不同干燥方式对橘皮精油和黄酮的影响

邢 颖,王瑞芳,邓随胜

(运城学院生命科学系,山西运城 044000)

柑橘是世界上产量最大的水果,在中国的产量仅次于苹果[1]。在我国传统医药中柑橘的果皮经过干燥之后又称为陈皮,味苦、辛,性温,归肺脾经[2],具有重要的药用价值,主要用于治疗消化系统及呼吸系统方面的疾病[3]。研究发现橘皮富含多种生物活性物质,如酚类、生物碱、黄酮类和精油等[46]。橘皮提取物中类黄酮物质较多,包括多甲氧基化黄酮,C-或O糖基化黄酮,O糖基黄酮,黄酮醇以及其他衍生物。其类黄酮具有多种生物活性,包括抗氧化、抗炎、抗致癌及抗动脉粥样硬化等功效[7]。而橘皮中的精油具有抗菌、抑制脂质氧化,延长食物保质期的作用[89]。另外,医学研究表明橘皮精油对产后孕妇睡眠有一定的改善作用[10]。

新鲜橘皮不耐贮藏易腐败,通过干燥方式处理，具有防止微生物生长、降低酶活及延长保质期等作用[11]。不同干燥方式和工艺会使芳香植物在理化品质及感官特性方面产生不同程度的热损伤及不良的变化[12],因此干燥方法的选择非常重要。常见的自然干燥方法包括晒干和阴干,人工干燥包括烘干、真空干燥、冷冻干燥、微波干燥及中短波红外干燥。AG Pirbalouti等[13]采用40 ℃和60 ℃烘干、晒干、阴干、500 W微波干燥及冷冻干燥对紫色和绿色两个品种的罗勒叶进行干燥,并对挥发油进行提取分析,发现阴干品得到的挥发油含量最高,其次是冷冻干燥。徐明月等[14]对比研究了真空冷冻干燥、热风干燥、中短波红外干燥对橘皮颜色(色泽、褐变度和类胡萝卜素含量)和结构性能(微观结构、粗纤维、质构、干燥速率和复水性)的影响,研究表明与真空冷冻和热风干燥相比,中短波红外低温干燥(60～70 ℃)对橘皮的颜色和结构保持最好。然而,不同干燥方式对橘皮中活性物质,如黄酮及精油方面的研究还未有报道。

本文采用晒干、阴干、烘干和真空干燥4种干燥方式对橘皮进行处理,研究不同干燥方式对其精油含量、精油组分及黄酮含量的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜橘子 采摘于四川眉山,挑选新鲜、无斑点的橘子,清洗,去果肉,取橘皮切块后于4 ℃冰箱中保存备用;没食子酸(纯度≥95%)、芦丁(纯度≥95%) 国药集团化学试剂有限公司;福林酚试剂 北京索莱宝科技有限公司;硝酸铝、亚硝酸钠、碳酸钠、氯化钠、无水乙醇等 西陇化工有限公司;所有试剂均为分析纯。

KQ300GDV型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;UV5500PC紫外可见分光光度计上海元析仪器有限公司;DHG9070A电热烘干箱 上海一恒科学仪器有限公司;DZF6050真空干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;KDM型电热恒温加热套 山东鄄城华鲁电热仪器有限公司;Agilent7890A GC安捷伦气相色谱仪 安捷伦科技(上海)有限公司;FAl604电子天平 上海舜宇恒平科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 橘皮的干燥处理 分别采用晒干、阴干、烘干和真空干燥4种干燥方式对橘皮进行干燥至恒重。晒干:将橘皮平铺在纱网上,置于阳光直射下,温度20～25 ℃之间;阴干:将橘皮平铺在纱网上,在自然空气流动和自然环境温度下的室内进行,室温平均为20 ℃;烘干:在电热恒温鼓风干燥箱中进行(温度为50 ℃,风速为2.0 m/s);真空干燥:在温度为50 ℃,真空度为0.1 MPa的真空干燥箱中进行[1516]。以新鲜橘皮为对照,每个处理设3次重复。

1.2.2 水分含量的测定 采用直接干燥法[17]测定各个干燥方式橘皮的水分含量。橘皮的湿基含水量以X表示,每次测量重复3次,取平均值。

式(1)

式中:M0为样品初始的质量,g;M1为样品干制后的质量,g。

1.2.3 精油的提取与测定 准确称量20.000 g橘皮碎块于500 mL圆底烧瓶中,加玻璃珠数粒(10～20粒),加入3%的氯化钠,加入140 mL的蒸馏水,混匀,连接挥发油提取器和冷凝管,加热5 h,经电热套加热回流至挥发油含量不再增加,停止加热,收集精油[18]。橘皮中的精油含量公式如下:

式(2)

