微波法和水蒸氣蒸餾法提取丁香精油的研究

劉曉麗 鐘少樞 于泓鵬 吳克剛 柴向華

（廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院食品科學(xué)與工程系，廣東 廣州 510006）

微波法和水蒸氣蒸餾法提取丁香精油的研究

劉曉麗 鐘少樞 于泓鵬 吳克剛 柴向華

（廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院食品科學(xué)與工程系，廣東 廣州 510006）

以丁香為原料，分別采用微波法和水蒸氣蒸餾法提取精油，探討微波萃取對丁香精油提取率和精油品質(zhì)的影響。以丁香精油提取率為指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化微波提取條件，采用氣相色譜－質(zhì)譜（GC－MS）法鑒定其化學(xué)成分，并與水蒸氣蒸餾法提取的精油進(jìn)行比較。結(jié)果表明，微波萃取丁香精油的最佳工藝參數(shù)為微波功率300W、料液比1∶4（m∶V）、微波時(shí)間25s、提取次數(shù)4，該條件下精油的提取率可達(dá)到20.65%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水蒸氣蒸餾法的11.33%；從該精油中鑒定出19種成分，其中3種丁香精油有效成分的得率分別為丁香酚13.2%、石竹烯4.4%、乙?；∠惴?.2%，石竹烯和乙?；∠惴拥寐史謩e是水蒸氣蒸餾精油的2.8倍和2倍。微波萃取是丁香精油較有效的提取方式。

丁香；精油；微波萃取；成分；氣相色譜－質(zhì)譜

丁香精油是從桃金娘科植物丁香（Syzygium aromaticumL.）的干燥花蕾中提取的揮發(fā)油，其主要成分為丁香酚、乙酰基丁香酚、石竹烯等［1］，具有抑菌、殺蟲［2］、抗氧化［1］及消炎作用［3］。傳統(tǒng)的丁香精油提取方法主要有蒸餾（SDE）、有機(jī)溶劑提?。?］等，存在提取溫度過高、提取時(shí)間過長、能耗高等問題。微波萃?。╩icrowave assisted extraction，MAE）法具有穿透力較強(qiáng)、選擇性好、加熱效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，在食品有效成分萃取領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［5，6］。目前，微波萃取應(yīng)用于丁香精油的提取未見報(bào)道。本試驗(yàn)利用微波法從丁香花蕾中提取精油，計(jì)算精油得率，并采用氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測兩種精油的組成成分，明確各精油中主要成分的含量，并與傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法進(jìn)行比較。

1 材料與方法

1.1 材料

丁香：購于廣州百佳超市。

1.2 儀器

微波固液相合成/萃取儀：XH－200A，北京祥鵠科技發(fā)展有限公司；

氣－質(zhì)聯(lián)用儀：HP－68 90/5973MSD，美國惠普公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：RE－52AA，上海亞榮生化儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 微波萃取丁香精油 參照林夢南等的方法［4］并修改，將丁香花蕾于40℃進(jìn)行鼓風(fēng)干燥14h，粉碎至40目。準(zhǔn)確稱取10g丁香粉末與無水乙醇一起裝入燒瓶中，置于微波萃取儀，在一定的微波功率下萃取一定時(shí)間。過濾得到萃取液并靜置使其分層，去掉水層后加入無水硫酸鈉靜置過夜，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，得丁香精油。

1.3.2 微波萃取的正交試驗(yàn) 通過前期的單因素試驗(yàn)探討了微波功率、壓力、溫度、料液比、微波時(shí)間、提取次數(shù)等因素對精油提取率的影響，進(jìn)一步采用L16（45）的正交試驗(yàn)，對單因素試驗(yàn)篩選出的提取條件進(jìn)行優(yōu)化，研究精油提取率隨著微波功率、料液比、微波時(shí)間、提取次數(shù)的變化。各因素與水平見表1。

表1 微波萃取丁香精油正交試驗(yàn)的因素和水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test for MAE of clove oils

1.3.3 水蒸氣蒸餾法（SDE） 參照于泓鵬等［7］的方法并修改，稱取20g丁香粉末與200mL水裝入燒瓶中，利用水蒸氣蒸餾裝置蒸餾3h，餾出液加入氯化鈉至溶液飽和，再加入一定量的乙醚搖勻、靜置，去掉水層，用無水硫酸鈉吸收水分后過濾，將濾液中乙醚回收，得到丁香精油，計(jì)算精油提取率。

