花葉艷山姜葉片精油提取工藝優化

陳建煙 李欣欣 余雪芳等

摘 要 以花葉艷山姜葉片為材料，采用水蒸氣蒸餾法，對其精油提取工藝進行優化。通過對蒸餾時間、浸泡時間、料液比和氯化鈉濃度4個因素進行單因素試驗和正交試驗。結果表明，各因素對精油得率都有影響，影響大小順序為：蒸餾時間>料液比>氯化鈉濃度>浸泡時間。同時確定了最優提取工藝條件為蒸餾時間1.5 h、料液比1 ∶ 6、浸泡時間30 min和氯化鈉濃度1.5%，在此條件下精油得率為0.216%。

關鍵詞 花葉艷山姜；精油；水蒸氣蒸餾；工藝優化

中圖分類號 Q946.85；S682.36 文獻標識碼 A

植物精油是一類植物次生代謝產物的萃取物，可隨水蒸氣蒸出。許多植物精油及其成分除具香氣外，還有抗癌、抗炎癥、抗病毒、抗氧化、抗真菌和抗蟲等多種生物活性[1-8]，被廣泛應用于醫療保健、果蔬保鮮、日化工業和農業等多個領域，具有極高的應用價值。

花葉艷山姜（Alpinia zerumbet‘Variegata）是姜科（Zingiberaceae）山姜屬（Alpinia）植物。花葉艷山姜是艷山姜的主要園藝栽培品種，據報道艷山姜葉片精油具有多種生物活性[9-14]，但關于花葉艷山姜葉片精油的研究極少。花葉艷山姜葉片具有抗氧化和抑菌活性[15-16]，并具獨特香氣，適應性強，資源豐富，可作為提取植物精油的優選材料。花葉艷山姜葉片精油具有廣闊的開發前景，不僅可應用于化妝品領域，并還有望應用于其它許多領域，因此對其進行提取并加以研究利用具有重要的實用意義。但目前花葉艷山姜主要作為觀賞之用，對其利用非常有限，造成了資源的嚴重浪費。

精油提取最傳統的方法是水蒸氣蒸餾法，此外還有溶劑萃取法、微波萃取法、超臨界萃取法等。相較于其它方法，水蒸氣蒸餾法以蒸餾水為溶劑，安全環保成本低廉，設備簡易、操作簡單，易于工藝條件放大，利于實際生產轉化。本研究選取花葉艷山姜葉片為材料，并采用水蒸氣蒸餾法對其進行精油提取工藝的優化，以期為其進一步開發應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

試驗材料：新鮮花葉艷山姜葉片取自福建農林大學，選取新鮮無病葉片洗凈，晾干葉片表面水分，剪碎，置于-20 ℃條件下保存備用。

試驗試劑：氯化鈉（分析純級）。

試驗儀器：精油提取器（上海滿賢經貿有限公司）；CP2102電子天平（OHAUS公司）；98-1-B電子調溫電熱套（天津市泰斯特儀器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 精油提取方法 取100 g處理好的花葉艷山姜葉片于圓底燒瓶中，依據試驗條件加入一定量的蒸餾水及氯化鈉，浸泡，于精油提取器中蒸餾提取，提取完成后靜置，待讀數穩定后讀取精油體積讀數，計算得率。每個試驗重復3次。

精油得率=×100%

1.2.2 單因素試驗 選取蒸餾時間、料液比、浸泡時間和氯化鈉濃度4個因素進行單因素試驗，按1.2.1方法進行提取，并以精油得率為指標進行考察。其中蒸餾時間選取0.25、0.5、1、2、3、4、5 h等7個水平，料液比選取1 ∶ 4、1 ∶ 5、1 ∶ 6、1 ∶ 7、1 ∶ 8 5個水平，浸泡時間選取0、30、60、90、120 min 5個水平，氯化鈉濃度選取0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0% 5個水平。

