《武汉工程大学学报》  2010年12期 13-17   出版日期：2010-12-31   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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番石榴果芳香浸膏的提取及成分分析


0引言番石榴(Psidium guajava L.),又名鸡矢果,拔子,珍珠芭乐,是桃金娘科番石榴属的多年生长灌木,亦是热带与亚热带地区广泛栽培的果树［1］.番石榴原产美洲热带地区,传入我国已有300多年历史,在粤、桂、闽、琼、台、滇、川等省区均有露地栽培,一年可收获果实2或3季［2］.它的果实风味独特,清爽、甜润,随着番石榴口味产品的风靡流行和畅销,番石榴香料也引起很多厂商和技术人员关注［3］.根据已查阅文献,国外有古巴哈瓦那食品工业研究所用水蒸气蒸馏法溶剂萃取法从哥斯达黎加番石榴果中分离出挥发性化合物,认为脂族、酯类化合物和萜类化合物是其主要成分［4］;国内有清华大学及北京大学采用Amberlite XAD4 树脂吸附番石榴果散发的天然香气,无水乙醚吸附后浓缩洗脱液,采用双柱GC/MC/DC及色谱保留指数鉴定了36个成分中的25个,发现果实的天然香气主要来自乙醛缩二乙醇、甲醛缩二乙醇［5］;广州百花香料股份有限公司采用顶空成分气相色谱质谱分析得到番石榴香气成分58种［6］.由此可知提取方法的不同,所得番石榴果的香气成分也有所不同.而关于番石榴果中芳香浸膏提取工艺与成分分析的研究尚未见报道［7］,本实验采取乙醇作溶媒,进行番石榴果芳香浸膏的提取与提取所得芳香浸膏的成分分析研究,为将番石榴果开发成为香料资源和丰富我国香料资源的植物来源提供实验依据.1实验部分1.1材料、试剂与仪器番石榴(品名:珍珠芭乐,采购于广东省茂名市);体积分数95%的食用乙醇(武昌中北酒精厂);活性炭(北京绿色风活性炭有限公司);番石榴果实芳香浸膏(自制,批号20091210)高速万能粉碎机(天津泰斯特仪器有限公司);AB204N型分析天平(上海科导超声仪器有限公司);5 mL比重瓶(中山市精科化玻仪器有限公司);DGF3006A电热鼓风干燥箱(重庆银河试验仪器有限公司);RE52C高速旋转蒸发器(巩义市予华仪器有限公司);SSYH不锈钢恒温水浴锅(上海三申医疗机械公司);BS60电热三用水箱(北京市医疗设备厂);GS122电子恒速搅拌器(上海机械专机厂);气相色谱质谱联用仪(安捷伦GC7890A/MS5973C).1.2实验方法
1.2.1果实水分含量的测定参照国家标准(GB/T88581988)［8］,将番石榴粉碎至380 μm粒度果浆,称取果浆的重量m1,然后在干燥箱通风,控温为70 ℃干燥至恒重m2,番石榴水分含量m=(m1-m2)/m1×100%,测量三次取平均值.
1.2.2番石榴芳香浸膏提取及单因素试验a. 番石榴芳香浸膏提取.将番石榴果粉碎至380 μm粒度果浆,按番石榴果与食用乙醇一定的物料比(W/W)投入物料,开动搅拌至一定速率,水浴加热至预定温度,保持一定的提取时间后,冷却,抽滤得提取液,将提取液减压(-0.08 MPa～-0.095 MPa)蒸馏至一定密度,即得番石榴果芳香浸膏.b. 单因素试验.在一定的粉碎度和搅拌速度条件下,以浸膏得率为考察指标,分别对番石榴浸膏提取工艺的物料比、乙醇浓度、提取温度和提取时间等进行单因素考察,确定影响提取的主要因素.据浸膏定义可知,所得浸膏每1 mL相当于原药材2.5 g.本研究统一密度为1.22 g/mL,定义浸膏得率为:浸膏得率(%)=x40×100%(x为100 g果实所得浸膏的毫升数)
1.2.3正交实验根据1.2.2对提取工艺进行单因素实验研究的结果,对影响提取的4个主要因素均选出3个水平,得出L9(34)设计表［9］.如表1所示.表1因素水平
Table 1factor and level
因素物料比
（A）乙醇质量分数（B）
/%温度（C）
/℃提取时间（D）
/h1146020321570404316806051.2.4GCMS联用对芳香浸膏成分进行分析由前述国内外对番石榴果香气成分研究可知,不同提取方法所得香气成分均不同,因此本文对实验所得番石榴果实芳香浸膏(批号20091210)进行GCMS分析［10］.第12期陈凡,等:番石榴果芳香浸膏的提取及成分分析
武汉工程大学学报第32卷
色谱条件(GC):a. 色谱柱:毛细管柱 HP-5:30 m×250 μm×0.25 μm;b. 进样口温度:325 ℃;c. 载气:He;d. 分流比:201;e. 进样量:1 μL;f. 程序升温:40 ℃(5 min)5 ℃/min 200 ℃(3 min).选用的质谱条件(MS)如下:a. 调谐方式:自动调谐;b. 电离方式:EI源;c. 电子能量:23 ℃;d. 四级杆温度:150 ℃;e. 采集方式:全扫描.2实验结果与讨论2.1果实水分含量的测定三次测得的水分含量如下表2所示.表2水分含量
Table 2The content of water
序号123平均值()水分质量分数/%86.487.687.187.0即番石榴果实中的水分含量约为87.0%.2.2番石榴芳香浸膏提取及单因素实验
2.2.1物料比对提取效果的影响表3为物料比与芳香浸膏得率的关系.表3物料比与芳香浸膏得率的关系
Table 3The effect of material ratio on extrat rate
物料比/(W/W)1314151617得率/ %10.411.912.512.412.5由表3知:随着物料比的增加,芳香浸膏得率增大,物料比为15时,浸膏得率基本不变,这是因为当料液比例较小时,水浸润作用进行不彻底,达到一定比例后,物料充分溶解,物料比的继续增加对得率的影响随之减弱.
