扁柏精油提取工藝的優(yōu)化及成分分析

吳 穎， 季紅斌， 張 泓， 范逸君， 唐 文， 李晶晶

（1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院a.化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院；b.香料香精技術(shù)與工程學(xué)院，上海 201418；2.上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海 200234）

扁柏精油提取工藝的優(yōu)化及成分分析

吳 穎1a， 季紅斌1b， 張 泓1a， 范逸君1b， 唐 文1b， 李晶晶2

（1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院a.化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院；b.香料香精技術(shù)與工程學(xué)院，上海 201418；2.上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海 200234）

以扁柏（柏樹）樹葉為原料，采用水蒸氣蒸餾法提取柏樹精油.設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)，考察了浸泡時(shí)間、蒸餾時(shí)間、蒸餾溫度以及樣品粒徑對(duì)柏樹精油提取得率的影響，并采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)優(yōu)化柏樹精油提取工藝，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)對(duì)所提產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)成分分析.結(jié)果表明，正交試驗(yàn)的優(yōu)選提取工藝為：浸提時(shí)間2 h，蒸餾時(shí)間3 h，加熱溫度175°C，粒徑100目.在該條件下精油得率最高可達(dá)0.547%.柏樹精油主要成分為5-蒈醇（29.55%）、欖香醇（20.01%）和大根香葉烯（10.86%）等.

柏樹樹葉；精油；水蒸氣蒸餾；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用

扁柏（cypress trees），又名香柏、柏樹、宋柏、掃帚柏、柏香樹，屬柏科植物，常綠喬木，是廣泛栽種的園林樹種之一［1］.文獻(xiàn)報(bào)道柏樹可以治療燙傷、吐血、痢疾和痔瘡等疾病［2］.利用柏樹樹葉為原料提取的揮發(fā)性油被稱為“柏樹精油”，柏樹樹葉精油主要成分由萜烯類物質(zhì)組成［3-4］.柏樹精油因具有解熱、利肺、抗菌消炎等［5］醫(yī)療功效而深受人們喜愛，并且成為現(xiàn)今國內(nèi)外學(xué)者研究熱點(diǎn)之一.但是，目前的研究還側(cè)重于對(duì)柏樹精油的化學(xué)成分分析，對(duì)其提取工藝方面研究并不多.本文以常見園林綠化的柏樹為例，著重研究柏樹精油的提取工藝優(yōu)化，在最優(yōu)條件下獲得更多的柏樹精油.同時(shí)通過對(duì)柏樹精油的成分研究，掌握其構(gòu)成成分，以便人們更好地利用園林修剪后的柏樹廢棄資源提取柏樹精油.

1 材料與方法

1.1 原料、試劑與儀器

柏樹葉采自上海周邊地區(qū)，采摘后去枝洗凈，陰干一定時(shí)間后粉碎備用.所有試劑均為分析純.試驗(yàn)所用儀器為揮發(fā)油提取器（北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司）.

1.2 提取工藝

提取工藝流程為：樣品→去枝取葉→洗凈陰干→粉碎→水蒸氣蒸餾→餾分干燥→稱重→保存.精油得率計(jì)算式為

1.3 單因素對(duì)柏樹精油得率影響

以柏樹精油得率作為指標(biāo)，主要考察浸泡時(shí)間、蒸餾時(shí)間、加熱溫度以及樣品粒徑對(duì)柏樹精油提取得率的影響.

（1）浸泡時(shí)間：稱取100 g柏樹葉粉碎樣品，分別浸泡1，1.5，2，2.5，3 h，在125°C下蒸餾2 h后收集精油，用無水硫酸鈉干燥后稱重.

（2）蒸餾時(shí)間：稱取100 g柏樹粉碎樣品，浸泡2 h后，在125°C下分別加熱1，1.5，2，2.5，3 h，收集精油，用無水硫酸鈉干燥后稱重.

（3）加熱溫度：稱取100 g柏樹粉碎樣品，浸泡2 h，在100，125，150，175，200°C下蒸餾2 h后，收集精油，用無水硫酸鈉干燥后稱重.

（4）樣品粒徑：稱取未粉碎、1 cm長度、過20，60，100目篩的柏樹樹葉各100 g，浸泡2 h，在125°C下蒸餾2 h，收集精油，用無水硫酸鈉干燥后稱重.

1.4 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)L16（45）正交試驗(yàn).

