陜西紫蘇揮發(fā)油提取工藝研究

毛光瑞　趙宏光 劉峰華　張晨　張寶興　王黎　楊盛　周輝

摘要 [目的]優(yōu)化紫蘇揮發(fā)油提取工藝。[方法]采用直通蒸汽法提取紫蘇油，并在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以提取率和紫蘇醛含量為指標(biāo)，采用正交設(shè)計(jì)方法優(yōu)化紫蘇揮發(fā)油提取工藝。[結(jié)果]直通蒸汽提取紫蘇揮發(fā)油的最佳提取條件為：藥材細(xì)度3 cm，提取時(shí)間2 h，蒸汽壓力0.01 MPa，該工藝條件下紫蘇油提取率達(dá)0.373%，紫蘇醛含量達(dá)52.06%。[結(jié)論]直通蒸汽法提取紫蘇揮發(fā)油提取效率高，環(huán)境污染小，可以在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 紫蘇；直通蒸汽法；揮發(fā)油；紫蘇醛

中圖分類號(hào) R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）17-0019-03

Abstract [Objective]The research aimed to optimize extraction process of volatile oil from Perilla frutescens.[Method]The perilla oil was extracted by the straightthrough steam method. Based on the single factor test， the extraction rate and the perilla aldehyde content were taken as indexes. The orthogonal design method was used to optimize the extraction process of perilla oil.[Result]The optimum extraction condition of volatile oil by straitthrough steam were as followings： thinkness of medicinal materials 3 cm， extraction time 2 h， steam pressure 0.01 MPa， the extraction rate of perilla oil was 0.373%， and the content of perillaldehyde was 52.06%.[Conclusion]Straightthrough steam is effective and little pollution， it could be used for industrial production of perilla oil.

Key words Perilla frutescens；Straitthrough steam；Volatile oil；Perillaldehyde

紫蘇（Perilla frutescens）為一年生草本植物，主產(chǎn)于湖北、河南、四川、江蘇、廣西、廣東、浙江、河北等地，其中以湖北、河南、江蘇等地產(chǎn)量較大，以果實(shí)（紫蘇子）、葉（紫蘇葉）、莖（紫蘇梗）入藥，主要用于治療風(fēng)寒感冒、咳嗽、妊娠嘔吐和魚蟹中毒[1]。揮發(fā)油是紫蘇的主要活性成分之一，主要分布在紫蘇葉中[2]。各品種紫蘇揮發(fā)油成分和芳香氣味不同，根據(jù)紫蘇葉揮發(fā)油成分不同，日本學(xué)者將紫蘇分為6個(gè)類型，國內(nèi)學(xué)者將紫蘇分為5個(gè)類型[3-5]。影響紫蘇葉揮發(fā)油成分的主要因素為品種、產(chǎn)地、氣候、生長(zhǎng)環(huán)境、采集季節(jié)、加工方式等[6-7]。

紫蘇由于經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、用途廣，倍受世界各國關(guān)注，俄羅斯、日本、韓國、美國、加拿大等國對(duì)紫蘇進(jìn)行了大量的商業(yè)性栽種。陜西有野生紫蘇資源分布，但人工栽培較少，紫蘇產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間廣闊，陜西天士力植物藥業(yè)有限責(zé)任公司從江蘇邳州引種藥用紫蘇，引種效果較好，經(jīng)檢測(cè)確定為醛型紫蘇，滿足天士力醫(yī)藥集團(tuán)紫蘇揮發(fā)油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。目前，紫蘇葉揮發(fā)油提取多采用共水蒸餾法[8]，效率低、成本高，不利于在生產(chǎn)中應(yīng)用。筆者通過直通蒸汽法對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取工藝進(jìn)行研究，以期為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)揮發(fā)油產(chǎn)品提供技術(shù)參考，以便對(duì)其進(jìn)行綜合開發(fā)利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

干紫蘇葉（陜西天士力植物藥業(yè)有限責(zé)任公司提供）。無水硫酸鈉（AR，天津市福晨化學(xué)試劑廠）；多功能粉碎機(jī)（湖南省金峰機(jī)械科技有限公司）；電子天平（上海天平儀器廠）；直通蒸汽提取裝置（上海浩初機(jī)械設(shè)備有限公司）；蒸餾水。

