杜香精油提取工艺优化及成分分析

陆 爽，朱俊义，李显炀，马雨薇，王明玉，马 宠，程广有

(1.北华大学林学院，吉林 吉林 132013；2.通化师范学院生命科学学院，吉林 通化 134001)

杜香(LedumpalustreL.)即喇叭花、绊脚丝，杜鹃花科杜香属常绿直立小灌木，高50～80 cm，分枝细而密，幼枝及叶上均密被棕色绒毛和腺体，有强烈的芳香气味[1-3]，适合药用及提炼精油.杜香属植物分布在北半球温带或寒温带，在我国主要分布于长白山和大、小兴安岭地区，资源十分丰富[4].杜香在医学上应用广泛，其嫩枝叶的浸提液具有解痛、祛痰、脱敏和利尿作用.全株可提取芳香油，尤其以花、果出油率较高.挥发油在镇咳、杀菌和治疗皮肤病等方面也有较好疗效[5-7]，对多种真菌和细菌具有抗菌作用和抑制菌类生长功能[8-11]，但挥发油内含成分受生长条件和地域影响[12]，所以探索一种在保持其成分不改变的条件下适合规模化生产的提取工艺是必要的.目前，植物精油的提取方法主要有超临界CO2萃取法[13]、浸提法、超声波提取法及水蒸气蒸馏法[14]等，但每种方法都不完善.其中，水蒸气蒸馏法具有方法简单、易操作、成本低、可控性高等特点.利用水蒸气蒸馏法提取的杜香精油产物以单萜类化合物为主[10]，本次试验利用水蒸气蒸馏法提取杜香精油并优化生产工艺，为规模化生产杜香精油提供技术支撑；另外，通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析杜香精油成分.

1 材料与方法

1.1 材 料

选择果实成熟期的新鲜杜香枝叶，剪成5 cm左右小段，冲洗干净.置于竹帘上晾干，放置于阴凉干燥处保存.

1.2 试验方法

1.2.1 提取工艺

利用改善后的水蒸气蒸馏法提取杜香精油.将杜香枝叶打碎，浸泡12 h后水中蒸馏，将汽化的杜香精油冷凝回收入收集罐内，部分纯露通过改良装置重新进入蒸馏罐内.随着换料次数的增多，逐渐有油状物析出，且随着不同影响因素的变化，提取出的油状物浓度和提取速率随之改变.经鉴定，油状物为杜香精油.

记录各料液比、提取时间和提取温度对杜香精油出油率的影响，设计单因素试验和L9(34)正交试验，筛选出最佳提取工艺.

1)单因素试验.

料液比：设定提取时间6 h，提取温度95 ℃，按照改良后的水蒸气蒸馏法提取，设定不同料液比([m(料)/g]∶[V(液)/L],下同)为1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6，探究液料比对杜香精油得率的影响.

提取时间：设定料液比1∶3，提取温度95 ℃，按照改良后的水蒸气蒸馏法提取，设定不同提取时间为0.5、1、2、3、4 h，探讨提取时间对杜香精油得率的影响.

提取温度：设定提取时间6 h，料液比1∶3，按照改良后的水蒸气蒸馏法提取，设定不同提取温度为80、85、90、95、100 ℃，探讨提取温度对杜香精油得率的影响.

杜香精油提取率：精油提取率=(杜香精油质量/杜香原材料质量)×100%.

2)正交试验.在单因素试验的基础上，采用L9(34)表设计正交试验，对料液比、提取时间、提取温度3因素分别设定3个水平进行正交试验，探讨杜香精油最佳提取工艺.正交试验因素、水平见表1.

表1 正交试验设计

1.2.2 杜香精油成分分析

采用5975-6890N气质联用仪检测通过水蒸气蒸馏法提取的杜香精油成分.色谱柱型号：db-xlb(30m×250μm×0.1μm)；程序升温：初始温度50 ℃，持续3min，以5 ℃/min升温至150 ℃，再以10 ℃/min升温至280 ℃/min，持续20min；进样口初始温度280 ℃，流量0.9mL/min，进样模式为分流进样，分流比为50∶1，载气为高纯氦气.MS条件：EI离子源，进样口温度150 ℃，离子源温度230 ℃，扫描范围为20～550m/z.参照NIST2008标准谱库分析精油成分.

