百里香精油的提取工藝①

楊 敏

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)香料研究所 云南昆明 650201）

百里香又名麝香草，唇形科百里香屬多年生芳香植物，原產(chǎn)于地中海沿岸，廣泛分布于世界各地。百里香花和葉具有強烈的芳香氣味，在食用、藥用和觀賞等方面有應(yīng)用價值，是人類應(yīng)用最古老的調(diào)味香料之一。百里香精油具有抗氧化、殺菌、抑菌等特性［1-6］，廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域［7-12］。目前百里香精油的提取方法主要有水蒸氣蒸餾法、有機溶劑萃取法和超臨界流體萃取法。水蒸氣蒸餾法溫度高，有效香氣成分易于分解［13］；溶劑萃取法在低溫下操作可避免水解發(fā)生，但通常提取時間長達數(shù)小時，精油中存在殘留溶劑，而且溶劑必須通過蒸餾除去，易發(fā)生不利的熱降解反應(yīng)；超臨界流體萃取法是近年來發(fā)展的提取百里香精油的新方法，但設(shè)備昂貴，成本和操作技術(shù)要求較高。由于超臨界流體萃取法工藝過程簡單，提取溫度低，萃取選擇性較強，不會破壞精油的品質(zhì)，可以得到香氣純正，性能優(yōu)良的百里香精油，產(chǎn)品收率可達4.22%，因此應(yīng)用前景較好。水蒸氣蒸餾法是目前提取芳香植物精油普遍采用的方法，近年來國內(nèi)很多學(xué)者對水蒸氣蒸餾法提取百里香精油進行了研究，水蒸氣蒸餾提取百里香精油的得率為1.59%，因為成本低，無溶劑殘留，香味純正，是目前提取百里香精油的最佳方法。近年，雙水相萃取技術(shù)［14-15］引起了人們廣泛關(guān)注，在生物化學(xué)和生物化工領(lǐng)域的產(chǎn)品分離和提取中被廣泛應(yīng)用。微膠囊技術(shù)能有效保護精油成分，雙水相萃取技術(shù)選擇性和專一性較高，提取揮發(fā)油的前景較好，但用于百里香精油提取的相關(guān)報道還較少。筆者結(jié)合微膠囊和雙水相萃取技術(shù)，采用β-環(huán)糊精-硫酸鈉雙水相體系［16］提取百里香精油，通過正交試驗法研究了β-環(huán)糊精濃度、硫酸鈉濃度、萃取溫度和萃取時間對提取百里香精油的影響，簡化提取步驟，縮短提取時間，避免提取過程中由高溫引起的氧化和聚合，降低能耗及生產(chǎn)費用，提高精油質(zhì)量，優(yōu)化工藝參數(shù)，篩選最佳提取工藝，為百里香精油提取工藝的進一步研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

百里香，購自安徽亳州藥材公司；α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精，鄭州萬瑞達化工產(chǎn)品有限公司；硫酸鈉（分析純），中國醫(yī)藥上海試劑公司生產(chǎn)；95%乙醇（分析純），上海化學(xué)試劑廠。

LK粉碎機，上海隆拓儀器設(shè)備有限公司；揮發(fā)油測定器，上海青浦滬西儀器廠；KDC-160HR高速冷凍離心機，中國科大創(chuàng)新科技有限公司；電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；RE-5205旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 微膠囊雙水相體系萃取百里香工藝流程

百里香粉碎，加入40%乙醇浸泡24 h，過濾，濾液加入β-環(huán)糊精和硫酸鈉，攪拌靜置，糊精相離心，糊精囊化物加入95%乙醇攪拌釋放囊心，離心，百里香精油和乙醇減壓蒸餾，得到百里香精油

1.2.2 百里香樣液的制備

在粉碎機中加入百里香250 g粉碎并過篩，然后加入40%乙醇溶液浸泡百里香24 h，料液比1∶2，抽濾，再加入40%乙醇溶液浸泡濾渣24 h，抽濾，合并濾液備用。

1.2.3 囊壁材料的選擇

采用α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精3種壁材制備百里香精油微膠囊，通過比較精油微膠囊密度及水溶性，選擇最佳的精油包裹材料。

1.2.4 微膠囊雙水相體系的選擇

為了比較百里香精油在不同水相中的分布，研究β-環(huán)糊精-硫酸鈉體系和β-環(huán)糊精-氫氧化鈉體系提取百里香精油的工藝，并采用單因素實驗和正交實驗對微膠囊雙水相體系萃取百里香精油的工藝進行研究，獲得提取百里香精油的最佳工藝。

