甘松（Nardostachys jatamansi DC.）为败酱科甘松属草本植物。春、秋两季采挖，除去泥沙和杂质，晒干或阴干。味辛，性甘温，有行气止痛和增进食欲的功效[1-2]。甘松外层黑棕色，内层棕色或黄色，表面棕褐色，常用于卤水、火锅底料中，使产品的颜色变得更有色泽，同时甘松含有丰富的营养物质，如维生素、纤维素、矿物质等。在熬制的时候营养物质会逐渐溶入汤汁，能促进人体肠胃的消化和吸收，可缓解头痛、感冒发烧等症状。甘松香味浓重且独特，不容易被掩盖，常用于提香和增加产品的层次感。甘松在味觉上带有明显的辛感、苦涩、回甘、凉感，能增加产品辣味层次，缓辣赋香，中和其他香料的作用[3]。
目前关于香辛料精油的提取主要有超临界CO2萃取[4-5]、压榨法[6-7]、溶剂提取法[8-9]、亚临界萃取[10-11]、水蒸气蒸馏法[12-13]及一些辅助方法（超声波[14]、微波[15]、酶解[16]等）。超临界CO2提取法操作温度较低，可防止热敏性物质被破坏，能最大限度保留精油香气和滋味成分，且无溶剂残留，但操作压力大，对设备要求高，产能较小，成本较高；压榨法操作简便，提取的油脂营养成分保护较好，但是对油脂的利用率不高；溶剂提取法精油颜色较好，得率较高，但是后期去除溶剂较麻烦且产品易残留溶剂；亚临界萃取法是一种新型的提取技术，提取得率较高，精油活性成分保护更好，易大规模生产，成本较低，但脱除溶剂成为必要工序，有食品安全隐患；水蒸气蒸馏法是指将含有挥发性成分的植物材料与水共蒸馏，使挥发性成分随水蒸气一并馏出，经冷凝分离挥发性成分的浸提方法。此法操作简单，设备简单，提取条件不苛刻，成本较低，易于实现工业化大生产。
研究表明，一定浓度的NaCl溶液在水蒸气蒸馏中可提高精油得率，利用盐析辅助水蒸气蒸馏法提取甘松精油鲜见报道[17]。本试验以甘松为原料，采用正交试验法优化甘松精油水蒸气蒸馏提取最佳提取条件，并用气相色谱-质谱联用法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）对提取所得甘松精油进行了挥发性香气成分分析，为甘松精油的开发和实际生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
甘松：四川味觉食品有限公司；氯化钠（分析纯）：南京化学试剂股份有限公司。其他试剂均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
YFZL-6A水蒸气蒸馏仪：上海弋研仪器有限公司；BC1002电子天平：成都特思特仪器有限公司；Agilent 9000气相色谱仪、5977B 质谱仪：美国安捷伦公司；WFJ-60食品香料粉碎机：江阴市普友粉体设备有限公司。
1.3 方法
1.3.1 甘松精油的水蒸气蒸馏提取
甘松置于多功能热泵干燥车间中，60 ℃连续干燥，调节水分至约10%。采用粉碎机粉碎，过40目筛，备用。取一定量甘松粉、NaCl加入水蒸气蒸馏仪，浸泡一定时间后通入冷凝水，加热回流一定时间，停止加热后自然冷却至室温，从挥发油提取装置中收集甘松粗油，分子蒸馏除水得甘松精油[18]。
甘松精油得率计算公式如下：
1.3.2 水蒸气蒸馏提取甘松精油工艺优化
（1）单因素试验
NaCl含量的确定：在料液比1∶3（g∶mL）、浸泡时间1 h、蒸馏时间3 h条件下，NaCl含量分别设置为0、1%、2%、3%、4%，考察NaCl含量对甘松精油得率的影响。
料液比的确定：在NaCl含量1%、浸泡时间1 h、蒸馏时间3 h条件下，料液比分别设置为1∶1、1∶3、1∶5、1∶7、1∶9（g∶mL），考察料液比对甘松精油得率的影响。
浸泡时间的确定：在NaCl含量1%、料液比1∶3（g∶mL）、蒸馏时间3 h条件下，浸泡时间分别设置为0 h、1 h、3 h、5 h、7 h，考察浸泡时间对甘松精油得率的影响。
