香茅精油提取工藝優(yōu)化及其成分分析

賈 媛 ，胡 鐵 ，譚 云 ，吳 紅 ，徐 蜜 ，黎繼烈

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.廣州航海學(xué)院，廣東 廣州 410208；3.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004）

香茅精油提取工藝優(yōu)化及其成分分析

賈 媛1，胡 鐵2，譚 云1，吳 紅3，徐 蜜1，黎繼烈1

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004；2.廣州航海學(xué)院，廣東 廣州 410208；3.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410004）

采用水蒸汽蒸餾法提取香茅精油，試驗(yàn)考察了提取時(shí)間、料液比、Nacl用量對香茅精油得率的影響，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過正交試驗(yàn)對香茅精油的水蒸汽提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明：選用新鮮香茅葉片，在料液比1∶45、Nacl用量9%條件下，提取180 min，香茅精油得率(2.53±0.08)%。采用GC-MS聯(lián)用儀對香茅精油化學(xué)成分進(jìn)行分析鑒定，共分離出29種組分，鑒定并確定了其中的28個(gè)組分，其中相對含量最高的化合物是E-檸檬醛（峰面積百分比為39.04%），其次是Z-檸檬醛（峰面積百分比為35.18%）、β-月桂烯（峰面積百分比為11.19%）。

香茅；香茅精油；提取工藝優(yōu)化；氣相色譜-質(zhì)譜

香茅Citronella，是香茅屬多年生草本植物，原產(chǎn)于南印度、斯里蘭卡，常見品種有西印度檸檬香茅、東印度檸檬香茅[1]。從香茅中提取的香茅精油可以用來配制驅(qū)蚊劑、高級香水、洗發(fā)水、化妝品等工業(yè)日化品，除此之外，有些國家和地區(qū)用香茅精油治療感冒引起的發(fā)熱和焦慮癥等，在巴西等國家香茅精油作為一種清熱解毒的保健茶已經(jīng)被開發(fā)利用[2]。Bidinotto等[3]的研究結(jié)果顯示，香茅精油口服治療對MNU引起的白細(xì)胞損傷有保護(hù)作用，且能防止?jié)撛诘娜橄倌[瘤癌變，此外Puatanachokchai等[4]用大鼠做研究發(fā)現(xiàn)，香茅提取物對二乙基亞硝胺飼喂誘發(fā)的早期肝癌有抑制作用。

水蒸汽蒸餾法是提取植物精油最常用最簡單的一種方法，在各種植物精油的提取中都曾采用。Sargentit等[5]曾用水蒸汽蒸溜法提取香茅精油用于香茅精油的研究與分析。由于其具有設(shè)備簡單、操作安全、不污染環(huán)境、成本低、避免了提取過程中有機(jī)溶劑殘留對油質(zhì)造成影響等特點(diǎn)，是提取揮發(fā)油的一種有效方法[6]。

香茅精油揮發(fā)性化合物中含有醛類、醇類、脂類、萜烯類和酮類等化合物，最主要的揮發(fā)性成分為檸檬醛。除檸檬醛外，還含有香茅醇、二戊烯、金合歡醇、牛兒醇、檸檬烯、芳樟醇、庚烯、月桂烯、n-葵醛、橙花醇等成分[7-8]。王芃等[9]采用GC-MS聯(lián)用技術(shù)，分別研究樹葉提取物中的化學(xué)成分及功能特性，為樟樹葉的高品位資源化利用打下基礎(chǔ)。利用氣相-氣質(zhì)聯(lián)用儀分析香茅精油，可以得到香茅精油的化學(xué)組成及相對含量。劉布鳴等[10-11]對采自廣西不同地區(qū)的13批香茅原料進(jìn)行氣相色譜分析，建立了廣西香茅油的氣相色譜指紋圖譜，為廣西香茅油提供一種質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與檢測方法。本試驗(yàn)利用氣相-氣質(zhì)聯(lián)用儀分析檸檬香茅的化學(xué)成分，為檸檬香茅產(chǎn)地及其質(zhì)量的鑒別與檢測，以及開發(fā)利用檸檬香茅這一植物資源有一定的指導(dǎo)作用，也可以為進(jìn)一步深入研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