1.5 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）條件

GC條件：色譜柱為DB-1石英毛細(xì)管柱（30 m× 0.25 mm i.d.×0.25μm）；進(jìn)樣口溫度220°C，升溫程序：柱溫60°C，保持5 min，以3°C／min升至220°C，保持5 min；載氣∶氦氣，分流比為30∶1. MS條件：EI源，離子溫度250°C，接口溫度220°C.

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 浸泡時(shí)間對(duì)柏樹精油提取的影響

由圖1可見，隨浸提時(shí)間增加，精油得率逐漸上升.1.5～2 h精油得率上升最為明顯，從0.342%增至0.405%.但2 h后，精油得率出現(xiàn)下降趨勢，可能是由于浸泡時(shí)間過長會(huì)使原料中的果膠等成分溶出，產(chǎn)生乳化作用，抑制揮發(fā)性成分蒸出，導(dǎo)致精油得率下降.綜上考慮，選取浸泡時(shí)間為2 h為宜.

圖1 浸泡時(shí)間對(duì)柏樹精油提取的影響Fig.1 Effects of soaking time on the extraction of cypress essential oils

2.1.2 蒸餾時(shí)間對(duì)柏樹精油提取的影響

由圖2可見，隨蒸餾時(shí)間延長，精油得率不斷提高.在提取2 h內(nèi)提取率增加速度較快，2 h后，精油得率雖有增加，但增加幅度很緩慢，且蒸餾時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致精油降解和雜質(zhì)產(chǎn)生.故從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，選取蒸餾時(shí)間2～3 h為宜.

圖2 蒸餾時(shí)間對(duì)柏樹精油提取的影響Fig.2 Effects of distilling time on the extraction of cypress essential oils

2.1.3 加熱溫度對(duì)精油得率的影響

由圖3可見，加熱溫度在175°C前，柏樹精油得率隨加熱溫度增加而增加，175°C后精油得率隨溫度增加呈下降趨勢，可能由于溫度過高，大分子精油分解成小分子精油，易隨蒸餾揮發(fā)出去.故綜上考慮，選取溫度175°C左右為宜.

圖3 加熱溫度對(duì)柏樹精油提取的影響Fig.3 Effects of heating temperature on the extraction of cypress essential oils

2.1.4 樣品粒徑對(duì)精油得率的影響

由圖4可見，樣品粒徑大小對(duì)柏樹精油得率影響較明顯，隨著粒徑減少（過篩目數(shù)增加）精油得率也呈增加趨勢，過篩目數(shù)為100目時(shí)達(dá)到最大值，這可能是由于粒徑越小，接觸面積越大，柏樹中精油成分更易與水溶液相接觸，隨水分揮發(fā)出來.故綜上所述，選取柏樹樹葉粒徑100目為宜.

圖4 粒徑大小對(duì)柏樹精油提取的影響Fig.4 Effects of size on the extraction of cypress essential oils

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

選取浸提時(shí)間、加熱時(shí)間、加熱溫度以及粒徑作為考察因素，每個(gè)因素取4個(gè)水平，選用L16（45）正交設(shè)計(jì)表進(jìn)行試驗(yàn).因素水平表見表1，以柏樹精油的提取率作為考察指標(biāo)，正交結(jié)果見表2.對(duì)表2的精油得率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)方差分析，結(jié)果見表3.

表1 柏樹精油提取工藝正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平Tab.1 The orthogonal design factor level table of the extraction process of cypress essential oils

表2 柏樹精油提取工藝正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 The results of orthogonal design on the extraction of cypress essential oils

表3 柏樹精油提取量的方差分析Tab.3 The analysis of variance on the quantity of the extraction cypress essential oils

由表2直觀分析可知，極值RB＞RD＞RA＞RC，這表明蒸餾時(shí)間對(duì)精油提取得率影響最大，加熱溫度影響最小.由每個(gè)因素的K值比較可知，最佳組合條件為A3B3C4D3，即浸提時(shí)間為2 h、加熱時(shí)間為3 h、加熱溫度為175°C、粒徑為100目.

由表3方差分析的結(jié)果看出，只有蒸餾時(shí)間對(duì)柏樹精油提取的影響是顯著的（P＜0.05），浸提時(shí)間、加熱溫度、粒徑這3個(gè)因素對(duì)精油的提取從統(tǒng)計(jì)學(xué)上分析都不是顯著性的.

采用正交最優(yōu)化條件浸提時(shí)間2 h、加熱時(shí)間3 h、加熱溫度175°C、樣品粒徑100目，進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn).該條件下提取樣品中精油，得率高達(dá)0.547%.

