几种植物精油的提取工艺优化及抑菌效果初步研究

蔡丽琴 李菲 劳立峰 陈梦婷 付飞飞

摘   要   确定几种植物精油的最佳提取工艺，检测植物精油抑菌效果，为精油的开发利用提供参考。以水蒸气蒸馏法提取精油，分析烘干时间、烘干温度、料液比对甜橙精油提取率的影响，分析料液比、烘干温度、蒸馏温度对香樟精油提取率的影响;检测精油的抑菌效果、保鲜效果。初步结论：甜橙精油最佳提取工艺为烘干时间3 h、烘干温度70 ℃、料液比1∶7，提取率可达5.08%;香樟精油最佳提取工艺为烘干时间150 min、蒸馏温度90 ℃、料液比1∶5，提取率可达0.60%;薄荷精油和香樟精油对细菌有抑制作用，甜橙精油和大蒜精油对真菌与细菌均有抑制作用，大蒜精油抑菌效果最佳;精油对果蔬具有保鲜效果;精油空气清新剂杀菌效果依次为甜橙>薄荷>香樟。

关键词   植物精油;提取工艺;抑菌效果

中图分类号：Q946.85    文献标志码：A    DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.16.004

精油又称挥发油，是从芳香植物或药用植物的根、茎、叶、花、果中提取的具有挥发性的油状液体，有“液体黄金”之称，主要由萜烯类及其衍化物、芳香族化合物、脂肪族化合物和含氮、含硫化合物等构成[1]。植物精油具有特殊的香味，来源广泛，并有很好的环境兼容性，对病原菌有明显的抑制作用[2]，且由于其组成成分复杂，使病原菌较难产生抗性。植物精油因其具有高生物活性及独特的作用机理，在水果、蔬菜和水产品保鲜上具有广泛的应用前景[3-4]。精油具有抗肿瘤、降血压、安神等功效[5-7]，在医药、食品、环境保护等领域有着广阔的应用和开发空间。本文主要对水蒸气蒸馏法提取植物精油进行工艺条件优化，并对植物精油的抑菌作用进行探究，为其应用于工业领域提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

甜橙、香樟、薄荷、大蒜、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉、青霉、牛肉膏蛋白胨培养基、马铃薯葡萄糖培养基、β-环糊精、无水乙醇。

1.1.2 仪器

水蒸气蒸馏装置、分液漏斗、恒温干燥箱、粉碎机、电子天平、油浴锅、恒温培养箱、灭菌锅、海尔电冰箱、傅里叶红外光谱仪、电磁搅拌器。

1.2 试验方法

1.2.1 甜橙精油提取工艺优化

1.2.1.1 精油提取

将甜橙皮置于恒温干燥箱内烘干并粉碎，称取100 g已处理好的甜橙皮，置于1 000 mL蒸馏烧瓶中加定量水，进行水蒸气蒸馏，得到上层油状液体为甜橙精油，计算精油提取率。

1.2.1.2 正交试验条件优化

以精油提取率为指标，考虑料液比、原料烘干时间、原料烘干温度3个因素之间的交互作用，取3个水平，设计L9（34）正交试验，正交试验因素水平见表1。

1.2.2 香樟精油提取工艺优化

1.2.2.1精油提取

将香樟叶置于恒温干燥箱内烘干并粉碎，称取100 g已处理好的香樟叶，置于1 000 mL蒸馏烧瓶中加定量水，进行水蒸气蒸馏，得到上层油状液体为香樟精油，计算精油提取率。

1.2.2.2正交试验条件优化

精油提取率为指标，考虑料液比、原料烘干时间、蒸馏温度3个因素之间的交互作用，取3个水平，设计L9（34）正交试验，正交试验因素水平见表2。

1.2.3 薄荷精油提取

将干薄荷置于粉碎机中粉碎成粉末状，称取100 g已处理好的干薄荷，置于1 000 mL蒸馏烧瓶中加700 mL水，150 ℃进行水蒸气蒸馏，得到上层油状液体为薄荷精油，计算精油提取率[8]。

1.2.4 大蒜精油提取

将大蒜去皮分选，加水用粉碎机粉碎，称取200 g已处理好的大蒜，置于1 000 mL蒸馏烧瓶中，加入500 mL水，150 ℃进行水蒸气蒸馏，得到下层油状液体为大蒜精油，计算精油提取率。

1.2.5 精油成分分析——红外光谱分析检测

毛细管沾取少量樣品于溴化钾压片上，将压片置于光谱仪内检测。傅里叶红外光谱仪条件：衰减全反射ATR附件，扫描波数范围4 000～600 cm-1，扫描次数32次，分辨率2 cm-1。

1.2.6 精油抑菌活性研究

1.2.6.1土壤中分离纯化青霉菌与曲霉菌

取土壤样品1 g于9 mL灭菌水中振荡15 min，形成土壤悬浊液。取1 mL土壤悬浊液加入装有9 mL灭菌水试管中振荡形成10-2浓度土壤稀释样液，如此依次将土壤样品稀释。将浓度为10-3、10-4、10-5的稀释样品分别涂布平板，28 ℃培养2 d。观察霉菌生长情况，选取单个菌落较多的平板，从有目标菌种形态的菌落上挑取一环进行划线培养，培养2 d。重复该步骤至得到纯种。鉴定菌种并保存。

1.2.6.2抑菌效果测定

取0.2 mL菌悬液到相应的培养皿表面，涂布均匀，制成带菌培养基。将直径为6 mm的无菌滤纸片在植物精油中浸透，沥干，平铺在培养皿上，每皿2片，于恒温箱内培养24 h[9-11]。

