千層金精油有機(jī)溶劑提取工藝的優(yōu)化及成分分析

葉征美 劉鑫 沈明娟等

摘 要 采用有機(jī)溶劑萃取法提取千層金精油，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以石油醚（60～90 ℃）為提取溶劑，選取提取時(shí)間、提取溫度、料液比為影響因素，用正交試驗(yàn)優(yōu)化千層金精油的提取工藝，并采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）技術(shù)鑒定了千層金精油的化學(xué)成分。結(jié)果表明，千層金精油的最佳提取工藝條件為：提取時(shí)間3 h，提取溫度50 ℃，料液比1 ∶ 20，在此工藝條件下的精油提取得率4.51%。GC-MS分析結(jié)果表明，千層金精油共含有41個(gè)組分，主要成分為甲基丁香酚，相對(duì)含量達(dá)到了83.55%，其次為肉桂酸甲酯（4.55%）、3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯（1.81%）、大根香葉烯D（1.36%）。

關(guān)鍵詞 千層金；精油；有機(jī)溶劑提?。徽辉囼?yàn)；氣相色譜-質(zhì)譜

中圖分類號(hào) TQ65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

千層金（Melaleuca bracteata），又名黃金寶樹(shù)、黃金香柳，屬于桃金娘科白千層屬，為常綠喬木。原產(chǎn)于新西蘭、澳大利亞，是從白千層屬植物中選育出來(lái)的變異新種，于1999年引進(jìn)我國(guó)[1]，目前主要應(yīng)用于園林觀賞樹(shù)木種植。千層金是優(yōu)良的彩葉樹(shù)種，樹(shù)形優(yōu)美，具備較高的觀賞價(jià)值，耐水淹、抗鹽堿，特別適合沿海地區(qū)城市綠化使用，是目前世界上最流行、視覺(jué)效果最好的色葉喬木新樹(shù)種之一，可用于庭園景觀、道路美化、社區(qū)綠化，也可用于林相改造；千層金葉芳香宜人，揮發(fā)性精油含量高，其所含的芳香油是目前世界上珍貴的化妝品香料之一，而且千層金精油具有很強(qiáng)的殺螨活性[2]和驅(qū)蟲(chóng)性[3]，值得進(jìn)一步的推廣種植和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。鐘昌勇等[4]的試驗(yàn)結(jié)果表明，采用水蒸餾法提取千層金枝葉精油，其得率可達(dá)到1.13%，精油的主要成分為甲基丁香酚，含量超過(guò)95%。目前，關(guān)于千層金精油提取工藝的研究仍很少，精油的組成成分及含量也有待于進(jìn)一步研究。

植物精油傳統(tǒng)的提取方法有水蒸氣蒸餾法、有機(jī)溶劑萃取法、壓榨法、吸收法等，隨著科學(xué)進(jìn)步與技術(shù)的發(fā)展，一些新型的精油提取方法也相繼出現(xiàn)，如超聲波輔助萃取法、微波輔助萃取法、超臨界流體萃取法、分子蒸餾法、微膠囊-雙水相萃取法等。有機(jī)溶劑萃取法是用揮發(fā)性有機(jī)溶劑如石油醚、乙醚等連續(xù)回流提取或浸提，將植物原料中的某些成分浸提出來(lái)，后提取液經(jīng)蒸餾或減壓蒸餾去除溶劑，即可獲得粗制精油[5]。有機(jī)溶劑萃取法具有所需設(shè)備簡(jiǎn)單、產(chǎn)品得率高、萃取范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于植物精油的提取，如廖玉琴[6]等采用有機(jī)溶劑浸提法通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)檸檬精油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，張艷[7]等研究了不同溶劑提取桂皮精油的最佳條件及成分的差異性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有機(jī)溶劑萃取法也不斷得到改善，并延伸出了多種更為高效、便捷的精油提取方法，如超聲波輔助萃取法[8]、微波輔助萃取法[9]等。

本研究采用有機(jī)溶劑萃取法，通過(guò)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)優(yōu)化了千層金精油的提取工藝，研究不同工藝參數(shù)（有機(jī)溶劑、萃取時(shí)間、萃取溫度、料液比）對(duì)千層金精油的影響規(guī)律，確定千層金精油有機(jī)溶劑提取的最佳工藝條件；并采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）技術(shù)分析和鑒定千層金精油的化學(xué)成分，旨在為千層金精油的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料與試劑 材料：千層金葉片（采自福建農(nóng)林大學(xué)植物園）。

試劑：石油醚（沸程60～90 ℃）、正己烷、乙醚、甲醇、乙酸乙酯均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。二氯甲烷為色譜純，購(gòu)自德國(guó)Merck公司。