精油收率/%＝RK/（1+RK）

其中R＝Vt/Vb（Vt，Vb分別是上、下相體積，mL）；K＝Ct/Cb（Ct，Cb分別是上下相百里香精油的質(zhì)量濃度，mg/mL）

2 結(jié)果與分析

2.1 囊壁選擇實驗

由表1可知，采用α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精制備精油微膠囊，3種壁材包裹制備的精油微膠囊的密度差別較小。3種壁材制備的微膠囊溶解性有所不同，在水中溶解性較好的是用β-環(huán)糊精制備的精油微膠囊，沒有分層現(xiàn)象，溶解性不好的是用α-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精制備的精油微膠囊，容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象。因此，β-環(huán)糊精是最佳的囊壁材料。

表1 3種包裹方法得到的百里香精油微膠囊的物理性能

2.2 微膠囊雙水相體系的選擇

在離心管中加入30 mL百里香樣液，45%的β-環(huán)糊精和20%的硫酸鈉，40℃攪拌，通過分析百里香精油上、下相中的含量，測定百里香精油在2種體系中的分相能力。由表2可知，上相β-環(huán)糊精中主要是百里香精油，在這2個體系中的分布也不相同，比較了2種微膠囊雙水相體系的K和精油回收率，可知K在β-環(huán)糊精-硫酸鈉體系中較大，為89.8，精油回收率較高，可達95%。兩個體系提取的百里香精油都具有強烈的藥香味，顏色均為淡黃綠色，透明度較高的是β-環(huán)糊精-硫酸鈉體系提取的精油。因此，β-環(huán)糊精-硫酸鈉體系是最佳的微膠囊雙水相體系。

表2 雙水相體系的選擇

2.3 β-環(huán)糊精-硫酸鈉微膠囊雙水相體系萃取百里香精油的影響因素研究

2.3.1β-環(huán)糊精濃度對百里香精油收率的影響

當萃取時間30 min，硫酸鈉濃度15%，萃取溫度40℃時，研究不同β-環(huán)糊精濃度（40%、45%、50%、55%、60%）對百里香精油收率的影響結(jié)果見圖1。

圖1 不同β-環(huán)糊精濃度對精油收率的影響

由圖1可知，百里香精油收率隨著β-環(huán)糊精濃度的增加而升高，但如果β-環(huán)糊精濃度超過55%精油收率就下降，原因是精油被包裹在過量的β-環(huán)糊精中，導(dǎo)致精油微膠囊難于釋放，使得精油收率下降。因此，45%的β-環(huán)糊精濃度是最佳萃取濃度。

2.3.2 硫酸鈉濃度對百里香精油收率的影響

當萃取時間30 min，ββ-環(huán)糊精濃度40%，萃取溫度40℃時，不同硫酸鈉濃度（15%、20%、25%、30%、35%）對精油收率的影響結(jié)果見圖2。

圖2 不同硫酸鈉濃度對精油收率的影響

由圖2可知，百里香精油收率隨著硫酸鈉濃度的增加而升高，但如果硫酸鈉濃度超過30%精油收率就下降，原因是硫酸鈉濃度增加后，改變了兩相與水分子的競爭，進而雙水相分配系數(shù)被改變，精油收率隨之下降。因此，20%的硫酸鈉濃度是最佳的萃取濃度。

2.3.3 萃取溫度對百里香精油收率的影響

當萃取時間30 min，β-環(huán)糊精濃度45%，硫酸鈉濃度20%時，不同萃取溫度（30、35、40、45、50℃）對百里香精油收率的影響，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 不同萃取溫度對精油收率的影響

由圖3可知，百里香精油收率隨著溫度的升高而升高，當溫度45℃時精油收率達到最高。若繼續(xù)升高溫度，會造成精油揮發(fā)損失，精油收率明顯下降。因此，45℃是最佳的萃取溫度。

2.3.4 萃取時間對百里香精油收率的影響

當β-環(huán)糊精濃度40%，硫酸鈉濃度15%，萃取溫度40℃時，不同萃取時間（10、20、30、40、50 min）對百里香精油收率的影響結(jié)果見圖4。

由圖4可知，百里香精油收率隨著萃取時間的增加而升高，若延長萃取時間，精油收率不再升高。如果長時間萃取，精油中的酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)會被改變。因此，20 min是最佳的萃取時間。

2.4 環(huán)糊精-硫酸鈉微膠囊雙水相萃取百里香精油的正交試驗

在單因素實驗結(jié)果基礎(chǔ)上，采用4因素3水平正交試驗設(shè)計法，研究β-環(huán)糊精濃度、硫酸鈉濃度、萃取溫度和萃取時間4個因素對精油收率的影響，優(yōu)化最佳萃取工藝參數(shù)，詳見表3。

