肉桂油提取条件的探索研究

2014-08-17黎贵卿陆顺江李桂珍

生物质化学工程 2014年3期

黎贵卿，陆顺江燕，李桂珍

(1.广西林业科学研究院，国家林业局八角肉桂工程技术研究中心，广西南宁 530002； 2.广西分析测试研究中心，广西南宁 530022)

肉桂(CinnamomumcassiaPresl.)又名玉桂，属樟科，为热带、南亚热带常绿乔木，分布广泛，除我国广西、广东、云南、海南、福建、浙江、湖南、江西、四川等地种植外，在越南、老挝、印度、印尼亦有人工栽培[1]。我国广西、广东是肉桂的主产区，其肉桂油和肉桂皮产品约占世界产量的80% , 在国际上享有盛誉，主要出口到英国、日本、美国及东南亚等国家和地区[2]。

肉桂亦属常用名贵中药材，用途广泛，全身是宝，既可药用，又是香料副食品，其枝叶、花、果、皮均含有芳香油(肉桂油)，肉桂油主要含有苯甲醛、肉桂醛、香豆素、乙酸肉桂酯、反式邻甲氧基肉桂醛等[3-10]。肉桂油具有健胃、驱风、杀菌、收敛作用，可用作香料、调味加香、化妆品、日用香精等，常见中成药中有10 000个左右的品种含有肉桂油成分，如新加坡产的风湿跌打、止痛止血的“红花油”；世界驰名的畅销饮料“可口可乐”、“百事可乐”等均含肉桂油[11-12]。

肉桂油一般采用水蒸气蒸馏法获得[8]。通过水蒸气蒸馏，收集的馏出液经油水分离器分离，油相为肉桂油，水相即为肉桂油芳香水。芳香水一般系指芳香挥发性药物(多半为挥发油)的近饱和或饱和水溶液[13]。本研究考察了单位时间水蒸气蒸汽量和提取时间对肉桂油提取得率的影响，并对工业生产线得到的水蒸气蒸馏肉桂油馏出液芳香水进行了复蒸。

1 实验

1.1 材料与仪器

肉桂油及芳香水(广西上思南屏林化厂)、试验室水蒸气蒸馏装置、HP-5890A气相色谱仪(美国安捷伦科技有限公司)、QP5050A气-质联用仪(日本岛津有限公司)。

1.2 肉桂油及芳香水的收集

肉桂油及芳香水收集自广西上思南屏林化厂肉桂油生产线的肉桂油水蒸气馏出液。本研究共收集了3个批次的水蒸气馏出液，每一个批次即是蒸馏一锅肉桂枝叶，投料量均为1 600 kg。不同批次采用不同的蒸汽量，同一批次蒸汽量固定不变，各批次水蒸气的单位时间蒸汽量即等于冷凝馏出液流出速率，分别是第1批次 7 kg/min，第2批次12 kg/min，第3批次18 kg/min，每批次的第一个样品为有馏出液流出5 min后收集，然后每30 min收集一次，收集量均为600 mL，直至冷凝液澄清，说明肉桂油被提取完全，第1批次需蒸馏时间为3.5 h，收集的芳香水编号1-1～1- 8；第2批次需蒸馏时间为2.0 h，收集的芳香水编号2-1～2-5；第3批次需蒸馏时间为1.5 h，收集的芳香水编号3-1～3- 4.

1.3 肉桂油及芳香水的分离与复蒸

将收集到的肉桂油及芳香水混合液静置24 h，分离析出肉桂油(即肉桂油Ⅰ)，余下的芳香水在实验室用水蒸气蒸馏进行复蒸3 h，得到复蒸肉桂油(即肉桂油Ⅱ)。

1.4 肉桂油化学成分的定性定量分析

用气-质联用对肉桂油进行定性分析，确定主要的化学成分。用气相色谱法对肉桂油进行定量分析。

1.4.1 GC-MS定性分析条件 QP5050A气-质联用仪(日本，岛津)。色谱柱：弹性石英毛细管柱AT-35(60 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气为高纯氦气；程序升温：80 ℃(1 min)，以3 ℃/min升至180 ℃，再以 5 ℃/min升至220 ℃；进样口温度250 ℃；接口温度270 ℃；手动进样；分流比1 ∶50；进样量0.2 μL。质谱条件：EI离子源，电离电压70 eV，柱前压47 kPa，电子倍增器1.2 kV，扫描范围33～800 u，全扫描方式。

1.4.2 GC定量分析条件 HP-5890A气相色谱仪。弹性石英毛细管柱AT-35(60 m×0.25 mm× 0.25 μm)；载气为氮气；程序升温：80 ℃(1 min)，以3 ℃/min升至180 ℃，再以5 ℃/min 升至220 ℃；进样口温度250 ℃；检测器温度250 ℃；分流比1 ∶50；进样量0.2 μL；威玛龙数据采集处理系统。

