不同水蒸气蒸馏方式对油樟油提取率及主要成分含量的影响

2017-03-21周诰均李玉华杜永华魏琴张

湖北农业科学 2017年3期

周诰均++李玉华++杜永华++魏琴++张超++张蓉

摘要：采用水中蒸餾、水上蒸馏、水蒸气直接蒸馏和水蒸气扩散蒸馏方式提取油樟[Cinnamomum longepaniculatum （Gamble） N. Chan]叶挥发油，比较了油樟油的提取率及主要成分含量。结果表明，采用水上蒸馏（3.83%）和水蒸气直接蒸馏（3.73%）获得的提取率较高，二者无显著差异（P>0.05），均显著高于水中蒸馏和扩散蒸馏的提取率（P<0.05），后两者间无显著差异（P>0.05）；蒸馏方式对1，8-桉叶油素含量的影响较大，对α-松油醇和γ-松油烯无显著影响（P>0.05）；采用水蒸气直接蒸馏所得油樟油中1，8-桉叶油素含量最高（60.10%），显著高于水蒸气扩散蒸馏和水上蒸馏（P<0.05），与水中蒸馏无显著差异（P>0.05）。可见，水蒸气直接蒸馏方式能获得较高的油樟油提取率及主要成分含量。

关键词：油樟[Cinnamomum longepaniculatum （Gamble） N. Chan]；挥发油；水蒸气蒸馏；1，8-桉叶油素

中图分类号：S789 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）03-0520-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.03.032

Influences of Different Distillation Methods on Yield of Essential Oil and Concentration of Its Major Constituents from Cinnamomum longepaniculatum （Gamble） N. Chan Leaves

ZHOU Gao-jun1， LI Yu-hua1， DU Yong-hua2， WEI Qin2， ZHANG Chao2， ZHANG Rong2

（1.Yue Jiang Forest Management Institute in Gao County， Yibin 645152， Sichuan，China；2.College of Life Science and Food Engineering， Key Lab of Aromatic Plant Resources Exploitation and Utilization in Sichuan Higher Education， Yibin University，

Yibin 644000， Sichuan，China）

Abstract： Traditional hydro-distillation， over-water distillation， steam distillation and hydro-diffusion distillation methods were used to extract essential oil from Cinnamomum longepaniculatum（Gamble） N. Chan leaves and their results were compared for the yield and concentration of major constituents of essential oil. The results showed that yields of essential oil of over-water distillation method and steam distillation method were significantly higher than that of traditional hydro-distillation method and hydro-diffusion distillation method（P>0.05）. Significant differences in yield of essential oil were not observed between the first two methods （P<0.05）， that of the last two methods were also not occurred （P>0.05）. Variances of distillation methods displayed potential influence on the concentration of 1，8-cineole of essential oil， while it was not significantly influenced on the concentration of α-terpineol and γ-terpinene（P>0.05）. The highest concentration of 1，8-cineole was achieved from steam distillation method with the value of 60.10%， it was significantly higher than that from hydro- diffusion distillation and over-water distillation（P<0.05）， however， no significant differences were found between steam distillation and traditional hydro-distillation （P>0.05）. In conclusion， steam distillation result in relative higher yield of essential oil and concentration of its major constituents from Cinnamomum longepaniculatum leaves.

Key words： Cinnamomum longepaniculatum （Gamble） N. Chan；essential oil；steam distillation；1，8-cineole

油樟[Cinnamomum longepaniculatum （Gamble） N. Chan]系樟科樟属芳香植物，是中国特有种子植物[1]，主要分布于四川宜宾，在湖北、湖南和陕西等地也有少量分布[2]。油樟的根、茎和叶均富含精油[3]，其精油已成为香料、食品、医药、化工和日用化妆产品的重要原料来源。四川宜宾油樟资源丰富，是中国三大天然香料油生产、加工和集散地之一，油樟油年产量近2 000 t，占全国总量70%[4]。宜宾油樟叶含油率高达3.8%～4.5%，比香樟树叶含油率（1.5%）高1～2倍，但在实际生产中油樟的产油率仅为1.8%～2.0%左右，低提取率导致了油樟资源的极大浪费[5]。

水蒸气蒸馏法是提取植物精油的传统方法，具有设备简单易操作、成本低、无有机溶剂污染等特点，是非热敏性挥发油的主要提取方法。水蒸气蒸馏有水中蒸馏、水上蒸馏（隔水蒸馏）、水蒸气直接蒸馏和水蒸气扩散蒸馏4种方式，生产中常采用甑桶式隔水蒸馏提取油樟油。本研究以油樟枝叶为原料，比较了水中蒸馏、水上蒸馏、水蒸气直接蒸馏和水蒸气扩散蒸馏方式所得油樟油的提取率及其主要成分含量，为选择适宜的油樟油提取方法提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

