分子蒸馏技术提取玫瑰精油及其成分分析

赵国建，赵悦菡，卢龙啸，侯召华

〔齐鲁工业大学（山东省科学院）食品科学与工程学院，山东 济南 250353〕

玫瑰为多年生落叶灌木，是蔷薇属植物，原产自中国，现已在世界各地广泛栽培[1]。玫瑰花中化学成分含量高达300 多种，含有大量的的芳香醇、醛类、脂类、黄酮类和多酚类物质[1-2]。玫瑰精油则是从玫瑰花中提取的一种安全、无毒、有特殊香味的挥发性物质[3]。玫瑰精油具有抗焦虑、抗冲突[4]和抗菌功效，具有柔和细腻、芳香纯正的花香，可作为天然的香味剂，亦可用于保健、化妆、医疗、食品等多个领域。因其价格昂贵，素有“液体黄金”之称，而且仅用两滴即可制成1 L 高品质的香水[2-4]。

分子蒸馏技术（molecular distillation）可在高真空条件下，利用不同物质分子运动平均自由程不同的特点，进而将各类物质分开[5]，是一种特殊的液-液分离技术。分子蒸馏的优势能够有效地分离、纯化和浓缩天然物[6]，非常适合在低压下对不稳定成分和分子量不同的挥发性成分进行分离纯化，而且还可以降低热分解的风险。王朝臣等[7]利用分子蒸馏法纯化柞蚕油，通过响应面分析试验确立了最优的柞蚕油分子蒸馏纯化工艺；张峰榛等[8]利用短程分子蒸馏的方法分离香茅油中的香茅醛，建立了适用于多元物系的传质模型。现在分子蒸馏技术在医药、食品和化妆品等领域已被广泛应用[9]。

目前提取玫瑰精油的方法有多种，如水蒸汽蒸馏法[10-11]、分子蒸馏法[12-13]、超声波提取法[14]和超临界流体萃取法[15-16]等。为解决玫瑰原油中多种含量较高的有效成分无法进一步有效地分离和提纯，且其提纯成本高和实用性差等技术问题，本研究以短程分子蒸馏技术对玫瑰原油进行分离纯化，利用气相色谱-质谱对分离各组分进行分析，优化得到最佳分离条件，以期为玫瑰原油进一步精深加工利用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

1.1.1 试验材料 试验所用玫瑰‘丰花一号’采集于山东省平阴县，经山东芳蕾玫瑰集团有限公司任金静高级工程师鉴定为蔷薇科蔷薇属植物（Rosa rugosa Thunb）新鲜花朵（玫瑰）。

1.1.2 试剂 正己烷、无水硫酸钠（分析纯，国药集团试剂有限公司）；氦气（99.999%，济南德阳特种气体有限公司）；实验室用水为Milli-Q 超纯水。

1.1.3 仪器与设备 TSQ 8000 Evo 三重四极杆气质联用仪（美国赛默飞公司）；VKL-70 型短程分子蒸馏装置（德国瑞达）；BCD-185TMPQ 电子天平（上海越平科学仪器有限公司）；SHZ-C 恒温水浴锅（常州赛普实验仪器厂）；DHG-9140A 干燥箱（常州赛普实验仪器厂）；MDF-U3386S 超低温冰箱（上海松下健康医疗器械有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 玫瑰精油的三级分子蒸馏 本研究使用VKL-70 型短程分子蒸馏装置[17]，短程蒸馏过程中，在一定真空度和加热的条件下，低沸点化合物转化为蒸汽，轻组分（DF）是蒸汽化合物冷凝浓缩而成，重组分（RF）则是剩余成分。本研究经预试验确定蒸馏参数（预加热温度50℃、冷凝管温度10℃、进料流速10～15 mL/min）后，利用三级分子蒸馏，一级条件为：蒸发温度60 ℃，真空度45 hPa，刮膜转速350～360 r/min；二级条件：蒸发温度80℃，真空度0.50 hPa，刮膜转速350～360 r/min；三级条件：蒸发温度80 ℃，真空度0.03 hPa，刮膜转速350～360 r/min；进样温度60 ℃，冷凝水温度为10 ℃。一级分子蒸馏得到RF1 和DF1；然后对RF1 进行二级分子蒸馏，得到RF2 和DF2；最后对RF2 进行三级分子蒸馏，得到RF3和DF3。三级分子蒸馏共得到DF1、DF2、DF3 和RF3 共4 种组分。