2 结果与分析

将各批次蒸馏静置分离得到的肉桂油(即肉桂油Ⅰ)和复蒸得到的肉桂油(即肉桂油Ⅱ)分别进行气相色谱和气-质联用分析，其主要成分为苯甲醛(benzaldehyde)、肉桂醛(cinnamic aldehyde)、香豆素(coumarin)、乙酸肉桂酯(cinnamic acid ester)、反式邻甲氧基肉桂醛(trans ortho methoxy cinnamic aldehyde)等，结果见表1。

2.1 蒸馏时间的影响

对3个批次肉桂枝叶分别以7、 12和18 kg/min的水蒸气量进行肉桂油提取，所需时间分别为第1批次3.5 h、第2批次2.0 h、第3批次1.5 h，冷凝液澄清，说明肉桂油被提取完全。由表1可知，随着时间的延长，第1和第2批次的馏出液含油总量都是由低到高，再逐渐降低；第3批次的馏出液含油总量一直呈下降趋势。这说明水蒸气需要一定时间扩散、加热、润湿肉桂枝叶才能得到更多肉桂油，第3批次未能检测到含油总量先升后降，可能是蒸汽大、间隔长，提取速率快，未能捕捉到。

随着提取时间的增加，肉桂油中肉桂醛含量整体呈下降趋势，反式邻甲氧基肉桂醛含量整体呈上升趋势，原因是提取前期易挥发的成分苯甲醛、肉桂醛等较容易被水蒸气带出，而反式邻甲氧基肉桂醛挥发度相对较小。

表1 肉桂油的分析

2.2 蒸汽量的影响

计算可得出第1批次产生的馏出液总量为7 kg/min×(7×30 min)=1 470 kg；第2批次产生的馏出液总量为12 kg/min×(4×30 min)=1 440 kg；第3批次产生的馏出液总量为18 kg/min×(3×30 min)=1 620 kg。第1批次所产生的馏出液量虽少，也最容易处理(直接静置分离及复馏)，但是生产耗时最久，需能量最多；第2批次次之；第3批次产生的馏出液最多，溶入水中的肉桂油也就越多，静置分离得到的肉桂油总量最少，复馏处理的消耗最大。综合各方面因素考虑，第2批次的提取蒸汽量及提取时间是肉桂油提取的最优条件，即12 kg/min 蒸汽量、蒸馏2.0 h。

2.3 复蒸的影响

从肉桂油来源量看，复蒸得到的肉桂油Ⅱ的量相当可观，在第1、 2、 3批次中分别占到了14.793÷18.998×100%=77.87%、 3.011÷4.790×100%=64.24%、 2.834÷4.120×100%=67.32%，基本上占到总得油率的60%以上，复蒸是肉桂油生产中提高肉桂油得率的关键手段之一。从肉桂醛含量可以看出，肉桂油Ⅱ质量明显比肉桂油Ⅰ好，这是由于从肉桂枝叶中蒸馏出来的挥发性成分有少部分未溶解于水中，导致芳香水中的肉桂醛含量相对偏高，可高达89.2%。从反式邻甲氧基肉桂醛含量看，肉桂油Ⅰ中的明显比肉桂油Ⅱ中的高。

2.4 肉桂油总得率测定

通过蒸馏分离、复蒸3个批次的总馏出液，分别得到的肉桂油Ⅰ分别为7.01、 6.61、 5.75 kg，肉桂油Ⅱ分别为12.03、 12.27、 11.37 kg，则每个批次的得率分别为第1批次1.19%、第2批次1.18%、第3批次1.07%。

3 结论

3.1 以7、 12和18 kg/min水蒸气量对3个批次肉桂枝叶(投料量均为1 600 kg)进行肉桂油的提取，提取完全所花费时间分别为第1批次3.5 h、第2批次2.0 h、第3批次1.5 h。随着提取时间的增加，馏出液含油总量都是由低到高，再逐渐降低；肉桂油中肉桂醛含量整体呈下降趋势，反式邻甲氧基肉桂醛含量整体呈上升趋势。

3.2 提取时单位时间的蒸汽量要适当控制，蒸汽量太大，蒸馏完全所得到的馏出液越多，溶入水中的肉桂油也就越多，静置分离得到的肉桂油总量越少，复馏处理的消耗越大；蒸汽量太小，生产耗时就越多，也不利于生产成本的降低。综合考虑提取蒸汽量及蒸馏时间，第2批次的提取条件最优，即蒸汽量12 kg/min、蒸馏2.0 h最佳，所用时间较短，复蒸处理量较小。在此条件下，肉桂油提取总得率为1.18%。

3.3 复蒸得到的肉桂油Ⅱ的量相当可观，基本上占到总得油率的60%以上，而且肉桂醛含量高，可高达89.2%。

参考文献：

[1]许勇,程必强,丁靖凯,等.中国广西、云南肉桂资源及其生长发育习性、出油率的调查[J].热带农业科技,2004,27(3)：4-7.

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[10]傅雪夫,徐易,田继军,等.GB/T 11425—2008,中国肉桂(精)油[S].北京,中国标准出版社,2008-08-28