油樟枝叶于2014年12月采集于四川省宜宾市油樟种植基地，枝叶长50～70 cm，自然晾干，取叶备用；1，8-桉叶油素（纯度≥99%）、α-松油醇（纯度≥98%）和γ-松油烯（纯度≥95%），购自四川省宜宾江南香料；其他化学试剂均为分析纯。

7890气相色谱仪（美国安捷伦科技有限公司）；天神HX-750型全自动加热蒸气发生器（上海华正热能设备有限公司）；多功能挥发油蒸馏装置（本实验室自制，专利号ZL201520020445.6）。

1.2 方法

1.2.1 蒸馏方法采用自制多功能挥发油蒸馏装置对油樟叶挥发油进行提取[6]。装料系数按0.8计，取1 kg干油樟叶，分别采用水中蒸馏、水上蒸馏、水蒸气直接蒸馏和水蒸气扩散蒸馏方式蒸馏，从蒸馏筒出口蒸气温度达100 ℃时开始计时，蒸馏2 h，收集冷凝液，静置分层，收集上层油相，无水硫酸钠脱水后称重，计算油樟油提取率（提取率=W油/W枝叶×100%）。水中蒸馏和水上蒸馏时均以蒸气为热源将水烧沸腾，蒸馏过程中控制蒸馏筒出口蒸氣温度为100 ℃，每种蒸馏方式重复3次。

1.2.2 油樟油主要成分含量测定用正己烷将油樟油和单体对照品分别配制成1.00和0.50 g/L溶液，0.22 μm 微孔滤膜过滤，按以下色谱条件进样检测。色谱柱HP-5石英毛细管柱（30 m×250 μm×0.25 μm）；载气N2，流速1 mL/min，进样量0.5 μL，进样口总流速7 mL/min，分流比3∶1；程序升温为90 ℃保持4 min，5 ℃/min升温至130 ℃保持5 min，5 ℃/min升温至190 ℃保持 1 min，20 ℃/min升温至250 ℃保持3 min，溶剂延迟2 min。计算油樟油中主要成分质量百分含量（质量百分含量=W成分/W油×100%）。

1.2.3 数据统计采用SPSS软件对数据进行ANOVA方差分析，结果以平均值±标准差（x±SD）表示，采用Duncans法进行多组样本间差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同蒸馏方式对油樟油提取率的影响

采用不同水蒸气蒸馏方式对油樟叶挥发油进行提取，分别测定其提取率。由表1可知，4种蒸馏方式所得油樟油提取率均在2.5%以上，其中水上蒸馏（3.83%）与蒸气直接蒸馏的提取率（3.73%）较高且相近，二者差异不显著（P>0.05），但均显著高于水中蒸馏和水蒸气扩散蒸馏的提取率（P<0.05），后两者间差异不显著（P>0.05）。4种蒸馏方式所得油樟油的密度在0.863～0.896 g/mL，相互间差异不显著（P>0.05）。

2.2 不同蒸馏方式对油樟油主要成分含量的影响

采用气相色谱法对不同水蒸气蒸馏方式所得油樟油的主要成分含量进行测定，其结果见表2。由表2可知，4种蒸馏方式所得油樟油中1，8-桉叶油素含量最高，均在53%以上，其次为α-松油醇（8.8%以上）和γ-松油烯（1.3%以上）；蒸馏方式对1，8-桉叶油素含量影响较大，其含量大小顺序为水蒸气直接蒸馏（60.10%）>水中蒸馏（56.19%）>水蒸气扩散蒸馏（54.31%）>水上蒸馏（53.35%）。水蒸气直接蒸馏所得油樟油1，8-桉叶油素含量显著高于水蒸气扩散蒸馏和水上蒸馏（P<0.05），后两者之间无显著差异（P>0.05），与水中蒸馏无显著差异（P>0.05）。蒸馏方式对油樟油中α-松油醇和γ-松油烯质量百分含量影响较小，各蒸馏方式之间无显著差异（P>0.05）。

