微波無溶劑法提取東紫蘇精油的工藝研究及成分分析

代亞賢，鄒偉，徐芳，徐文靜，張雪輝，王琦

（昆明醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，云南昆明650500）

東紫蘇（Elsholtiza bodinieri Vaniot）屬唇形科香薷屬植物，又名小香薷、鳳尾茶等[1-2]，是云南滇南地區(qū)的日常飲品。其嫩尖可以泡茶飲用，有清熱解毒的功效[3-4]，東紫蘇富含多種化學(xué)成分，其植株中精油成分具有抗氧化、解熱、鎮(zhèn)痛、解痙、增強(qiáng)免疫、抗菌消炎、殺蟲、降血脂、抗癌等作用[5-12]，具有較高食用和藥用價(jià)值[13]。

常用的東紫蘇精油提取方法有水蒸汽蒸餾法（steam distillation，SD）和超臨界 CO2萃取法（supercritical CO2extraction，SC-CO2）[14]，這些方法存在操作復(fù)雜、提取時(shí)間過長(zhǎng)、有機(jī)溶劑殘留、能耗大等弊端[15]。隨著新技術(shù)不斷的發(fā)展，微波無溶劑提取法 （solventfree microwave extraction，SFME）進(jìn)入到了植物精油提取行列。Chemat 等[16]首次提出了該方法，將微波加熱與干提取法相結(jié)合，在大氣壓下可在不加入任何溶劑或大量水的情況下，通過微波輻射加熱新鮮植物樣品或經(jīng)浸泡濕潤(rùn)處理后的干燥植物組織，使植物內(nèi)部水分快速汽化，將組織內(nèi)的精油帶出，經(jīng)冷凝、分離得到精油。該方法利用樣品自身水分吸收微波并加熱進(jìn)行提取，進(jìn)而達(dá)到干蒸餾提取的目的，具有高效、簡(jiǎn)便、環(huán)保節(jié)能等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法相比，該方法提取用時(shí)短，效率高[17-20]。目前，采用微波無溶劑法提取東紫蘇精油的文獻(xiàn)還未見報(bào)道。因此，本試驗(yàn)首先將干燥的東紫蘇樣品用水浸泡一定時(shí)間，使其盡量達(dá)到新鮮時(shí)的含水狀態(tài)，再采用微波無溶劑法提取東紫蘇精油，并采用氣相色譜-質(zhì)譜法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）對(duì)精油進(jìn)行化學(xué)成分分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

東紫蘇：云南省建水縣。

NEOS 微波萃取儀：意大利Milestone 公司；7890型氣相色譜儀：美國(guó)Agilent 公司；JEA 1002 型電子天平：上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司；DYF-1000C 型粉碎機(jī)：上海比朗儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 東紫蘇精油的提取

取曬干東紫蘇50 g，粉碎后用微波無溶劑提取儀進(jìn)行提取，收集餾出液，靜置分層，測(cè)量體積，每組試驗(yàn)重復(fù)3 次，取平均值，后置于4 ℃冰箱內(nèi)密封保存。

1.2.2 東紫蘇精油提取單因素試驗(yàn)

用微波無溶劑法提取東紫蘇精油，按1.2.1 方法進(jìn)行提取，設(shè)計(jì)單因素分別考察料液比[1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7（體積比）]、浸泡時(shí)間（0.5、1、2、3、4 h）、提取時(shí)間（30、40、50、60、70 min）、微波功率（300、400、500、600、700 W）對(duì)東紫蘇精油得率的影響。

1.2.3 正交試驗(yàn)

取曬干東紫蘇50 g，按1.2.1 方法，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交表進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.4 微波無溶劑提取東紫蘇精油成分分析

東紫蘇精油化學(xué)成分采用氣相色譜-質(zhì)譜法分析。

氣相色譜條件為色譜柱：DB-5MS 石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升溫：初始溫度為60 ℃，保持 10 min，以 3 ℃/min 的速率升至 200 ℃，保持 5 min；進(jìn)樣口溫度：230 ℃；柱箱溫度：60 ℃；進(jìn)樣模式：分流；柱流量：1 mL/min；吹掃流量：5 mL/min；分流比：50 ∶1；載氣：高純氦；進(jìn)樣量：1 μL ；溶劑延遲：3 min。

質(zhì)譜條件為電離方式：EI；電子能量：70 eV；接口溫度：200 ℃；離子源溫度：200 ℃；采集方式：scan；掃描范圍：40 amu～400 amu。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1 正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

采用SPSS Statistics V17.0 數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

1.3.2 東紫蘇精油成分分析

采用NIST05 標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫進(jìn)行檢索，并用峰面積歸一法確定化學(xué)成分及相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 料液比對(duì)精油得率的影響

料液比對(duì)得率的影響見圖1。

圖1 料液比對(duì)得率的影響Fig.1 Effects of material liquid ratio on extraction rate

在圖1 中，精油得率隨著液體的增加，出現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì)。當(dāng)料液比為1 ∶5（體積比）時(shí)，精油得率達(dá)到最大值；由于過多的水會(huì)導(dǎo)致物料沒有被完全提取，導(dǎo)致精油得率下降。因此，1 ∶5（體積比）是微波提取東紫蘇精油的最佳料液比。

2.1.2 浸泡時(shí)間對(duì)精油得率的影響

浸泡時(shí)間對(duì)得率的影響見圖2。

由圖2 可知，東紫蘇精油得率先升后降。如果繼續(xù)增加浸泡時(shí)間會(huì)導(dǎo)致精油得率下降，這是因?yàn)榻輹r(shí)間過長(zhǎng)，引起原料發(fā)生部分水解后成分揮發(fā)所致[21]。因此，2 h 是微波提取東紫蘇精油的最佳浸泡時(shí)間。

