不同工艺提取的杉木精油组分含量研究

李文珠，吴青思，哈力克，许婉丽

（浙江农林大学 工程学院，浙江 临安 311300）

精油（essentialoil）是存在于植物体中的一类可随水蒸气蒸馏，且具有一定香味的挥发性油状液体的总称[1]。早在五千年前，人们就通过物理方法进行提取或精炼加工而未改变其原来成分的天然香料。到了16世纪就发明了用水蒸气蒸馏提取芳香植物精油的方法。到了20年代19世纪，天然香料的提取方法也随着化学工业和机械工业的发展而发展，除了水蒸气蒸馏法外还有通过减压分馏、挥发性溶剂浸提法等。近年来，超临界二氧化碳萃取和分子蒸馏技术取得了新发展[2～3]。

国内外学者已开展杉木精油的水蒸气、超临界CO2萃取和干馏等不同提取方法研究[4～10]。本文采用常压水中蒸馏法、减压水中蒸馏法、直接蒸汽蒸馏法和干馏法分别提取杉木精油，并对杉木精油的主要理化性能和组成成分进行对比研究，为杉木精油的生产和应用提供理论依据。

1 实验仪器与材料

1.1 实验仪器

MQ3130木材刨丝机（自制）；HB65-HST精油提取器（北京亿百川科技发展有限公司）；R-210旋转蒸发仪（瑞士步琪公司）；7890A-5975C型安捷伦GC/MS；TC-15套式恒温器；常温常压蒸馏装置（自制）；干馏釜（自制）；直接蒸汽蒸馏装置（自制）；DR-A1阿贝折光仪、JA2003电子天平、PZ-B-5液体比重天平。

1.2 实验材料

杉木采自浙江省江山市，树龄15 a，去皮后切断成20 cm的小段，然后用自制木材刨丝机将木材加工成5mm×2.5mm尺寸的木丝，取其中心材部分的木丝截成长度为5mm的碎料，自然阴干后用塑料袋密封，备用。

2 试验部分

采用常压水中蒸馏、减压水中蒸馏、直接蒸汽蒸馏和干馏4种方法对杉木碎料进行提取试验。

2.1 杉木精油提取

2.1.1 常压水中蒸馏 称取一定量的杉木碎料与蒸馏水共混装入反应釜中进行加热，水蒸气与精油形成的混合气体经过冷凝器冷凝后分离得到杉木精油，并称取质量计算杉木精油的提取得率。

2.1.2 减压蒸馏 称取一定量的杉木碎料，用旋转蒸发仪进行减压蒸馏，收集蒸馏出来的杉木精油，并计算杉木精油的提取得率。

2.1.3 直接蒸汽蒸馏 称取一定量的杉木碎料装在反应釜内筛板上，通入蒸汽经带孔的盘管喷射出来，使原料进行蒸馏。将水蒸气与精油的混合气体降温冷却，收集蒸馏出来的精油，并计算杉木精油提取得率。

2.1.4 干馏法 称取一定量的杉木碎料放入干馏釜中，控制加热温度，收集冷凝液，得到干馏杉木精油，并计算杉木精油的提取得率。

2.2 杉木精油基本理化性能测试

用肉眼观测不同提取方法精油的颜色，透明度，有无结晶，是否存在分层等理化性能，闻其气味。用液体比重天平测试其密度，用阿贝折光仪测试4种精油的折光率。

2.3 杉木精油GC/MS测定

采用GC/MS测定杉木精油组分含量。色谱测试条件：色谱柱DB-5MS（30m×0.25mm×0.25μm）毛细管柱，载气为He，流量1.2m L/min，进样分流比5：1；起始温度60℃，停留1min，以8℃/min，升至260℃，停留3m in。质谱条件：质谱离子源为EI，离子源温度250℃，电子能量70 eV，发射电流0.5mA，电子倍增器电压1.3 kV，扫描范围50～650μ。

3 结果与分析

3.1 杉木精油得率及基本性能

将不同工艺提取的杉木精油滴于普通滤纸上，有明显的杉木清香，在室温下放置一定时间后均有明显挥发，再分别对提取的杉木精油进行外观、香味、比重、折光率等观察和性能测试，结果见表1。

