馬尾松松針揮發油提取工藝研究

王 委，劉映良*，高爾剛

1貴州師范大學生命科學學院，貴陽 550001;2貴州省黎平縣林業局，凱里 557300

馬尾松(Pinus massoniana Lamb)系松科(Pinaceae)松屬(Pinus)植物，是中國分布最廣的松樹，針葉細柔，2針1束，長12～20 cm。松針葉經分析含多種成分，其揮發油主要為a-蒎烯、β-蒎烯等萜烯類成分及其含氧衍生物、脂肪族化合物等一系列不飽和化合物等［1］，在醫藥、食品飲料、保健美容品等工藝中有廣泛應用的前景，尤其在醫學上具有抗菌、消炎、降血壓、抗氧化等藥理活性［2-4］。其組分及含量可因地域、樹種、生長環境、采收季節和提取方法的不同而有一定差異［5］，開展喀斯特區域馬尾松松針揮發油提取的研究，探索其馬尾松松針揮發油提取最佳工藝，對于提高馬尾松的整體利用價值具有重要的意義。本文采用水蒸氣蒸餾法提取馬尾松松針揮發油，應用正交試驗并利用SPSS進行方差分析［6，7］，優選出馬尾松松針揮發油最佳提取工藝。

1 材料和儀器

1.1 實驗材料

馬尾松新鮮針葉，采于貴陽市黔陶鄉擺早村，經貴州師范大學劉映良教授鑒定系馬尾松(Pinus mazsoniana Lamb)的針葉，用清水清洗干凈，干燥備用。

1.2 實驗儀器和藥品

828-4型裁紙刀;FA2004型電子分析天平(上海舜宇恒平科學儀器有限公司);揮發油提取器;2000mL 98-1-B型電子調溫電熱套(天津市泰斯特儀器有限公司);試管;收集瓶;移液槍;無水Na2SO4。

2 實驗方法

2.1 揮發油提取方法

依據2010年版《中國藥典》第一部附錄Ⅹ(D)揮發油測定法，考察固液比、提取時間、松針長度、浸泡時間4個因素對馬尾松松針揮發油得率的影響。取干燥的馬尾松松針，切割成一定長度備用。分別稱取制備好的100 g不同長度規格松針置于2000 mL圓底燒瓶中，加入一定量的蒸餾水，使達到一定的液固比，浸泡一定時間后，利用水蒸氣蒸餾提取裝置提取一定時間，得到有特殊香味的淺黃色油狀液體，用無水Na2SO4脫水，再將揮發油移到收集瓶，稱重。

2.2 松針揮發油得率的計算

式中:m1為收集瓶與揮發油總質量(g);m2為收集瓶的質量(g);m3為提取所用松針的質量(g)。

2.3 單因素實驗

液固比對松針揮發油得率的影響:在設定松針長度1 cm、提取時間4 h、浸泡時間6 h的條件下，以松針揮發油得率為指標，對液固比(mL/g，下同)分別為 6∶1、8∶1、10∶1、12∶1、14∶1 的馬尾松揮發油得率進行比較，以確定最佳液固比。

提取時間對松針揮發油得率的影響:在設定松針長度1 cm、浸泡時間6 h、液固比10∶1條件下，以松針揮發油得率為指標，對提取時間分別為2、3、4、5、6 h的松針揮發油得率進行比較研究，以確定最佳提取時間。

松針長度對松針揮發油得率的影響:在設定提取時間4 h、浸泡時間6 h、液固比10∶1的條件下，以松針揮發油得率為指標，對松針長度為1(粉碎)、5、10、20、30 mm的揮發油得率進行比較，以確定最佳松針長度。

浸泡時間對揮發油得率的影響:在設定松針長度5 mm、提取時間4 h、液固比10∶1的條件下，以松針揮發油得率為指標，對浸泡時間為 0、2、4、6、8 h的揮發油得率進行比較研究，以確定最佳浸泡時間。

2.4 正交實驗

綜合以上單因素提取實驗結果，為了確定松針揮發油最佳提取工藝，以液料比(A)、提取時間(B)、松針長度(C)、浸泡時間(D)為4個因素，選用L9(34)進行正交實驗，設計見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

3 結果和分析

3.1 液固比對松針揮發油得率的影響

由圖1可以看出，隨著蒸餾水用量不斷增加，馬尾松揮發油得率也不斷提高，當液固比達到10∶1時，揮發油得率最高，繼續增加蒸餾水用量，揮發油提取率反而呈現下降趨勢。故選用液固比9∶1、10∶1、11∶1做為正交試驗的3個水平。

3.2 提取時間對松針揮發油得率的影響

從圖2中可知，馬尾松揮發油得率隨著提取時間的延長逐漸提高，當提取時間達到4 h，提取率達到最大，之后，揮發油沒有明顯增加，表明揮發油提取完全。因此，選擇提取時間3、4、5 h作為正交試驗3個水平。