蒸馏时间的确定：在NaCl含量1%、料液比1∶3（g∶mL）、浸泡时间1 h条件下，蒸馏时间分别设置为1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，考察蒸馏时间对甘松精油得率的影响。
（2）正交试验
在单因素试验的基础上，以甘松精油得率为评价指标，考察4个因素（NaCl含量、料液比、浸泡时间和蒸馏时间）对甘松精油得率的影响。采用L9（34）试验设计进行4因素3水平正交试验，以确定最佳蒸馏工艺。正交试验因素与水平见表1。
表1 水蒸气蒸馏提取甘松精油条件优化正交试验因素与水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for optimization of Nardostachys jatamansi essential oil extraction conditions by steam distillation
1.3.3 甘松精油挥发性风味成分GC-MS分析
样品预处理：甘松油样品，使用正己烷稀释至浓度1%，除水后过膜，然后进行GC-MS分析。
GC条件：HP-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 m）色谱柱；载气为高纯氦气（He）；进样口温度250 ℃；流速1.4 mL/min；分流比33∶1；气化室温度250 ℃；升温程序：起始温度40 ℃，保持3 min，5 ℃/min升温至250 ℃，保持20 min。
MS条件：电子电离源（electron ionization，EI）；离子源温度250 ℃；电子能量70 eV；扫描范围45～350 amu。
定性定量方法：利用Mass Hunter工作站，美国国家标准技术研究院（national institute of standards and technology，NIST）17质谱库检索鉴定各种化学成分，按峰面积归一化法确定各组分的相对含量。
1.3.4 数据处理
试验样品均有3次以上独立重复，所有数据均使用Microsoft Office Excel 2010进行统计。采用Origin2018制图。正交试验结果采用SPSS 22.0软件设计分析。差异显著性分析采用数据处理系统（data processing system，DPS）7.5，P＜0.05认为差异显著。
2 结果与分析
2.1 水蒸气蒸馏提取甘松精油条件优化单因素试验
2.1.1 NaCl含量对甘松精油得率的影响
蒸馏水中添加一定浓度NaCl可增加原料组织细胞内外渗透压，使油脂类物质更易渗出。由图1可知，NaCl含量在0～3%范围内的增加，甘松精油得率不断提高。当NaCl含量为3%时，甘松精油得率最高为3.41%；NaCl含量继续增加，精油得率显著降低，可能是由于随着NaCl含量的增加，盐水浓度升高，水蒸气沸点升高进而蒸馏温度升高，导致精油损耗增加，同时过量NaCl更易引起爆沸，精油中挥发性成分损耗也会增加，导致得率下降，另外增加NaCl含量也会增加生产成本，也会给后续的提取液废液处理增加难度[19]。因此，综合考虑精油得率、生产成本等因素，选择最佳NaCl含量为3%。
图1 NaCl含量对甘松精油得率的影响
Fig.1 Effect of NaCl concentration on Nardostachys jatamansi essential oil yield
2.1.2 料液比对甘松精油得率的影响
合适的料液比能加快液固相的相对运动速度，从而促进有效物质的溶出。料液比过高时，香料无法充分浸泡，不利于精油的溶出和扩散；料液比较低时，有效物质有可能会被稀释，不利于精油随水挥发[20]。由图2可知，随着料液比在1∶1～1∶5（g∶mL）范围内的降低，甘松精油得率随之迅速上升；当料液比由1∶5（g∶mL）降低至1∶7时，精油得率增加不显著，继续降低至1∶9（g∶mL）时，精油得率显著降低。因此，综合考虑，选择最佳料液比为1∶5（g∶mL）。