回收率计算公式：回收率=FW/TW 100%，式中，FW 为各组分质量（g）；TW 为样品初始总质量（g）。

1.2.2 玫瑰精油及其不同馏分的气相色谱-质谱（GCMS）分析 分别将样品（约0.1 mL）溶解到100 mL 正己烷中，添加过量无水硫酸钠除去水分，正己烷为空白。每个样品均采用GC-MS 进行分析。

色谱条件：TG-WAXMS 石英毛细管色谱柱（30 m 0.25 mm 0.25m）；色谱柱起始温度50 ℃，保持1 min，然后以10 ℃/min 的速率升至140 ℃，保持5 min，在以4℃/min 的速率升至210 ℃，保持15 min；载气为氦气，流速为1.0 mL/min；进样量为1L；分流比为100∶1；进样口温度为240℃，气相色谱-质谱接口温度240℃。质谱条件：电子轰击（EI）离子源，离子源温度200℃，电子能量70 eV，扫描模式Full Scan，扫描质量范围

（m/z）50～550 u。

1.2.3 数据处理 定性分析：样品经GC-MS 检测后，利用其所配置的NIST 14 标准质谱数据库对样品进行自动检索，结合文献进行人工谱图解析，确定玫瑰原油及其蒸馏产物的成分。定量分析：按照峰面积归一化方法计算玫瑰精油及其蒸馏产物中各成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 玫瑰精油的三级分子蒸馏结果

由表1 可知，三级分子蒸馏共得到DF1、DF2、DF3和RF3 四部分，取玫瑰原油1 556.00 g 进行上样，4 部分回收率为1.95%、64.46%、18.84%和10.62%；4 部分馏分物（DF1、DF2、DF3和RF3）共1 491.82 g，回收率为95.87%。一级蒸馏是为了把原油中的水分等杂质除去，而三级分馏则是为了除去蜡和色素等高温组分，二级蒸馏的目的就是为了得到高品质玫瑰精油，所以DF2比例偏高，这表明本研究采用的三级分子蒸馏技术具有极少的损失。

2.2 玫瑰精油及其馏分物挥发性成分分析

2.2.1 外观分析 玫瑰原油和4部分馏分物DF1、DF2、DF3 和RF3 的外观如图1 所示，总离子流图如图2 所示。从图1 可看出，各组分颜色由明显差异，玫瑰原油呈橘黄色，DF1 和DF2 基本无色，DF3 则为淡黄色，而RF3 却为橙红色。

表1 玫瑰精油分子蒸馏馏分物结果Table 1 Molecular distillation results of rose essential oil

2.2.2 成分分析 利用三级分子蒸馏技术对玫瑰原油进行分离纯化，得到4 部分馏分物DF1、DF2、DF3和RF3，并利用GC-MS 对分离纯化的各部分进行定性分析。从图2 可以看出，玫瑰原油及其DF1、DF2、DF3 和RF3 4 部分馏分物中成分的种类及含量存在一定的差异，三级轻组分（DF3）化合物含量明显多于其他组分，轻组分成分与重组分相比，各组分出现时间偏早，表明轻组分主要成分应为沸点较低的烯烃类化合物，而重组分出现时间晚些，表明其应为沸点较高的脂类化合物。郭畅等[18]在沙田柚皮精油分离及分析试验中也得出，各组分化合物存在差异，并且轻组分总体成分为烯烃类化合物。陈红丽等[19]从甜橙精油蒸馏的轻组分中分离出22 种化合物，大多为萜烯、醇类和醛类。

图1 分子蒸馏分离后玫瑰原油及其馏分物的外观Fig.1 Appearance of rose crude oil and its fractions after molecular distillation and separation

图2 玫瑰原油及4 部分馏分物（DF1、DF2、DF3 和RF3）的GC-MS 总离子流图Fig.2 GC-MS total ion flow diagram of rose crude oil and 4 fractions（DF1,DF2,DF3 and RF3）