香茅草Citronella，2013年9月采自湖南省林業(yè)科學(xué)院林下特色藥用植物試驗(yàn)基地；

水蒸汽蒸餾裝置，常州普天儀器制造有限公司；

Agilent6890GC-5973MS System，美國安捷倫公司；

DZTW型調(diào)溫電熱套，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；

HE102A型分析天平，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；

KQ5200B型超聲波清洗器，昆山市超聲波儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 香茅精油的提取

將香茅草粉碎，安裝水蒸汽蒸餾裝置進(jìn)行蒸餾。收集乳白色的乳濁液，靜置分離，然后用移液槍將香茅精油取出移至另外的試管中，并向其加人無水硫酸鈉干燥，吸去油層中含有的水分，裝于試劑瓶中，放置于4 ℃冰箱中保存。

精油含量(g/g)=測得精油量(g)/供試品量(g)。

1.2.2 香茅精油化學(xué)成分分析

GC-MS聯(lián)用儀檢測條件：彈性石英毛細(xì)柱（HP-5MS，30 m×250 μm×0.25 μm）， FID檢測器。采用程序升溫方式，柱溫40 ℃保持1 min，以20 ℃·min-1速度升溫至100 ℃，保持2 min；再以5 ℃·min-1升溫至 220 ℃，保持 2 min，最后以60 ℃·min-1升至280 ℃，保持5 min。載氣為氦氣，總 流 速 40 mL·min-1， 柱 內(nèi) 流 速 1.1 mL·min-1， 進(jìn)樣口溫度250 ℃，進(jìn)樣量1 μL，GC和MS接口溫度270 ℃。質(zhì)譜條件：電子轟擊能量70 ev，離子源溫度230 ℃，掃描質(zhì)量范圍（m/z）15～500 amu，采用Willey275標(biāo)準(zhǔn)譜庫進(jìn)行檢索。

1.3 香茅精油提取單因素試驗(yàn)

1.3.1 香茅精油提取部位及原料狀態(tài)的確定

分別取新鮮的香茅葉、風(fēng)干的香茅葉、新鮮的香茅莖及風(fēng)干的香茅莖作為提取香茅精油的原料，按照1.2.1的方法提取并計(jì)算香茅精油得率。

1.3.2 提取時(shí)間的確定

將新鮮香茅葉片粉碎，稱取放于水蒸汽蒸餾裝置中，按照1.2.1的方法分別蒸餾90、120、150、180、210、240 min，計(jì)算香茅精油得率。

1.3.3 料液比的確定

將新鮮香茅葉片粉碎，稱取放于水蒸汽蒸餾裝置中，加入水使料液比分別為1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70按照1.2.1的方法進(jìn)行蒸餾，計(jì)算香茅精油得率。

1.3.4 Nacl加入量的確定

將新鮮香茅葉片粉碎，稱取放于水蒸汽蒸餾裝置中，加入Nacl，使Nacl的量分別為2%、4%、6%、8%、10%、12%，按照1.2.1的方法進(jìn)行蒸餾并計(jì)算香茅精油得率。

2 結(jié)果及分析

2.1 提取部位及原料狀態(tài)對香茅精油得率的影響

香茅草的部位及狀態(tài)對香茅精油得率的影響如圖1所示，香茅草的部位及狀態(tài)對香茅精油的得率影響很大，選用新鮮的香茅葉提取精油時(shí)得率最高，為2.45%；選用風(fēng)干的香茅葉提取香茅精油時(shí)得率次之，為2.06%；選用風(fēng)干的香茅莖提取香茅精油時(shí)香茅精油得率最低，僅為0.78%；因此在提取香茅精油時(shí)選擇新鮮的香茅葉片做為提取原料。

