS）作用下生成不具生物活性且極易揮發催淚因子（LF）［14］，需先將大蔥熱燙處理使LFS失活。另外，超聲波的次級效應可加速目標成分溶出［15］。本實驗通過SDE法提取蔥油并對萃取工藝予以優化并對相關重要參數進行探討。因此，改進后工藝流程如下：

新鮮大蔥→預處理→滅酶→粉碎→超聲波輔助萃取→同時蒸餾-萃取→分液→無水硫酸鈉干燥→濃縮→蔥油。

1.2.2流程說明

1.2.2.1大蔥預處理蔥白切段（長度約5cm），80℃水浴滅酶30m in，組織搗碎機破碎成勻漿，取1000g漿液加入蒸餾水于室溫超聲處理60min。

1.2.2.2提取方法將1.2.2.1得到的勻漿裝入SDE裝置左側的物料瓶，物料瓶置于油浴鍋中進行蒸餾，SDE裝置右側的溶劑瓶中加入20m L二氯甲烷，置于水浴鍋中進行水浴加熱。物料瓶、溶劑瓶內溫度分別達到設定值后，物料瓶內大蔥精油隨水蒸汽在SDE裝置中上部與溶劑蒸汽相遇，由于大蔥精油在水相和有機溶劑相中分配系數不同而發生相轉移，從水相轉移至有機溶劑相完成萃取過程。水蒸汽和溶劑蒸汽冷凝，在“U”形管中被分開，流回各自的容器中?？刂啤癠”型管中液滴滴下的速度為每15s滴下一滴，以保證實驗的一致性，連續蒸餾4h，收集萃取液。

1.2.2.3萃取液處理小心收集萃取液，離心，下層溶液用無水Na2SO4干燥，除去水分，然后55℃恒溫水浴除去溶劑，并濃縮至1000μL，加入苯甲醇作為內標物，使其濃度為10mg/g，GC-MS檢測。

1.2.3GC-MS檢測色譜柱：DB-5ms毛細管柱（30.0m×0.25mm，0.25μm）；程序升溫：50℃，保持3m in，以7℃/m in升溫至180℃，保持2m in，以4℃/m in升溫至250℃，柱箱溫度50℃，進樣口溫度250℃，離子源溫度230℃，接口溫度280℃，進樣量1μL，分流比為1∶20；利用NIST譜庫進行檢索，所得質譜圖與標準品質譜圖進行比較，并查閱相關文獻進行確證。

1.2.4蔥油得率計算方法大蔥的生理活性物質以及風味成分主要是存在于蔥油中的含硫化合物，因此利用含硫化合物濃度來替代蔥油得率?！羶葮宋餄舛?/p>

1.2.5單因素實驗設計分別在蒸餾溫度（80～110℃）、料液比（1∶1～1∶5）、同時蒸餾-萃取時間（1～5h）以及水浴溫度（40～70℃）范圍內進行單因素實驗，以蔥油中含硫化合物含量為指標，固定蒸餾溫度100℃，料液比1∶3，水浴溫度65℃，蒸餾時間4h，探究四因素對SDE法提取蔥油中含硫化合物含量的影響。

1.2.6正交實驗設計在單因素實驗的結果基礎上，采用L9（34）正交設計，選擇蒸餾溫度（A）、料液比（B）、同時蒸餾-萃取時間（C）以及水浴溫度（D）四個因素，各因素選取3個水平，進行三因素四水平的正交實驗，確定SDE法提取蔥油的最佳工藝條件，正交因素水平見表1。

表1　因素水平表Table 1　Factors and levels of central composite design

2　結果與分析

2.1蔥油化學成分檢測與分析

經SDE法萃取的蔥油，經GC-MS分析鑒定出25種化合物。蔥油的總離子流色譜圖與NTST譜庫檢索鑒定出的化學成分分別見圖1和表2所示。

通過與標準圖譜對照、分析，對于相似度較高的物質，根據標準圖譜確定化學結構；對于含量較高但相似度低的化合物，需要查閱相關文獻［16］確定可能的化學結構，結果見表2。

圖1　蔥油的總離子流圖Fig.1　Total ion flow diagram of green onions oil

表2　蔥油化學成分Table 2　The chemical composition of green onions oil

由表2可知：共鑒定出25種化合物，約占揮發油總量的90%。其中，含硫化合物13種、醛類3種、不含硫酯類6種、酸2種、醇類1種；含硫化合物占揮發油總量60%以上，其中（亞）硫代硫磺酸酯占17.23%；烯丙基硫醚占的比例比較大，是因為硫代（亞）磺酸酯類物質在水與油介質中分解生成阿霍烯、二烯丙基硫醚、乙烯基二噻乙烯等［17］，這無疑造成了蔥油活性成分的巨大損失；研究中檢測到蔥油化學成分與黃雪松研究結果有差異，黃雪松研究得到丙基甲基硫代硫磺酸酯含量最高，占揮發油總量的17%，可能是由于品種、產地，提取方法，檢測儀器差異造成的。

