馬尾松松針揮發(fā)油提取工藝研究

王 委，劉映良*，高爾剛

1貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴陽 550001;2貴州省黎平縣林業(yè)局，凱里 557300

馬尾松(Pinus massoniana Lamb)系松科(Pinaceae)松屬(Pinus)植物，是中國分布最廣的松樹，針葉細(xì)柔，2針1束，長12～20 cm。松針葉經(jīng)分析含多種成分，其揮發(fā)油主要為a-蒎烯、β-蒎烯等萜烯類成分及其含氧衍生物、脂肪族化合物等一系列不飽和化合物等［1］，在醫(yī)藥、食品飲料、保健美容品等工藝中有廣泛應(yīng)用的前景，尤其在醫(yī)學(xué)上具有抗菌、消炎、降血壓、抗氧化等藥理活性［2-4］。其組分及含量可因地域、樹種、生長環(huán)境、采收季節(jié)和提取方法的不同而有一定差異［5］，開展喀斯特區(qū)域馬尾松松針揮發(fā)油提取的研究，探索其馬尾松松針揮發(fā)油提取最佳工藝，對(duì)于提高馬尾松的整體利用價(jià)值具有重要的意義。本文采用水蒸氣蒸餾法提取馬尾松松針揮發(fā)油，應(yīng)用正交試驗(yàn)并利用SPSS進(jìn)行方差分析［6，7］，優(yōu)選出馬尾松松針揮發(fā)油最佳提取工藝。

1 材料和儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

馬尾松新鮮針葉，采于貴陽市黔陶鄉(xiāng)擺早村，經(jīng)貴州師范大學(xué)劉映良教授鑒定系馬尾松(Pinus mazsoniana Lamb)的針葉，用清水清洗干凈，干燥備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

828-4型裁紙刀;FA2004型電子分析天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司);揮發(fā)油提取器;2000mL 98-1-B型電子調(diào)溫電熱套(天津市泰斯特儀器有限公司);試管;收集瓶;移液槍;無水Na2SO4。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 揮發(fā)油提取方法

依據(jù)2010年版《中國藥典》第一部附錄Ⅹ(D)揮發(fā)油測(cè)定法，考察固液比、提取時(shí)間、松針長度、浸泡時(shí)間4個(gè)因素對(duì)馬尾松松針揮發(fā)油得率的影響。取干燥的馬尾松松針，切割成一定長度備用。分別稱取制備好的100 g不同長度規(guī)格松針置于2000 mL圓底燒瓶中，加入一定量的蒸餾水，使達(dá)到一定的液固比，浸泡一定時(shí)間后，利用水蒸氣蒸餾提取裝置提取一定時(shí)間，得到有特殊香味的淺黃色油狀液體，用無水Na2SO4脫水，再將揮發(fā)油移到收集瓶，稱重。

2.2 松針揮發(fā)油得率的計(jì)算

式中:m1為收集瓶與揮發(fā)油總質(zhì)量(g);m2為收集瓶的質(zhì)量(g);m3為提取所用松針的質(zhì)量(g)。

2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

液固比對(duì)松針揮發(fā)油得率的影響:在設(shè)定松針長度1 cm、提取時(shí)間4 h、浸泡時(shí)間6 h的條件下，以松針揮發(fā)油得率為指標(biāo)，對(duì)液固比(mL/g，下同)分別為 6∶1、8∶1、10∶1、12∶1、14∶1 的馬尾松揮發(fā)油得率進(jìn)行比較，以確定最佳液固比。

提取時(shí)間對(duì)松針揮發(fā)油得率的影響:在設(shè)定松針長度1 cm、浸泡時(shí)間6 h、液固比10∶1條件下，以松針揮發(fā)油得率為指標(biāo)，對(duì)提取時(shí)間分別為2、3、4、5、6 h的松針揮發(fā)油得率進(jìn)行比較研究，以確定最佳提取時(shí)間。

松針長度對(duì)松針揮發(fā)油得率的影響:在設(shè)定提取時(shí)間4 h、浸泡時(shí)間6 h、液固比10∶1的條件下，以松針揮發(fā)油得率為指標(biāo)，對(duì)松針長度為1(粉碎)、5、10、20、30 mm的揮發(fā)油得率進(jìn)行比較，以確定最佳松針長度。

浸泡時(shí)間對(duì)揮發(fā)油得率的影響:在設(shè)定松針長度5 mm、提取時(shí)間4 h、液固比10∶1的條件下，以松針揮發(fā)油得率為指標(biāo)，對(duì)浸泡時(shí)間為 0、2、4、6、8 h的揮發(fā)油得率進(jìn)行比較研究，以確定最佳浸泡時(shí)間。

2.4 正交實(shí)驗(yàn)

綜合以上單因素提取實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了確定松針揮發(fā)油最佳提取工藝，以液料比(A)、提取時(shí)間(B)、松針長度(C)、浸泡時(shí)間(D)為4個(gè)因素，選用L9(34)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal test

3 結(jié)果和分析

3.1 液固比對(duì)松針揮發(fā)油得率的影響

由圖1可以看出，隨著蒸餾水用量不斷增加，馬尾松揮發(fā)油得率也不斷提高，當(dāng)液固比達(dá)到10∶1時(shí)，揮發(fā)油得率最高，繼續(xù)增加蒸餾水用量，揮發(fā)油提取率反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。故選用液固比9∶1、10∶1、11∶1做為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

3.2 提取時(shí)間對(duì)松針揮發(fā)油得率的影響

從圖2中可知，馬尾松揮發(fā)油得率隨著提取時(shí)間的延長逐漸提高，當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到4 h，提取率達(dá)到最大，之后，揮發(fā)油沒有明顯增加，表明揮發(fā)油提取完全。因此，選擇提取時(shí)間3、4、5 h作為正交試驗(yàn)3個(gè)水平。

