正交試驗(yàn)優(yōu)選神農(nóng)香菊揮發(fā)油提取條件

摘要：采用水蒸氣蒸餾法，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究浸泡時(shí)間、提取時(shí)間、加水量對神農(nóng)香菊（Ｄｅｎｄｒａｎｔｈｅｍａ ｉｎｄｉｃｕｍ ｖａｒ． ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ）揮發(fā)油提取率的影響。結(jié)果顯示，加水量為藥材質(zhì)量的８倍，浸泡３.0 ｈ，提取６．０ ｈ，所得神農(nóng)香菊揮發(fā)油的提取率最高；在放大生產(chǎn)中，提取時(shí)間為６．５ ｈ時(shí)可得到揮發(fā)油最大提取收益；但作為煙用香料使用時(shí)，只需提取５．０ ｈ，揮發(fā)油中主要成分對傘花烴和芳樟醇的含量即達(dá)到最大。

關(guān)鍵詞：神農(nóng)香菊（Ｄｅｎｄｒａｎｔｈｅｍａ ｉｎｄｉｃｕｍ ｖａｒ． ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ）；揮發(fā)油；提取條件；正交試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：Ｒ２８４．２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０11）21－4451-03

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｉｌ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ Ｄｅｎｄｒａｎｔｈｅｍａ ｉｎｄｉｃｕｍ ｖａｒ． ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ

ＸＩＥ Ｃｈａｏ１，２，ＨＵＡＮＧ Ｌｏｎｇ２，ＲＯＮＧ Ｌｉｎ２，ＷＵ Ｚｈａｏ２，ＹＵ Ｓｈａｎｇ－ｇｏｎｇ１，ＦＡＮＧ Ｎｉａｎ－ｂｏ１

（１． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ ＴＣＭ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｐｒｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ （Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ）， Ｈｕｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｗｕｈａｎ， ４３００６１， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅnｔｅｒ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｔｏｂａｃｏｏ Ｈｕｂｅｉ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３００５１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｉｌ ｗａｓ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｆｒｏｍ Ｄｅｎｄｒａｎｔｈｅｍａ ｉｎｄｉｃｕｍ ｖａｒ． ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ ｂｙ ｗａｔｅｒ ｓｔｅａｍ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｏａｋｉｎｇ ｔｉｍｅ， ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｉｌ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ， ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｉｌ ｆｒｏｍ Ｄ． ｉｎｄｉｃｕｍ ｖａｒ． ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ ｗａｓ ｓｏａｋｉｎｇ ｆｏｒ ３ ｈ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｗａｓ ｅｉｇｈｔｆｏｌｄ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｍａｓｓ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｆｏｒ ６．０ ｈ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｉｎ ｅｎｌａｒｇｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｆｏｒ ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｙｉｅｌｄ ｗａｓ ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ ｔｏ ６．５ ｈ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｏｎｌｙ ５．０ ｈ ｆｏｒ ｂｅｉｎｇ ｕｓｅｄ ａｓ ｆｌａｖｏｒ ｉｎ ｔｏｂａｃｃｏ， ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｐ－ｙｍｅｎｅ ａｎｄ ｌｉｎａｌｏｏｌ， ｍａｉｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｉｎ ｖｉｏｌｅｎｔ ｏｉｌ ｏｆ Ｄ． ｉｎｄｉｃｕｍ ｖａｒ． ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ， ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｉｎ ｔｈａｔ ｔｉｍｅ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｄｅｎｄｒａｎｔｈｅｍａ ｉｎｄｉｃｕｍ ｖａｒ． ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ； ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ； orthogonal test

神農(nóng)香菊為菊科植物神農(nóng)香菊（Ｄｅｎｄｒａｎｔｈｅｍａ ｉｎｄｉｃｕｍｅ ｖａｒ． ａｒｏｍａｔｉｃｕｍ）的干燥頭狀花序，主產(chǎn)于湖北神農(nóng)架地區(qū)海拔２ ０００ ｍ以上的向陽開闊地帶，具有濃郁的香氣［１］。現(xiàn)代研究表明，神農(nóng)香菊揮發(fā)油中主要成分有對傘花烴、α－水芹烯等，具有抗菌、抗氧化、止咳、鎮(zhèn)靜等藥理作用，民間也常以其制作香囊和作辛涼解表、清熱藥及治療慢性肝炎［２］。現(xiàn)代化工行業(yè)也對其香味成分的開發(fā)十分重視［３－７］，但目前對神農(nóng)香菊揮發(fā)油的提取工藝尚未見報(bào)道，本試驗(yàn)對神農(nóng)香菊揮發(fā)油提取工藝進(jìn)行了研究，同時(shí)結(jié)合其主要成分的含量變化進(jìn)一步優(yōu)化提取工藝，并進(jìn)行了放大生產(chǎn)，根據(jù)揮發(fā)油用途建立了神農(nóng)香菊揮發(fā)油的最佳提取條件。