图2 料液比对甘松精油得率的影响
Fig.2 Effect of material and liquid ratio on Nardostachys jatamansi essential oil yield
2.1.3 浸泡时间对甘松精油得率的影响
水蒸气蒸馏法提取精油前，适当浸泡有利于组织细胞的膨胀，提取时细胞内的成分更易浸出，从而提高精油得率。但浸泡时间过长，特别是在气温高的情况下，香料易发酵变质，化学成分有可能遭到破坏[21]。由图3可知，随着浸泡时间在0～3 h范围内的增加，甘松精油得率随之快速增加；当浸泡时间在3 h时，甘松精油得率最高，为3.47%；当浸泡时间超过3 h之后，甘松精油得率显著降低。因此，选择最佳浸泡时间为3 h。
图3 浸泡时间对甘松精油得率的影响
Fig.3 Effect of soaking time on Nardostachys jatamansi essential oil yield
2.1.4 蒸馏时间对甘松精油得率的影响
由图4可知，当蒸馏时间在1～4 h，甘松精油得率随之快速增加；当蒸馏4 h时，精油得率达到最高3.6%；继续延长蒸馏时间，精油得率显著降低，可能是前4 h甘松精油已基本蒸馏出来，再继续蒸馏，会造成精油中不稳定成分的破坏，导致得率降低，同时也会增加生产能耗[22]。因此，选择最佳蒸馏时间为4 h。
图4 蒸馏时间对甘松精油得率的影响
Fig.4 Effect of distillation time on Nardostachys jatamansi essential oil yield
2.2 水蒸气蒸馏提取甘松精油条件优化正交试验
在单因素试验的基础上，以甘松精油得率为评价指标，考察NaCl含量（A）、料液比（B）、浸泡时间（C）和蒸馏时间（D）对甘松精油得率的影响，采用L9（34）正交试验设计进行4因素3水平正交试验，正交试验结果与分析见表2，方差分析见表3。
表2 水蒸气蒸馏提取甘松精油条件优化正交试验结果与分析
Table 2 Results and analysis of orthogonal tests for optimization of Nardostachys jatamansi essential oil extraction conditions by steam distillation
续表
表3 正交试验结果的方差分析
Table 3 Variance analysis of orthogonal tests results
注：“*”表示对结果影响显著（P＜0.05）。
由表2可知，对结果影响由大到小顺序为料液比＞蒸馏时间＞浸泡时间＞NaCl含量，最优提取条件组合为A2B2C3D2，即NaCl含量3%、料液比1∶5（g∶mL）、浸泡时间5 h、蒸馏时间4 h。在此最佳条件下进行3次平行验证试验，甘松精油平均得率为3.72%，高于正交试验方案中的最高值（3.67%），说明该优化方案是可行的[23]。由表3可知，料液比对结果影响显著（P＜0.05），NaCl含量、蒸馏时间及浸泡时间对结果影响不显著（P＞0.05）。
2.3 甘松精油挥发性风味成分分析
甘松精油挥发性风味成分GC-MS分析总离子流色谱图见图5，测定结果见表4。
图5 甘松精油挥发性香气成分GC-MS分析总离子流色谱图
Fig.5 Total ion chromatogram of volatile aroma components in Nardostachys jatamansi essential oil analyzed by GC-MS
表4 甘松精油挥发性香气成分GC-MS测定结果
Table 4 Determination results of volatile aroma components in Nardostachys jatamansi essential oil analysis by GC-MS