2.2單因素實驗

2.2.1蒸餾溫度對含硫化合物含量的影響蒸餾溫度對蔥油含硫化合物含量的影響如圖2所示。蒸餾溫度的高低決定了蔥油的品質優劣，溫度過低，蔥油無法隨水蒸汽與有機相接觸完成萃取過程；溫度過高，蔥油品質發生劣變。

圖2　蒸餾溫度對蔥油含硫化合物含量的影響Fig.2　The effectof distil-off temperature on the extraction yield of sulfur-containing compounds

由圖2可知，蒸餾溫度在80～100℃時，含硫化合物含量隨溫度的升高而增加，100℃達到最大值22.59mg/g；繼續升高溫度，含硫化合物含量急劇下降，是由于逐漸升高溫度，部分含硫化合物揮發或者發生分解導致含量降低。綜合考慮，選擇蒸餾溫度為100℃比較合適。

2.2.2料液比對含硫化合物含量的影響料液比對含硫化合物含量的影響如圖3所示。由圖3可知，料液比在1∶1～1∶3之間時，含硫化合物含量隨料液比的增大而增加，當料液比為1∶3時，含硫化合物含量達到最大值23.81mg/g；之后雖增大料液比，含硫化合物含量略有降低但變化不大。綜合考慮，選擇料液比為1∶3為最適料液比。

圖3　料液比對含硫化合物含量的影響Fig.3　The effectof ratio ofmaterial to liquid on the extraction yield of sulfur-containing compounds

2.2.3同時蒸餾-萃取時間對含硫化合物含量的影響同時蒸餾-萃取時間對含硫化合物含量的影響如圖4所示。由圖4可知，同時蒸餾-萃取時間對含硫化合物含量影響很大：在1～4h之間，含硫化合物含量隨時間的延長而增加，在4h處達最大值24.94mg/g；延長萃取時間，含硫化合物含量降低，可能是由于蒸餾時間過長，導致部分含硫化合物分解。綜合考慮，同時蒸餾-萃取時間4h為佳。

圖4　同時蒸餾-萃取時間對含硫化合物含量的影響Fig.4　The effect of extracting time on the extraction yield of sulfur-containing compounds

2.2.4萃取溫度對含硫化合物含量的影響水浴溫度對含硫化合物含量的影響如圖5所示。選擇適當的水浴溫度有利于蔥油被充分萃取。由圖5可知，對當水浴溫度在40～60℃之間時，含硫化合物含量隨水浴溫度的升高而增加，在60℃時達到最大值22.74mg/g；繼續升高溫度，含硫化合物含量隨水浴溫度的升高略有下降但總體變化不大。綜合考慮，選擇水浴溫度為60℃比較合適。

圖5　水浴溫度對含硫化合物含量的影響Fig.5　The effectof bath temperature on the extraction yield of sulfur-containing compounds

表3　實驗設計方案和實驗結果Table 3　Test design and results

表4　方差分析Table 4　Variance analysis of regression equation

由表4可知，蒸餾溫度和同時蒸餾-萃取時間對實驗結果有顯著影響，而料液比和水浴溫度對實驗結果影響不顯著。極差R3＞R1＞R2＞R4，各因子對指標的影響力大小依次為：蒸餾-萃取時間＞蒸餾溫度＞料液比＞水浴溫度；由k值可得4因子的最佳組合為A1B3C1D1，即蒸餾溫度95℃，料液比1∶4，同時蒸餾-萃取時間3.5h，水浴溫度55℃。由于料液比和水浴溫度的選擇對實驗結果影響不顯著，從節約能源的角度考慮，選擇料液比最小，水浴溫度最低，因此確定最佳提取工藝條件為蒸餾溫度95℃、料液比1∶2、同時蒸餾-萃取時間3.5h、水浴溫度55℃。在上述工藝條件下進行三次平行實驗，得到的含硫化合物含量的值為25.15mg/g。

3　結論

3.1采用同時蒸餾-萃取法（SDE）提取蔥油，利用毛細管氣相色譜/質譜法共鑒定出25種化合物，約占揮發油總量的90%，其中含硫化合物有13種，醛類3種，不含硫酯類6種，酸2種，醇類1種。

3.2通過正交實驗得到同時蒸餾萃取法提取大蔥油最佳工藝條件為：蒸餾溫度95℃、料液比1∶2（g∶m L）、同時蒸餾-萃取時間3.5h、水浴溫度55℃，此條件下得到的含硫化合物含量可達25.15mg/g。

［1］隗苗苗，崔波，張建磊，等.大蔥中活性物質的研究［J］.食品與發酵科技，2012，46（5）：62-64，73.

