八角茴香中精油和莽草酸提取工艺优化
李 健1，杨 慧1，黎晨晨1，张若男2
(1.哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江省高校食品科学与工程重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150076；
2. 黑龙江护理高等专科学校，黑龙江 哈尔滨 150036)
摘 要：以八角茴香为原料，采用水蒸气蒸馏法提取茴香油和莽草酸。以茴香油和莽草酸得率为指标考察不同粒径、料液比、提取时间、提取温度对茴香油和莽草酸得率的影响。通过单因素和正交试验，确定八角茴香油和莽草酸提取最佳工艺条件为物料粒径80目、料液比1:15(g/mL)、提取温度150℃、提取时间4h 。在此最佳工艺条件下，精油得率6.69%，莽草酸得率2.05%。关键词：八角茴香；精油；莽草酸；水蒸气蒸馏
Simultaneous Extraction of Volatile Oil and Shikimic Acid from Star Anise
LI Jian 1，YANG Hui 1，LI Chen-chen 1，ZHANG Ruo-nan 2
(1. Key Laboratory of Food Science and Engineering of Heilongjiang Province, College of Food Engineering, Harbin University of
Commerce, Harbin 150076, China；2. Heilongjiang Junior College of Nursing, Harbin 150036, China)
Abstract ：Steam distillation extraction was used to simultaneously extract the volatile oil and shikimic acid in star anise. In termsof the yields of volatile oil and shikimic acid, the process conditions material granularity, solid-to-liquid ratio, temperature andextraction time were optimized using one-factor-at-a-time combined with orthogonal array design method to be 80 mesh, 1:15 (g/mL),150 ℃ and 4 h, respectively. Under the optimal conditions, the volatile yield was 6.69% and the shikimic acid 2.05%.Key words：star anise；volatile oil；shikimic acid；steam distillation extraction
中图分类号：TQ651.2 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2011)20-0030-04
八角又称八角茴香、大茴香、大料，学名Illicium ver um ，是我国南方重要的“药食同源”的经济树种，双子叶植物纲木兰亚纲八角科八角属的一种，主要产于广西、云南、福建南部、广东西部[1]。八角茴香果可做调味料，叶、果可蒸芳香油，称八角茴香油，其含量一般为5%～12%[2-3]，茴香油可应用于制造甜香酒等食品工业；也是制牙膏、香皂、香水、化妆品的香料；在医学工业上可调制杀菌剂、健肾剂、催乳剂等[4-5]。此外，其果实中提取到的莽草酸也是目前被国际生组织推荐的惟一一个合成抗H5N1亚型高致病性禽流感的特效药物磷酸奥司米韦(oseltamivir phosphate)(达菲) 的关键成分[6-8]。因此，八角茴香具有很高的研究价值。目前，我国消费的八角大约95%用作香料，5%作为药物使用，这样造成很大的浪费[9-10]。目前有关八角茴香油和莽草酸的提取主要有索氏萃取法、水蒸气蒸馏法、超临界CO 2萃取法、超声提取法等方法[11-17]，其中水蒸
收稿日期：2011-06-13
气蒸馏法是提取八角茴香油的经典方法，该法的特点是设备简单、操作方便、成本低、产量大[18-19]。本实验拟利用水蒸气蒸馏装置和挥发油测定器同时提取八角茴香中的茴香油和莽草酸，优化提取工艺条件，为开发利用八角茴香的药用价值提供科学依据。11.1
材料与方法材料与试剂