3.3 松針長度對揮發油得率的影響

圖3 松針長度對揮發油提取的影響Fig.3 Effect of needle length on the yield of volatile oil

圖4 浸泡時間對馬尾松松針揮發油得率的影響Fig.4 Effect of soaking time on the yield of volatile oil

圖3表明，不同松針長度對揮發油得率影響很大，馬尾松切得越長，揮發油得率越低;但在粉碎的情況下揮發油得率不高，可能是松針粉碎的過程中產生高溫，揮發油遇高溫揮發產生損失;以松針長度為5 mm的揮發油得率最高。故選松針長度為1(粉碎)、5、10 mm作為正交試驗的3個水平。

3.4 浸泡時間對松針揮發油得率的影響

如圖4所示，隨著浸泡時間的增加，馬尾松揮發油得率也不斷增加，當浸泡時間為6 h時，揮發油得率達到最大，之后隨著浸泡時間的延長，揮發油得率不在增加。因此把浸泡時間5、6、7 h作為正交試驗的3個因素。

3.5 正交試驗

由表2可知，試驗4的揮發油得率最高，為0.3594%，組合為A2B1C2D3，但根據各水平均值比較分析得最佳提取工藝為A1B1C2D3，即液固比為9∶1，提取時間為3 h，松針長度為5 mm，浸泡時間7 h。由極差分析得，極差RD＞RC＞RA＞RB，說明松針浸泡時間為影響馬尾松揮發油得率的主要因素，其次是松針長度，液固比和提取時間對揮發油得率影響不明顯。由于本正交設計沒有誤差列，所以選擇離均差平方和最小的因素(提取時間)為誤差列，做方差分析［8］。從表3的方差分析可以看出，浸泡時間對馬尾松揮發油得率影響達顯著水平，因此在試驗過程中應注意嚴格控制松針浸泡時間。

3.6 驗證試驗

由最佳提取工藝可知，A1B1C2D3在正交試驗表中沒有，需要對其進行試驗驗證。取同一批松針3份，每份100 g，按照上述最佳工藝條件提取。結果顯示，揮發油得率為0.3608%(見表4)，高于正交設計表中的組合，RSD=2.746%，由此可知優化出的最佳提取工藝是穩定可靠的。

4 結論

單因素試驗及正交試驗結果都證明各因素對馬尾松揮發油得率都有影響，但浸泡時間的影響顯著(P=0.045)，在生產實踐過程中應嚴格控制松針浸泡時間。單因素及正交實驗結果表明，最佳提取條件為:液固比為9∶1，提取時間為3 h，松針長度為5 mm，浸泡時間7 h，揮發油得率達0.3608%，正交試驗及驗證試驗結果都證明該提取工藝穩定可靠，并且該工藝技術簡單，便于操作，提取率高，為從馬尾松松針中提取揮發油提供了一種新的技術方法。

表2 正交試驗結果Table 2 Results of orthogonal test

表3 方差分析Table 3 Table of analysis of variance

表4 驗證試驗結果Table 4 Results of verification experiment

1 Bo CY(薄采穎)，Zheng GY(鄭光耀)，Song Q(宋強).Comparative study on chemical components of essential oils from Pinus massoniana．P．sylvestris var．mongolica and Abies nephrolepis Needles.Chem Ind Fore Pro(林產化學與工業)，2010，30(6):45-50.

2 Kim YS，Shin DH.Volatile components and antibacterial effects of pine needle(Pinus densiflora S.and Z.)extracts.Food Miembiol，2005，22(1):37-45.

3 Fan YC(范成有).Spices and Its Application(香料及其應用).Beijing:Chemical Industry Press，1990.361.

4 Wu CC(吳楚材)，Zheng QM(鄭群明).Plant essence research.J Chin Urban Fore(中國城市林業)，2005，3(4):61-63.

5 Gao ZP(高治平)，Liu G(劉剛)，Zhao LY(趙綠英)，et al.Extracting technology of volatile oil from the pine needle of Pinus massoniana by steam distillation.App Chem Ind(應用化工)，2010，39:1502-1503.

6 Su BC(粟本超)，Chen XP(陳小鵬)，Xiao WJ(肖萬娟)，et al.Study on the extraction technology of volatile oil from leaves of Pinus massoniana.Guangdong Agric Sci，2010(7):125-127.

7 Zhang ZH(張照紅)，Yang HY(楊海燕)，Zou P(鄒平)，et al.Study on the essential oil of Iavender with ultrasonic acting.Food Sci Tech(食品科技)，2008(8):183-185.

8 Li YL(李艷玲)，Fan YH(范艷花)，Tao RJ(陶偌偈).Application of SPSS 16.0 software in chemical orthogonal test.Edu Chem(化學教學)，2011(6):17-19.