扁柏精油提取工艺的优化及成分分析

吴 颖， 季红斌， 张 泓， 范逸君， 唐 文， 李晶晶

（1.上海应用技术学院a.化学与环境工程学院；b.香料香精技术与工程学院，上海 201418；2.上海师范大学生命与环境科学学院，上海 200234）

扁柏精油提取工艺的优化及成分分析

吴 颖1a， 季红斌1b， 张 泓1a， 范逸君1b， 唐 文1b， 李晶晶2

（1.上海应用技术学院a.化学与环境工程学院；b.香料香精技术与工程学院，上海 201418；2.上海师范大学生命与环境科学学院，上海 200234）

以扁柏（柏树）树叶为原料，采用水蒸气蒸馏法提取柏树精油.设计单因素试验，考察了浸泡时间、蒸馏时间、蒸馏温度以及样品粒径对柏树精油提取得率的影响，并采用正交设计试验优化柏树精油提取工艺，用气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术对所提产物进行化学成分分析.结果表明，正交试验的优选提取工艺为：浸提时间2 h，蒸馏时间3 h，加热温度175°C，粒径100目.在该条件下精油得率最高可达0.547%.柏树精油主要成分为5-蒈醇（29.55%）、榄香醇（20.01%）和大根香叶烯（10.86%）等.

柏树树叶；精油；水蒸气蒸馏；气相色谱-质谱联用

扁柏（cypress trees），又名香柏、柏树、宋柏、扫帚柏、柏香树，属柏科植物，常绿乔木，是广泛栽种的园林树种之一［1］.文献报道柏树可以治疗烫伤、吐血、痢疾和痔疮等疾病［2］.利用柏树树叶为原料提取的挥发性油被称为“柏树精油”，柏树树叶精油主要成分由萜烯类物质组成［3-4］.柏树精油因具有解热、利肺、抗菌消炎等［5］医疗功效而深受人们喜爱，并且成为现今国内外学者研究热点之一.但是，目前的研究还侧重于对柏树精油的化学成分分析，对其提取工艺方面研究并不多.本文以常见园林绿化的柏树为例，着重研究柏树精油的提取工艺优化，在最优条件下获得更多的柏树精油.同时通过对柏树精油的成分研究，掌握其构成成分，以便人们更好地利用园林修剪后的柏树废弃资源提取柏树精油.

1 材料与方法

1.1 原料、试剂与仪器

柏树叶采自上海周边地区，采摘后去枝洗净，阴干一定时间后粉碎备用.所有试剂均为分析纯.试验所用仪器为挥发油提取器（北京中西远大科技有限公司）.

1.2 提取工艺

提取工艺流程为：样品→去枝取叶→洗净阴干→粉碎→水蒸气蒸馏→馏分干燥→称重→保存.精油得率计算式为

1.3 单因素对柏树精油得率影响

以柏树精油得率作为指标，主要考察浸泡时间、蒸馏时间、加热温度以及样品粒径对柏树精油提取得率的影响.

（1）浸泡时间：称取100 g柏树叶粉碎样品，分别浸泡1，1.5，2，2.5，3 h，在125°C下蒸馏2 h后收集精油，用无水硫酸钠干燥后称重.

（2）蒸馏时间：称取100 g柏树粉碎样品，浸泡2 h后，在125°C下分别加热1，1.5，2，2.5，3 h，收集精油，用无水硫酸钠干燥后称重.

（3）加热温度：称取100 g柏树粉碎样品，浸泡2 h，在100，125，150，175，200°C下蒸馏2 h后，收集精油，用无水硫酸钠干燥后称重.

（4）样品粒径：称取未粉碎、1 cm长度、过20，60，100目筛的柏树树叶各100 g，浸泡2 h，在125°C下蒸馏2 h，收集精油，用无水硫酸钠干燥后称重.

1.4 正交试验

根据单因素试验结果设计L16（45）正交试验.

