迷迭香精油提取工艺及其化学成分研究

贾新超，牛志平，高伟，李雅丽，田洪

晨光生物科技集团股份有限公司，河北省植物资源综合利用重点实验室 （邯郸057250）

迷迭香（RosmarinusofficinalisL.）为唇形科迷迭香属亚灌木或多年生草本香料植物，原产于地中海及其周边国家，后被引入我国，在我国广西、贵州、云南和新疆等地均有大量的人工栽培[1]。迷迭香精油是从其茎、叶、花等中经提取所得的油状产物，主要含有α-蒎烯、1,8-桉叶油素等萜类成分[2]。迷迭香精油被广泛应用于西点、禽肉、沙司、腌渍和熏制食品的调味，空气清新剂、化妆品、洗涤剂的调香等方面[3]。近期的研究表明，迷迭香精油不仅能用于调味调香，还具有高度的生物活性，如抑菌[4-7]、提高饲养动物的营养物质表现消化率[8]、酶抑制活性[9]等。不同迷迭香精油化学型的多样性也意味着在实际应用中也应有针对性。迷迭香精油的应用已拓展到医疗保健和食品等领域，涉及安全性和功效性问题，因物种类型、生长环境等因素产生精油成分不同，对不同产地的迷迭香精油进行成分对比就显得尤为重要。以迷迭香干叶为研究对象，对迷迭香精油的水蒸气蒸馏工艺优化及不同产地所得精油成分进行对比分析，从而对迷迭香精油的提取和应用提供借鉴及参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

迷迭香干叶（产地为湖南、河南、贵州、云南）。

正己烷（色谱纯，美国BCR试剂公司）。

1.2 仪器与设备

气相色谱质谱联用仪（安捷伦科技有限公司，6890GC/5975MS）；涡旋混合器（冠森生物科技上海公司，XH-D）；水蒸气蒸馏装置（上海银泽仪器设备有限公司，80 L）。

1.3 试验方法

将一定质量的迷迭香样品放入自制水蒸气蒸馏装置中，加热蒸馏。随着水蒸气的上行，迷迭香精油被共同带出，并在冷凝器部位冷凝。所得精油经静置分层，倒入量筒中测量精油体积，计算精油提取得率[10]。

1.4 GC-MS条件

1.4.1 气相色谱条件

色谱柱为HP-5MS石英毛细管柱[30 m×0.25 mm（内径）×0.25 μm]；进样口温度200 ℃。程序升温：初始柱温60 ℃，保持2 min，以2 ℃/min升温至160 ℃，10 ℃/min升温至260 ℃，保持5 min；载气为氦气（纯度≥99.999%），流速1.0 mL/min；进样量1 mL；进样方式分流进样，分流比50∶1。

1.4.2 自动进样器条件

温度为定量环100 ℃、传输线105 ℃；GC循环时间15 min，样品平衡时间60 min，压力平衡时间0.1 min，进样时间0.5 min；样品瓶摇动3次；载气为氮气。

1.4.3 质谱条件

色谱与质谱接口温度200 ℃；离子源温度230 ℃；离子源类型为电子轰击离子源（EI）；碰撞室气体：氮气（纯度≥99.999%）；检测方式：全扫描模式（SRM）；电离能量70 eV。

2 结果与讨论

2.1 水蒸气蒸馏工艺参数优化

2.1.1 迷迭香干叶粉碎时间的优化

取一批迷迭香叶，平均分成3份，每份1 kg，分别粉碎1，2和3 s，加上未粉碎原料，检测粒度分布，分别用水蒸气蒸馏30 min，按照1.3的方法检测精油体积，计算迷迭香精油提取得率。

图1 迷迭香干叶不同粉碎时间对粒度分布的影响

图2 迷迭香干叶不同粉碎时间对精油得率的影响

迷迭香干叶粉碎时间对粒度分布影响较大，不同的粒度分布直接影响迷迭香精油的提取效率。原料的粒度越小，水蒸气在颗粒内部的扩散距离短。相同质量的粉末，粒度分布小者表面积更大，与水蒸气的接触更为充分。在试验考察的粒度范围内，迷迭香精油提取得率随着原料粉碎时间的增加先提高后降低，粉碎1 s时，精油提取得率达到最高，为1.78%，但随着粉碎时间的延长，迷迭香精油的得率下降，可能是因为粉碎时间过长，蒸馏过程中部分精油因粉末阻挡不能完全溢出，造成得率偏低。

2.1.2 蒸馏质量的优化

取该批粉碎1 s的迷迭香叶，分别称取0.5，1.0，1.5和2.0 kg的迷迭香叶，分别用水蒸气蒸馏30 min，按照1.3的方法检测精油体积，计算迷迭香精油提取得率。