2 结果与分析

2.1 料液比对杜香精油提取率的影响

提取时间和提取温度一定时，不同料液比下杜香精油的提取率见图1.由图1可知：当料液比为1∶6时，杜香精油提取率为0.87%，随着料液比的增大，提取率随之提高；当料液比为1∶4时，杜香精油提取率达到最高1.77%；料液比继续增大时，提取率有下降的趋势.综合考虑生产成本和可操作性确定料液比为1∶4，此时杜香精油提取率最高，效益最好.

2.2 提取时间对杜香精油提取率的影响

料液比和提取温度一定，不同提取时间杜香精油提取率见图2.由图2可见：杜香精油提取率随提取时间的延长而提高.当提取时间在0.5～2h时，提取率随提取时间的延长大幅提高，提取时间为2h时提取率为1.72%；当提取时间超过2h以后，杜香精油提取率增幅变缓.长时间蒸馏意味着成本增加，而杜香精油产量很少.因此，最佳提取时间为2h.

2.3 蒸馏温度对杜香精油提取率的影响

料液比和提取时间一定，不同蒸馏温度杜香精油提取率见图3.由图3可知：提取温度在80～95 ℃时，杜香精油提取率急剧提高，95 ℃时提取率达到1.81%.温度进一步升高时，杜香精油提取率提高很少.当温度为100 ℃时，溶液持续维持在沸腾状态.提取时间过长会产生暴沸，且精油成分不稳定或挥发.因此，杜香精油最佳提取温度为95 ℃.

2.4 杜香精油最佳提取工艺

杜香精油提取正交试验结果见表2.由表2可知：杜香精油提取率最高的组合为A3B2C1，即提取温度98 ℃、提取时间3h、料液比1∶4，在此条件下，杜香精油提取率为2.04%.正交试验的3个因子极差大小顺序为RA>RC>RB，由此说明，提取温度对杜香精油提取率的影响最大，其次是料液比，提取时间对杜香精油提取率影响最小.

2.5 杜香精油成分

对水蒸气蒸馏法得到的杜香精油粗提物进行GC-MS分析，共得到超过100个峰，见图4.通过NIST数据库检索出72种化合物，应用色谱峰面积归一化法分析可知，占总峰面积的85.29%.鉴定出的主要化合物及相对含量见表3.由表3可知：杜香精油主要成分以烯烃、酚、酯、萜、醇、芳香类化合物为主.

表2 杜香精油提取正交试验结果

表3 杜香精油化学成分分析结果

Tab.3 Chemical composition analysis results ofLedumpalustreL.essential oil

3 结论与讨论

水蒸气蒸馏法提取杜香精油的最佳提取工艺为提取温度98 ℃、提取时间3 h、料液比1∶4，在此条件下，杜香精油提取率为2.04%.影响杜香精油提取率的3个因素中提取温度影响最大，其次是料液比，提取时间的影响最小；杜香精油成分主要以萜烯、酚、酯、醇、芳香类为主.

植物资源利用本质上是对植物化学成分的利用.从最近10 a国际植物化学发展趋势看，脱离生物活性的纯植物化学成分研究日趋萎缩，而围绕重大疾病寻找生物活性成分成为最主要的研究趋势[15].杜香精油提取物成分主要以萜烯、酚、酯、醇、芳香类为主，其中的芳香类物质可作为天然香料，萜类化合物具有临床医疗及抑制菌类生长等作用.杜香精油具有广阔的利用空间，合理有效开发是目前的研究方向[9].本次研究并未涉及不同月份杜香精油含量，而调查得知，9月份细叶杜香地上部分挥发油高于其他月份[16]，因此，今后将进一步开展不同采收时间杜香枝叶精油提取率对比研究.