香茅精油提取工艺优化及其成分分析

贾 媛 ，胡 铁 ，谭 云 ，吴 红 ，徐 蜜 ，黎继烈

（1.中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004；2.广州航海学院，广东 广州 410208；3.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004）

香茅精油提取工艺优化及其成分分析

贾 媛1，胡 铁2，谭 云1，吴 红3，徐 蜜1，黎继烈1

（1.中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙 410004；2.广州航海学院，广东 广州 410208；3.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004）

采用水蒸汽蒸馏法提取香茅精油，试验考察了提取时间、料液比、Nacl用量对香茅精油得率的影响，在单因素试验的基础上通过正交试验对香茅精油的水蒸汽提取工艺进行优化。结果表明：选用新鲜香茅叶片，在料液比1∶45、Nacl用量9%条件下，提取180 min，香茅精油得率(2.53±0.08)%。采用GC-MS联用仪对香茅精油化学成分进行分析鉴定，共分离出29种组分，鉴定并确定了其中的28个组分，其中相对含量最高的化合物是E-柠檬醛（峰面积百分比为39.04%），其次是Z-柠檬醛（峰面积百分比为35.18%）、β-月桂烯（峰面积百分比为11.19%）。

香茅；香茅精油；提取工艺优化；气相色谱-质谱

香茅Citronella，是香茅属多年生草本植物，原产于南印度、斯里兰卡，常见品种有西印度柠檬香茅、东印度柠檬香茅[1]。从香茅中提取的香茅精油可以用来配制驱蚊剂、高级香水、洗发水、化妆品等工业日化品，除此之外，有些国家和地区用香茅精油治疗感冒引起的发热和焦虑症等，在巴西等国家香茅精油作为一种清热解毒的保健茶已经被开发利用[2]。Bidinotto等[3]的研究结果显示，香茅精油口服治疗对MNU引起的白细胞损伤有保护作用，且能防止潜在的乳腺肿瘤癌变，此外Puatanachokchai等[4]用大鼠做研究发现，香茅提取物对二乙基亚硝胺饲喂诱发的早期肝癌有抑制作用。

水蒸汽蒸馏法是提取植物精油最常用最简单的一种方法，在各种植物精油的提取中都曾采用。Sargentit等[5]曾用水蒸汽蒸溜法提取香茅精油用于香茅精油的研究与分析。由于其具有设备简单、操作安全、不污染环境、成本低、避免了提取过程中有机溶剂残留对油质造成影响等特点，是提取挥发油的一种有效方法[6]。

香茅精油挥发性化合物中含有醛类、醇类、脂类、萜烯类和酮类等化合物，最主要的挥发性成分为柠檬醛。除柠檬醛外，还含有香茅醇、二戊烯、金合欢醇、牛儿醇、柠檬烯、芳樟醇、庚烯、月桂烯、n-葵醛、橙花醇等成分[7-8]。王芃等[9]采用GC-MS联用技术，分别研究树叶提取物中的化学成分及功能特性，为樟树叶的高品位资源化利用打下基础。利用气相-气质联用仪分析香茅精油，可以得到香茅精油的化学组成及相对含量。刘布鸣等[10-11]对采自广西不同地区的13批香茅原料进行气相色谱分析，建立了广西香茅油的气相色谱指纹图谱，为广西香茅油提供一种质量评价标准与检测方法。本试验利用气相-气质联用仪分析柠檬香茅的化学成分，为柠檬香茅产地及其质量的鉴别与检测，以及开发利用柠檬香茅这一植物资源有一定的指导作用，也可以为进一步深入研究奠定基础。

1 材料和方法

1.1 材料和仪器

香茅草Citronella，2013年9月采自湖南省林业科学院林下特色药用植物试验基地；

水蒸汽蒸馏装置，常州普天仪器制造有限公司；

Agilent6890GC-5973MS System，美国安捷伦公司；

DZTW型调温电热套，北京市永光明医疗仪器厂；

HE102A型分析天平，上海跃进医疗器械厂；

KQ5200B型超声波清洗器，昆山市超声波仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 香茅精油的提取