3 小结与讨论

3.1 蒸馏方式对提取率的影响

水蒸气蒸馏是利用植物精油与水共存时混合体系沸点低于各组分沸点的道尔顿定律，在低于100 ℃条件即可随水蒸气蒸馏出来的方法。根据水蒸气与物料接触方式和流向的不同分为水中蒸馏、水上蒸馏、水蒸气直接蒸馏和水蒸气扩散蒸馏4种蒸馏方式，由于传质过程及物料化学成分理化性质的差异，不同蒸馏方式的提取效率有所不同。本试验结果表明，油樟叶不与水接触的水上蒸馏和水蒸气直接蒸馏方式所得油樟油提取率显著高于与水接触的水中蒸馏方式。袁晓燕等[7]在研究紫苏挥发油提取工艺时也发现采用直通蒸气法所得挥发油提取率高于传统水蒸馏法。彭彪[8]提取山苍子油时的研究表明，水中蒸馏法所得精油提取率比水上蒸馏法高。可见，水蒸气蒸馏方式对挥发油提取率的影响情况因提取材料的不同而有所差异。水蒸气扩散蒸馏是一种新型挥发油蒸馏技术，与传统水蒸气蒸馏方式相比，其蒸气流向不同，水蒸气自上而下渗透物料，利用蒸气压力和重力作用，挥发油无需全部气化即可扩散出来，具有提取率高、时间短、能耗低等特点[9]。卫向南等[10]和周荣琪[11]分别研究了肉桂挥发油和公丁香挥发油的水扩散提取方法，结果均表明水蒸气扩散蒸馏比传统水蒸气蒸馏所得挥发油提取率高。本研究结果表明，水蒸气扩散蒸馏方式所得油樟油的提取率低于传统水蒸气蒸馏方式。陈祖洪等[12]采用不同蒸馏方式对茶树油进行提取，同样表明水蒸气扩散蒸馏所得提取率低于水中蒸馏和水上蒸馏方式。本研究发现，水蒸气扩散蒸馏方式所得冷凝液分离挥发油后的水层为红褐色半透明溶液，而其他3种蒸馏方式所得水层均为无色或淡黄色透明溶液。这可能是水蒸气在自上而下扩散的开始阶段遇到温度较低的物料而冷凝成水，将物料中部分其他水溶性成分溶解出来，在后续水蒸气的推动下一并进入冷凝系统，这些水溶性成分可能会增加部分挥发油成分的溶解性或提高乳化稳定性而较难分层，从而降低挥发油收率。可见，水蒸气扩散蒸馏方式的油水分离方法需要进一步研究。

3.2 蒸馏方式对主要成分含量的影响

宜宾油樟油中至少含有49种化合物，其中1，8-桉叶油素和α-松油醇是主要成分，其含量分别为47%～59%和10%～20%[13，14]。本研究结果表明，4种水蒸气蒸馏方式所得油樟油中1，8-桉叶油素和α-松油醇的含量分别在53.0%和8.8%以上，达到宜宾油樟油主成分含量的要求。水蒸气蒸馏方式对油樟油中1，8-桉叶油素的含量有较大影响，对α-松油醇和γ-松油烯无显著影响。其中水蒸气直接蒸馏所得油樟油中1，8-桉叶油素含量最高，显著高于水蒸气扩散蒸馏和水上蒸馏，与水中蒸馏无显著差异。可见，水蒸气蒸馏方式对油樟油1，8-桉叶油素含量的影响情况，无论是从与水接触程度还是水蒸气流向方面看，均无明显的规律。陈祖洪等[12]的研究发现，茶树油中1，8-桉叶油素含量随着水浸泡程度不同而改变，水浸泡程度越高的水蒸气蒸馏方式，1，8-桉叶油素含量越高，但差异不明显。蒸馏方式对油樟油中1，8-桉叶油素含量的影响是否具有规律性，有待进一步研究。

参考文献：

[1] 黄继红，马克平，陈彬.中国特有种子植物的多样性及其地理分布[M].北京：高等教育出版社，2014.

[2] 陶光復，丁靖垲，孙汉董.湖北油樟叶精油的化学成分[J].武汉植物学研究，2002，20（1）：75-77.

[3] 尹礼国，凌跃，杜永华，等.宜宾油樟营养器官精油主成分分析[J].江苏农业科学，2014，42（11）：348-350，355.

[4] 张利蓉.四川省宜宾市香料出口情况调研报告[J].对外经贸统计，2004（2）：27-30.

[5] 罗中杰，李维一，魏琴，等.宜宾油樟的现状及未来[J].四川师范大学学报（自然科学版），2001，24（3）：317-319.

[6] 杜永华，魏琴，张超，等.一种多功能水蒸汽蒸馏装置[P].中国专利：ZL20152002445.6，2015-06-10.

[7] 袁晓燕，彭涛，董自亮.直通蒸汽法提取紫苏叶挥发油工艺优化及评价[J].成都医学院学报，2014，9（3）：295-297，301.

[8] 彭彪.山苍子精油的提取及其应用[D].湖南衡阳：南华大学，2013.

[9] 陈丛瑾，黎跃，李欣.植物挥发油的提取技术研究进展[J]. 食品研究与开发，2011，32（11）：151-156.

[10] 卫向南，李伟光，刘雄民，等.肉桂叶水扩散蒸馏提取肉桂油的研究[J].应用化工，2014，43（6）：1047-1049.

[11] 周荣琪.天然香料分离技术的研究[J].化工进展，1995（6）：21-23.