2.2.2乙醇质量分数对提取效果的影响表4为乙醇质量分数与芳香浸膏得率的关系.表4乙醇质量分数与芳香浸膏得率的关系
Table 2The effect of ethanol on extrat rate
质量分数/%405060708090得率/%10.110.711.512.813.113.0由表4可知,随着乙醇质量分数不断增加,得率不断提高，且在70 ℃之后趋于平缓.这充分说明乙醇质量分数对番石榴浸膏提取的提取浓度选择性.
2.2.3提取温度对提取效果的影响表5为温度与芳香浸膏得率的关系.表5温度与芳香浸膏得率的关系
Table 5The effect of temperature on extrat rate
温度/℃20304050607080得率/%11.812.112.412.212.311.811.6由表5可知,温度对得率的影响较小,在40 ℃左右得率最大,随后略有下降.这可能是当温度升高,番石榴中芳香性成分在溶剂中的溶解度增加,当温度过高,芳香性成分易挥发,导致得率下降.
2.2.4提取时间对提取效果的影响表6为时间与芳香浸膏得率的关系.表6时间与芳香浸膏得率的关系
Table 6The effect of time on extrat rate
时间/h2345678得率/%10.711.912.712.312.011.811.9表6表明，随着提取时间的延长,得率在4 h达到最大,随着时间的继续增加,得率略微减小.这可能是当提取达到4 h,番石榴果提取较充分,随着时间延长,浸膏所含部分香气成分略有挥发,导致得率有所下降.2.3正交实验以浸膏得率和外观以及香气作为考察指标,按L9(34)正交表的水平组合进行试验,结果如下:不同指标所对应的优选方案是不一定完全相同的,此时需通过综合平衡法可得到综合的最优方案［5］,在本次正交设计中,对不同的指标,影响因素的最佳水平比较一致.通过两种分析综合考察后,得到最佳提取工艺为C3A2D2B2,即:乙醇质量分数为80%,提取时间为4 h,物料比为15,提取温度40 ℃.2.4GCMS联用对芳香浸膏的分析以1.2.4对正交所得芳香浸膏(批号20091210)进行分析,结果如图2.3.由计算机谱库(NIST05a.L)检索,面积归一法知主要成分和含量如表9所示.表7提取率正交实验结果
Table 7The results of orthogonal of the rate of extraction
实验号ABCD浸膏得率%1111110.42122212.33133312.94212313.35223111.86231211.97313211.68321313.29332112.0K111.93311.96711.50011.867K212.53312.33311.93312.433K312.10012.26713.13312.267极差R0.6000.3661.6330.566因素主次C＞A＞D＞B表8香气、外观正交实验结果
Table 8The results of orthogonal of aroma and appearance
实验号ABCD香气得分外观得分综合分111116.87.06.82212228.37.08.17313338.17.58.04421238.77.58.58522318.37.58.22623128.58.08.45731327.37.57.32832137.47.57.41933217.08.07.10K17.5607.6777.3807.573K27.9508.4177.9807.933K37.8607.2778.0107.863极差R0.3901.1400.6300.360因素主次B＞C＞A＞D注:评分满分为10分,香气和外观评分权重为0.9和0.1.图1质谱图
Fig.1XRD spectra of hydroxyapatite表9番石榴浸膏气相质谱分析
Table 9The GCmass spectrometry of guava extractive
峰号保留时间
/min相对含量
/%化合物保留
指数匹配度12.9501.08甲酸
Formic acid997823.4792.54乙酸
Acetic acid2568633.8920.32羟基丙酮
2Propanone, 1hydroxy8005844.6310．16乙烯基乙醚
Ethene, ethoxy6576455.4290.14(2S,3S)2,3环氧己醇
(2S,3S)()3Propyloxiranemethano7 9685666.2280.092,3丁二醇
2,3Butanediol2 2446276.5030.742,3丁二醇
2,3Butanediol2 2459197.0714.25糠醛
Furfural2 67697108.4980.44糠醛
Furanmethanol3 015931110.3710.071戊醇
1Pentanol2 054501210.4370.222(5H)呋喃酮
2(5H)Furanone1 316701310.7560.10甲基环戊烯醇酮
2Cyclopenten1one, 2hydroxy3 049521411.3790.50衣康酸酐