1.2 方法

1.2.1 揮發(fā)油提取方法。按照張敏等[9]研究方法，將干燥的紫蘇全草粉碎成粗粉，稱取5 kg，裝入揮發(fā)油提取裝置中。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)選取最佳藥材細(xì)度、提取時(shí)間、蒸汽壓力。提取完畢后，將揮發(fā)油轉(zhuǎn)移至試管，用無水硫酸鈉干燥去水，裝入干燥接收瓶，并計(jì)算提取率。根據(jù)《中國藥典》中揮發(fā)油測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算公式為：

紫蘇揮發(fā)油提取率=提取出的紫蘇揮發(fā)油質(zhì)量（g）/紫蘇粉質(zhì)量（g）×100%。

1.2.2 藥材細(xì)度對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響。按藥材細(xì)度1、2、3、4、5 cm，稱取紫蘇粗粉5份，每份5 kg，在0.01 MPa條件下，提取紫蘇葉揮發(fā)油3 h，比較不同藥材細(xì)度對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響。

1.2.3 提取時(shí)間對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響。稱取紫蘇粗粉5 kg，藥材細(xì)度1 cm，5份，按提取時(shí)間1、2、3、4、5 h，在0.01 MPa條件下，提取紫蘇揮發(fā)油，比較不同提取時(shí)間對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響。

1.2.4 蒸汽壓力對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響。稱取紫蘇粗粉5 kg，5份，藥材細(xì)度1 cm，按蒸汽壓力0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 MPa，提取紫蘇揮發(fā)油3 h，比較不同蒸汽壓力對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響。

1.2.5 正交試驗(yàn)。在單因素的基礎(chǔ)上，按L9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最佳提取工藝條件。

1.2.6 紫蘇醛含量測(cè)定。

1.2.6.1 色譜條件與系統(tǒng)適用性。用聚乙二醇（PEG）彈性石英毛細(xì)管柱為色譜柱，檢測(cè)器溫度和進(jìn)樣口溫度為250 ℃，分流比為50∶1。程序升溫，初始溫度為110 ℃，以4 ℃/min的速率升溫至180 ℃，再以20 ℃/min的速率升溫至220 ℃，保持4 min。理論板數(shù)按紫蘇醛峰計(jì)算不低于50 000。

1.2.6.2 對(duì)照品溶液的制備。取紫蘇醛對(duì)照品適量，精密稱定，加無水乙醇，正己烷（1∶1）混合溶液制成含紫蘇醛4 mg/mL的混合溶液，即得。

1.2.6.3 供試品溶液的制備。取本品約0.1 g，精密稱定，置10 mL量瓶中，加無水乙醇。正己烷（1∶1）混合溶液至刻度，搖勻，濾過，取續(xù)濾液，即得。

1.2.6.4 含量測(cè)定。按照耿榕徽等[10]的方法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率影響的方差分析

對(duì)單因素進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，提取時(shí)間、蒸汽壓力對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響極顯著（P<0.01），藥材細(xì)度對(duì)揮發(fā)油的提取率影響不顯著（P>0.05）。

2.2 藥材細(xì)度對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響

其他條件相同時(shí)，考察藥材細(xì)度1、2、3、4、5 cm對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響。由圖1可知，紫蘇揮發(fā)油提取率隨著藥材細(xì)度增大逐漸減小，藥材細(xì)度從1 cm增大到3 cm時(shí)，紫蘇揮發(fā)油提取率從0.370%降為0.367%，減小幅度較小；藥材細(xì)度從3 cm以后，紫蘇揮發(fā)油提取率減小幅度逐漸增大。因此，選擇藥材細(xì)度1、2、3 cm作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

2.3 提取時(shí)間對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響

其他條件相同時(shí)，比較提取時(shí)間1、2、3、4、5 h對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響。由圖2可知，紫蘇揮發(fā)油提取率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，當(dāng)提取時(shí)間達(dá)3 h時(shí)，揮發(fā)油提取率達(dá)0.373%，再延長(zhǎng)提取時(shí)間，

