微波无溶剂法提取东紫苏精油的工艺研究及成分分析

代亚贤，邹伟，徐芳，徐文静，张雪辉，王琦

（昆明医科大学公共卫生学院，云南昆明650500）

东紫苏（Elsholtiza bodinieri Vaniot）属唇形科香薷属植物，又名小香薷、凤尾茶等[1-2]，是云南滇南地区的日常饮品。其嫩尖可以泡茶饮用，有清热解毒的功效[3-4]，东紫苏富含多种化学成分，其植株中精油成分具有抗氧化、解热、镇痛、解痉、增强免疫、抗菌消炎、杀虫、降血脂、抗癌等作用[5-12]，具有较高食用和药用价值[13]。

常用的东紫苏精油提取方法有水蒸汽蒸馏法（steam distillation，SD）和超临界 CO2萃取法（supercritical CO2extraction，SC-CO2）[14]，这些方法存在操作复杂、提取时间过长、有机溶剂残留、能耗大等弊端[15]。随着新技术不断的发展，微波无溶剂提取法 （solventfree microwave extraction，SFME）进入到了植物精油提取行列。Chemat 等[16]首次提出了该方法，将微波加热与干提取法相结合，在大气压下可在不加入任何溶剂或大量水的情况下，通过微波辐射加热新鲜植物样品或经浸泡湿润处理后的干燥植物组织，使植物内部水分快速汽化，将组织内的精油带出，经冷凝、分离得到精油。该方法利用样品自身水分吸收微波并加热进行提取，进而达到干蒸馏提取的目的，具有高效、简便、环保节能等特点。与传统的水蒸气蒸馏法相比，该方法提取用时短，效率高[17-20]。目前，采用微波无溶剂法提取东紫苏精油的文献还未见报道。因此，本试验首先将干燥的东紫苏样品用水浸泡一定时间，使其尽量达到新鲜时的含水状态，再采用微波无溶剂法提取东紫苏精油，并采用气相色谱-质谱法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）对精油进行化学成分分析。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

东紫苏：云南省建水县。

NEOS 微波萃取仪：意大利Milestone 公司；7890型气相色谱仪：美国Agilent 公司；JEA 1002 型电子天平：上海浦春计量仪器有限公司；DYF-1000C 型粉碎机：上海比朗仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 东紫苏精油的提取

取晒干东紫苏50 g，粉碎后用微波无溶剂提取仪进行提取，收集馏出液，静置分层，测量体积，每组试验重复3 次，取平均值，后置于4 ℃冰箱内密封保存。

1.2.2 东紫苏精油提取单因素试验

用微波无溶剂法提取东紫苏精油，按1.2.1 方法进行提取，设计单因素分别考察料液比[1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7（体积比）]、浸泡时间（0.5、1、2、3、4 h）、提取时间（30、40、50、60、70 min）、微波功率（300、400、500、600、700 W）对东紫苏精油得率的影响。

1.2.3 正交试验

取晒干东紫苏50 g，按1.2.1 方法，在单因素试验基础上，采用L9（34）正交表进行试验。

1.2.4 微波无溶剂提取东紫苏精油成分分析

东紫苏精油化学成分采用气相色谱-质谱法分析。

气相色谱条件为色谱柱：DB-5MS 石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升温：初始温度为60 ℃，保持 10 min，以 3 ℃/min 的速率升至 200 ℃，保持 5 min；进样口温度：230 ℃；柱箱温度：60 ℃；进样模式：分流；柱流量：1 mL/min；吹扫流量：5 mL/min；分流比：50 ∶1；载气：高纯氦；进样量：1 μL ；溶剂延迟：3 min。

质谱条件为电离方式：EI；电子能量：70 eV；接口温度：200 ℃；离子源温度：200 ℃；采集方式：scan；扫描范围：40 amu～400 amu。

1.3 数据处理与分析

1.3.1 正交试验数据处理

采用SPSS Statistics V17.0 数据分析软件对正交试验结果进行分析。

1.3.2 东紫苏精油成分分析

采用NIST05 标准谱图库进行检索，并用峰面积归一法确定化学成分及相对含量。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 料液比对精油得率的影响

料液比对得率的影响见图1。

图1 料液比对得率的影响Fig.1 Effects of material liquid ratio on extraction rate

在图1 中，精油得率随着液体的增加，出现先上升后降低的趋势。当料液比为1 ∶5（体积比）时，精油得率达到最大值；由于过多的水会导致物料没有被完全提取，导致精油得率下降。因此，1 ∶5（体积比）是微波提取东紫苏精油的最佳料液比。

2.1.2 浸泡时间对精油得率的影响

浸泡时间对得率的影响见图2。

由图2 可知，东紫苏精油得率先升后降。如果继续增加浸泡时间会导致精油得率下降，这是因为浸泡时间过长，引起原料发生部分水解后成分挥发所致[21]。因此，2 h 是微波提取东紫苏精油的最佳浸泡时间。

