迷迭香精油提取工藝及其化學成分研究

賈新超，牛志平，高偉，李雅麗，田洪

晨光生物科技集團股份有限公司，河北省植物資源綜合利用重點實驗室 （邯鄲057250）

迷迭香（RosmarinusofficinalisL.）為唇形科迷迭香屬亞灌木或多年生草本香料植物，原產于地中海及其周邊國家，后被引入我國，在我國廣西、貴州、云南和新疆等地均有大量的人工栽培[1]。迷迭香精油是從其莖、葉、花等中經提取所得的油狀產物，主要含有α-蒎烯、1,8-桉葉油素等萜類成分[2]。迷迭香精油被廣泛應用于西點、禽肉、沙司、腌漬和熏制食品的調味，空氣清新劑、化妝品、洗滌劑的調香等方面[3]。近期的研究表明，迷迭香精油不僅能用于調味調香，還具有高度的生物活性，如抑菌[4-7]、提高飼養動物的營養物質表現消化率[8]、酶抑制活性[9]等。不同迷迭香精油化學型的多樣性也意味著在實際應用中也應有針對性。迷迭香精油的應用已拓展到醫療保健和食品等領域，涉及安全性和功效性問題，因物種類型、生長環境等因素產生精油成分不同，對不同產地的迷迭香精油進行成分對比就顯得尤為重要。以迷迭香干葉為研究對象，對迷迭香精油的水蒸氣蒸餾工藝優化及不同產地所得精油成分進行對比分析，從而對迷迭香精油的提取和應用提供借鑒及參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

迷迭香干葉（產地為湖南、河南、貴州、云南）。

正己烷（色譜純，美國BCR試劑公司）。

1.2 儀器與設備

氣相色譜質譜聯用儀（安捷倫科技有限公司，6890GC/5975MS）；渦旋混合器（冠森生物科技上海公司，XH-D）；水蒸氣蒸餾裝置（上海銀澤儀器設備有限公司，80 L）。

1.3 試驗方法

將一定質量的迷迭香樣品放入自制水蒸氣蒸餾裝置中，加熱蒸餾。隨著水蒸氣的上行，迷迭香精油被共同帶出，并在冷凝器部位冷凝。所得精油經靜置分層，倒入量筒中測量精油體積，計算精油提取得率[10]。

1.4 GC-MS條件

1.4.1 氣相色譜條件

色譜柱為HP-5MS石英毛細管柱[30 m×0.25 mm（內徑）×0.25 μm]；進樣口溫度200 ℃。程序升溫：初始柱溫60 ℃，保持2 min，以2 ℃/min升溫至160 ℃，10 ℃/min升溫至260 ℃，保持5 min；載氣為氦氣（純度≥99.999%），流速1.0 mL/min；進樣量1 mL；進樣方式分流進樣，分流比50∶1。

1.4.2 自動進樣器條件

溫度為定量環100 ℃、傳輸線105 ℃；GC循環時間15 min，樣品平衡時間60 min，壓力平衡時間0.1 min，進樣時間0.5 min；樣品瓶搖動3次；載氣為氮氣。

1.4.3 質譜條件

色譜與質譜接口溫度200 ℃；離子源溫度230 ℃；離子源類型為電子轟擊離子源（EI）；碰撞室氣體：氮氣（純度≥99.999%）；檢測方式：全掃描模式（SRM）；電離能量70 eV。

2 結果與討論

2.1 水蒸氣蒸餾工藝參數優化

2.1.1 迷迭香干葉粉碎時間的優化

取一批迷迭香葉，平均分成3份，每份1 kg，分別粉碎1，2和3 s，加上未粉碎原料，檢測粒度分布，分別用水蒸氣蒸餾30 min，按照1.3的方法檢測精油體積，計算迷迭香精油提取得率。

圖1 迷迭香干葉不同粉碎時間對粒度分布的影響

圖2 迷迭香干葉不同粉碎時間對精油得率的影響

迷迭香干葉粉碎時間對粒度分布影響較大，不同的粒度分布直接影響迷迭香精油的提取效率。原料的粒度越小，水蒸氣在顆粒內部的擴散距離短。相同質量的粉末，粒度分布小者表面積更大，與水蒸氣的接觸更為充分。在試驗考察的粒度范圍內，迷迭香精油提取得率隨著原料粉碎時間的增加先提高后降低，粉碎1 s時，精油提取得率達到最高，為1.78%，但隨著粉碎時間的延長，迷迭香精油的得率下降，可能是因為粉碎時間過長，蒸餾過程中部分精油因粉末阻擋不能完全溢出，造成得率偏低。

2.1.2 蒸餾質量的優化

取該批粉碎1 s的迷迭香葉，分別稱取0.5，1.0，1.5和2.0 kg的迷迭香葉，分別用水蒸氣蒸餾30 min，按照1.3的方法檢測精油體積，計算迷迭香精油提取得率。