1.1.2 主要儀器 LGJ-25C型冷凍干燥機(jī)（北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司），F(xiàn)W177型中草藥粉碎機(jī)（天津市泰斯特儀器有限公司），EL204型電子天平（上海梅特勒-托利多儀器有限公司），ZHWY-2008型全溫度恒溫培養(yǎng)震蕩器（上海智城分析儀器制造有限公司），N-1001型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（日本EYELA公司），6890N-5973I型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)Agilent公司），DB-5MS型色譜柱（美國(guó)Agilent公司），毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）（美國(guó)Agilent公司）。

1.2 方法

1.2.1 材料預(yù)處理 摘取無(wú)機(jī)械損傷、無(wú)病蟲(chóng)害的千層金葉片，在凍干機(jī)內(nèi)凍干48 h后取出，用粉碎機(jī)磨成粉末，過(guò)40目篩。后置于-20 ℃冰箱內(nèi)備用。

1.2.2 提取方法 取樣品5 g，裝于帶蓋子的玻璃瓶中，置于轉(zhuǎn)速為120 r/min的恒溫培養(yǎng)震蕩器內(nèi)，設(shè)置一定的溫度、料液比和時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行有機(jī)溶劑萃取，萃取液經(jīng)抽濾后取出，濾渣再重復(fù)萃取1次，合并濾液；濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，得精油，稱取質(zhì)量，計(jì)算精油得率，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

提取率/%=所得精油質(zhì)量/提取前物料質(zhì)量×100

1.2.3 單因素試驗(yàn)

（1）萃取溶劑。選取石油醚、正己烷、乙醚、甲醇、乙酸乙酯等5種有機(jī)溶劑在40 ℃、料液比1 ∶ 20條件下萃取4 h，研究這幾種有機(jī)溶劑對(duì)千層金精油提取的影響。

（2）萃取時(shí)間。以石油醚作為提取溶劑，在提取溫度40 ℃、料液比1 ∶ 20條件下研究不同浸提時(shí)間水平（1、2、3、4、5 h）對(duì)千層金精油提取率影響。

（3）萃取溫度。以石油醚作為提取溶劑，在提取時(shí)間3 h、料液比1 ∶ 20條件下研究不同溫度（30、40、45、50、55、60 ℃）對(duì)千層金精油提取率的影響。

（4）料液比。以石油醚作為提取溶劑，在提取時(shí)間3 h、提取溫度為50 ℃條件下研究不同料液比水平（1 ∶ 10、1 ∶ 15、1 ∶ 20、1 ∶ 25、1 ∶ 30、1 ∶ 35）對(duì)千層金精油精油提取率影響。

1.2.4 正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取萃取時(shí)間（A）、萃取溫度（B）、料液比（C）三因素，進(jìn)行 L9（33）正交試驗(yàn)。

1.2.5 有機(jī)溶劑提取千層金精油成分分析 取樣品5 g，在溫度為50 ℃、料液比為1 ∶ 20、時(shí)間為3 h的條件下進(jìn)行有機(jī)溶劑萃取，萃取液經(jīng)過(guò)濾后取出，濾渣再重復(fù)萃取1次，合并濾液；濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，得精油。精油經(jīng)無(wú)水二氯甲烷溶解稀釋后供GC-MS分析用。

氣相色譜條件：色譜柱為DB-5MS；毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣為氦氣，流速 1.0 mL/min；升溫程序?yàn)椋褐鯗?50 ℃，保持5 min，以3 ℃ /min 升溫至100 ℃，保持 5min；再以 5 ℃/min 升溫至 250 ℃ ，保持 2 min。分流比為5 ∶ 1。

質(zhì)譜條件：電離方式EI，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，掃描質(zhì)量范圍m/z 45～550。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法 采用DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并應(yīng)用Originpro 7.5軟件作圖。

1.3.2 千層金精油成分鑒定方法 采用GC-MS分析鑒定，所得色譜和質(zhì)譜信息經(jīng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)NIST05標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫(kù)進(jìn)行檢索和人工檢索，同時(shí)結(jié)合其保留時(shí)間，進(jìn)行對(duì)照和解析，確認(rèn)各化合物，并用峰面積歸一化法確定各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 不同有機(jī)溶劑對(duì)千層金精油提取的影響