续表
由表4可知，甘松精油主要成分多为萜类化合物，以倍半萜数种类最多。单帖类化合物主要有3-蒈烯、（-）-柠檬烯、桉叶油醇、芳樟醇等，倍半萜类化合物主要有白菖烯、马兜铃烯、桔利酮、β-马列烯、（-）-α-古芸烯、愈创木烯、环己烷，1-乙烯基-1-甲基-2,4-二（1-甲基乙烯基）-、百秋李醇、（-）-蓝桉醇、Azulene，1,2,3,3a,6,8a-hexahydro-1,4-dimethyl-7-（1-methylethyl）-，（1R，3aS，8aS）-、1H-Indene，2,4,5,6,7,7ahexahydro-3,7-dime-thyl-4-（2-methyl-1-propen-1-yl）-，（4S，7R，7aR）-、（+）-alpha-Maalien等。萜类化合物在自然界中分布较为广泛，是构成某些植物或者药材的主要成分，具有较多生理活性，如抗氧化抑菌、祛痰、驱风、增加免疫力、发汗、止咳、驱虫、镇痛、防癌抗癌等[24]。甘松较多的萜类化合物赋予他们较多生理活性和呈现松木香、药香、甜香、清凉香等独特浓郁香气，使其在食品和药品行业被广泛应用。
由表4亦可知，相对含量＞0.4%的化合物有：白菖烯（4.21%）、1,3-二辛酰甘油（1.8%）、正十五烷（0.96%）、1,2-二辛甘油（0.88%）、2-cyclohexen-1-one，4-（3,3-dimethyl-1-butyn-1-yl）-4-hydroxy-2,6,6-trimethyl-（0.59%）、马兜铃烯（0.53%）、桔利酮（0.53%）、β-马列烯（0.46%）、对甲氧基肉桂酸乙酯（0.43%）共计9种。与吴杨等[25]分析结果相似。余海清等[26]分析了四川甘孜州15个不同产地的甘松挥发性成分，其中共有成分是缬草酮、白菖烯、马兜铃烯、α-姜黄烯、β-马榄烯，含量较高的是缬草酮、白菖烯、百秋李醇，与本结果略有差异，可能是甘松产地不同，也有可能是甘松加工方式、提取方式不同导致。伍杰等[27]分析了11个不同产地甘松样品，从11个产地甘松挥发油中共鉴别出80个化学成分，其中有6个共有成分，分别为桉叶油醇、4-甲氧基苯乙烯、（1aR）-1aβ,2,3,3a,4,5,6,7bβ-八氢-1,1,3aβ,7-四甲基-1H-环丙烷[a]萘、（-）-亚叶菊烯、白菖油萜、Espatulenol。含量较高的成分主要有1-甲基双环[3.2.1]辛烷（1.55%～9.56%）、（1aR）-1aβ,2,3,3a,4,5,6,7bβ-八氢-1,1,3aβ,7-四甲基-1H-环丙烷[a]萘（2.91%～8.74%）、白菖油萜（8.15%～19.00%）、Espatulenol（1.58%～3.41%）。其中桉叶油醇、白菖油萜（白菖烯）与本检测结果为共有成分且相对含量较高。
3 结论
本研究采用盐析辅助水蒸气蒸馏对甘松进行提取，以精油得率为考察指标，在单因素的基础上进行正交优化，得到最佳的提取条件为NaCl含量3%、料液比1∶5（g∶mL）、浸泡时间5 h、蒸馏时间4 h。通过GC-MS分析甘松精油中香气成分，结果表明，甘松精油主要成分多为萜类化合物，且以倍半萜数种类最多，相对含量较高的化合物有白菖烯（4.21%）、1,3-二辛酰甘油（1.8%）、正十五烷（0.96%）、1,2-二辛甘油（0.88%）、2-环己酮-1-4-（3,3-二甲基-1-丁基）-4-羟基-2,6,6-三甲基（0.59%）、马兜铃烯（0.53%）、桔利酮（0.53%）、β-马列烯（0.46%）、对甲氧基肉桂酸乙酯（0.43%）等，这些化合物共同赋予甘松木香、药香、甜香、清凉香等独特浓郁香气，使其在食品和药品行业被广泛应用。盐析辅助水蒸气蒸馏提取应用于甘松精油的提取，效果较优，为甘松的进一步开发利用提供了研究基础。
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