将香茅草粉碎，安装水蒸汽蒸馏装置进行蒸馏。收集乳白色的乳浊液，静置分离，然后用移液枪将香茅精油取出移至另外的试管中，并向其加人无水硫酸钠干燥，吸去油层中含有的水分，装于试剂瓶中，放置于4 ℃冰箱中保存。

精油含量(g/g)=测得精油量(g)/供试品量(g)。

1.2.2 香茅精油化学成分分析

GC-MS联用仪检测条件：弹性石英毛细柱（HP-5MS，30 m×250 μm×0.25 μm）， FID检测器。采用程序升温方式，柱温40 ℃保持1 min，以20 ℃·min-1速度升温至100 ℃，保持2 min；再以5 ℃·min-1升温至 220 ℃，保持 2 min，最后以60 ℃·min-1升至280 ℃，保持5 min。载气为氦气，总 流 速 40 mL·min-1， 柱 内 流 速 1.1 mL·min-1， 进样口温度250 ℃，进样量1 μL，GC和MS接口温度270 ℃。质谱条件：电子轰击能量70 ev，离子源温度230 ℃，扫描质量范围（m/z）15～500 amu，采用Willey275标准谱库进行检索。

1.3 香茅精油提取单因素试验

1.3.1 香茅精油提取部位及原料状态的确定

分别取新鲜的香茅叶、风干的香茅叶、新鲜的香茅茎及风干的香茅茎作为提取香茅精油的原料，按照1.2.1的方法提取并计算香茅精油得率。

1.3.2 提取时间的确定

将新鲜香茅叶片粉碎，称取放于水蒸汽蒸馏装置中，按照1.2.1的方法分别蒸馏90、120、150、180、210、240 min，计算香茅精油得率。

1.3.3 料液比的确定

将新鲜香茅叶片粉碎，称取放于水蒸汽蒸馏装置中，加入水使料液比分别为1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70按照1.2.1的方法进行蒸馏，计算香茅精油得率。

1.3.4 Nacl加入量的确定

将新鲜香茅叶片粉碎，称取放于水蒸汽蒸馏装置中，加入Nacl，使Nacl的量分别为2%、4%、6%、8%、10%、12%，按照1.2.1的方法进行蒸馏并计算香茅精油得率。

2 结果及分析

2.1 提取部位及原料状态对香茅精油得率的影响

香茅草的部位及状态对香茅精油得率的影响如图1所示，香茅草的部位及状态对香茅精油的得率影响很大，选用新鲜的香茅叶提取精油时得率最高，为2.45%；选用风干的香茅叶提取香茅精油时得率次之，为2.06%；选用风干的香茅茎提取香茅精油时香茅精油得率最低，仅为0.78%；因此在提取香茅精油时选择新鲜的香茅叶片做为提取原料。

2.2 提取时间对香茅精油得率的影响

提取时间对香茅精油得率的影响如图2所示，在蒸馏的过程中，随着蒸馏时间的延长，香茅精油的提取率不断升高，当提取时间为180 min时，香茅精油提取率达到最高值（2.35±0.08）%，当提取时间超过180 min的后，随着蒸馏的进行，提取率有小幅度的下降，出现这种现象的主要原因是随着蒸馏进行，香茅原料里精油逐渐被提取出来，随着蒸馏继续进行，被提取出来的精油越来越少，而且会有少部分精油随着水蒸汽挥发掉，出现了提取率小幅度下降现象，因此，后续工艺优化试验蒸馏时间选择170 ～190 min范围。