１材料與方法

１．１材料

神農(nóng)香菊于２０１０年１０月下旬采摘于神農(nóng)架紅坪地區(qū)，陰干后粉碎，過４０目篩，備用。

１．２方法

１．２．１提取方法采用水蒸氣蒸餾法提取神農(nóng)香菊揮發(fā)油，準(zhǔn)確稱取粉碎后的神農(nóng)香菊１００．００ ｇ，置于圓底燒瓶中，加入一定量的水浸泡一段時(shí)間后加熱回流提取，收集揮發(fā)油，以揮發(fā)油的得率［揮發(fā)油得率＝（揮發(fā)油質(zhì)量／生藥材質(zhì)量）×１００％］為提取工藝的衡量指標(biāo)。

１．２．２正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用Ｌ９（３４）正交設(shè)計(jì)，考察浸泡時(shí)間、加水量（水與藥材的質(zhì)量比）及回流提取時(shí)間３個(gè)因素對揮發(fā)油得率的影響，因素和水平見表１。

１．２．３回流提取時(shí)間動(dòng)態(tài)分析根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行神農(nóng)香菊揮發(fā)油的大量提取，每隔一段時(shí)間記錄揮發(fā)油得率，連續(xù)回流提取１０ ｈ，以提取時(shí)間為橫坐標(biāo)，揮發(fā)油得率平均值為縱坐標(biāo)，繪制時(shí)間－得率動(dòng)態(tài)曲線。

２結(jié)果與討論

２．１正交試驗(yàn)結(jié)果

由正交試驗(yàn)結(jié)果（表２）可知，回流提取時(shí)間對神農(nóng)香菊揮發(fā)油得率的影響最大，其次是浸泡時(shí)間，且二者對揮發(fā)油得率的影響具有顯著性（Ｐ＜０．０５），而加水量對揮發(fā)油的得率的影響不顯著（Ｐ＞０．０５）。最佳提取工藝條件為Ａ３Ｂ１Ｃ３，即加水量為藥材質(zhì)量的８倍，浸泡３.0 ｈ后，回流提取６.0 ｈ。

２．２提取時(shí)間動(dòng)態(tài)分析

從正交試驗(yàn)結(jié)果可知，回流提取時(shí)間對神農(nóng)香菊揮發(fā)油的得率影響最大，在實(shí)際生產(chǎn)中，提取時(shí)間也是需要重點(diǎn)考察的因素［８，９］。根據(jù)對其他條件的優(yōu)化結(jié)果，用１６０ Ｌ水，加入２０ ｋｇ神農(nóng)香菊浸泡３.0 ｈ，進(jìn)行回流提取，每隔一定時(shí)間記錄揮發(fā)油提取量，連續(xù)提取１０ ｈ，重復(fù)３次，繪制時(shí)間－得率動(dòng)態(tài)曲線（圖１）。當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到６．５ ｈ以后，揮發(fā)油得率趨于穩(wěn)定，最大得率為０．４３０％，略低于正交試驗(yàn)最佳得率０．４５９％，這可能是由于實(shí)際生產(chǎn)中，回流速率更快，氣體體積更大，使得少部分揮發(fā)油在回流過程中未能被充分提取便又隨水蒸氣進(jìn)入了循環(huán)中。回流提取６．５ ｈ能得到最大得率，和正交試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，可見正交試驗(yàn)可以用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