不同質量的粉末對迷迭香精油的提取得率的影響很大，在0.5和1.0 kg時，迷迭香葉與水蒸氣的接觸充分，迷迭香精油的提取得率分別為1.78%和1.82%。增加到1.5和2.0 kg時，迷迭香精油的提取得率下降明顯，因此每次提取最適的提取質量為1 kg。

圖3 不同蒸餾質量對迷迭香精油得率的影響

2.1.3 蒸餾時間的優化

取粉碎1 s的迷迭香干葉，每份1 kg，分別用水蒸氣蒸餾20，30，40和50 min，按照1.3方法檢測精油體積，計算迷迭香精油提取得率。

蒸餾時間對迷迭香精油的提取至關重要，隨著蒸餾時間的延長，迷迭香精油得率先急劇增加后緩慢增加趨于平衡，考慮到蒸餾時間延長，蒸餾過程中的溫度較高，容易導致主要抗氧化成分損失，蒸餾時間30 min，精油得率為1.82%。因此，綜合考慮，將蒸餾時間確定為30 min。

圖4 不同蒸餾時間對迷迭香精油得率的影響

2.1.4 正交試驗

根據單因素試驗結果，確定粉碎時間（A）、蒸餾質量（B）和蒸餾時間（C）3個水平，按L9(33)進行正交試驗，檢測迷迭香精油的提取得率，通過數據分析確定迷迭香精油提取工藝的最優組合。正交試驗因素和水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表

根據單因素試驗分析結果，選擇粉碎時間、蒸餾質量、蒸餾時間3個因素及3個水平，以迷迭香精油為指標，進行三因素三水平正交試驗，正交試驗結果見表2，極差數據分析見表3。

表2 正交試驗結果

表3 極差分析

由表3極差R的大小可知，各因素的影響順序為A＞C＞B，即粉碎時間＞蒸餾時間＞蒸餾質量，最優組合為A1B2C2，即最佳工藝為迷迭香干葉粉碎時間1 s、蒸餾時間30 min和蒸餾質量1 kg。

2.2 不同產地迷迭香葉精油成分

4個產地迷迭香葉精油成分的GC-MS圖譜如圖5所示。通過NIST庫比對，不同產地精油成分類別組成差異較小，主要有α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、β-月桂烯、對傘花烴、D-檸檬烯、1,8-桉葉油醇、樟腦、龍腦、α-松油醇、馬鞭草酮和乙酸龍腦酯。

圖5 4個產地迷迭香葉精油成分的GC-MS圖譜

根據成分的不同，ISO國際標準[11]將迷迭香精油分為低1,8-桉葉油醇/蒎烯與高樟腦型（亦稱突尼斯和摩洛哥型）和高1,8-桉葉油醇/蒎烯與低樟腦型（亦稱西班牙型）兩大類。二者組成成分相同，但各組分含量有所差異。從表4數據可以看出，湖南、河南、貴州及云南產地迷迭香精油與國際標準西班牙型迷迭香精油較為接近，個別成分與國際標準西班牙型存在差異。

表4 不同產地迷迭香精油的主要化學成分

含量較高的成分如α-蒎烯，在西班牙型的標準中，規定值為18.0%～26.0%，湖南、貴州兩地中的含量在此范圍內，而河南、云南兩地的含量遠高于26%，達30%以上。1,8-桉葉油醇在西班牙型的標準中，規定值為17.0%～25.0%，4個產地中的含量均在標準范圍內。與西班牙型差異較大的成分為樟腦，在標準中的規定值為12.5%～22.0%，湖南、河南、貴州三地的精油中含量5%～6%，云南產地的迷迭香精油2.44%。莰烯在西班牙型的標準中，規定值為8.0%～ 13.0%，僅河南產地的迷迭香精油符合標準范圍，其他產地均低于標準范圍。

將4個產地迷迭香葉精油進行對比，也能發現較大的差異，湖南產迷迭香所得精油中，馬鞭草酮的含量明顯高于其他產地，同時遠高于ISO國際標準的2.5%，達8%。河南產迷迭香精油的α-蒎烯含量較高，與其他產地的區別明顯。貴州產地的D-檸檬烯顯著高于標準和其他產地，特征明顯。

3 結論

迷迭香精油提取試驗結果表明：粉碎時間1 s、蒸餾時間30 min、蒸餾質量1 kg時，精油的提取得率最高，為1.86%。對不同產地提取所得精油進行GC-MS化學成分分析，鑒定出12種迷迭香精油中的主要化學成分，并對不同地區精油進行成分對比分析。迷迭香精油根據成分的不同，可以分為突尼斯和摩洛哥型、西班牙型兩大類，試驗中不同產地迷迭香精油成分最接近西班牙型，但不同產地之間的精油成分存在明顯差異。