式中:m0为精油的质量,g;m1为橘皮的质量,g;X为样品含水率,%。

1.2.4 精油组分的GCMS分析 移取橘皮精油100 μL,用正己烷稀释100倍,摇匀上样。气相色谱条件:色谱柱为DBFFAP气相毛细管色谱柱(30 mm×0.25 mm,0.25 μm),载气为高纯氦气,流速为1 mL/min,升温程序为起始温度40 ℃保持8 min,以3 ℃/min升至110 ℃保持2 min,再以3 ℃/min升至140 ℃保持2 min,然后再以8 ℃/min升至250 ℃,保持10 min,进样量为1 μL,分流比为10∶1,进样口温度为250 ℃。

质谱条件:接口温度为280 ℃,离子源温度为230 ℃,四级杆温度150 ℃,测定方式采用SIM模式,电离方式采用EI源,电压70 eV,质量扫描范围为50～450 amu/s,溶剂切除时间为3 min。以峰面积对精油组分进行定量分析。

1.2.5 黄酮的提取与测定 准确称取橘皮碎块2.000 g于三角瓶中,加入40 mL浓度为70%的乙醇溶液,超声波(频率40 kHz、功率150 W、温度50 ℃)处理40 min,抽滤,重复提取一次,合并提取液,用蒸馏水定容至100 mL。采用亚硝酸钠硝酸铝比色法[19]对橘皮中黄酮的含量进行测定,以芦丁含量为横坐标,吸光度值为纵坐标,得出芦丁含量(x)与吸光度值(y)之间的标准曲线,得到回归方程为:y=11.415x+0.0218,R2=0.999。橘皮中黄酮的含量以mg(芦丁当量)/g(橘皮干质量)表示。公式如下:

式(3)

式中:c为通过标准曲线查的黄酮浓度,mg/mL;m1为橘皮的质量,g;X为样品的水分含量,%;V为移取提取液的体积,mL;10为测定体积,mL；100为定容体积,mL。

1.3 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 19统计分析软件处理实验数据,测定结果以平均值±标准差表示。用ANOVA进行差异显著性分析(p<0.05)。橘皮精油组分的定性分析采用GCMS工作站软件自带NIST标准库自动检索各组分质谱数据,结合质谱裂解规律确定其化学组分,对SI和RSI大于800的物质进行探讨。对应化合物的含量以峰面积表示。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式所需时间及最终含水量

不同干燥方式所需时间及最终含水量见表1。由表1可知,4种干燥方式所需时间排序为:阴干>晒干>真空干燥>烘干,这主要是由于温度的影响所致,阴干干燥温度最低为20 ℃左右,所需干燥时间长,烘干温度为50 ℃,有利于干燥的进行,能在较短时间内水分含量达到平衡。真空干燥同样在50 ℃条件下进行,而干燥时间长于烘干,这可能是由于真空干燥的橘皮其湿度保持时间较长,样品表面水分蒸发速度大于内部水分迁移速度,过度的表面干燥会影响水分的迁移与扩散,从而减缓干燥速率[20]。新鲜橘皮中的水分含量为74.24%,4种不同的干燥方式得到的产品水分含量差异显著(p<0.05)。其中阴干的水分含量最高为7.17%,真空干燥的橘皮水分含量最低为5.83%,这是由于橘皮内的水分在负压状态下溶点沸点降低,同时真空泵抽湿降低水汽含量,使得橘皮内的水分有足够的动能脱离达到干燥的目的。

表1 不同干燥方式所需时间及最终含水量Table 1 Effects of different drying methods on drying time and final moisture content of orange peels

2.2 不同干燥方式对橘皮中精油含量的影响

由图1可知,不同干燥方式对橘皮精油含量影响显著(p<0.05)。新鲜橘皮的精油含量为2.07%,烘干所得到的橘皮精油含量最高为2.11%,与新鲜橘皮精油含量差异不显著。真空干燥与晒干得到的精油含量之间差异不显著,分别为1.95%和1.91%。阴干所得到的精油含量最低,为1.65%。研究表明,不同干燥条件对植物中的活性成分影响显著,其中干燥温度与干燥时间是较为显著的影响因素[21]。阴干处理过程中橘皮暴露在空气中长达96 h,精油组分在干燥的环境中扩散时间最长,损失量最大,这与百里香叶的研究结果类似[18]。相比于晒干和阴干而言,烘干和真空干燥所需干燥时间较短,能较好地保留橘皮中的精油,因此得到的含量较高。新鲜橘皮精油含量最高,但是因其含水量较高导致它很难长期保存或者贮藏。因此,橘皮干燥时,宜采用50 ℃烘干,干燥时间以2.5 h为宜。

图1 不同干燥方式对橘皮精油含量的影响Fig.1 Effects of different drying methods on the essential oils yield of orange peels