２．３主要成分得率的動(dòng)態(tài)分析

揮發(fā)油提取工藝的研究多以揮發(fā)油的得率作為參考標(biāo)準(zhǔn)，很少針對其中具體成分的得率進(jìn)行研究，而其中某些成分的含量對于其在實(shí)際生產(chǎn)中的用途具有很重要的意義。對所提取的神農(nóng)香菊揮發(fā)油進(jìn)行ＧＣ－ＭＳ分析，其結(jié)果顯示主要成分有對傘花烴、α－水芹烯、芳樟醇、氧化芳樟醇，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在１０％以上，這些主要成分在不同的領(lǐng)域可能發(fā)揮著重要的作用。如芳樟醇屬于頭香香料，香氣頗佳，在香料行業(yè)中具有很重要的作用；對傘花烴也是一種常用的香料，其香味特異，且具有止咳、祛痰的藥理作用，使用也比較多。本研究以對傘花烴和芳樟醇為對象，按照最佳工藝條件，動(dòng)態(tài)考察對傘花烴和芳樟醇在揮發(fā)油中的含量（表３）。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，對傘花烴的含量先隨著回流提取時(shí)間的增加而升高，但當(dāng)提取時(shí)間超過５．０ ｈ后，其含量基本不變；芳樟醇含量在0.5~５．０ ｈ內(nèi)逐漸增加，到６．０ ｈ時(shí)開始緩慢降低，這可能與其長時(shí)間暴露、受熱被氧化有關(guān)。因此，從這兩種主要成分的動(dòng)態(tài)含量來看，回流提取時(shí)間不宜超過５．０ ｈ。

按照優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，分別將回流提取２．０、３．０、５．０和６．０ ｈ的揮發(fā)油作為煙用香料進(jìn)行評吸測試，結(jié)果顯示２.0 ｈ和３.0 ｈ提取的揮發(fā)油香味略顯不足，刺激稍大，而５．０ ｈ和６．０ ｈ所提取的揮發(fā)油香味濃郁、穩(wěn)定，有降低刺激的作用，但兩者在評吸效果上無顯著差別，因此，在作為香料使用時(shí)，提取時(shí)間控制為５．０ ｈ，保證這兩種成分的最大提取率即可滿足要求。

３結(jié)論

本試驗(yàn)以神農(nóng)香菊揮發(fā)油得率為指標(biāo)，通過正交設(shè)計(jì)優(yōu)化試驗(yàn)條件，得到神農(nóng)香菊揮發(fā)油的最佳提取工藝，在各試驗(yàn)因素中，以回流提取時(shí)間對神農(nóng)香菊揮發(fā)油得率的影響最大，浸泡時(shí)間也有較大影響。一般來說，揮發(fā)油的提取率會(huì)先隨著回流提取時(shí)間的延長而增加，隨著回流時(shí)間的繼續(xù)延長，藥材中的揮發(fā)油逐漸減少，揮發(fā)油得率會(huì)達(dá)到飽和，因此，考察揮發(fā)油提取工藝時(shí)，揮發(fā)油得率達(dá)到最大值時(shí)的臨界時(shí)間是重要的研究內(nèi)容；另外，浸泡可使植物細(xì)胞間隙變大，組織細(xì)胞充分膨脹，加速細(xì)胞內(nèi)、外液動(dòng)態(tài)交換而有利于揮發(fā)油的提取，浸泡時(shí)間也是揮發(fā)油提取工藝中的重要參數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 劉啟宏，張樹藩． 神農(nóng)架菊屬一新變種［Ｊ］． 武漢植物學(xué)研究，１９８３，１１（２）：２３７－２３８．

［２］ 肖波． 神農(nóng)香菊化學(xué)成分及指紋圖譜研究［Ｄ］． 武漢：湖北中醫(yī)學(xué)院，２００８．

［３］ 蘆金清，李竣． 神農(nóng)香菊的揮發(fā)油化學(xué)成分［Ｊ］． 中國中藥雜志，２００２，２７（８）：５９８－５９９．

［４］ 許鵬翔，賈衛(wèi)民，畢良武，等． 神農(nóng)香菊精油化學(xué)成分研究［Ｊ］． 香料香精化妝品，２００３（３）： ２０－２１．

［５］ 王國亮，王金鳳，張紅旗，等． 神農(nóng)香菊干花凈油成分的研究［Ｊ］． 武漢植物學(xué)研究，１９８６，１４（１）：６５－６８．

［６］ 劉朝霞，王寧，鄒坤，等． 神農(nóng)香菊精油抗菌與抗氧化活性研究（Ⅱ）［Ｊ］． 三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），２００７，３１（２）：１７４－１７６．

［７］ 姜從良，蘆金清． 神農(nóng)香菊中揮發(fā)油、總黃酮與杭菊花、貢菊花的比較研究［Ｊ］．湖北中醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，２００１，３（３）：４８－４９．

［８］ 周文蘭． 石香薷揮發(fā)油的優(yōu)化提取條件及過程動(dòng)力學(xué)研究［Ｊ］． 江西中醫(yī)藥，2010，４１（５）：６３－６４．

［９］ 韓泳平，向永臣，王曙賓，等． 揮發(fā)油提取過程動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型研究［Ｊ］． 中成藥，２００１，２３（１）：１１－１３．