提取率的提高幅度逐漸變小，當(dāng)提取時(shí)間達(dá)5 h時(shí)，提取率達(dá)到最大（0.375%），

并且到達(dá)提取終點(diǎn)[11]。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，該試驗(yàn)選擇2、3、4 h作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

2.4 蒸汽壓力對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響

其他條件相同時(shí)，比較蒸汽壓力0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 MPa對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響。由圖3可知，開始時(shí)紫蘇揮發(fā)油提取率隨著蒸汽壓力增大而提高，當(dāng)蒸汽壓力為0.02 MPa時(shí)，紫蘇揮發(fā)油提取率最大；當(dāng)蒸汽壓力超過0.02 MPa后，揮發(fā)油提取率開始降低，這可能是由于蒸汽壓力增大后，蒸汽溫度升高，導(dǎo)致冷凝效果變差引起。該試驗(yàn)選擇0.01、0.02、0.03 MPa作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

2.5 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，各因素對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響從大到小依次為B、C、A，即提取時(shí)間對(duì)紫蘇揮發(fā)油提取率的影響最大，其次是蒸汽壓力，藥材細(xì)度的影響相對(duì)較小，這與“2.1”的方差分析結(jié)果一致。紫蘇揮發(fā)油提取最佳組合為A3B3C3，即蒸汽壓力0.01 MPa、提取時(shí)間2 h、藥材細(xì)度1 cm。正交試驗(yàn)結(jié)果，蒸汽壓力為0.01 MPa，而單因素試驗(yàn)結(jié)果中，蒸汽壓力為0.02 MPa提取較好，這可能是因?yàn)檎羝麎毫υ?.01～0.02時(shí)提取效果不顯著引起的。

為了驗(yàn)證組合A3B3C3是否為紫蘇最佳提取條件，進(jìn)行了3次平行試驗(yàn)。結(jié)果表明，在組合A3B3C3的條件下，紫蘇揮發(fā)油的平均提取率為0.373%，具有重復(fù)性，高于正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)的任一組合，并且綜合得分為最高（9.446），其紫蘇醛含量為52.06%，略低于試驗(yàn)8號(hào)（52.92%）、9號(hào)（52.75%），與其他學(xué)者研究結(jié)果相似[5，7]。因此，組合A3B3C3的提取條件可同時(shí)滿足紫蘇揮發(fā)油提取率和紫蘇醛含量高的要求。

3 結(jié)論與討論

常見的揮發(fā)油提取方法主要為水蒸氣蒸餾法、有機(jī)溶劑萃取法、超聲波萃取法、超臨界流體萃取法、自動(dòng)索氏萃取法。由于有機(jī)溶劑殘留量高，有毒性，一般不常使用。自動(dòng)索氏萃取法、超臨界流體萃取法由于設(shè)備昂貴，大多在實(shí)驗(yàn)室中使用。超聲波萃取法容易在揮發(fā)油中摻入更多的雜質(zhì)，因此也不常使用[12]。水蒸氣蒸餾法由于成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)工業(yè)中常用此方法中的共水蒸餾來提取揮發(fā)油，但在生產(chǎn)過程中主要存在提取率低、提取時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)[13]，不利于企業(yè)對(duì)揮發(fā)油進(jìn)行深入開發(fā)利用。直通蒸汽法對(duì)于質(zhì)地疏松的葉類藥材揮發(fā)油具有適用性好、蒸餾時(shí)間短、收油率高、穩(wěn)定性好、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)[14]，因此，該試驗(yàn)選擇此方法來提取紫蘇揮發(fā)油。

直通蒸汽法和共水蒸餾法的提取原理基本相同，區(qū)別主要在于提取溫度的差異。袁曉燕等[14]通過直通蒸汽法對(duì)紫蘇揮發(fā)油進(jìn)行提取，結(jié)果表明，直通蒸汽法和共水蒸餾法提取的揮發(fā)油成分無顯著性差異，溫度對(duì)紫蘇揮發(fā)油成分的影響較小。與其他紫蘇揮發(fā)油共水提取研究相比[1，5，9]，該研究紫蘇揮發(fā)油提取率并無顯著提高，但時(shí)間明顯縮短，提取效率顯著提高。而且該研究通過放大物料倍數(shù)（5 kg），使得試驗(yàn)結(jié)果更接近工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)企業(yè)大生產(chǎn)具有很好的理論支持，可在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