1.2.7 精油对果蔬的保鲜效果研究

配制甜橙、香樟、薄荷、大蒜精油体积分数为0、0.5%、1%、1.5%、2%的溶液，将小番茄、香菇、橘子、苹果分为18组（对照组2组），每组每试验对象3个。将所有组置于相同环境中，每天喷洒不同体积分数的精油稀释液，观察外观及腐烂情况，记录试验结果。

1.2.8 精油空气清新剂研制

1.2.8.1精油空气清新剂制作

称取1.2 g β-环糊精于平底烧瓶中，加入100 mL蒸馏水，磁力搅拌溶解10 min，逐滴加入精油，继续搅拌12 h，制成过饱和乳化液，加入乙醇，使乙醇体积分数为20%，密封制成喷雾剂[12-13]。通过改变精油种类和加入量，分别制得0.5%、1.0%、1.5%精油空气清新剂。

1.2.8.2抑菌效果测定

取10个培养皿，做好标记，倒平板。利用5点采样法，于20 m3房间暴露10 min。精油空气清新剂均匀喷洒在房间中，喷雾后计时，关闭门窗熏气30 min;另取5个培养皿于相同位置，暴露10 min，全部平板37 ℃倒置培养24 h。观察喷洒精油空气清新剂前后空气中细菌菌落数的差异，并记录，计算杀菌率。以20%乙醇溶液为空白对照组，每种精油每种浓度平行做3次试验，计算不同精油不同浓度下平均杀菌率：杀菌率=（消毒前细菌数-消毒后细菌数）/消毒后细菌数×100%。

1.2.8.3感官评价

选择10名志愿者，男女各半，分2组，分别对各种精油空气清新剂的气味、使用情况、混浊度和是否分层等指标进行综合评定，以10分为满分。

2 结果与分析

2.1 甜橙精油提取工艺优化

水蒸气蒸馏提取甜橙精油正交试验结果见表3。据表可知，以提取率为指标，所选的3个因素的影响次序为：料液比>原料烘干温度>原料烘干时间。最佳优化工艺条件为A3B3C2，即烘干时间3 h、烘干温度70 ℃、料液比1∶7条件下，提取率达到最高。

2.2 香樟精油提取工艺优化

水蒸气蒸馏提取香樟精油正交试验结果见表4。据表可知，以提取率为指标，所选的3个因素的影响次序为：蒸馏温度>料液比>原料烘干时间。最佳优化工艺条件为A1B3C3，即料液比1∶5、烘干时间150 min、蒸馏温度90 ℃条件下，提取率达到最高。

2.3 精油成分分析

利用仪器所配的谱库进行自动检索并采用人工核对和补充检索，确定精油化学成分。由图1检索得知，甜橙精油为脂肪族化合物类，主要成分为d-苧烯、柠檬烯、甲基环戊烷、脂肪族醚;由图2检索得知，香樟精油为单萜衍生物类，主要成分为2-茨醇（即龙脑）、α-松油醇、1，8-桉叶素;由图3检索得知，薄荷精油为单萜衍生物类，主要成分为薄荷醇、芳樟醇、1，8-桉叶素、薄荷酮;由图4检索得知，大蒜精油为含氮含硫类化合物，主要成分为二烯丙基三硫醚即大蒜素、1，2-二硫杂环戊烷。

2.4 精油的抑菌作用

由表5知，甜橙精油对青霉菌为高度敏感，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为不敏感;香樟精油对大肠杆菌为极敏感，对金黄色葡萄球菌为高度敏感，对黑曲霉与青霉菌为不敏感;薄荷精油对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为低度敏感，对黑曲霉与青霉菌为不敏感;大蒜精油对青霉菌为高度敏感，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和黑曲霉为中度敏感。

2.5 精油应用研究结果

2.5.1 应用于果蔬保鲜

四种植物精油对果蔬具有一定的保鲜效果。对橘子保鲜效果最好的是甜橙精油，由图5可知，1%甜橙精油保鲜效果最好;对小番茄保鲜效果最好的是香樟精油，由图6可知，1%香樟精油保鲜效果最好;对香菇保鲜效果最好的是大蒜精油，由图7可知，1%大蒜精油保鲜效果最好;对苹果保鲜效果最好的是薄荷精油，由图8可知，1%薄荷精油保鲜效果最好。

2.5.2 应用于空气清新剂研制

由表6可知，0.5%甜橙精油空气清新剂杀菌效果最好，1.5%香樟精油次之。甜橙精油空气清新剂的杀菌率与精油浓度呈反相关关系，香樟、薄荷精油空气清新剂的杀菌率与精油浓度呈正相关关系。薄荷精油的最佳杀菌濃度为1.5%。

由表7可知，甜橙精油空气清新剂感官评分总体较高;香樟精油空气清新剂得分普遍较低，浓度过大感官分降低;三种精油空气清新剂皆以浓度为0.5%得分最高。

3 初步结论

1）甜橙精油最佳提取工艺为烘干时间3 h、烘干温度70 ℃、料液比1∶7，提取率可达5.08%;香樟精油最佳提取工艺为烘干时间150 min、蒸馏温度90 ℃、料液比1∶5，提取率可达0.60%。2）薄荷精油和香樟精油对细菌有抑制作用;甜橙精油对真菌的抑制效果较细菌好;大蒜精油对真菌与细菌均有抑制作用。3）精油对果蔬具有保鲜效果。4）精油空气清新剂杀菌效果平均依次为甜橙>薄荷>香樟，杀菌效果明显;杀菌率最高的精油空气清新剂浓度是：0.5%甜橙（杀菌率45.24%），1.5%香樟（44.53%），1.5%薄荷（31.57%）。

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（责任编辑：丁志祥）