［2］周曉娜，任錫玲，常麗麗，等.大蔥油對體內外人胃癌細胞生長的抑制作用［J］.腫瘤預防研究，2006，15（10）：45-49.

［3］THOMASL，LEUNG S，CUMMINGM.Genotypic variation in sulphurassimilation andmetabolism ofonion（Allium cepa L.）.II：Characterisation of ATP sulphurylase activity［J］.Phytochemistry，2011，72（9）：888-896.

［4］XU Yi Xiu，ZHANG Min，FANG Zhong Xiang，et al.How to improve bayberry（Myrica rubra Sieb.et Zucc.）juice flavour quality：Effect of juice processing andstorage onvolatile compounds［J］.Food Chemistry，2014，151（15）：40-46.

［5］張巧娥，哈斯額爾敦，張霞，等.溶劑萃取法提取沙蔥有效成分的工藝研究［J］.食品科技，2007，2（1）：94-95.

［6］何洪巨，王希麗，張建麗.GC-MS法測定大蔥、細香蔥、小蔥中的揮發性物質［J］.分析測試學報，2004，23（21）：98-101.

［7］黃雪松.大蔥揮發油含量與化學成分的分析［J］.食品與發酵工業，2004，30（10）：114-117.

［8］葛保勝，王秀道，石濱.藥用大蒜提取物的超臨界CO2萃取研究［J］.中成藥，2002，10（8）：571-573.

［9］李麗梅，李景明，孫亞青，等.不同因素對同時蒸餾萃取法提取洋蔥精油的研究［J］.食品科學，2006，27（2）：212-215.

［10］張東星，馮高遷，劉志昂，等.同時蒸餾-萃取法（SDE）提取安息茴香精油的研究［J］.糧油食品科技，2007，15（6），31-33.

［11］劉東文，王國義，孫亞青，等.同時蒸餾萃取影響大蒜油得率的幾個因素分析［J］.食品工業科技，2005，26（2）：87，105-106.

［12］羅凱，朱琳，闞建全.水蒸汽蒸餾、溶劑萃取、同時蒸餾-萃取法提取花椒揮發油效果比較［J］.食品科技，2012，37（10）：234-236.

［13］戴煌，方國珊，李文峰，等.同時蒸餾萃取-氣相色譜-質譜法分析火麻仁精油成分［J］.食品科學，2010，31（14）：229-233.

［14］IMAIS，TOMOTAKE M.An onion emzyme thatmakes the eyeswater［J］.Nature，2002，419（17）：685.

［15］楊月云，王小光，周娟.超聲波輔助萃取菜花揮發油及其化學成分的氣質聯用分析［J］.食品科學，2013，34（18）：98-102.

［16］KUOM C，HOC T.Volatile Constituents of the distilled oils of welsh onions（Allium Fistulosum L.Variety Maichuon）and Scallions（A Fistulosum L.Variety Caespitosum）［J］.JAgric Food Chem，1992（40）：111-117.

［17］THEODORD，RUDOLFH，ILSEZ.Pharmazeutische Biologie［M］.Berlin：Springer Verlag，2002：101-105.

Extraction on green onions oilusing simultaneous distillation and solventextraction（SDE）and technology optim ization

ZHANG Feng-fang，MA li*
（School of Bioengineering，Xihua University，Chengdu 610039，China）

Green onions oilwas extracted by Simultaneous Distillation and Solvent Extraction（SDE）method from g reen onions，and analyzed by GC/MS，25 peaks were separated and identified，which contents 13 sulfurcontaining com pounds，such as allylmethyl sulfide，methyl thiosulfinates，p ropylmethyl ester thiosulfate sulfur，trans allyl p ropyl three sulfur ether.3 aldehydes：2-methyl-2-pentenal，2-butyne d iethylacetal，3-butyn d iethyl acetal.6 esters：such as 2-butenoate，3-pentenoic acid 4-methyl-methacrylate，2-butenoic acid vinyl ester. 2 acid ics，vinyl butyrate，2-methyl enanthate.1 alcohol，2，4-d imethyl-3-pentanol.Four extraction parameters inc lud ing d istil-off tem perature，ratio of liquid to material，extracting time，bath tem perature were op tim ized using orthogonal design based on sing le fac tor investigations for the extraction yield of sulfur-containing compounds.And op timum extraction condition for d istil-off temperature 95℃，ratio of material to liquid 1∶2（g∶m L），extrac ting time 3.5h，bath temperature 55℃.Under these conditions，the average content of sulfurcontaining compounds was 25.15mg/g.

simultaneous d istillation and solventextraction（SDE）；g reen onions oil；sulfur-containing compounds；orthogonaldesign

TS201.1

B

1002-0306（2015）06-0290-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.055

2014-07-30

張鳳芳（1989-），女，碩士研究生，研究方向：農產品加工。

馬力（1956-），男，本科，教授，研究方向：農產品加工。