該研究中正交試驗(yàn)結(jié)果表明，影響揮發(fā)油提取率的因素從大到小依次為提取時(shí)間、蒸汽壓力、藥材細(xì)度，該研究結(jié)果與袁曉燕等[14]的研究結(jié)果相似，主要區(qū)別在于工藝參數(shù)不同，這可能主要是因?yàn)樘崛≡O(shè)備不同所導(dǎo)致的。同時(shí)，該研究結(jié)果顯示，提取時(shí)間和蒸汽壓力對(duì)試驗(yàn)效果影響顯著，而藥材細(xì)度影響不顯著。因此，為了降低生產(chǎn)成本可以適當(dāng)減小藥材的粉碎程度，建議藥材細(xì)度以3 cm為宜。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐英，陳欣，沈平孃.紫蘇葉中揮發(fā)油類成分的指紋圖譜研究[J]. 上海中醫(yī)藥雜志，2013，47（9）：82-86.

[2] 劉瀏.紫蘇葉的研究進(jìn)展[J].中國醫(yī)學(xué)創(chuàng)新，2012，9（6）： 162-164.

[3] YUBA A，HONDA G，KOEZUKA Y，et al.Genetic analysis of essential oil variants in Perilla frutescens[J].Biochem Genet，1995，33（9/10）： 341-348.

[4] 韋保耀，黃麗，滕建文，等.紫蘇香氣的化學(xué)成分分析及評(píng)價(jià)[J].食品科學(xué)，2007，28（3）：301-305.

[5] 向福，江安娜，項(xiàng)俊，等.四種紫蘇葉揮發(fā)油化學(xué)成分GC-MS分析[J].食品研究與開發(fā)，2015，36（13）：90-94.

[6] 薛山.紫蘇精油的研究新趨勢(shì)[J].中國食品添加劑，2011（1）：199-204.

[7] 魏長(zhǎng)玲，郭寶林.紫蘇葉揮發(fā)油的不同化學(xué)型及研究進(jìn)展[J].中國中藥雜志，2015，40（15）：2937-2944.

[8] 伍永富，秦少容，劉世琪，等.紫蘇葉油的研究進(jìn)展[J].時(shí)珍國醫(yī)國藥，2007，18（8）：2019-2020.

[9] 張敏，周英，駱靜，等.黔產(chǎn)紫蘇揮發(fā)油提取方法優(yōu)化及化學(xué)成分分析[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報(bào)，2016，35（5）： 66-69.

[10] 耿榕徽，楊宇杰，胡春蘭，等.紫蘇葉中紫蘇醛的提取與含量測(cè)定[J].中國當(dāng)代醫(yī)學(xué)，2014，21（7）：4-7.

[11] 馬希漢，王永紅，蔚芹，等.玫瑰精油提取工藝研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2004，24（Z1）：80-84.

[12] HROMDKOV Z，EBRINGEROV A，VALACHOVICˇ P.Ultrasoundassisted extraction of watersoluble polysaccharides from the roots of valerian（Valeriana officinalis L.）[J].Ultrasonics sonochemistry，2002，9（1）： 37-44.

[13] NHUTRANG T T，CASABIANCA H，GRENIERLOUSTALOT M F.Deuterium/hydrogen ratio analysis of thymol，carvacrol，γterpinene and pcymene in thyme，savory and oregano essential oils by gas chromatographypyrolysisisotope ratio mass spectrometry[J].Journal of cheomatogrphy A，2006，1132（1/2）： 219-227.

[14] 袁曉燕，彭濤，董自亮.直通蒸汽法提取紫蘇葉揮發(fā)油工藝優(yōu)化及評(píng)價(jià)[J].成都醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，9（3）： 295-297.