1.2.3 正交試驗 在單因素試驗基礎上，設計L9（34）正交表進行正交試驗，進一步優化提取工藝。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 蒸餾時間對精油得率的影響 不同蒸餾時間處理，在前4 h內，隨著蒸餾時間的延長，花葉艷山姜葉片精油得率也隨之增高，并在4 h時達到最高；但蒸餾時間5 h得率反而下降。前4 h內隨著蒸餾時間的延長，葉片中所含精油被逐漸提取完全，故得率上升；而之后更長時間的高溫蒸餾可能導致成分揮發損失增加或某些成分的破壞，故其得率又下降。

2.1.2 浸泡時間對精油得率的影響 固定其它提取條件，考察不同浸泡時間對花葉艷山姜葉片精油得率的影響。隨著浸泡時間的延長，花葉艷山姜葉片精油得率先升后降，在浸泡時間30 min時得率達到最高，之后隨著浸泡時間的延長，精油得率逐漸降低；并在浸泡120 min時與浸泡30 min結果差異顯著不同浸泡時間下花葉艷山姜葉片精油得率先升后降的可能原因是：一定時間（前30 min內）的浸泡有利細胞內外溶液的動態交換，從而有利精油提取；但更長時間的浸泡可能引起部分精油成分的揮發或水解[17]，造成得率的下降。

2.1.3 料液比對精油得率的影響 固定其它提取條件，考察不同料液比對花葉艷山姜葉片精油得率的影響。結果表明，隨著料液比的增大，精油得率逐漸增加；料液比1 ∶ 4時精油得率最低，并與料液比1 ∶ 7和1 ∶ 8的得率差異顯著。隨著料液比的增大，增多的溶劑降低了精油濃度，增加了兩者的接觸面積，提高了傳質速率[18]，利于精油提取，從而增加精油得率；這可能是花葉艷山姜葉片精油得率隨料液比增大而升高的原因。

2.1.4 氯化鈉濃度對精油得率的影響 不同氯化鈉濃度下花葉艷山姜葉片精油得率結果顯示，在0～1.5%氯化鈉濃度范圍內，花葉艷山姜葉片精油得率逐漸增大，在1.5%濃度時得率最大，并與0和0.5%濃度的得率差異顯著；而之后氯化鈉濃度繼續增加，精油得率反而有所下降。一定濃度的氯化鈉溶液一方面可改變葉片細胞滲透壓，促進細胞內精油釋放到溶液中，另一方面還可降低精油在水中的溶解度[19]，因此有利于精油提取，故在0～1.5%氯化鈉濃度范圍內花葉艷山姜葉片精油得率逐漸升高。但過高濃度的氯化鈉溶液可能使胞內其它物質過多釋放到溶液中，一定程度上阻滯了精油的提取，故精油得率又下降。

2.2 正交試驗結果與分析

在單因素試驗的基礎上，采用正交試驗對花葉艷山姜葉片精油提取工藝進一步優化，以確定其在試驗范圍內的最佳工藝條件。根據單因素試驗結果，精油得率在蒸餾0.5 h后增加不顯著，且長時間的蒸餾不僅耗電而且可能造成某些成分的破壞，從經濟省時角度出發，選取0.5、1、1.5 h 3個水平繼續條件優化。料液比1 ∶ 5之后，精油得率之間差異不顯著，過高的料液比不僅浪費水資源且蒸餾過程易暴沸，因此本著節約易行的原則，正交試驗選取料液比1 ∶ 5、1 ∶ 6和1 ∶ 7 3個水平。試驗結果表明，在9組試驗中，2號試驗精油得率最高為0.216%，其組合為A1B2C2D2即蒸餾時間1.5 h、料液比1 ∶ 6、浸泡時間30 min和1.5%氯化鈉是幾組試驗中的最優條件；而從每列K值大小預測本試驗的最優組合為A1B2C2D2，這與2號試驗結果相符，說明A1B2C2D2組合是本試驗考察范圍內的最優條件（表2）。極差（R）結果為RA>RB>RD>RC，表明這4個因素對花葉艷山姜葉片精油得率的影響程度不同，其影響大小順序為：蒸餾時間>料液比>氯化鈉濃度>浸泡時間。可見，蒸餾時間對精油得率影響尤為關鍵，其次是料液比，而浸泡時間影響較小。