采用不同有機(jī)溶劑萃取千層金浸提物的提取率如圖1所示，千層金在不同溶劑中精油浸提的結(jié)果見(jiàn)表1。試驗(yàn)結(jié)果表明，以無(wú)水乙醚和乙酸乙酯作為溶劑的提取率都高于30%，但是提取出的精油呈青綠色且氣味差，可能是由于浸提過(guò)程中，千層金葉片中的葉綠素等其他物質(zhì)一同被提取出來(lái)，導(dǎo)致精油不純；甲醇溶劑也會(huì)浸提出一部分的葉綠素等雜質(zhì)，氣味不佳；石油醚和正己烷提取精油的得率雖然不高，分別為3.78%和2.96%，但是雜質(zhì)很少，氣味芳香、濃郁，石油醚在相同提取條件下精油得率稍高于正己烷，綜合考慮后選用石油醚作為千層金精油有機(jī)溶劑浸提的最佳溶劑進(jìn)行以下單因素和正交試驗(yàn)。

2.1.2 浸提時(shí)間對(duì)千層金精油提取的影響 從圖2可見(jiàn)，隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，提油量逐漸上升，當(dāng)萃取時(shí)間達(dá)到3 h后，延長(zhǎng)萃取時(shí)間提油量變化不大，這是由于在提取的初始階段，物料中的精油含量較高，固液間存在較大的濃度差，擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力較大，油脂分子不斷擴(kuò)散到溶劑中，提油率不斷升高；但隨著提取時(shí)間延長(zhǎng)，溶劑中油脂量趨于飽和，溶液體系滲透壓趨于平衡，提油率不再增加，因此浸提時(shí)間選3 h比較適宜。

2.1.3 萃取溫度對(duì)千層金精油提取的影響 由圖3表明，隨著溫度上升，精油提取量隨之增加，溫度達(dá)到50 ℃后，精油提取率達(dá)4.49%，但當(dāng)溫度升高到55 ℃時(shí)，提油量下降，這可能是溫度的升高增強(qiáng)了分子之間的擴(kuò)散作用，促進(jìn)了溶劑分子滲透到物料的細(xì)胞內(nèi)部，溶質(zhì)分子擴(kuò)散到溶劑中，從而提高了提取率，但是隨著提取溫度進(jìn)一步的升高，溫度接近石油醚沸點(diǎn)，石油醚損失，導(dǎo)致提油率下降。當(dāng)萃取溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，精油提率大幅升高，但是精油的味道有略微灼燒味，可能是由于溫度太高，瓶?jī)?nèi)樣品處于蒸煮狀態(tài)，將部分雜質(zhì)也提取出來(lái)，所以得率驟然上升。因此，提取溫度選50 ℃比較適宜。

2.1.4 料液比對(duì)千層金精油提取的影響 圖4表明，提取精油量隨著料液比的減小而增大，在料液比為1 ∶ 20提取精油量達(dá)到最大值，隨后提取精油量呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著料液比的減小，增加了物料與溶劑的接觸面積，并且增大了固液濃度差，提高了油脂分子的傳質(zhì)速率和擴(kuò)散速度，從而增加了精油的提取得率[10]。但過(guò)多的溶液反而使精油得率減小，不僅造成溶劑的浪費(fèi)，后期濃縮成本也高。因此，料液比選1 ∶ 20比較適宜。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

由于萃取時(shí)間、萃取溫度、料液比3個(gè)因素間能相互影響，因此在上述3個(gè)單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用 L9（33）正交表安排試驗(yàn)，以提取精油量作為試驗(yàn)指標(biāo)，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到石油醚提取千層金精油的最佳工藝。因素-水平安排表見(jiàn)表2，正交試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3直觀分析可知：極差RA>RC>RB，由此可知，各因素對(duì)有機(jī)溶劑提取法提取千層金精油的影響程度依次為：A（時(shí)間）>C（料液比）>B（溫度）。即提取時(shí)間是千層金精油有機(jī)溶劑浸提工藝的最關(guān)鍵控制因素，其次為料液比和提取溫度。從k值大小可知，最優(yōu)化工藝組合條件為A2B2C2，即：提取時(shí)間3 h，提取溫度為50 ℃，料液比l ∶ 20。但該條件不在以上9組試驗(yàn)中，對(duì)該條件進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，其出油率的平均值為4.51%，說(shuō)明A2B2C2為最優(yōu)組合。

2.3 有機(jī)溶劑萃取法提取千層金精油的成分分析

有機(jī)溶劑萃取千層金精油的GC-MS總離子流圖見(jiàn)圖5，千層金揮發(fā)物質(zhì)的化學(xué)組成見(jiàn)表4。在本試驗(yàn)千層金精油總共檢測(cè)出41種物質(zhì)，含量占峰面總面積的96.72%，甲基丁香酚是千層金精油含量最高的一種物質(zhì)，其相對(duì)含量達(dá)到83.55%，其次為肉桂酸甲酯（4.55%）、3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯（1.81%），大根香葉烯D相對(duì)含量為（1.36%），其他檢測(cè)出的成分相對(duì)含量均未達(dá)到1%以上。通過(guò)成分歸類分析表明，千層金精油成分主要是醚類物質(zhì)，共3種，占總面積的83.97%，其次為酯類5種，占6.69%，烯烴類化合物共18種，占3.59%，烷烴類化合物共10種，占1.85%。此外還有少量的酚類化合、芳香烴類化合物、醇類化合物等。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