圖4 不同萃取時間對精油收率的影響

微膠囊雙水相萃取百里香精油的影響因素正交試驗結(jié)果表明，硫酸鈉濃度＞萃取時間＞β-環(huán)糊精濃度＞萃取溫度。正交試驗得到精油萃取的最佳組合為A2B2C3D1，即加入45%β-環(huán)糊精和20%硫酸鈉在45℃下萃取20 min，精油收率可達95.22%。

3 討論與結(jié)論

本研究采用β-環(huán)糊精-硫酸鈉雙水相體系提取百里香精油，研究了萃取時間、β-環(huán)糊精濃度、硫酸鈉濃度和萃取溫度對提取百里香精油的影響，結(jié)果表明：影響百里香精油收率的因素依次為硫酸鈉濃度、萃取時間、β-環(huán)糊精濃度、萃取溫度。本研究建立了微膠囊雙水相提取百里香精油的方法，通過正交試驗得到提取百里香精油的最佳條件為：β-環(huán)糊精濃度45%，硫酸鈉濃度20%，45℃下萃取20 min，精油平均收率可達95%以上。

微膠囊雙水相法可用于醛、酮、醇等弱極性至無極性香味成分的提取，而且能分離細胞勻漿中的極微小碎片，提取過程避免加熱和相變，分相時間短，僅為5～15 min，大多數(shù)情況下，目標產(chǎn)物的收率高于90%，容易連續(xù)操作和工程放大，而且處理容量大，工藝步驟少，提取質(zhì)量高，能耗及生產(chǎn)費用低，主要用于生物大分子物質(zhì)和中草藥有效成分的分離。微膠囊雙水相法提取植物精油，能有效地保護精油的天然組分，提取過程不會發(fā)生高溫、氧化、聚合等情況，調(diào)整精油和鹽的用量即可改變分配比，控制囊化萃取物中精油的成分比例，達到有目的和最有效的囊化萃取，從而有效地保護目標產(chǎn)品在提取過程中的化學(xué)和物理性質(zhì)，應(yīng)用前景較好。王娣等［17］采用微膠囊雙水相體系萃取百里香精油，結(jié)果表明微膠囊雙水相體系中硫酸鈉濃度對精油收率的影響最為顯著，其次是β-環(huán)糊精濃度和萃取溫度。最佳工藝條件是在45℃下加入0.45 g/mLβ-環(huán)糊精和0.20 g/mL硫酸鈉，百里香精油的收率可達95%，與本研究結(jié)果相似。

本研究采用正交實驗法研究了β-環(huán)糊精濃度、硫酸鈉濃度、萃取溫度和萃取時間4個因素對精油收率的影響，結(jié)果表明，最佳萃取時間為20 min，因此本工藝只需進行20 min萃取，精油收率就可達95%以上。王娣等［18］利用超臨界CO2提取百里香精油，試驗得出制備百里香精油的工藝條件為：萃取壓力25 MPa，萃取溫度40℃，萃取時間4 h，萃取收率為4.22%。因此，傳統(tǒng)提取百里香精油的方法存在著提取時間長，收率不高等問題。本研究不但簡化了提取步驟，縮短了提取時間，能耗及生產(chǎn)費用低，提取的精油質(zhì)量高，而且在低溫常壓下操作，安全無毒，簡單快捷，提取百里香精油的前景較好。因此，采用微膠囊雙水相技術(shù)提取百里香精油的優(yōu)越性是傳統(tǒng)提取法不可比擬的，可廣泛應(yīng)用于植物揮發(fā)油的提取。

表3 正交試驗結(jié)果

百里香應(yīng)用廣泛，在食用、藥用、觀賞方面具有重要開發(fā)價值，是一種開發(fā)潛力較大的芳香植物。百里香香味清香、持久，可在日化產(chǎn)品和食品中廣泛應(yīng)用，而且在抗氧化、抗菌消炎、抗癌抗病毒、防治血栓等方面具有重要的藥用價值。本研究采用β-環(huán)糊精-硫酸鈉雙水相體系提取百里香精油，精油收率可達95%，而且能簡化提取步驟，降低能耗，值得進一步開發(fā)應(yīng)用。百里香屬植物種類多，今后要加強百里香在抗病毒方面的研究，并擴大種植面積，進一步深入探索微膠囊雙水相技術(shù)提取百里香精油的工藝，提高精油的品質(zhì)，發(fā)展百里香產(chǎn)業(yè)，開發(fā)利用好這一重要天然香料資源。