2.2 提取時(shí)間對香茅精油得率的影響

提取時(shí)間對香茅精油得率的影響如圖2所示，在蒸餾的過程中，隨著蒸餾時(shí)間的延長，香茅精油的提取率不斷升高，當(dāng)提取時(shí)間為180 min時(shí)，香茅精油提取率達(dá)到最高值（2.35±0.08）%，當(dāng)提取時(shí)間超過180 min的后，隨著蒸餾的進(jìn)行，提取率有小幅度的下降，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是隨著蒸餾進(jìn)行，香茅原料里精油逐漸被提取出來，隨著蒸餾繼續(xù)進(jìn)行，被提取出來的精油越來越少，而且會(huì)有少部分精油隨著水蒸汽揮發(fā)掉，出現(xiàn)了提取率小幅度下降現(xiàn)象，因此，后續(xù)工藝優(yōu)化試驗(yàn)蒸餾時(shí)間選擇170 ～190 min范圍。

圖1 原料對香茅精油提取率的影響Fig.1 Effects of raw materials on Citronella oil yield

圖2 提取時(shí)間對香茅精油得率的影響Fig.2 Effect of extracting time on Citronella oil yield

2.3 料液比對香茅精油得率的影響

料液比對香茅精油得率的影響如圖3所示，料液比對香茅精油得率有一定影響，在一定范圍內(nèi)隨著溶劑增加，香茅精油得率有所增加，當(dāng)料液比為1∶50時(shí)，香茅精油得率為(2.33±0.08)%，此時(shí)香茅精油得率達(dá)到最大值；當(dāng)料液比低于1∶50時(shí)，繼續(xù)增加溶劑用量，得率反而降低，這是因?yàn)橄忝┚陀性谒镉幸欢ㄈ芙庑?，隨著溶劑增加，溶劑中溶解的精油也越來越多，導(dǎo)致精油得率降低；綜合試驗(yàn)結(jié)果可以看出，水蒸汽提取香茅精油時(shí)料液比應(yīng)該控制在1∶50左右。

圖3 料液比對香茅精油得率的影響Fig.3 Effects of the ratio of material to solvent on Citronella oil yield

2.4 Nacl加入量對香茅精油得率的影響

水蒸汽蒸餾得到的香茅精油有一部分溶解在水中，加入適量的Nacl可以降低香茅精油在水中的溶解度，提高香茅精油得率。Nacl加入量對香茅精油得率的影響如圖4所示，隨著Nacl用量增加，香茅精油得率相應(yīng)增大，當(dāng)Nacl的量超過10%時(shí)，再增大Nacl的量，香茅精油的得率變化并不明顯，因此，在水蒸汽法提取香茅精油的試驗(yàn)中，Nacl的加入量控制在10%左右較為合適。

圖4 Nacl加入量對香茅精得率的影響Fig.4 Effect of the amount of Nacl on Citronella oil yield

3 水蒸汽法提取香茅精油的工藝優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立提取時(shí)間、料液比、Nacl的加入量3個(gè)因素的正交試驗(yàn)，對反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，因子與水平的安排如表1：

表1 正交試驗(yàn)因素及其水平Table 1 Levels of the variables tested in orthogonal

直觀分析及方差分析（見表2、表3）：

由表中極差分析可知，各因素對酶活力的影響為B＞A＞C，即影響因素依次料液比、提取時(shí)間、Nacl的加入量；方差分析表顯示：提取香茅精油時(shí)提取時(shí)間、料液比、Nacl的加入量均為顯著性影響因素；由均值分析可知，A2B1C1組合時(shí)香茅精油的得率最高，即當(dāng)提取時(shí)間為180 min、料液比為1∶45、Nacl的加入量為9%條件下，理論香茅精油得率達(dá)到最大。用該條件提取香茅精油，多次提取并計(jì)算香茅精油得率為（2.53±0.08）%，而且得率較為穩(wěn)定，故該條件切實(shí)可行。