不同质量的粉末对迷迭香精油的提取得率的影响很大，在0.5和1.0 kg时，迷迭香叶与水蒸气的接触充分，迷迭香精油的提取得率分别为1.78%和1.82%。增加到1.5和2.0 kg时，迷迭香精油的提取得率下降明显，因此每次提取最适的提取质量为1 kg。

图3 不同蒸馏质量对迷迭香精油得率的影响

2.1.3 蒸馏时间的优化

取粉碎1 s的迷迭香干叶，每份1 kg，分别用水蒸气蒸馏20，30，40和50 min，按照1.3方法检测精油体积，计算迷迭香精油提取得率。

蒸馏时间对迷迭香精油的提取至关重要，随着蒸馏时间的延长，迷迭香精油得率先急剧增加后缓慢增加趋于平衡，考虑到蒸馏时间延长，蒸馏过程中的温度较高，容易导致主要抗氧化成分损失，蒸馏时间30 min，精油得率为1.82%。因此，综合考虑，将蒸馏时间确定为30 min。

图4 不同蒸馏时间对迷迭香精油得率的影响

2.1.4 正交试验

根据单因素试验结果，确定粉碎时间（A）、蒸馏质量（B）和蒸馏时间（C）3个水平，按L9(33)进行正交试验，检测迷迭香精油的提取得率，通过数据分析确定迷迭香精油提取工艺的最优组合。正交试验因素和水平见表1。

表1 正交试验因素水平表

根据单因素试验分析结果，选择粉碎时间、蒸馏质量、蒸馏时间3个因素及3个水平，以迷迭香精油为指标，进行三因素三水平正交试验，正交试验结果见表2，极差数据分析见表3。

表2 正交试验结果

表3 极差分析

由表3极差R的大小可知，各因素的影响顺序为A＞C＞B，即粉碎时间＞蒸馏时间＞蒸馏质量，最优组合为A1B2C2，即最佳工艺为迷迭香干叶粉碎时间1 s、蒸馏时间30 min和蒸馏质量1 kg。

2.2 不同产地迷迭香叶精油成分

4个产地迷迭香叶精油成分的GC-MS图谱如图5所示。通过NIST库比对，不同产地精油成分类别组成差异较小，主要有α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、β-月桂烯、对伞花烃、D-柠檬烯、1,8-桉叶油醇、樟脑、龙脑、α-松油醇、马鞭草酮和乙酸龙脑酯。

图5 4个产地迷迭香叶精油成分的GC-MS图谱

根据成分的不同，ISO国际标准[11]将迷迭香精油分为低1,8-桉叶油醇/蒎烯与高樟脑型（亦称突尼斯和摩洛哥型）和高1,8-桉叶油醇/蒎烯与低樟脑型（亦称西班牙型）两大类。二者组成成分相同，但各组分含量有所差异。从表4数据可以看出，湖南、河南、贵州及云南产地迷迭香精油与国际标准西班牙型迷迭香精油较为接近，个别成分与国际标准西班牙型存在差异。

表4 不同产地迷迭香精油的主要化学成分

含量较高的成分如α-蒎烯，在西班牙型的标准中，规定值为18.0%～26.0%，湖南、贵州两地中的含量在此范围内，而河南、云南两地的含量远高于26%，达30%以上。1,8-桉叶油醇在西班牙型的标准中，规定值为17.0%～25.0%，4个产地中的含量均在标准范围内。与西班牙型差异较大的成分为樟脑，在标准中的规定值为12.5%～22.0%，湖南、河南、贵州三地的精油中含量5%～6%，云南产地的迷迭香精油2.44%。莰烯在西班牙型的标准中，规定值为8.0%～ 13.0%，仅河南产地的迷迭香精油符合标准范围，其他产地均低于标准范围。

将4个产地迷迭香叶精油进行对比，也能发现较大的差异，湖南产迷迭香所得精油中，马鞭草酮的含量明显高于其他产地，同时远高于ISO国际标准的2.5%，达8%。河南产迷迭香精油的α-蒎烯含量较高，与其他产地的区别明显。贵州产地的D-柠檬烯显著高于标准和其他产地，特征明显。

3 结论

迷迭香精油提取试验结果表明：粉碎时间1 s、蒸馏时间30 min、蒸馏质量1 kg时，精油的提取得率最高，为1.86%。对不同产地提取所得精油进行GC-MS化学成分分析，鉴定出12种迷迭香精油中的主要化学成分，并对不同地区精油进行成分对比分析。迷迭香精油根据成分的不同，可以分为突尼斯和摩洛哥型、西班牙型两大类，试验中不同产地迷迭香精油成分最接近西班牙型，但不同产地之间的精油成分存在明显差异。