表1 不同工艺提取杉木精油得率、外观特征和性能指标

由表1可知，不同工艺提取杉木精油得率差别很明显，其中干馏法的得率最高，达到5.86%，减压蒸馏的得率最低，为0.13%，两者相差将近7倍。4种方法提取的杉木精油的折光率和比重值基本相近，而外观特征和气味略有不同，干馏法得到的杉木精油颜色呈淡黄色，并有明显的焦烟味，常压水中蒸馏和减压蒸馏得到的杉木精油主要为晶体状，而水蒸汽蒸馏得到的杉木精油为乳白色絮状。据文瑞明[11]研究表明，含有5～18个碳原子的直链烯烃是液体，更高级的烯烃则是蜡状固体。醇类中4～11个碳的醇为油状液体，仅可部分溶于水；高级醇为无臭、无味的固体，不溶于水，纯品柏木醇是白色晶体。由此推断晶体状可能主要为高级醇类（柏木醇），即杉木精油中晶体状成分越多，柏木醇的含量越高，油状主要为烯烃类物质。

3.2 不同工艺提取杉木精油成分对比

GC/MS总离子流色谱图直接由仪器数据处理系统进行检索，并查阅有关资料[12～13]进行杉木精油组分定性分析，各峰相对含量根据峰面积归一化法给出，面积大小直接反应了杉木精油化合物的组分含量。不同工艺提取的杉木精油总离子流色谱图和化学组成结果见下列图1、图2、图3、图4和表2。

图1 常压水中蒸馏杉木精油总离子流色谱

图2 减压蒸馏杉木精油总离子流色谱

图3 直接蒸汽蒸馏杉木精油总离子流色谱

图4 干馏法提取杉木精油总离子流色谱

从表2可看出，常压水中蒸馏得到的杉木精油中共分出30个色谱峰，其中鉴定出26个化合物，占精油总量的90.44%。减压蒸馏得到的杉木精油中共分出11个色谱峰，其中鉴定出6个化合物，占精油总量的90.14%。直接蒸汽蒸馏得到的杉木精油中共分出52个色谱峰，其中鉴定出47个化合物，占精油总量的96.71%。干馏法得到的杉木精油中共分出41个色谱峰，其中鉴定出37个化合物，占精油总量的99.21%。

表2 不同提取工艺得到杉木精油的GC/MS分析结果

表2续

杉木精油是由多种化学性质不同的成分组成的混合物，基本组成有脂肪族、芳香族烃类、萜类及其含氧衍生物，主要有效成分为柏木醇、α-柏木烯、β-柏木烯、α-蒎烯等。不同提取工艺得到的杉木精油组分含量区别明显，常压水中蒸馏提取的杉木精油中主要有柏木醇38.67%、α-松油醇10.7%、亚油酸10.05%及α-柏木烯4.87%和α-蒎烯2.95%；直接蒸气蒸馏提取的杉木精油中主要含有柏木醇26.96%、α-柏木烯20.91%、多种萜烯类物质、少量α-松油醇3.45%和乙酸柏木酯2.82%；减压蒸馏提取的杉木精油中大部分为酯类，油酸甲酯67.23%、棕榈酸甲酯10.17%、甲基-10-棕榈酸甲酯2.55%，柏木醇仅有7.46%；干馏法得到的杉木精油中以柏木醇31.96%和α-柏木烯22.94%占多数，还有少量多种萜烯类和萜醇类。

由此可见，常压水中蒸馏得到的精油柏木醇含量最高，含有香味的低沸点的萜烯少，精油呈结晶状，杉木香气较淡；减压蒸馏所得杉木精油中基本不含低沸点的萜烯类成分，而以高沸点的柏木脑为主，这可能是易挥发性成份被抽到真空泵里去了；直接蒸汽蒸馏和干馏地得到的杉木精油中低沸点的a-柏木烯和高沸点柏木脑的含量相近，因此呈浓稠状，且杉木香气浓郁。

4 结论与建议

不同提取工艺得到杉木精油得率差别明显，干馏法提取的杉木精油得率最高，其次为直接蒸汽蒸馏法，再次是常压水中蒸馏发，减压蒸馏的得率最低。提取的4种杉木精油具有明显的杉木香气，折光率1.3～1.5，比重0.930～0.960 g/cm3。常压水中蒸馏和减压蒸馏主要为白色晶体状，主要组分为高沸点的柏木醇和少量的油状烯烃；减压蒸馏提取时低沸点的油状烯烃类基本被抽出，精油大部分为酯类、酸类和醇类，呈结晶状且气味略淡；直接蒸汽蒸馏和干馏法的为絮状，其中主要含有高沸点结晶状的柏木脑和低沸点的α-柏木烯等烯烃类，且含量相近。

对不同工艺提取杉木精油的测试分析可知，杉木精油的得率和品质与提取方法和工艺密切相关，今后应进一步探索和优化杉木精油的提取工艺。

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