八角茴香(产地广西) 哈尔滨老百姓大药房；莽草酸标准品(98%) 上海同田生物技术有限公司；甲醇(分析纯) 天津市永大化学试剂开发中心。1.2
仪器与设备
旋转蒸发仪 上海申胜生物技术有限公司；电子天
平 沈阳龙鹰电子有限公司；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司；多功能粉碎机 温岭市林大机械有限公司；铝质冷凝器、挥发油测定器
作者简介：李健(1956—) ，男，教授，学士，研究方向为食品化学。E-mail ：lijian 4852147@163.com
哈尔滨玻璃仪器厂；油浴锅 上海申胜生物技术有限公司；标准检验筛 浙江上虞市华丰五金仪器有限公司；752紫外-可见光分光光度计 上海生物技术有限公司。1.31.3.1
方法
茴香油与莽草酸提取
将干燥八角果实粉碎，过60目筛后装入蒸馏烧瓶，以一定料液比加入蒸馏水，蒸馏瓶的一侧安装茴香油测定器，另一侧插入温度计，在一定的加热温度下，蒸馏数小时，最后从茴香油测定器中收集油水混合物，用冰箱冷冻除水得到八角茴香油。瓶内提取液经旋转蒸发浓缩，甲醇定容，测定提取液中莽草酸含量，计算莽草酸得率。1.3.2
含量测定
2.1
采用水蒸气蒸馏法提取八角中的茴香油和莽草酸时，在以提取时间、料液比、提取温度、物料粒径为单因素试验的基础上进行正交试验，确定八角中茴香油和莽草酸的最佳提取条件，试验因素水平见表1。2
结果与分析标准曲线
按1.3.2.2节中所述方法测莽草酸标准品吸光度，得到标准曲线的回归方程为：A ＝0.0031C ＋0.0647，R 2＝0.9992，在4～24μg/mL范围内，质量浓度与吸光度有良好的线性关系。2.22.2.1
单因素试验
物料粒径对八角茴香油和莽草酸得率的影响准确称取经处理的八角茴香粉末10g ，以物料粒径
1.3.2.1八角茴香油得率测定
将蒸馏后从茴香油测定器中收集到的油水混合物放入冰箱冷冻过夜，抽出水分，按下式计算八角茴香油得率：
m
八角茴香油得率/%＝——×100
M
式中：m 为八角茴香油质量/g；M 为八角茴香质量/g。1.3.2.2莽草酸得率测定
精密吸取质量浓度0.2mg/mL的莽草酸标准溶液0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1. 2m L ，分别置于10mL 容量瓶中，甲醇定容至刻度，测定溶液在210nm 波长处的吸光度，得回归方程[20]。八角茴香经过水蒸气蒸馏得到提取液，旋转蒸发浓缩后，甲醇定容至25mL ，稀释一定倍数后，在210nm 波长处测其吸光度，按下式计算莽草酸得率：
cnv ×10-6
莽草酸得率/%＝——————×100
m
式中：c 为分光光度法测出的莽草酸质量浓度/(μg/mL)；v 为提取液定容的体积/mL；n 为八角茴香提取液处理过程中稀释的倍数；m 为八角茴香质量/g 。1.4
水蒸气蒸馏法提取八角茴香油和莽草酸的工艺优化
为变量(20、40、60、80、100目) ，在提取温度140℃、提取时间3h 、料液比1:20(g/mL)条件下进行蒸馏，按1.3.2.1节方法计算茴香油得率，按1.3.2.2节方法计算莽草酸得率。结果如图1所示，物料粒径越小，精油和莽草酸得率越高，但当物料粒径大于60目时，物料容易黏在一起，莽草酸不易提出，且精油会有所挥发，因此综合考虑选择最佳物料粒径60目。
76精油得率/%
54321
3莽草酸得率/%
210
粒径/目
图1 粒径对精油和莽草酸得率的影响
Fig.1 Effect of material granularity on the yields of volatile oil and
shikimic acid
2.2.2料液比对八角茴香油和莽草酸得率的影响
表1 L 9(34) 正交试验因素水平表
Table 1 Factors and their coded levels in L9(34) orthogonal array
design
水平123
因素
A 粒径/目
406080
B 料液比(g/mL)
1:151:201:25
C 温度/℃130140150
D 时间/h
234
76543210
莽草酸得率/%
精油得率/%
40:1
0:110:120:1液料比
30:1
图2 液料比对精油和莽草酸得率的影响
Fig.2 Effect of liquid-to-solid ratio on the yields of volatile oil and
shikimic acid