本研究采用正交試驗(yàn)方法優(yōu)化了千層金精油的有機(jī)溶劑萃取工藝，在提取溫度50 ℃、料液比1 ∶ 20下提取3 h，精油得率可達(dá)到4.51%，比鐘昌勇等[4]采用水蒸汽常壓回流蒸餾法提取千層金精油得率（1.13%）高，而且有機(jī)溶劑萃取獲得的精油呈現(xiàn)淡黃色，氣味芳香、濃郁，油品高。

本研究對(duì)千層金精油總共檢測(cè)出41種物質(zhì)，其中甲基丁香酚含量最高，相對(duì)含量達(dá)到83.55%，這與前人的報(bào)道相吻合。鐘昌勇[4]等的試驗(yàn)結(jié)果表明，千層金枝葉的水蒸汽萃取精油共鑒定出42種成分，甲基丁香酚的相對(duì)含量達(dá)到95.45%；Aboutabl[11]等也有相似報(bào)道，埃及產(chǎn)千層金葉片的水蒸汽蒸餾物中甲基丁香酚的相對(duì)含量高達(dá)97.7%。本研究采用有機(jī)溶劑萃取千層金精油，可有效提取出除甲基丁香酚外的其它精油組分，如肉桂酸甲酯（4.55%）、3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯（1.81%）、大根香葉烯D（1.36%）等。然而，也有文獻(xiàn)[2]報(bào)道泰國(guó)品種千層金精油的主要成分為甲基異丁香酚（28.98%）、 欖香素（21.57%）、2，3-Dimethoxy-5-propen-2-yl-phenol（20.26%）、甲基丁香酚（14.61%），這可能與千層金的品種、產(chǎn)地以及試驗(yàn)設(shè)計(jì)等有關(guān)。

甲基丁香酚在許多植物精油中都存在，如細(xì)辛、肉豆蔻、辣椒、檸檬草、龍蒿、羅勒、八角茴香和茴香等。有報(bào)道顯示，甲基丁香酚具有很強(qiáng)的誘殺桔小實(shí)蠅的能力，被作為果蠅誘劑應(yīng)用[12-14]，在植物保護(hù)上具有潛在的利用價(jià)值；甲基丁香酚對(duì)多種食源性真菌、細(xì)菌和酵母菌具有很強(qiáng)的抗菌活性[15]，這可能和甲基丁香酚作為潛在的群體感應(yīng)抑制劑有關(guān)[16]。甲基丁香酚還具有較強(qiáng)的中樞抑制作用，其鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、麻醉、降溫等作用尤為明顯。此外，甲基丁香酚由于能直接松弛氣管平滑肌，因此有鎮(zhèn)咳作用。本研究提取的千層金精油中富含甲基丁香酚，而且本研究從千層金葉片中提取到的肉桂酸甲酯已被廣泛應(yīng)用于香料和防曬護(hù)膚品中[17]，3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯等物質(zhì)是抗焦慮藥曲美托嗪、腸胃藥馬來(lái)酸曲美布汀等的主要原料，大根香葉烯 D是許多倍半萜烯碳?xì)浠衔锏那绑w[18]，這些都顯示了千層金具有潛在巨大的研究前景和應(yīng)用價(jià)值，值得進(jìn)一步深入研究。

3.2 結(jié)論

（1）采用有機(jī)溶劑萃取法提取千層金精油，以石油醚（60～90 ℃）為提取溶劑，選取提取時(shí)間、提取溫度、料液比為影響因素，獲得的千層金精油的最佳提取工藝條件為：提取時(shí)間3 h，提取溫度50 ℃，料液比1 ∶ 20，在此工藝條件下的精油提取得率為4.51%。

（2）采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）技術(shù)鑒定了千層金精油的化學(xué)成分，結(jié)果表明，采用有機(jī)溶劑萃取法提取獲得的千層金精油共含有41個(gè)組分，主要成分為甲基丁香酚，相對(duì)含量達(dá)到了83.55%，其次為肉桂酸甲酯（4.55%）、3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯（1.81%）、大根香葉烯D（1.36%）。

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責(zé)任編輯：沈德發(fā)