3 討論與結論

許多植物葉片精油往往需要較長時間的浸泡和蒸餾才能提取完全，戴余軍等[19]對香柏葉片精油提取工藝進行研究發現，其最佳提取工藝中浸泡時間為6 h，明顯高于本研究最佳浸泡時間（30 min）。馬尾松松針精油得率在蒸餾3 h后變化不明顯[17]，而花葉艷山姜葉片精油得率在蒸餾0.5 h時為0.191%，已達蒸餾4 h時（0.213%）的89.67%，且之后得率增加不顯著。這可能與花葉艷山姜葉片所含精油成分沸點較低，易在短時間內被蒸餾揮發而提取有關。兩者葉片結構的差異也可能導致所需提取時間不同。此外，本研究在處理材料時將其剪碎，受損的葉片細胞可能利于精油釋放到溶液中而被快速提取。

本研究中最優氯化鈉溶液濃度為1.5%，而香柏葉片精油提取中4%的氯化鈉濃度最優[19]。氯化鈉在精油提取中可通過增加離子濃度改變細胞滲透壓從而促進精油滲出，此外還可增加溶液濃度降低精油溶解度以利提取。不同植物細胞耐鹽力不同，因此利于精油滲出的氯化鈉濃度也有所不同，這可能是導致花葉艷山姜與香柏葉片精油提取最優氯化鈉濃度差異的原因。由于氯化鈉在精油提取中的主要作用是增加離子濃度，因此也可選用其它添加劑作為離子來源如氯化鉀、氯化鈣等。彭黎花等[20]通過添加不同化合物（氯化鈉、氯化鈣、氯化鉀等）研究其對柑橘精油出油率的影響，結果表明氯化鈉效果最優。可見氯化鈉對精油提取增效好，且其價廉易得，因此最常作為精油提取的離子添加劑。除了本研究所選取的各因素外，其它因素如材料的破碎程度、葉片的老嫩程度和材料的產地等也會對精油得率產生影響，這些因素可作為今后進一步優化花葉艷山姜葉片精油提取工藝的考察條件。

通過優化，本研究確定了在考察范圍內花葉艷山姜葉片精油的最優提取條件為蒸餾時間1.5 h、料液比1 ∶ 6、浸泡時間30 min和1.5%氯化鈉濃度，在此條件下得率為0.216%。本研究結果可為花葉艷山姜葉片精油進一步開發利用奠定基礎，具有重要的理論及實際應用意義。

參考文獻

[1] Oyemitan I A， Elusiyan C A， Akanmu M A， et al. Hypnotic， anticonvulsant and anxiolytic effects of 1-nitro-2-phenylethane isolated from the essential oil of Dennettia tripetala in mice[J]. Phytomedicine， 2013， 20（14）： 1 315-1 322.

[2] Ferraz R P C， Cardoso G M B， Silva T B D， et al. Antitumour properties of the leaf essential oil of Xylopia frutescens Aubl. （Annonaceae）[J]. Food Chemistry， 2013， 141（1）： 196-200.

[3] Valente J， Zuzarte M， Goncalves M J， et al. Antifungal， antioxidant and anti-inflammatory activities of Oenanthe crocata L. essential oil[J]. Food and Chemical Toxicology， 2013， 62： 349-354.

[4] Kim S W， Kang J， Park I K. Fumigant toxicity of Apiaceae essential oils and their constituents against Sitophilus oryzae and their acetylcholinesterase inhibitory activity[J]. Journal of Asia-Pacific Entomology， 2013， 16（4）： 443-448.