3.3 松針長度對(duì)揮發(fā)油得率的影響

圖3 松針長度對(duì)揮發(fā)油提取的影響Fig.3 Effect of needle length on the yield of volatile oil

圖4 浸泡時(shí)間對(duì)馬尾松松針揮發(fā)油得率的影響Fig.4 Effect of soaking time on the yield of volatile oil

圖3表明，不同松針長度對(duì)揮發(fā)油得率影響很大，馬尾松切得越長，揮發(fā)油得率越低;但在粉碎的情況下?lián)]發(fā)油得率不高，可能是松針粉碎的過程中產(chǎn)生高溫，揮發(fā)油遇高溫?fù)]發(fā)產(chǎn)生損失;以松針長度為5 mm的揮發(fā)油得率最高。故選松針長度為1(粉碎)、5、10 mm作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

3.4 浸泡時(shí)間對(duì)松針揮發(fā)油得率的影響

如圖4所示，隨著浸泡時(shí)間的增加，馬尾松揮發(fā)油得率也不斷增加，當(dāng)浸泡時(shí)間為6 h時(shí)，揮發(fā)油得率達(dá)到最大，之后隨著浸泡時(shí)間的延長，揮發(fā)油得率不在增加。因此把浸泡時(shí)間5、6、7 h作為正交試驗(yàn)的3個(gè)因素。

3.5 正交試驗(yàn)

由表2可知，試驗(yàn)4的揮發(fā)油得率最高，為0.3594%，組合為A2B1C2D3，但根據(jù)各水平均值比較分析得最佳提取工藝為A1B1C2D3，即液固比為9∶1，提取時(shí)間為3 h，松針長度為5 mm，浸泡時(shí)間7 h。由極差分析得，極差RD＞RC＞RA＞RB，說明松針浸泡時(shí)間為影響馬尾松揮發(fā)油得率的主要因素，其次是松針長度，液固比和提取時(shí)間對(duì)揮發(fā)油得率影響不明顯。由于本正交設(shè)計(jì)沒有誤差列，所以選擇離均差平方和最小的因素(提取時(shí)間)為誤差列，做方差分析［8］。從表3的方差分析可以看出，浸泡時(shí)間對(duì)馬尾松揮發(fā)油得率影響達(dá)顯著水平，因此在試驗(yàn)過程中應(yīng)注意嚴(yán)格控制松針浸泡時(shí)間。

3.6 驗(yàn)證試驗(yàn)

由最佳提取工藝可知，A1B1C2D3在正交試驗(yàn)表中沒有，需要對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。取同一批松針3份，每份100 g，按照上述最佳工藝條件提取。結(jié)果顯示，揮發(fā)油得率為0.3608%(見表4)，高于正交設(shè)計(jì)表中的組合，RSD=2.746%，由此可知優(yōu)化出的最佳提取工藝是穩(wěn)定可靠的。

4 結(jié)論

單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)結(jié)果都證明各因素對(duì)馬尾松揮發(fā)油得率都有影響，但浸泡時(shí)間的影響顯著(P=0.045)，在生產(chǎn)實(shí)踐過程中應(yīng)嚴(yán)格控制松針浸泡時(shí)間。單因素及正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳提取條件為:液固比為9∶1，提取時(shí)間為3 h，松針長度為5 mm，浸泡時(shí)間7 h，揮發(fā)油得率達(dá)0.3608%，正交試驗(yàn)及驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果都證明該提取工藝穩(wěn)定可靠，并且該工藝技術(shù)簡單，便于操作，提取率高，為從馬尾松松針中提取揮發(fā)油提供了一種新的技術(shù)方法。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test

表3 方差分析Table 3 Table of analysis of variance

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of verification experiment

1 Bo CY(薄采穎)，Zheng GY(鄭光耀)，Song Q(宋強(qiáng)).Comparative study on chemical components of essential oils from Pinus massoniana．P．sylvestris var．mongolica and Abies nephrolepis Needles.Chem Ind Fore Pro(林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè))，2010，30(6):45-50.

2 Kim YS，Shin DH.Volatile components and antibacterial effects of pine needle(Pinus densiflora S.and Z.)extracts.Food Miembiol，2005，22(1):37-45.

3 Fan YC(范成有).Spices and Its Application(香料及其應(yīng)用).Beijing:Chemical Industry Press，1990.361.

4 Wu CC(吳楚材)，Zheng QM(鄭群明).Plant essence research.J Chin Urban Fore(中國城市林業(yè))，2005，3(4):61-63.

5 Gao ZP(高治平)，Liu G(劉剛)，Zhao LY(趙綠英)，et al.Extracting technology of volatile oil from the pine needle of Pinus massoniana by steam distillation.App Chem Ind(應(yīng)用化工)，2010，39:1502-1503.

6 Su BC(粟本超)，Chen XP(陳小鵬)，Xiao WJ(肖萬娟)，et al.Study on the extraction technology of volatile oil from leaves of Pinus massoniana.Guangdong Agric Sci，2010(7):125-127.

7 Zhang ZH(張照紅)，Yang HY(楊海燕)，Zou P(鄒平)，et al.Study on the essential oil of Iavender with ultrasonic acting.Food Sci Tech(食品科技)，2008(8):183-185.

8 Li YL(李艷玲)，F(xiàn)an YH(范艷花)，Tao RJ(陶偌偈).Application of SPSS 16.0 software in chemical orthogonal test.Edu Chem(化學(xué)教學(xué))，2011(6):17-19.