准确称取经处理的八角茴香粉末10g ，以料液比为变量(1:2.5、1:5、1:10、1:20、1:40)，在提取温度140℃、提取时间3h 、物料粒径60目条件下进行蒸馏。其余操作同2.2.1节。结果如图2所示，当料液比在1:2.5～1:10之间时，精油得率有显著增加，当大于1:10时，精油得率缓慢降低，可能是由于因为水料比过小，物料浸润不充分，在水中扩散不充分；水料比过大，精油在水中的溶解量也相应的增大，使八角茴香油得率减小。但当料液比大于1:20时，莽草酸得率有显著性提高，因此综合考虑最佳料液比1:20。2.2.3
蒸馏温度对八角茴香油和莽草酸得率的影响
准确称取经处理的八角茴香粉末10g ，以蒸馏温度为变量(110、120、130、140、150℃) ，在蒸馏时间3h ，料液比1:20、物料粒径60目的条件下进行蒸馏，其余操作同2.2.1节。结果如图3所示，随温度的升高，精油和莽草酸得率都随之增大，当温度达到140℃时，精油得率有显著性提高，因此综合考虑最佳提取温度140℃。
较高，当蒸馏时间超过3h 后，增加逐渐缓慢，因此选择提取时间3h 。2.3
优化提取八角中茴香油和莽草酸的工艺
选取物料粒径、料液比、提取时间、提取温度进行四因素三水平正交试验，L 9(34) 试验设计与结果见表2。
表2 八角中茴香油和莽草酸提取工艺正交试验设计与结果Table 2 L9(34) orthogonal array design and corresponding
experimental results
水平 1 2 3 4 5 6 7 8 9精
k 1k 2k 3R 优方案k 1k 2k 3R
因素
1(40)112(60)223(80)334.845.415.790.95A 31.231.741.840.61A 3
1(1:15)2(1:20)3(1:25)1231235.894.915.240.98B 11.391.731.690.34B 2
1(130)2(140)3(150)2313124.955.345.740.69C 31.591.661.550.11C 2
1(2)2(3)3(4)3122315.265.055.730.68D 31.661.541.60.12D 1
精油得莽草酸得
率/%1.061.351.271.581.871.761.521.962.04
4.94.15.526.335.284.616.435.345.60
A 粒径/目B 料液比(g/mL)C 温度/℃D 时间/h率/%
3莽草酸得率/%
油得率莽草酸得
精油得率/%
210
温度/℃
率优方案
图3 温度对精油和莽草酸得率的影响
Fig.3 Effect of extraction temperature on the yields of volatile oil and
shikimic acid
由表2可知，八角中茴香油提取正交试验4个因素的主次顺序为料液比＞物料粒径＞温度＞时间。八角中茴香油的最佳提取条件为A 3B 1C 3D 3，即物料粒径80目、料液比1:15、提取温度150℃、提取时间4h 。八角中莽草酸提取正交试验的4个因素的主次顺序为物料粒径＞料液比＞时间＞温度。八角中莽草酸的最佳提取条件为A 3B 2C 2D 1，即物料粒径80目、料液比1:20、提取温度140℃、提取时间2h 。物料粒径80目为最佳。对于茴香油得率，料液比为影响最大的因素，从表2可看出取1:15最佳；对于莽草酸得率，料液比为次要因素，取1:15也不是太差，综合考察两个指标，料液比选择1:15为最佳。对于茴香油得率，温度为较次要因素，取150℃为最佳；对于莽草酸得率，温度为最次要因素，对其影响较小，综合考察两个指标，温度150℃最佳。对于茴香油得率，时间对其有一定影响，取4h 为最佳，2h 次之；对于莽草酸得率，时间为较次要因素，对其影响较小，取2h 或4h 均可，综合考察两个指标，时间选择4h 为最佳。通过各因素对各指标影响的综合分析，得出较好的试验方案是A 3B 1C 2D 3，即物料粒径80
2.2.4蒸馏时间对八角茴香油和莽草酸得率的影响
76543210
3莽草酸得率/%
精
油得率/%
2
1
2
3时间/h
4
510
图4 时间对精油和莽草酸得率的影响
Fig.4 Effect of extraction time on the yields of volatile oil and shikimic acid
准确称取经处理的八角茴香粉末10g ，以提取时间为变量(1、2、3、4、5h ) ，在提取温度140℃、料液比1:20、物料粒径60目条件下进行蒸馏，其余操作同2.2.1节。结果如图4所示，随着提取时间的延长，精油和莽草酸得率都随之增加，当提取时间3h 时得率
目、料液比1:15、提取温度150℃、提取时间4h 。按该组合进行验证实验，得出八角中茴香油得率6.69%，莽草酸得率2.05%，优于正交试验中的任一组合，说明所选取的工艺确为提取茴香油和莽草酸的最佳工艺。3
结 论
[7]
JAMA, 2002, 283(8): 1016-1019.