[5] Haddouchi F， Chaouche T M， Yosr Zaoualib R K， et al. Chemical composition and antimicrobial activity of the essential oils from four Ruta species growing in Algeria[J]. Food Chemistry， 2013， 141（1）： 253-258.

[6] Peana A T， Marzocco S， Popolo A， et al. （-）-Linalool inhibits in vitro NO formation： Probable involvement in the antinociceptive activity of this monoterpene compound[J]. Life Sciences， 2006， 78（7）： 719-723.

[7] Astani A， Reichling J， Schnitzler P. Antiviral activity of monoterpene components of essential Oils against herpes simplex virus[J]. Antiviral Research， 2009， 82（2）： A46.

[8] Chung M J， Kang A Y， Park S O， et al. The effect of essential oils of dietary wormwood（Artemisia princeps）， with and without added vitamin E， on oxidative stress and some genes involved in cholesterol metabolism[J]. Food and Chemical Toxicology， 2007， 45（8）： 1 400-1 409.

[9] Cavalcanti B C， Ferreira J R O， Cabral I O， et al. Genetic toxicology evaluation of essential oil of Alpinia zerumbet and its chemoprotective effects against H2O2-induced DNA damage in cultured human leukocytes[J]. Food and Chemical Toxicology， 2012， 50（11）： 4 051-4 061.

[10] Ho J C. Chemical composition and bioactivity of essential Oil of seed and leaf from alpinia speciosa grown in taiwan[J]. Journal of the Chinese Chemical Society， 2010， 57： 758-763.

[11] Pinto N V， Assreuy A M， Coelho-de-Souza A， et al. Endothelium-dependent vasorelaxant effects of the essential oil from aerial parts of Alpinia zerumbet and its main constituent 1， 8-cineole in rats[J]. Phytomedicine， 2009， 16（12）： 1 151-1 155.

[12] Araújo F Y R D， Silva M I G， Moura B A， et al. Central nervous system effects of the essential oil of the leaves of Alpinia zerumbet in mice[J]. Journal of Pharmacy and Pharmacology， 2009， 61（11）： 1 521-1 527.

[13] Pinho F V S d A， Coelho-de-Souza A N， Morais S M， et al. Antinociceptive effects of the essential oil of Alpinia zerumbet on mice[J]. Phytomedicine， 2005， 12（6）： 482-486.

[14] Lahlou S， Galindo C A B， Leal-Cardoso J H， et al. Cardiovascular effects of the essential oil of alpinia zerumbet leaves and its main constituent， terpinen-4-ol， in Rats： role of the autonomic nervous system[J]. Planta Medica， 2002， 68（12）： 1 097-1 102.

[15] Wong L F， Lim Y Y， Omar M. Antioxidant and antimicrobial activities of some Alpina species[J]. Journal of Food Biochemistry， 2009， 33（6）： 835-851.

[16] Chan E W C， Lim Y Y， Wong L F， et al. Antioxidant and tyrosinase inhibition properties of leaves and rhizomes of ginger species[J]. Food Chemistry， 2008， 109： 477-483.

[17] 粟本超， 陳小鵬， 肖萬娟， 等. 馬尾松松針中揮發油的提取工藝研究[J]. 廣東農業科學， 2010， 37（7）： 125-127.

[18] 李治龍， 劉新華， 郭凌云， 等. 新疆孜然精油提取工藝的優化[J]. 塔里木大學學報， 2011， 23（2）： 91-96.

[19] 戴余軍， 武瑞鵬， 石會軍， 等. 香柏精油的提取工藝研究[J]. 廣東農業科學， 2011， 38（19）： 101-103.

[20] 彭黎花， 何 玲， 楊 飛， 等. 微波-水蒸氣法提取柑橘精油的研究[J]. 林業實用技術， 2011， （5）： 60-61.

責任編輯：葉慶亮