图1 原料对香茅精油提取率的影响Fig.1 Effects of raw materials on Citronella oil yield

图2 提取时间对香茅精油得率的影响Fig.2 Effect of extracting time on Citronella oil yield

2.3 料液比对香茅精油得率的影响

料液比对香茅精油得率的影响如图3所示，料液比对香茅精油得率有一定影响，在一定范围内随着溶剂增加，香茅精油得率有所增加，当料液比为1∶50时，香茅精油得率为(2.33±0.08)%，此时香茅精油得率达到最大值；当料液比低于1∶50时，继续增加溶剂用量，得率反而降低，这是因为香茅精油有在水里有一定溶解性，随着溶剂增加，溶剂中溶解的精油也越来越多，导致精油得率降低；综合试验结果可以看出，水蒸汽提取香茅精油时料液比应该控制在1∶50左右。

图3 料液比对香茅精油得率的影响Fig.3 Effects of the ratio of material to solvent on Citronella oil yield

2.4 Nacl加入量对香茅精油得率的影响

水蒸汽蒸馏得到的香茅精油有一部分溶解在水中，加入适量的Nacl可以降低香茅精油在水中的溶解度，提高香茅精油得率。Nacl加入量对香茅精油得率的影响如图4所示，随着Nacl用量增加，香茅精油得率相应增大，当Nacl的量超过10%时，再增大Nacl的量，香茅精油的得率变化并不明显，因此，在水蒸汽法提取香茅精油的试验中，Nacl的加入量控制在10%左右较为合适。

图4 Nacl加入量对香茅精得率的影响Fig.4 Effect of the amount of Nacl on Citronella oil yield

3 水蒸汽法提取香茅精油的工艺优化

在单因素试验的基础上，建立提取时间、料液比、Nacl的加入量3个因素的正交试验，对反应条件进行优化，因子与水平的安排如表1：

表1 正交试验因素及其水平Table 1 Levels of the variables tested in orthogonal

直观分析及方差分析（见表2、表3）：

由表中极差分析可知，各因素对酶活力的影响为B＞A＞C，即影响因素依次料液比、提取时间、Nacl的加入量；方差分析表显示：提取香茅精油时提取时间、料液比、Nacl的加入量均为显著性影响因素；由均值分析可知，A2B1C1组合时香茅精油的得率最高，即当提取时间为180 min、料液比为1∶45、Nacl的加入量为9%条件下，理论香茅精油得率达到最大。用该条件提取香茅精油，多次提取并计算香茅精油得率为（2.53±0.08）%，而且得率较为稳定，故该条件切实可行。

表2 正交试验组合及结果Table 2 Combinations and the results of orthogonal experiment

表3 方差分析Table 3 Analysis of Variance

4 水蒸汽法提取香茅精油化学成分分析

香茅精油主要成分见表4，香茅精油总离子峰谱图见图5。通过GC-MS联用仪共分离出29种组分，鉴定并确定了其中的28个组分，其中相对含量最高的化合物是E-柠檬醛（峰面积百分比为39.04%），除此之外，还有多种醛类、醇类、脂类、萜烯类和酮类等化合物。

表4 香茅精油化学成分分析结果Table 4 Chemical compositions of the essential oil extracted from Lemon Citronella analysed by GC-MS

图5 香茅精油总离子峰图谱Fig.5 Total ion current chromatogram of the essential oil extracted from Citronella

5 结 论

本试验利用水蒸汽蒸馏法对柠檬香茅精油进行提取，通过单因素试验和正交试验确定了水蒸汽提取香茅精油的最佳条件为：提取时间为180 min、料液比为1∶45、Nacl的加入量为9%、提取香茅精油的材料为新鲜香茅叶，在该条件下多次提取香茅精油，并计算香茅精油得率为（2.53±0.08）%，而且多次香茅精油得率较为稳定，故该条件切实可行。

利用GC-MS联用仪对提取的香茅精油进行成分分析鉴定，并采用面积归一化法确定香茅精油中各组分的百分含量，经鉴定分析，香茅精油中有29种组分，其中相对含量最高的化合物是E-柠檬醛（峰面积百分比为39.04%）、其次是Z-柠檬醛（峰面积百分比为35.18%）、β-月桂烯（峰面积百分比为11.19%），该分析结果为香茅产地及其质量的鉴别与检测，以及开发利用香茅这一植物资源有一定的指导作用，也可以为进一步深入研究奠定基础。

[1] 冯兰香,杜永臣,刘广树.蓬勃发展中的台湾芳香植物产业[J].中国蔬菜,2004,(2):40-42.