1.5 气相色谱-质谱联用（GC-MS）条件

GC条件：色谱柱为DB-1石英毛细管柱（30 m× 0.25 mm i.d.×0.25μm）；进样口温度220°C，升温程序：柱温60°C，保持5 min，以3°C／min升至220°C，保持5 min；载气∶氦气，分流比为30∶1. MS条件：EI源，离子温度250°C，接口温度220°C.

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 浸泡时间对柏树精油提取的影响

由图1可见，随浸提时间增加，精油得率逐渐上升.1.5～2 h精油得率上升最为明显，从0.342%增至0.405%.但2 h后，精油得率出现下降趋势，可能是由于浸泡时间过长会使原料中的果胶等成分溶出，产生乳化作用，抑制挥发性成分蒸出，导致精油得率下降.综上考虑，选取浸泡时间为2 h为宜.

图1 浸泡时间对柏树精油提取的影响Fig.1 Effects of soaking time on the extraction of cypress essential oils

2.1.2 蒸馏时间对柏树精油提取的影响

由图2可见，随蒸馏时间延长，精油得率不断提高.在提取2 h内提取率增加速度较快，2 h后，精油得率虽有增加，但增加幅度很缓慢，且蒸馏时间过长会导致精油降解和杂质产生.故从实际生产出发，选取蒸馏时间2～3 h为宜.

图2 蒸馏时间对柏树精油提取的影响Fig.2 Effects of distilling time on the extraction of cypress essential oils

2.1.3 加热温度对精油得率的影响

由图3可见，加热温度在175°C前，柏树精油得率随加热温度增加而增加，175°C后精油得率随温度增加呈下降趋势，可能由于温度过高，大分子精油分解成小分子精油，易随蒸馏挥发出去.故综上考虑，选取温度175°C左右为宜.

图3 加热温度对柏树精油提取的影响Fig.3 Effects of heating temperature on the extraction of cypress essential oils

2.1.4 样品粒径对精油得率的影响

由图4可见，样品粒径大小对柏树精油得率影响较明显，随着粒径减少（过筛目数增加）精油得率也呈增加趋势，过筛目数为100目时达到最大值，这可能是由于粒径越小，接触面积越大，柏树中精油成分更易与水溶液相接触，随水分挥发出来.故综上所述，选取柏树树叶粒径100目为宜.

图4 粒径大小对柏树精油提取的影响Fig.4 Effects of size on the extraction of cypress essential oils

2.2 正交试验结果

选取浸提时间、加热时间、加热温度以及粒径作为考察因素，每个因素取4个水平，选用L16（45）正交设计表进行试验.因素水平表见表1，以柏树精油的提取率作为考察指标，正交结果见表2.对表2的精油得率进行统计学方差分析，结果见表3.

表1 柏树精油提取工艺正交设计试验因素水平Tab.1 The orthogonal design factor level table of the extraction process of cypress essential oils

表2 柏树精油提取工艺正交设计试验结果Tab.2 The results of orthogonal design on the extraction of cypress essential oils

表3 柏树精油提取量的方差分析Tab.3 The analysis of variance on the quantity of the extraction cypress essential oils

由表2直观分析可知，极值RB＞RD＞RA＞RC，这表明蒸馏时间对精油提取得率影响最大，加热温度影响最小.由每个因素的K值比较可知，最佳组合条件为A3B3C4D3，即浸提时间为2 h、加热时间为3 h、加热温度为175°C、粒径为100目.

由表3方差分析的结果看出，只有蒸馏时间对柏树精油提取的影响是显著的（P＜0.05），浸提时间、加热温度、粒径这3个因素对精油的提取从统计学上分析都不是显著性的.

采用正交最优化条件浸提时间2 h、加热时间3 h、加热温度175°C、样品粒径100目，进行验证性试验.该条件下提取样品中精油，得率高达0.547%.

