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山苍子油的提取效果及其防腐保鲜研究

付红军

  山苍子(Litsea cubeba)是南方地区的特色芳香植物资源,其果实主要成分为山苍子油。山苍子油不仅是一种食品调料和香料,同时具有抗菌、驱避昆虫等多种生物活性。因此,山苍子油在食品、医药和农业等领域具有广阔的应用前景。本文立足于山苍子资源的高效利用以及高附加值产品的开发,研究了山苍子油的提取动力学和外场效应,并对山苍子油的化学成分进行了分析,为山苍子油的提取工艺优化提供了理论指导。为拓宽山苍子油的应用领域,研究了山苍子油的抑菌活性及其在生鲜食品的防腐保鲜中的应用与机制,对山苍子油及其它植物精油在防腐保鲜中应用具有重要的理论价值和应用价值。完成的研究工作如下:(1)山苍子油的提取动力学模型基于质量传递理论和Fick第二定律,建立了水蒸气蒸馏法(SD)和微波辅助水蒸气蒸馏法(MASD)提取山苍子油的内扩散控制的和气膜扩散控制的数学模型,分别为 V=V0[1-exp(-kt)]和 V=kt。不同颗粒尺寸的山苍子用于SD法提取山苍子油,拟合得到了 SD法提取山苍子油的提取动力学模型参数。山苍子颗粒尺寸为3~5mm和10~40目时,山苍子油的提取为内扩散控制过程,动力学方程为V=3.28[1-exp(-2.69×10-3t)]和V=3.28[1-exp(-4.48×10-3t)],随颗粒尺寸的减少,提取动力学常数增大。颗粒尺寸为40~60目时,内扩散阻力和气膜扩散阻力均不能忽略。利用实验数据拟合得到了 MASD法提取山苍子油的提取动力学模型参数。山苍子颗粒尺寸为3~5 mm和10~40目时,山苍子油的提取为内扩散控制过程,动力学方程分别为 V=3.28[1-exp(-8.53×10-3t)]和 V=3.28[1-exp(-12.10×10-3t)];山苍子颗粒尺寸为40~60目时,山苍子油的提取为气膜扩散控制过程,提取动力学方程为V=21.68×10-3t。微波能强化山苍子油的提取。相同山苍子颗粒尺寸,MASD法的提取动力学常数大于SD法。所得数学模型对挥发油提取具有较好的普遍适用性。(2)山苍子油的化学成分和含量不同提取方法提取的山苍子油的化学成分的种类相同,但含量有差异。从湘西贮藏山苍子中采用SD法提取的山苍子油(ZCSD-LCO)中单萜烯类化合物含量明显高于MASD法提取的山苍子油(ZCMASD-LCO)和UMASD法提取的山苍子油(ZCUMASD-LCO),单萜氧化物含量则ZCSD-LCO低于ZCMASD-LCO和ZCUMASD-LCO,在微波作用下,促进单萜烯类化合物向单萜氧化物的转化。贮藏对山苍子油的化学成分及其含量有显著影响。从湘西新鲜山苍子中采用SD法提取的山苍子油(XXSD-LCO)中柠檬醛含量为74.07%,ZCSD-LCO中柠檬醛含量为32.77%。ZCSD-LCO中芳樟醇、桉树脑等成分含量远高于XXSD-LCO。不同产地山苍子油化学成分种类和含量有显著差异。柠檬醛含量最高的是恩施产山苍子中提取的山苍子油(ESSD-LCO,78.56%),其次为XXSD-LCO(74.07%),再次为安顺产山苍子中提取的山苍子油(ASSD-LCO,57.41%)和永州产山苍子中提取的山苍子油(YZSD-LCO,54.85%)。同时,山苍子油的有些化学成分具有明显的地域特征。(3)山苍子油中柠檬醛的分离以RM-β-CD为相转移催化剂,采用化学加成法制备了高纯柠檬醛。运用Box-Behnken试验设计,建立了山苍子油得率和影响因素间的回归模型:Y得率=86.60+2.40A-0.53B-0.31C-5.28A2-3.17B2-2.84C2-1.87AB+1.38AC-1.40BC。山苍子油中柠檬醛的分离工艺为:反应时间3.30 h,催化剂用量0.65 mol%,反应温度15.0℃,该条件下所得产品的柠檬醛得率为86.60%,纯度为96.50%。(4)山苍子油的抑菌活性采用滤纸片法研究了山苍子油和柠檬醛对6种供试菌的抑菌活性。山苍子油对六种供试菌均具有较好的抗菌活性,XXSD-LCO对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、黑曲霉、根霉和酿酒酵母的最小抑菌浓度(MIC)分别为3.12、6.25、3.12、1.56、3.12和1.56 mg/mL;柠檬醛对上述6种供试菌的MIC分别为3.12、6.25、3.12、1.56、3.12和1.56 mg/mL;XXMASD-LCO对上述六种供试菌的MIC分别为6.25、6.25、6.25、3.12、6.25和3.12 mg/mL。对真菌的抑制活性优于细菌。山苍子油能破坏细胞膜结构,增加细胞膜的通透性,从而抑制菌株生长。(5)山苍子油对青椒的防腐保鲜效果与机理采用熏蒸法研究了山苍子油对青椒的防腐保鲜效果及其生理生化指标的影响。山苍子油能有效抑制青椒贮藏过程中的腐烂。贮藏30 d后,山苍子油组的腐烂率、腐烂指数显著低于对照组,1.0mL山苍子油组的腐烂率和腐烂指数分别比对照组减少了 22.5%和15.0%。山苍子油能够延缓青椒营养成分的下降,可滴定酸(TA)、维生素C(VC)和蛋白质含量下降幅度明显低于对照组,延缓了组织的衰老和腐烂。山苍子油可诱导青椒苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性增加,抑制过氧化物酶(POD)活性的上升,延缓丙二醛(MDA)含量的增加,促进细胞壁的木质化以及酚类物质、植保素等的合成,延缓膜脂质过氧化,提高青椒抗病性,延长青椒的货架期。山苍子油用量过大,可能会对青椒组织造成药害。(6)山苍子油对猪肉的防腐保鲜效果研究了 1.0%和2.0%的山苍子油对猪肉的防腐保鲜作用。山苍子油能延缓猪肉挥发性盐基氮(TVB-N)值和pH增加,2.0%山苍子油组在贮藏结束时,TVB-N值比对照组的低45.55%。山苍子油能减少猪肉中营养成分的下降,山苍子油用量越大,蛋白质含量下降越慢,山苍子油通过延缓微生物对蛋白质的降解,从而减慢pH值和TVB-N值的增加。山苍子油能抑制猪肉中超氧化物歧化酶(SOD)活性的下降,降低MDA含量的上升。贮藏期末,2.0%山苍子油组SOD活性比对照组高46.36%。山苍子油能延缓SOD活性的下降,抑制过量超氧自由基(O2-·)的积累所引起的膜脂质过氧化。山苍子油对猪肉具有较好的防腐保鲜作用,延长其货架期,防腐保鲜效果与山苍子油用量呈一定相关性。……   
[关键词]:山苍子油;提取动力学;纯化;抗菌活性;防腐保鲜
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中南林业科技大学2017年