1.3.4 精油提取率的計(jì)算 精油的提取率按式（1）計(jì)算：

1.3.5 GC－MS分析條件 參照于泓鵬等［4］的方法并修改，DB－5MS毛細(xì)管柱（30m×0.25mm）；升高溫度的程序：初溫45℃→5℃/min→105℃（3min）→6℃/min→145℃（5min）→5 ℃/min→205℃（6min）→6℃/min→250℃（8min）；分流比：50∶1；進(jìn)樣量為1μL；進(jìn)樣口溫度：250℃；氣化室溫度：300 ℃；載氣類型：氦氣（純 度99.99%）；離子源溫度：230℃；離子源類型：EI；四極桿溫度150℃；電子能量：70eV。

1.3.6 精油主要成分得率的計(jì)算 精油的主要成分得率按式（2）計(jì)算：

2 結(jié)果與討論

2.1 精油微波提取工藝的優(yōu)化

由表2可知，料液比對丁香精油的提取率影響最大，而微波功率和提取次數(shù)影響較小。微波萃取丁香精油的最適的提取工藝是為AlB2C2D3，即微波功率300W、料液比1∶4（m∶V）、微波時(shí)間25s、提取次數(shù)4。

表2 微波提取精油的正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Orthogonal test results of MAE of the essential oils

利用正交試驗(yàn)獲得的最優(yōu)條件萃取丁香精油，結(jié)果精油的平均提取率達(dá)到20.65%，精油比重為1.071g/mL，精油呈褐色，有濃郁的丁香氣味。

2.2 兩種方法提取的精油GC－MS結(jié)果

MAE法提取的丁香精油GC－MS檢測的總離子流色譜（TIC）見圖1。經(jīng)GC－MS聯(lián)用儀標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫NIST的計(jì)算機(jī)檢索，并參照文獻(xiàn)［4］，共鑒定出其中19種成分，并經(jīng)面積歸一化法確定其相對百分含量。同時(shí)，與SDE法得到的丁香精油做對照，進(jìn)行GC－MS檢測，TIC圖見圖2，兩種精油中各組分相對含量見表3。

由圖1和表3可知，從MAE法提取的丁香精油中鑒定出的19種成分，占揮發(fā)油總質(zhì)量的99.8%，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%以上的組分有4種，分別是丁香酚63.75%、石竹烯20.46%、乙酰基丁香酚10.78%、α－律草烯3.41%。

由圖2和表3可知，從SDE法提取的丁香精油中鑒定出22種成分，占揮發(fā)油總質(zhì)量的99.9%，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%以上的組分有5種，分別是丁香酚71.56%、石竹烯13.96%、乙?；∠惴?.78%、α－律草烯1.86%、環(huán)氧石竹烯1.12%。

圖1 微波萃取丁香精油成分GC－MS總離子流色譜Figure 1 Total ion currents chromatogram of the clove essential oil obtained by MAE

圖2 水蒸氣餾丁香精油GC－MS總離子流色譜Figure 2 Total ion currents chromatogram of the clove essential oil obtained by SDE

2.3 兩種提取方法的比較

SDE和MAE丁香油的得油率、主要成分的得率和精油的相對密度見表4。

由表4可知，MAE法提取的丁香精油得率為20.65%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的SDE法的11.33%，MAE對丁香精油的提取效率較高。作為丁香精油主要活性成分的3種物質(zhì)在兩種精油中的得率不同，MAE法提取精油中丁香酚的得率為14.7%，稍低于SDE法提取精油（13.2%），這是由于SDE法對于分子量相對較小，沸點(diǎn)較低的化合物提取效率較高。另外，SDE提取時(shí)間長，溫度較高，再加上系統(tǒng)是開放式的，精油中的有效成分容易受熱分解或氧化破壞，其中乙酰基丁香酚在水環(huán)境中長時(shí)間加熱容易分解而生成乙酸和丁香酚［3］，因此，SDE法中的丁香酚含量較高。而MAE法精油中分子量相對較大的石竹烯和乙?；∠惴拥牡寐史謩e為4.4%和2.2%，分別是SDE法提取的2.8和2倍。MAE法提取的丁香精油中色素和其他脂溶性物質(zhì)較多，因此顏色較深，相對密度稍大于SDE的精油。