2.3 柏树精油化学组分

对最佳提取条件下所得精油进行GC-MS分析，结果见表4.将所得谱图与标准谱图对照进行定性分析，利用色谱峰面积归一化法进行定量分析.从水蒸气蒸馏得到的柏树挥发油中共分离得到63个峰，鉴定出34种物质，占挥发油总量88.44%，其中含量最高的是5-蒈醇，占29.55%，其次是榄香醇，大根香叶烯分别为20.01%，10.86%.不同的提取工艺对精油的组分影响较大［6］.本文采用常压水蒸馏法，主要提取产物为醇类、萜烯和酯类，这些均可作为化工原料合成其他香原料物质.

表4 柏树精油化学成分Tab.4 Chemical component of essential oils from cypress trees

3 结 语

本文以常见园林柏树的树叶为原料，通过水蒸气蒸馏来探究浸泡时间、加热时间、加热温度以及样品粒径对柏树精油提取得率的影响.试验得到最佳提取工艺条件为：浸提时间2 h、加热时间3 h、加热温度175°C、样品粒径100目.在该条件下精油得率最高可达0.547%.利用GC-MS对柏树精油的成分进行分析，共分离得到63个峰，鉴定出34种物质，占挥发油总量88.44%，其中，含量最高的是5-蒈醇，占29.55%，其次是榄香醇，大根香叶烯分别为20.01%，10.86%.所提取的柏树精油组分主要为醇、萜烯和酯类化合物，可用于其他重要香原料的合成.

［1］ 张正香，罗小龙，宋红，等.柏树综合利用研究概况［J］.林产化工通讯，1999，33（2）：29-31.

［2］ 刘宝华，田顺华，朱绪文.柏的临床应用［J］.河北中医，2004，26（11）：844-845.

［3］ 杨华，李龚，陈炳旭.侧柏叶挥发油的提取及成分分析［J］.广东农业科学，2011（12）：89-90.

［4］ 郝德君，张永慧，戴华国，等.气相色谱／质谱法分析柏树叶挥发油的化学成分［J］.色谱，2006，24（2）：185-187.

［5］ 文福姬，俞庆善.松树精油的化学成分及抗菌活性研究［J］.林业实用技术，2009（10）：3-5.

［6］ 李文珠，吴青思，哈力克，等.不同工艺提取的杉木精油组分含量研究［J］.浙江林业科技，2014，34（1）：28-32.

（编辑 吕丹）

Extraction Optimization and Chemical Component Analysis of Essential Oils from Cypress Trees

WU Ying1a， JI Hong-bin1b， ZH ANG Hong1a， FAN Yi-jun1b， TANG Wen1b， LI Jing-jing2
（1a.School of Chemical and Environmental Engineering；1b.School of Perfume and Aroma Technology，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418，China；2.College of Life and Environment Sciences，Shanghai Normal University，Shanghai 200234，China）

Cypress tree leaves were used as material to extract essential oils through steam distillation. Effects of soaking time，distilling time，heating temperature and size of cypress trees leaves on extraction yield were investigated through single factor tests.Then orthogonal design was used to optimize extraction conditions.The gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）was used to analyze chemical component of essential oils from cypress trees.The results indicated that the optimum extraction conditions were as follows：soaking time 2 h，distilling time 3 h，heating temperature 175°C and the size 100 mesh.The highest yield of essential oils from cypress trees leaves could reach 0.547%under these conditions.The major component of essential oils was 5-caraneol（29.55%），elemol（20.01%）and germacrene（10.86%），respectively.

cypress trees leaves；essential oils；steam distillation；gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）

S 791

A

1671-7333（2015）01-0055-04

10.3969／j.issn.1671-7333.2015.01.009

2014-10-21

上海市大学生创新基金资助项目（PE2014056）；上海应用技术学院大学生创新基金资助项目（DCX2014043）

吴 颖（1972-），女，副研究员，博士，主要研究方向为香料香精化妆品分离分析.E-mail：wuying7210＠163.com

唐 文（1970-），男，副教授，博士，主要研究方向为食品及生物化学.E-mail：ecusttw＠yahoo.com.cn