表2 正交試驗(yàn)組合及結(jié)果Table 2 Combinations and the results of orthogonal experiment

表3 方差分析Table 3 Analysis of Variance

4 水蒸汽法提取香茅精油化學(xué)成分分析

香茅精油主要成分見表4，香茅精油總離子峰譜圖見圖5。通過GC-MS聯(lián)用儀共分離出29種組分，鑒定并確定了其中的28個(gè)組分，其中相對含量最高的化合物是E-檸檬醛（峰面積百分比為39.04%），除此之外，還有多種醛類、醇類、脂類、萜烯類和酮類等化合物。

表4 香茅精油化學(xué)成分分析結(jié)果Table 4 Chemical compositions of the essential oil extracted from Lemon Citronella analysed by GC-MS

圖5 香茅精油總離子峰圖譜Fig.5 Total ion current chromatogram of the essential oil extracted from Citronella

5 結(jié) 論

本試驗(yàn)利用水蒸汽蒸餾法對檸檬香茅精油進(jìn)行提取，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定了水蒸汽提取香茅精油的最佳條件為：提取時(shí)間為180 min、料液比為1∶45、Nacl的加入量為9%、提取香茅精油的材料為新鮮香茅葉，在該條件下多次提取香茅精油，并計(jì)算香茅精油得率為（2.53±0.08）%，而且多次香茅精油得率較為穩(wěn)定，故該條件切實(shí)可行。

利用GC-MS聯(lián)用儀對提取的香茅精油進(jìn)行成分分析鑒定，并采用面積歸一化法確定香茅精油中各組分的百分含量，經(jīng)鑒定分析，香茅精油中有29種組分，其中相對含量最高的化合物是E-檸檬醛（峰面積百分比為39.04%）、其次是Z-檸檬醛（峰面積百分比為35.18%）、β-月桂烯（峰面積百分比為11.19%），該分析結(jié)果為香茅產(chǎn)地及其質(zhì)量的鑒別與檢測，以及開發(fā)利用香茅這一植物資源有一定的指導(dǎo)作用，也可以為進(jìn)一步深入研究奠定基礎(chǔ)。

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Optimization of extraction technology and GC-MS analysis of chemical components ofCitronellaessential oil

JIA Yuan1, HU Tie2, TAN Yun1, WU Hong3, XU Mi1, LI Ji-lie1
(1.School of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha, 410004, Hunan, China; 2.Guangzhou Maritime Institute, Guangzhou, 510725, Guangdong, China; 3. Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, Hunan ,China)

TheCitronellaessential oil was extracted fromCitronellagrass by water steam distillation. The effects of extraction time,solid-liquid radio and the amount of Nacl on the yield ofCitronellaessential oil were tested and studied. Based the obtained single factor experiment data and by using orthogonal test method, the water vapour extraction process for theCitronella essential oil was optimized.The results show that when the solid-liquid radio was 1∶45, the amount of Nacl was 9%, extraction time was 180 minuses, the yield ofCitronellaessential oil was (2.53±0.08)%. Chemical compositions ofCitronellaessential oil were analyzed and identif i ed by GC-MS method. As a result, twenty-nine compositions (peaks) were separated and twenty-eight compounds were identif i ed, of them, the main constituents ofCitronellaessential oil was E-Citral (the percentage of peak area was 39.04%), the next was Z-Citral (the percentage of peak area was 35.18%), the last was β-Myrecene (the percentage of peak area was 11.19%).

Citronella;Citronellaessential oil; optimization of extracting technology; gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)

S759.8

A

1673-923X(2015)04-0130-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.04.023 http: //qks.csuft.edu.cn

2014-04-11

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助（201404608）

賈 媛，碩士研究生 通訊作者：黎繼烈，教授，博士；E-mail：lijilie@163.com

賈 媛,胡 鐵,譚 云,等.香茅精油提取工藝優(yōu)化及成分分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015,35(4):130-134.

[本文編校：文鳳鳴]