由表2 可知，相对含量在1.2%以上成分共确定29种。玫瑰原油中检测到17 种化合物，其中香茅醇的相对含量达54.26%；DF1 中检测到10 种化合物，主要是金合欢烯和香茅醇等醇类物质，香茅醇的相对含量达55.17%；DF2中检测到9 种化合物，主要也是香茅醇和橙花醇等醇类物质，香茅醇含量达66.11%；DF3 中检测到16 种物质，其中主要是香叶醇、苯乙醇和丁香酚等醇类和酚类；RF3 中检测到了11 种物质，其中，主要是木香醇、氨基醛和甲酸甲酯等醇、醛和脂类物质。

由图3 可知，玫瑰原油及其4 部分馏分物DF1、DF2、DF3 和RF3 中化合物数量分别为17、10、9、16 和11 种。玫瑰原油、DF1、DF2、DF3 和RF3 中共有的化合物主要是香茅醇；玫瑰原油、DF1、DF2 和DF3 共有的是香茅醇、香叶醇、甲基丁香酚；玫瑰原油、DF1 和DF2 共有的是吡喃、芳樟醇、乙酸香茅脂、香茅醇、橙花醇、香叶醇和甲基丁香酚。玫瑰原油、DF1 和DF2 相关研究表明，玫瑰精油中的挥发性成分大致相同，李国明等[20]研究表明，香槟玫瑰花挥发油中有11 个挥发成分的相对质量分数为1.0%以上，主要有香茅醇、橙花醇、香叶醇、芳樟醇、丁香酚及其酯类等，这些成分含量和种类的差异是影响玫瑰精油不同气味的主要原因。刘彦红等[21]研究表明，共检测出玫瑰精油的基本香气成分有70 多种，占主要的为香茅醇及脂类、苯乙醇、香叶醇及脂类、乙酸橙花酯和丁香酚等物质。

醇类、酚类和萜烯类化合物是构成玫瑰精油浓香味的主要成分。由此可见，为达到对玫瑰原油中不同组分纯化的目的，可以利用短程分子蒸馏技术对其中的不同组分进行拆分，从而为不同组分的利用提供保证。

表2 玫瑰原油及4 部分馏分物的主要化学成分及其相对含量Table 2 Main chemical composition and relative content of rose crude oil and 4 fractions

续表2

图3 玫瑰原油及4 部分馏分物的主要化学成分及其相对含量韦恩图Fig.3 Venn diagram of the main chemical composition and relative content of rose crude oil and 4 fractions

3 结论

1 556.00 g玫瑰原油经过三级分子蒸馏共得到DF1、DF2、DF3和RF34 部分产物，回收率分别为1.95%、64.46%、18.84% 和10.62%；总回收率为95.87%；三级条件分别为：一级：蒸发温度60 ℃，真空度45 hPa，刮膜转速350～360 r/min；二级：蒸发温度80 ℃，真空度0.50 hPa，刮膜转速350～360 r/min；三级：蒸发温度80 ℃，真空度0.03 hPa，刮膜转速350～360r/min；后2 次进样温度60 ℃、冷凝水温度为10 ℃。

对玫瑰原油和4部分馏产物DF1、DF2、DF3和RF3分别进行GC-MS 分析，共检测出29 种化合物，主要成分为烷烃、香茅醇、香叶醇、芳樟醇、橙花醇、苯乙醇、甲基丁香酚、乙酸香茅脂、金合欢烯、单萜和倍半萜等；玫瑰原油及4 部分馏分物DF1、DF2、DF3和RF3中化合物数量分别为17、10、9、16 和11种。玫瑰原油、DF1、DF2、DF3 和RF3 中共有的化合物主要是香茅醇；玫瑰原油、DF1、DF2和DF3共有的是香茅醇、香叶醇和甲基丁香酚；玫瑰原油、DF1 和DF2 共有的是吡喃、芳樟醇、乙酸香茅脂、香茅醇、橙花醇、香叶醇和甲基丁香酚。以上结果表明，分子蒸馏技术能有效对玫瑰原油成分进行拆分，可用于玫瑰精油的加工利用。本研究提供了一种利用分子蒸馏技术的三级蒸馏提取玫瑰原油中各有效成分的方法，可在食品和化妆等领域，按各成分的不同功效，快速有效地对玫瑰原油进行进一步的分离纯化。