八角茴香挥发油的化学成分及其包合物制备工艺研究

2020-11-26郑燕菲蓝亮美罗雅梅

中国调味品 2020年11期

郑燕菲，蓝亮美，罗雅梅

(1.广西民族师范学院化学化工学院，广西崇左 532200；2.柳州城市职业学院机电与汽车工程系，广西柳州 545036)

八角(star anise，IlliciumverumHook. F.)，又名八角茴香，广泛用于调味品、香精香料、食品工业等领域。八角茴香中含有挥发性成分、倍半萜内脂及其衍生物、莽草酸、黄酮类成分、苯丙烷和木脂素类等多种化学成分[1]，且具有抗肿瘤、抑菌、抗炎等作用[2,3]。

八角茴香挥发油具有抗氧化、抗菌和镇痛作用，制剂后可广泛应用到医药品、化妆品、食品等领域[4,5]。八角茴香挥发油具有较强的挥发性，在挥发油储存运输、产品生产中易挥发损失[6]，通常采用β-环糊精包合技术把挥发油包藏在环糊精的空穴结构中形成包合物[7]。

为了开发挖掘更加高附加值的八角产品，促进地区的经济发展和生态保护，本文以八角茴香果实为原料，对八角茴香挥发油进行水蒸气蒸馏法提取；用气相色谱-质谱联用技术进行化学成分分析；通过正交实验设计对挥发油包合物的制备工艺进行优化，可为临床安全用药和开发八角资源提供更全面、更丰富的科学依据和理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 原料

八角干果：购于南宁八角市场，将八角烘干装袋保存以备用。

1.1.2 主要试剂

无水乙醇、氢氧化钠、β-环糊精、丙酮、石油醚、冰乙酸、乙酸乙酯等试剂均为分析纯；实验所用水均为蒸馏水。

1.1.3 仪器

SHZ-D型电热恒温鼓风干燥箱上海福玛实验设备有限公司；KQ-300DA型超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司；YPS102型电子天平上海光正医疗仪器有限公司；AR224CN型分析天平上海奥豪斯仪器有限公司；DF-101S型恒温磁力搅拌器河南省予华仪器有限公司；QP2010型气相色谱-质谱联用仪日本岛津公司；ZF-2型三用紫外仪上海市安亭电子仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 八角茴香挥发油的提取

准确称取八角茴香75.00 g，按液固比1∶6 (mL/g)加入蒸馏水，摇匀，连接好挥发油测定器与冷凝管。实验温度设定为100 ℃，采用磁力搅拌，回流提取至测定器中油量不再增加，馏出液无明显油状，停止加热，静置0.5 h，读取挥发油体积，计算得油率。

1.2.2 挥发油成分分析

利用气相色谱-质谱联用法对八角茴香挥发油进行成分分析，分析条件如下。

色谱条件：色谱柱为RTX-5Sil柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，载气为氮气，柱前压为47 kPa，柱流量为0.95 mL/min，进样口温度250 ℃，接口温度230 ℃。采用的升温程序为：初始温度60 ℃，保留2 min，以升温速率5 ℃/min升温至115 ℃，以速率2 ℃/min升温至135 ℃，再以速率15 ℃/min升温至250 ℃，保留2 min，分流比1∶30。

质谱条件：EI 离子源，电子能量70 eV，离子源温度250 ℃，接口温度230 ℃，质量扫描范围 45～500 m/z。

1.2.3 包合物的制备

称取β-环糊精8.00 g，加入蒸馏水 150 mL，在 60 ℃水浴中加热溶解。分别加入1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7 (mL/g)液固比的挥发油，在30，40，50，60，70 ℃恒温条件下包合1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 h，-3 ℃环境下冷藏 24 h后，停止分层，将挥发油-环糊精包合水溶液进行抽滤、洗涤，于50 ℃下干燥，得白色包合物粉末，称重，计算包合物收率，实验平行3次。

1.2.4 包合物制备工艺的优化

选取液固比A(1∶4、1∶5、1∶6，mL/g)、包合温度B(40，50，60 ℃)、包合时间C(1.5，2.0，2.5 h)进行3个因素3个水平的L9(34)正交实验。

1.2.5 包合物验证分析

采用薄层色谱法对八角茴香挥发油进行验证分析。分别吸取质量浓度均为0.04 mg/mL的环糊精乙醇样液、包合物乙醇样液，以及体积比为0.04%的挥发油、质量浓度为上述样品溶液各0.5 μL，依次点于硅胶G薄层板上，采用不同配比的石油醚、乙酸乙酯溶液进行展开，晾干，置于ZF-2三用紫外仪中显色[8]。