表3 兩種方法提取丁香精油的成分分析ńTable 3 Chemical composition of two essential oils extracted from clove bud

表4 兩種提取方法制備的丁香精油對比Table 4 Comparison of essential oils of clove buds extracted with MAE and SDE

3 結(jié)論

（1）微波法提取丁香精油的最佳工藝參數(shù)為微波功率300W、料液比1∶4（m∶V）、微波時(shí)間25s、提取次數(shù)4，在此條件下精油的提取率達(dá)到了20.65%；

（2）微波提取精油的得率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水蒸氣蒸餾法，其有效成分中丁香酚的得率稍低于水蒸氣蒸餾法，但石竹烯和乙?；∠惴拥牡寐氏鄬^高，并且提取時(shí)間大大縮短，因此，微波萃取是丁香精油較有效的提取方式。

（3）微波提取的精油含有非揮發(fā)性成分和色素等雜質(zhì)，黏度較高。如能結(jié)合分子蒸餾等分離技術(shù)對精油進(jìn)行純化，去除這些雜質(zhì)，可以降低丁香精油黏度，提高其品質(zhì)。目前，這方面的研究正在進(jìn)行中。

1 徐漢虹.殺蟲植物與植物性殺蟲劑［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1998.

2 Goni P，López P，Sánchez C，et al.Antimicrobial activity in the vapour phase of a combination of cinnamon and clove essential oils［J］.Food Chemistry，2009，116（4）：982～989.

3 Guan Wenqiang，Li Shufen，Yan Ruixiang，et al.Comparison of essential oils of clove buds extracted with supercritical carbon dioxide and other three traditional extraction methods［J］.Food Chemistry，2007，101（4）：1 558～1 564.

4 于泓鵬，吳克剛，吳彤銳，等.丁香精油的超臨界CO2和溶劑回流萃取及其GC－MS分析［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2009，35（1）：145～148.

5 林夢南，蘇平，應(yīng)麗亞，等.紫蘇精油微波萃取工藝的響應(yīng)面優(yōu)化及其化學(xué)成分研究［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，37（6）：677～683.

6 張慧，劉宗敏，黎繼烈.微波萃取在食品工業(yè)中的應(yīng)用［J］.食品與機(jī)械，2006，22（6）：147～150.

7 于泓鵬，吳克剛，吳彤銳，等.丁香精油超臨界CO2萃?。肿诱麴s提取丁香精油的研究［J］.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2009，29（5）：76～78.

Microwave assisted extraction and steam distillation extraction of essential oils from clove buds

LIU Xiao－li ZHONG Shao－shu YU Hong－peng WU Ke－gangCHAI Xiang－h(huán)ua

（Department of Food Science and Technology，School of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou，Guangdong510006，China）

The clove bud oils were extracted by microwave assisted extraction（MAE）method and steam distillation extraction （SDE）method.The yield and the quality of the clove oils extracted with microwave assisted extraction were investigated in the present study.The optimal extracting conditions were determined by orthogonal experiment Composition of the clove bud oils was identified by gas chromatography－mass spectroscopy（GC－MS）.The results of orthogonal experiment indicated that the optimum parameters of MAE method for clove bud oils were as follow：power of microwave was 300W，ratio of clove to liquid was 1∶4（m∶V），time of irradiation was 25s，time of extracting was 4.The yield of the essential oils was 20.65%at this condition and significantly higher than the steam distillation extraction method’s（11.33%）.Nineteen compounds were identified by GC－ MS，representing 99.8%of the total oil.The yields of three main components were 13.2%，4.4%and 2.2%for eugenol，caryophyllene and eugenol acetate respectively.Among the main components，caryophyllene and eugenol acetate were 2.8and 2 times compared with that of steam distillation oils.The MAE has been proved to be a effective method for obtaining clove oil with high quality.

Syzygium aromaticumL.；essential oil；microwaveassisted extraction；composition；GC－MS

10.3969 /j.issn.1003－5788.2012.04.030

廣東省科技計(jì)劃農(nóng)業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目（編號：2010B020312014，2011B020310009）；廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號：10451009001004396）

劉曉麗（1977－），女，廣東工業(yè)大學(xué)副教授，博士。E－mail：jumper45＠sina.com

2012－05－15