KRAMER M, BONGAERTS J, BOVENBERG R, et al. Metabolicengineering for microbial production of shikimic acid[J]. Metab Eng,2003, 5(4): 277-283.
[8][9][10][11][12]
向莉, 李盾. 达菲的主要合成中间体莽草酸获得的新进展[J]. 医药产业资讯, 2006, 3(2): 51-52.
杨金, 李庆华. 八角属植物的化学成分研究进展[J]. 红河学院学报, 2006, 4(5): 7-11.
李伟, 曹庸. 八角茴香及其提取物莽草酸的研究进展[J]. 江苏调味副食品, 2007, 24(3): 1-5.
EDOARDO M. Screening the essential oil composition of wild Sicilian fennel [J]. Biochemical Systematics and Ecology, 2010, 38(2): 213-223.POYNTER D H. High-speed, low-pressure gas chromatography-massspectrometry for essential oil analysis[J]. Journal of Chromatography A,2008, 12(1): 28-33.
[13][14][15][16][17][18]
何冬梅, 刘红星, 黄初升, 等. 从八角及八角油树脂中提取挥发油的化学成分分析[J]. 食品工业, 2009(6): 5-7.
刘杰, 李秋婷, 陆顺忠, 等. 超声提取八角莽草酸工艺研究[J]. 粮油食品科技, 2009, 17(5): 47-50.
董吉林, 申瑞玲. 超临界CO 2萃取八角茴香油的初步研究[J]. 食品工程, 2006(4): 32-34.
林海禄, 彭雪娇. 八角茴香中莽草酸超声提取工艺研究[J]. 食品科学, 2007, 28(4): 76-78.
何新华, 刘玲. 八角茴香中莽草酸的提取和纯化工艺的研究[J]. 天然产物研究与开发, 2008, 20(5): 914-917.
DAMJANOVIC B. Extraction of fennel seeds with supercritical CO2comparison with hydrodistillation[J]. Food Chemistry, 2005(2): 143-149.
[19][20]
韦小杰, 陈小鹏. 八角油提取新方法的研究[J]. 食品工业科技, 2003,24(3): 41-43.
姚菁华, 肖雷, 李慧蓉, 等. 响应面法优化莽草酸微波辅助提取工艺[J]. 北京化工大学学报: 自然科学版, 2009, 36(增刊1): 14-16.
本实验对水蒸气蒸馏条件下，不同因素对八角茴香油得率和莽草酸得率的影响进行比较，确定的最佳提取工艺原料粉碎过80目筛、以蒸馏水为提取溶剂、料液比1:15、提取温度150℃、提取时间4h ，在此工艺条件下精油得率6.69%、莽草酸得率2.05%。水蒸气蒸馏装置和挥发油测定器同时使用，具有操作方便，成本低，而且能充分利用原材料等优点，具有很好的应用前景。
参考文献：
[1][2][3][4][5][6]
黄建梅, 杨春澍. 八角科植物化学成分和药理研究概况[J]. 中国药学杂志, 1998, 33(6): 123-125.
熊燕子, 龚正礼. 八角茴香的研究进展[J]. 中国调味品, 2008, 9(9):28-30.
张中朋. 八角茴香、莽草酸生产市场概况[J]. 中国现代中药, 2006(4): 41-42.
王琴, 蒋林, 温其标. 八角茴香研究进展[J]. 粮食与油脂, 2005(5):42-44.
国家药典委员会. 中华人民共和国药典[M]. 北京: 化学工业出版社, 2000: 4-6.
JOHN J, FREDERICK G, PETER S, et al. Efficacy and safety of the oralneuraminidase inidse inhibitor osetamivir in treating acute influence[J].