[2] 张雪梅,胡志字.我国香茅属植物研究进展[J].中国民族民间医药,2009,18(5):14-15.

[3] Bidinotto L T, Costa C A, Salvadori D M,et al.Protective effects of lemongrass (Cymbopogon citratus,stapf)essential oil on DNA damage and carcinogenesis in female Balb/C mice[J]. J Appl Toxicol, 2011,31(6):536-44.

[4] Puatanachokchai R, Kishida H, Denda A,et al. Inhibitory effects of lemon grass (Cymbopogon citratus,stapf) extract on the early phase of hepatocarcinogenesis after initiation with diethylnitrosamine in male Fischer 344 rats [J]. Cancer Lett,2002,183(1):9-15.

[5] Sargenti SR, Langas FM. Supercritical Fluid Extraction of Cymbopogon-citratus(DC.) stapf[J].Chromatographia, 1997,46(5-6):285-290.

[6] 刘继鑫,王克霞,李朝品.水蒸汽蒸馏法提取中药挥发油存在的问题及解决方法[J].时珍国医国药,2008,19(1):97-98.

[7] 刘布鸣,林 霄,董晓敏,等.香茅油的气相色谱指纹图谱研究[J].广西科学,2010,17(4):343-346.

[8] 邓小勇,谷 茂,许伯球,等.SPME/GC-MS法分析柠檬草挥发气体成分[J].深圳职业技术学院学报,2008,7(2):36-40.

[9] 王 芃,张党权,章怀云,等.樟树叶化学成分的GC/MS分析[J].中南林业科技大学学报,2010,30(10):117-120.

[10] 刘家欣,蒋剑波,杨朝霞,等.毛细管气相色谱-质谱法研究香茅油化学成分[J].吉林大学学报,1998,19( 3):43-45.

[11] 王玉玲,曾会明,张建秋,等.超声提取白刺中总生物碱及大孔树脂纯化的工艺研究[J].中南林业科技大学学报,2013,33(1): 109-113.

Optimization of extraction technology and GC-MS analysis of chemical components ofCitronellaessential oil

JIA Yuan1, HU Tie2, TAN Yun1, WU Hong3, XU Mi1, LI Ji-lie1
(1.School of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha, 410004, Hunan, China; 2.Guangzhou Maritime Institute, Guangzhou, 510725, Guangdong, China; 3. Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, Hunan ,China)

TheCitronellaessential oil was extracted fromCitronellagrass by water steam distillation. The effects of extraction time,solid-liquid radio and the amount of Nacl on the yield ofCitronellaessential oil were tested and studied. Based the obtained single factor experiment data and by using orthogonal test method, the water vapour extraction process for theCitronella essential oil was optimized.The results show that when the solid-liquid radio was 1∶45, the amount of Nacl was 9%, extraction time was 180 minuses, the yield ofCitronellaessential oil was (2.53±0.08)%. Chemical compositions ofCitronellaessential oil were analyzed and identif i ed by GC-MS method. As a result, twenty-nine compositions (peaks) were separated and twenty-eight compounds were identif i ed, of them, the main constituents ofCitronellaessential oil was E-Citral (the percentage of peak area was 39.04%), the next was Z-Citral (the percentage of peak area was 35.18%), the last was β-Myrecene (the percentage of peak area was 11.19%).

Citronella;Citronellaessential oil; optimization of extracting technology; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

S759.8

A

1673-923X(2015)04-0130-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.04.023 http: //qks.csuft.edu.cn

2014-04-11

林业公益性行业科研专项经费资助（201404608）

贾 媛，硕士研究生 通讯作者：黎继烈，教授，博士；E-mail：lijilie@163.com

贾 媛,胡 铁,谭 云,等.香茅精油提取工艺优化及成分分析[J].中南林业科技大学学报，2015,35(4):130-134.

[本文编校：文凤鸣]