2.1.3 提取时间对精油得率的影响

提取时间对得率的影响见图3。

图2 浸泡时间对得率的影响Fig.2 Effects of soaking time on extraction rate

图3 提取时间对得率的影响Fig.3 Effects of extraction time on extraction rate

从图3 中看出，随着提取时间的延长，精油得率不断升高，当提取时间超过60 min 时，精油得率无明显差别。因此，东紫苏精油提取到60 min 已基本完成，考虑到节省时间，减少耗能，选择60 min 作为微波提取东紫苏精油的最佳提取时间。

2.1.4 微波功率对精油得率的影响

微波功率对得率的影响见图4。

图4 微波功率对得率的影响Fig.4 Effects of microwave power on extraction rate

由图4 可知，当微波功率过低时，精油提取不完全；当提微波功率超过600 W 时，精油得率无明显差别，但过高功率会造成部分物料糊化，精油味道变质。因此，为了获得较高精油质量，选择600 W 作为微波提取东紫苏精油的最佳提取功率。

2.2 正交试验结果

由于料液比、浸泡时间、提取时间、微波功率4 个因素间能相互影响，在4 个单因素试验的基础上，采用L9（34）正交表安排试验，通过正交试验优化得到微波无溶剂提取东紫苏精油的最佳工艺。因素-水平表见表1，正交试验结果与分析见表2。

表1 微波无溶剂提取东紫苏精油正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal experiment on solvent-free microwave extraction

表2 正交试验结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal test

由表2 可知，在4 个主要因素中，由极差可以看出C＞A＞D＞B，即提取时间的影响最大，料液比次之，微波功率第三，而浸泡时间的影响最小。根据结果分析，该东紫苏精油的最佳提取工艺为A3B1C3D3，即料液比为1 ∶6（体积比），浸泡时间为2 h，微波提取时间为 60 min，微波功率为600 W。采用此条件进行精油的提取，结果与实际吻合，最佳得率为0.096 mL/50 g。东紫苏精油提取工艺优化四因素三水平正交试验结果方差与显著性分析见表3。

表3 方差与显著性分析Table 3 Tests of between-subjects effects

由表3 可知，浸泡时间对东紫苏精油得率的影响最小，故将B 浸泡时间做为误差项[22]，并对其他因素进行显著性分析，可得出 P 值C＜A＜0.05＜D，可知提取时间和料液比相对于其他因素对东紫苏精油的得率具有显著影响。

2.3 微波无溶剂提取东紫苏精油的化学成分分析

微波无溶剂提取东紫苏精油的GC-MS 总离子流图见图5，化学成分定性分析及相对含量（以面积归一法测得）见表4。

图5 微波无溶剂提取法提取的东紫苏精油GC-MS 总离子流图Fig．5 Total ion current chromatograms of the essential oil from the Elsholtiza bodinieri Vaniot extracted by organic solvent

表4 微波无溶剂提取法提取的东紫苏精油的化学组成Table 4 Chemical composition of essential oil from the Elsholtiza bodinieri Vaniot extracted by organic solvent

东紫苏精油共检测出43 种化学成分，乙酸松油酯是东紫苏精油含量最高的一种物质，其相对含量达到了56.25%，其次为丙酸香叶酯（6.8%）、棕榈酸（4.95%）、依朴酚醇（4.83%）、氧化石竹烯（4.41%）、乙酸（Z）-5-十二烯醇酯（3.28 %）、α-松油醇（2.91 %）、（S）-（+）-5-（1-羟基-1-甲基乙基）-2-甲基-环己烯-1酮（1.18%）、萜品醇（1.14%）、植酮（1.1%），其他检测出的成分相对含量均未达到1%以上。除此之外，还有多种醇类、脂类、醛类、萜烯类和酮类等化合物。

3 结论

用微波无溶剂提取法对东紫苏精油进行提取，通过单因素试验和L9（34）正交试验确定了东紫苏精油的最佳提取工艺条件，并且进行了统计学分析，采用试验进一步验证结果的准确性。

采用气相色谱-质谱技术对东紫苏精油进行成分分析，结果表明，用微波无溶剂提取法提取的东紫苏精油共含有43 种化学成分，主要成分为乙酸松油酯，相对含量达到了56.25%，其次为丙酸香叶酯（6.8%）、棕榈酸（4.95 %）、依朴酚醇（4.83 %）、氧化石竹烯（4.41%）、乙酸（Z）-5-十二烯醇酯（3.28%）、α-松油醇（2.91%）、（S）-（+）-5-（1-羟基-1-甲基乙基）-2-甲基-环己烯-1 酮（1.18%）、萜品醇（1.14%）、植酮（1.1%）。