2 结果与分析

2.1 挥发油得油率

采用水蒸气蒸馏法提取八角茴香挥发油，实验平行6次。所得挥发油为澄清的浅黄色液体，平均得油率为5.90%。6次实验得油率的相对标准偏差为1.90%，说明水蒸气蒸馏法提取挥发油得油率稳定。

2.2 挥发油化学成分分析结果

采用气相色谱-质谱联用分析八角茴香挥发油的成分，运用峰面积归一化法来计算各组分之间的相对含量，采用计算机组分的质谱图来进行NIST标准谱库检索，依照相关文献报道[9]和NIST 08 NS站作为准谱库的RI值及质谱裂解规律，从而确定八角茴香挥发油的挥发性组分，结果见表1。

表1 八角茴香挥发油成分的分析结果

由表1可知，对八角茴香挥发油进行成分分析，共分离鉴定出32种化合物，占挥发油总量的97.03%，主要成分是反式茴香脑，分子式为C10H12O，所占的化合物比例为81.33%，还含有草蒿脑、柠檬烯、芳樟醇等成分，其中含氧化合物所占百分含量为91.19%。

根据文献报道[10]，利用气相色谱-质谱联用法(GC-MS)对水蒸气蒸馏法提取的八角茴香挥发油分离出38种化合物，含量为99.81%，含氧有机化合物为94.21%。本实验的挥发油组分结果与文献之间存在差异，可能是因为所选八角原料的产地不同，使得挥发油中含有的成分也有所不同。

2.3 包合物的制备工艺

2.3.1 液固比对包合物收率的影响

不同液固比对β-环糊精包合八角茴香挥发油效率的影响见图1。

图1 液固比-包合物收率影响图

由图1可知，随着液固比的增加，包合物收率逐渐增大，当液固比为1∶5 (mL/g)时，包合物收率达到最大值，此后再增加环糊精的用量，挥发油包合物收率反而下降，原因是在包合介质的量比较多时，分子运动受阻，阻碍了包合过程的进行。所以，单因素液固比在得到最大收率时的水平为1∶5 (mL/g)，选择液固比1∶4、1∶5、1∶6 (mL/g)作为正交实验水平。

2.3.2 包合温度对包合物收率的影响

不同包合温度对β-环糊精包合八角茴香挥发油效率的影响见图2。

由图2可知，包合物的收率随着温度的升高而逐渐升高，达到最高点后开始下降；在温度为50 ℃时收率达到最高，而后温度再升高提取率逐渐下降。因为温度过低时，分子运动不够剧烈，环糊精与挥发油分子碰撞机会小，而温度过高时，分子的运动过于强烈，使挥发油不被包合[11]，故温度为50 ℃时收率最大，所以单因素温度在得到最大收率时的水平为50 ℃，选择温度40，50，60 ℃作为正交实验水平。

图2 温度-包合物收率影响图

2.3.3 包合时间对包合物收率的影响

不同包合时间对β-环糊精包合八角茴香挥发油效率的影响见图3。

图3 时间-包合物收率影响图

由图3可知，包合物的收率随着提取时间的增加而升高，当提取时间为2.0 h时，包合物的收率达到最高为88.00%。当再延长提取时间时，包合物收率反而降低，因为在包合过程中需要搅拌，包合时间越长，包合物原本包合的包合物反而被破坏，使得收率下降，所以可以判断最佳提取时间为2.0 h，单因素提取时间在得到最大收率时的水平为2.0 h，选择包合时间 1.5，2.0，2.5 h作为正交实验水平。

2.3.4 正交实验结果

选取液固比、包合温度、包合时间3个因素进行正交实验，对挥发油环糊精包合物的工艺参数进行优化，优选最优的工艺条件。正交实验设计和结果见表2。

表2 正交实验设计及结果分析

续表

L9(34)正交实验结果的相关计算以及分析结果表明，影响挥发油包合效果因素次序为A>C>B，即液固比>包合时间>包合温度，其最佳包合工艺为A2B2C3，挥发油与β-环糊精的比例对综合指标具有显著性影响，包合时间效果一般，而包合温度无显著性影响。最优工艺条件是在液固比为1∶5 (mL/g)，温度为50 ℃，提取时间为2.5 h下进行挥发油环糊精的包合。

2.3.5 最优条件验证实验

准确称取75.00 g已处理过的八角茴香3份于圆底烧瓶中，在最佳提取工艺条件液固比1∶5(mL/g)、提取温度50 ℃、提取时间2.5 h下进行包合；得到的挥发油环糊精包合物进行干燥称重，计算包合物收率。实验平行4次，得包合物收率为89.35%。文献[12,13]分别报道的八角茴香挥发油包合物的平均收率为85.93%、89.84%，与实验所得的包合物收率相差不大，说明实验所得最优制备工艺可靠。