2,5Furandione,dihydro3methylene6 086911511.8521.065甲基呋喃醛
2Furancarboxaldehyde, 5methyl5 620951612.5300.382,4二羟基2,5甲基3(2H)呋喃酮
2,4Dihydroxy2,5dimethyl3(2H)furan3one19 880721713.1410.22H吡喃2,6(3H)二酮
2HPyran2,6(3H)dione 6 076871813.2180.27芳酸
3Cyclobutene1,2dione,3,4dhydroxy6 879381914.7830.214壬烯(顺反共混物)
trans4Nonene11 160502014.9430.202甲基乙烷肼醛
Propanal,2methyl,dimethylhydrazone7 200502115.4610.144羟基2,5二甲基3(2H)呋喃酮
2,5Dimethyl4hydroxy3(2H)furanone11 760582215.8680.122,5二甲酰基呋喃
2,5Furandicarboxaldehyde9 997742315.9560.5羟甲基酮糠醇
Furyl hydroxymethyl ketone10 765782416.0330.671甲基2,4,5乙二酰脲
1Methyl2,4,5trioxoimidazolidine11 625372517.4820.111,1,1三氟2己酮
2Hexanone, 1,1,1trifluoro26 161352618.0396.442,32H3,5二羟基6甲基4H吡喃酮
4HPyran4one,2,3dihydro3,5di hydroxy6methyl19 887902719.2950.112甲基3,5二羟基4吡喃酮
4HPyran4one,3,5dihydroxy2methyl18 755962819.4650.16二(二甲基肼)乙二醛
Ethanedial,bis(dimethylhydrazone)18 719412919.9670.16(+/)β羟基γ丁内酯
2(3H)Furanone, dihydro4hydroxy4 139873020.4070.205乙酰基糠醛
5Acetoxymethyl2furaldehyde35 413433121.39970.385羟甲基糠醛
2Furancarboxaldehyde,5(hydroxym ethyl)10 778933221.6911.095羟甲基糠醛
2Furancarboxaldehyde,5(hydroxym ethyl)10 778903323.3211.114甲基1,3二氢咪唑2酮
2HImidazol2one,1,3dihydro4m ethyl2 988433425.2820.26溴戊烷
Pentane, 1bromo23 097303528.0751.70庚酸
Heptanoic acid12 997463631.3751.32甲基aD呋喃核糖苷
Methyl.alpha.dribofuranosideLGalactose, 6deoxy32 338503731.9150.793甲基1(三甲硅氧基)环己烯
Cyclohexene,3methyl1(trimethylsilyloxy)45 692353832.2510.422,2,6三甲基6(2丙基)四氢吡喃
2,2,6Trimethyl6(2oxopropyl)tetrahydropyran45 824383932.4880.616羟基5甲基亚胺甲基2,4(1H,3H)二酮嘧啶
Pyrimidine2,4(1H,3H)dione,6hydroxy5methyliminomethyl35 822374038.1450.545甲基N(3硝基苯)2糠酸
5MethylN(3nitrophenyl)2furamide88 89250由表9可知,番石榴芳香浸膏大部分成分属于香料类物质,相对含量超过1%的主要芳香物质的含量由多到少依次为醛类(5种,77.78%),酮类(10种,9.13%),酸类(5种,6.13%),杂环类(5种,2.47%),醇类(4种,1.54%),碳氢化合物(3种,1.26%),碳酸衍生物(1种,0.67%),羧酸衍生物及醚类(2种,0.66%).其中, 5羟甲基糠醛是主要香气来源,含量高达71.47%.3结语a. 通过水分含量测定得出番石榴的水分含量为87%,属于高水分果肉型水果,因此在提取时会稀释溶剂的浓度,对溶剂的选择性增加,对提取增加了一定困难,所以对乙醇质量分数的单因素探索选择了从40%至90%的较大范围,实验确定质量分数在60%、70%、80%时提取效果较佳,最后通过正交设计得出最佳乙醇质量分数为80%.b. 考察番石榴果实芳香浸膏的各因素水平,得出最佳工艺经中试验证,操作简易可行且工艺稳定,为产品的工业化生产奠定基础.c. 根据初步品评和分析,认为番石榴果实芳香浸膏具有纯正的焦糖香、膏甜香似烟香,GC/MC分析出浸膏主要发香物质为5羟甲基糠醛,占71.47%.据有关文献可知,5羟甲基糠醛具有焦甜味,烘烤味,这与本实验所得芳香浸膏的焦甜香味相吻合,说明5羟甲基糠醛为主要发香物质,也为5羟甲基糠醛的纯品所证实.