2.3 不同干燥方式对橘皮精油组成成分及相对含量的影响

对新鲜及4种不同干燥方式的橘皮精油组分进行分析,四种干燥方式的精油指纹图谱与新鲜橘皮精油的基本保持一致，所以在此仅呈现新鲜橘皮精油，总离子流图见图2。从表2可以看出,采用GCMS监测出来的不同干燥方式下的橘皮精油主要组分共有23种。新鲜橘皮中的主要组分为D柠檬烯(峰面积为2.91×109AU,占总峰面积的83.63%)、萜品烯(2.96×108AU,8.49%)、月桂烯(6.68×107AU,1.92%)及α蒎烯(3.83×107AU,1.10%)。以往研究也有相似报道,Zhang等[22]对不同种质的橘皮中的精油组分进行了鉴定,大多数种质橘皮中的主要组分为D柠檬烯、α蒎烯及月桂烯等。D柠檬烯是柑橘类中重要的精油组分,有助于咳痰和抗癌的活性[23],月桂烯是第二大丰富的萜烯,使柑橘类具有令人愉快的、清淡的柠檬香脂气味[24]。

图2 新鲜橘皮精油总离子流图Fig.2 Total ion chromatogram of essential oils of fresh orange peels

新鲜及4种不同干燥方式所得到的精油组分种类及含量之间有一定的差异。不同精油组分的化学组成及特性各不相同,因此不同干燥方式对原料的不同精油组分的影响也各不相同[25]。新鲜橘皮中,精油组分的总峰面积为3.48×109AU,经过晒干和阴干之后含量升高,分别为5.17×109AU及4.41×109AU;橘皮烘干之后精油中的精油组分含量变化不大,总面积为3.89×109AU;在真空干燥之后,精油中的精油组分含量降低,总面积为3.34×109AU。植物在干燥过程中,由于酶、氧气及其他相关因素的影响,精油各组分发生不同的变化,由此构成了干燥后特有的风味[26]。

依据精油组分的化学结构特点,将其分为:萜烯类、醇类、醛类、酚类、醚类、苯类,其中萜类化合物是橘皮中最主要的化合物。分别统计不同类别精油组分的含量,分类统计结果见表3。萜烯类化合物具有浓郁的甜香、花香和木香[27]。新鲜橘皮中精油组分的含量为3.39×109AU,晒干处理之后其含量升高幅度最大,为5.03×109AU;真空干燥处理之后含量反而有所下降为3.24×109AU。醇类物质主要可以呈现清香、果香、花香和柑橘香[2829]。新鲜橘皮精油醇类组分的含量为5.68×107AU,经过干燥处理之后,醇类物质的总量均有所升高,其中阴干中的含量最高,为1.36×108AU。

表3 不同干燥方式下橘皮精油组分含量及种类数量的比较Table 3 Comparison of the contents and types of essential oil from orange peel by different drying methods

2.4 不同干燥方式对橘皮中黄酮含量的影响

由图3可知,新鲜橘皮中黄酮的含量为16.24 mg/g,经过干燥之后橘皮中的黄酮含量均显著下降(p<0.05)。闫旭等[30]在不同干燥方法对番石榴的影响中发现干燥之后样品中黄酮的含量低于新鲜样品,这是由于干燥对黄酮和高聚合度的黄酮类化合物具有破坏作用。不同干燥方式之间黄酮含量差异显著(p<0.05),其中阴干所得到的黄酮含量最高为15.73 mg/g,烘干得到的橘皮黄酮含量次之为15.49 mg/g,晒干为15.33 mg/g,含量最低的是真空干燥,为14.63 mg/g。王红等[31]研究了干燥方式对芡实功能性成分含量及抗氧化活性的影响,结果显示传统的干燥方式如晒干、阴干所需干燥时间较长,使得植物中的黄酮与氧气接触充分,各类氧化酶(过氧化氢酶、过氧化物酶和多酚氧化酶等)对活性成分的氧化也起到了催化的作用,随着干燥时间的延长,氧化作用时间延长,导致植物中活性成分的降低。这与本结论相反,可能是由于干燥过程活性成分含量的升高或者降低取决于其在植物材料中的类型和在细胞中的位置[24]。

图3 不同干燥方式对橘皮中黄酮含量的影响Fig.3 Effects of different drying methods on the content of flavonoids of orange peels

3 结论

新鲜橘皮经过晒干、阴干、烘干及真空干燥之后,精油含量、精油组分及黄酮含量均有显著差异(p<0.05)。新鲜橘皮的精油及黄酮含量分别为2.07%和16.24 mg/g,烘干所得到的橘皮精油含量最高为2.11%,黄酮含量为15.49 mg/g,阴干所得到的精油含量最低为1.65%,黄酮含量最高为15.73 mg/g。采用GCMS共鉴定出23种主要精油组分,其中主要精油组分为D柠檬烯、萜品烯、月桂烯及α蒎烯。橘皮精油组分共分为6类,分别是萜烯类、醇类、醛类、酚类、醚类及苯类,其中萜烯类是橘皮中最主要的挥发性化合物。综合比较,50 ℃烘干干燥时间短,得到的精油及黄酮含量较高,因此可采用50 ℃烘干对橘皮进行处理。

本实验是研究不同干燥条件对橘皮中精油及黄酮影响的初步分析,橘皮中黄酮及精油的单组分的分析及变化是一个非常复杂的过程,有关不同干燥方式对橘皮精油、黄酮单组分影响的机理及不同干燥方式的联合使用有待进一步深入研究,为橘皮干燥探寻更为合适的方式。

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