2.3 柏樹精油化學(xué)組分

對(duì)最佳提取條件下所得精油進(jìn)行GC-MS分析，結(jié)果見表4.將所得譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照進(jìn)行定性分析，利用色譜峰面積歸一化法進(jìn)行定量分析.從水蒸氣蒸餾得到的柏樹揮發(fā)油中共分離得到63個(gè)峰，鑒定出34種物質(zhì)，占揮發(fā)油總量88.44%，其中含量最高的是5-蒈醇，占29.55%，其次是欖香醇，大根香葉烯分別為20.01%，10.86%.不同的提取工藝對(duì)精油的組分影響較大［6］.本文采用常壓水蒸餾法，主要提取產(chǎn)物為醇類、萜烯和酯類，這些均可作為化工原料合成其他香原料物質(zhì).

表4 柏樹精油化學(xué)成分Tab.4 Chemical component of essential oils from cypress trees

3 結(jié) 語

本文以常見園林柏樹的樹葉為原料，通過水蒸氣蒸餾來探究浸泡時(shí)間、加熱時(shí)間、加熱溫度以及樣品粒徑對(duì)柏樹精油提取得率的影響.試驗(yàn)得到最佳提取工藝條件為：浸提時(shí)間2 h、加熱時(shí)間3 h、加熱溫度175°C、樣品粒徑100目.在該條件下精油得率最高可達(dá)0.547%.利用GC-MS對(duì)柏樹精油的成分進(jìn)行分析，共分離得到63個(gè)峰，鑒定出34種物質(zhì)，占揮發(fā)油總量88.44%，其中，含量最高的是5-蒈醇，占29.55%，其次是欖香醇，大根香葉烯分別為20.01%，10.86%.所提取的柏樹精油組分主要為醇、萜烯和酯類化合物，可用于其他重要香原料的合成.

［1］ 張正香，羅小龍，宋紅，等.柏樹綜合利用研究概況［J］.林產(chǎn)化工通訊，1999，33（2）：29-31.

［2］ 劉寶華，田順華，朱緒文.柏的臨床應(yīng)用［J］.河北中醫(yī)，2004，26（11）：844-845.

［3］ 楊華，李龔，陳炳旭.側(cè)柏葉揮發(fā)油的提取及成分分析［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（12）：89-90.

［4］ 郝德君，張永慧，戴華國，等.氣相色譜／質(zhì)譜法分析柏樹葉揮發(fā)油的化學(xué)成分［J］.色譜，2006，24（2）：185-187.

［5］ 文福姬，俞慶善.松樹精油的化學(xué)成分及抗菌活性研究［J］.林業(yè)實(shí)用技術(shù)，2009（10）：3-5.

［6］ 李文珠，吳青思，哈力克，等.不同工藝提取的杉木精油組分含量研究［J］.浙江林業(yè)科技，2014，34（1）：28-32.

（編輯 呂丹）

Extraction Optimization and Chemical Component Analysis of Essential Oils from Cypress Trees

WU Ying1a， JI Hong-bin1b， ZH ANG Hong1a， FAN Yi-jun1b， TANG Wen1b， LI Jing-jing2
（1a.School of Chemical and Environmental Engineering；1b.School of Perfume and Aroma Technology，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418，China；2.College of Life and Environment Sciences，Shanghai Normal University，Shanghai 200234，China）

Cypress tree leaves were used as material to extract essential oils through steam distillation. Effects of soaking time，distilling time，heating temperature and size of cypress trees leaves on extraction yield were investigated through single factor tests.Then orthogonal design was used to optimize extraction conditions.The gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）was used to analyze chemical component of essential oils from cypress trees.The results indicated that the optimum extraction conditions were as follows：soaking time 2 h，distilling time 3 h，heating temperature 175°C and the size 100 mesh.The highest yield of essential oils from cypress trees leaves could reach 0.547%under these conditions.The major component of essential oils was 5-caraneol（29.55%），elemol（20.01%）and germacrene（10.86%），respectively.

cypress trees leaves；essential oils；steam distillation；gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）

S 791

A

1671-7333（2015）01-0055-04

10.3969／j.issn.1671-7333.2015.01.009

2014-10-21

上海市大學(xué)生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（PE2014056）；上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（DCX2014043）

吳 穎（1972-），女，副研究員，博士，主要研究方向?yàn)橄懔舷憔瘖y品分離分析.E-mail：wuying7210＠163.com

唐 文（1970-），男，副教授，博士，主要研究方向?yàn)槭称芳吧锘瘜W(xué).E-mail：ecusttw＠yahoo.com.cn