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)精油得率的影響

提取時(shí)間對(duì)得率的影響見圖3。

圖2 浸泡時(shí)間對(duì)得率的影響Fig.2 Effects of soaking time on extraction rate

圖3 提取時(shí)間對(duì)得率的影響Fig.3 Effects of extraction time on extraction rate

從圖3 中看出，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，精油得率不斷升高，當(dāng)提取時(shí)間超過60 min 時(shí)，精油得率無明顯差別。因此，東紫蘇精油提取到60 min 已基本完成，考慮到節(jié)省時(shí)間，減少耗能，選擇60 min 作為微波提取東紫蘇精油的最佳提取時(shí)間。

2.1.4 微波功率對(duì)精油得率的影響

微波功率對(duì)得率的影響見圖4。

圖4 微波功率對(duì)得率的影響Fig.4 Effects of microwave power on extraction rate

由圖4 可知，當(dāng)微波功率過低時(shí)，精油提取不完全；當(dāng)提微波功率超過600 W 時(shí)，精油得率無明顯差別，但過高功率會(huì)造成部分物料糊化，精油味道變質(zhì)。因此，為了獲得較高精油質(zhì)量，選擇600 W 作為微波提取東紫蘇精油的最佳提取功率。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由于料液比、浸泡時(shí)間、提取時(shí)間、微波功率4 個(gè)因素間能相互影響，在4 個(gè)單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交表安排試驗(yàn)，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化得到微波無溶劑提取東紫蘇精油的最佳工藝。因素-水平表見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見表2。

表1 微波無溶劑提取東紫蘇精油正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal experiment on solvent-free microwave extraction

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal test

由表2 可知，在4 個(gè)主要因素中，由極差可以看出C＞A＞D＞B，即提取時(shí)間的影響最大，料液比次之，微波功率第三，而浸泡時(shí)間的影響最小。根據(jù)結(jié)果分析，該東紫蘇精油的最佳提取工藝為A3B1C3D3，即料液比為1 ∶6（體積比），浸泡時(shí)間為2 h，微波提取時(shí)間為 60 min，微波功率為600 W。采用此條件進(jìn)行精油的提取，結(jié)果與實(shí)際吻合，最佳得率為0.096 mL/50 g。東紫蘇精油提取工藝優(yōu)化四因素三水平正交試驗(yàn)結(jié)果方差與顯著性分析見表3。

表3 方差與顯著性分析Table 3 Tests of between-subjects effects

由表3 可知，浸泡時(shí)間對(duì)東紫蘇精油得率的影響最小，故將B 浸泡時(shí)間做為誤差項(xiàng)[22]，并對(duì)其他因素進(jìn)行顯著性分析，可得出 P 值C＜A＜0.05＜D，可知提取時(shí)間和料液比相對(duì)于其他因素對(duì)東紫蘇精油的得率具有顯著影響。

2.3 微波無溶劑提取東紫蘇精油的化學(xué)成分分析

微波無溶劑提取東紫蘇精油的GC-MS 總離子流圖見圖5，化學(xué)成分定性分析及相對(duì)含量（以面積歸一法測(cè)得）見表4。

圖5 微波無溶劑提取法提取的東紫蘇精油GC-MS 總離子流圖Fig．5 Total ion current chromatograms of the essential oil from the Elsholtiza bodinieri Vaniot extracted by organic solvent

表4 微波無溶劑提取法提取的東紫蘇精油的化學(xué)組成Table 4 Chemical composition of essential oil from the Elsholtiza bodinieri Vaniot extracted by organic solvent

東紫蘇精油共檢測(cè)出43 種化學(xué)成分，乙酸松油酯是東紫蘇精油含量最高的一種物質(zhì)，其相對(duì)含量達(dá)到了56.25%，其次為丙酸香葉酯（6.8%）、棕櫚酸（4.95%）、依樸酚醇（4.83%）、氧化石竹烯（4.41%）、乙酸（Z）-5-十二烯醇酯（3.28 %）、α-松油醇（2.91 %）、（S）-（+）-5-（1-羥基-1-甲基乙基）-2-甲基-環(huán)己烯-1酮（1.18%）、萜品醇（1.14%）、植酮（1.1%），其他檢測(cè)出的成分相對(duì)含量均未達(dá)到1%以上。除此之外，還有多種醇類、脂類、醛類、萜烯類和酮類等化合物。

3 結(jié)論

用微波無溶劑提取法對(duì)東紫蘇精油進(jìn)行提取，通過單因素試驗(yàn)和L9（34）正交試驗(yàn)確定了東紫蘇精油的最佳提取工藝條件，并且進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

采用氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)對(duì)東紫蘇精油進(jìn)行成分分析，結(jié)果表明，用微波無溶劑提取法提取的東紫蘇精油共含有43 種化學(xué)成分，主要成分為乙酸松油酯，相對(duì)含量達(dá)到了56.25%，其次為丙酸香葉酯（6.8%）、棕櫚酸（4.95 %）、依樸酚醇（4.83 %）、氧化石竹烯（4.41%）、乙酸（Z）-5-十二烯醇酯（3.28%）、α-松油醇（2.91%）、（S）-（+）-5-（1-羥基-1-甲基乙基）-2-甲基-環(huán)己烯-1 酮（1.18%）、萜品醇（1.14%）、植酮（1.1%）。