秦嶺艾葉揮發(fā)油的提取工藝及微膠囊的制備研究

劉楠楠，蔣水星

(1.渭南師范學院 化學與材料學院，陜西 渭南 714099;2.日照金禾生化集團股份有限公司，山東 日照 276800)

艾葉(Folium Artemisia argyi)，別名艾蒿、香艾、蕭茅，為菊科植物艾(Artemisia argyi Levl et．Vant)的葉，多年生草本植物，我國大部分地區(qū)均有生長。[1]艾葉在我國具有悠久的藥食同源歷史以及很高的藥用價值[2]，據(jù)本草綱目記載：艾葉全草可入藥，具有祛濕止血、驅(qū)寒溫經(jīng)、止咳消炎、防蚊驅(qū)蟲等作用[3]；近代科學研究表明，艾葉含有香豆素、糖苷、黃酮、甾醇、萜類化合物、揮發(fā)油等，具有治潰瘍、活血、抗氧化、抗誘變、抗炎、抗癌、抗菌、免疫調(diào)節(jié)等生物活性[4]。其中揮發(fā)油經(jīng)臨床和動物實驗已證明具有明顯的消炎抗菌、祛痰鎮(zhèn)咳作用。[5]隨著近些年來人們對天然產(chǎn)物研究的重視，艾葉揮發(fā)油也逐漸應用到醫(yī)藥、香料、化妝品等多個領域，但是因其揮發(fā)性強，耐光性、耐熱性、耐酸堿性差，很大程度上限制了其應用范圍。目前，如何更有效地保護提取出來的艾葉揮發(fā)油還很少見報道。若利用微膠囊技術，將艾葉揮發(fā)油包裹起來，便能提高揮發(fā)油的穩(wěn)定性，最大限度地防止其氧化揮發(fā)[6]，使芯材物質(zhì)免受外界因素影響，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性[7]。

本文采集產(chǎn)自秦嶺山區(qū)的新鮮艾葉，利用水蒸氣蒸餾法提取艾葉揮發(fā)油，以揮發(fā)油產(chǎn)率為考察指標，采用正交實驗確定最佳提取工藝，再利用噴霧干燥法對其微膠囊化，并對其產(chǎn)品的特性進行表征。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

(1)材料:新鮮艾葉(采自秦嶺山區(qū))、麥芽糊精(市購)、阿拉伯膠(市購)、無水乙醚(分析純)、無水硫酸鈉(分析純)、石油醚(30～60沸程)。

(2)設備：LFP-800P中藥材粉碎機、揮發(fā)油提取器、精密電子天平、DHG-9246A型電熱恒溫鼓風干燥箱、RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、RGLWD1順流立式噴霧干燥塔、MJ-250BP02A電動攪拌機、QUANTA 400掃描電子顯微鏡。

1.2 實驗方法

1.2.1 艾葉揮發(fā)油的提取

將新鮮艾葉曬干，置于粉碎機中粉碎，過60目篩，準確稱取100 g艾葉粉放置于1 000 mL圓底燒瓶中,按一定料液比加入蒸餾水,經(jīng)過一定時間浸泡后,經(jīng)水蒸氣蒸餾，用無水乙醚萃取，經(jīng)無水硫酸鈉干燥后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā),得到淡黃色艾葉揮發(fā)油[8]。

1.2.2 單因素實驗及正交優(yōu)化

以艾葉揮發(fā)油提取率為指標，考察不同液料比(mL/g)、浸泡時間(h)、蒸餾時間(h)對提取效果的影響。在單因素的基礎上，以4個單因素3個水平設計正交試驗，以優(yōu)化提取工藝。

1.2.3 艾葉揮發(fā)油提取率的計算

揮發(fā)油提取率(%)=(艾葉揮發(fā)油質(zhì)量/艾葉干粉質(zhì)量)×100%。

1.2.4 噴霧干燥法制備艾葉揮發(fā)油微膠囊

選阿拉伯膠、麥芽糊精作為壁材，充分溶解于蒸餾水中(50℃)并均勻攪拌，將提取的艾葉揮發(fā)油作為芯材，緩緩加入壁材溶液中(芯材含量為25%)，乳化均質(zhì)后經(jīng)噴霧干燥冷卻后得到艾葉揮發(fā)油微膠囊。

1.2.5 微膠囊包埋率及表面結(jié)構(gòu)

(1)微膠囊表面油的測定：稱取艾葉揮發(fā)油微膠囊2 g，使用20 mL石油醚震蕩洗滌，靜置過濾，濾液放入精確稱量的稱量瓶中，置于60 ℃烘箱中蒸干溶劑，再將稱量瓶放置干燥器中冷卻稱重，即得微膠囊表面油質(zhì)量[9]。

(2)微膠囊中總油的測定：稱取2 g微膠囊樣品，充分研磨，用無水乙醚作為溶劑，使用索氏抽提測定法測定。

(3)微膠囊包埋率的計算：

(4)SEM觀察微膠囊的表面結(jié)構(gòu)：選取加速電壓為10 kV，在掃描電鏡樣品臺上貼上一層雙面膠，將微膠囊粉末輕輕撒在上面，吹去多余的粉末，選擇代表性的視野進行觀察提取。

2 結(jié)果與討論

2.1 艾葉揮發(fā)油提取工藝研究

2.1.1 不同液料比(蒸餾水與艾葉粉的比例)對揮發(fā)油提取率的影響

圖1不同液料比對揮發(fā)油產(chǎn)率的影響

常溫下分別選擇液料比為4∶1、6∶1、8∶1、10∶1、12∶1，在浸泡時間為4 h、蒸餾時間為2 h的條件下，考察不同液料比對揮發(fā)油提取率的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在同樣的蒸餾時間下，隨著液料比的增加，揮發(fā)油提取率也在逐步升高，在液料比為4∶1的情況下，提取率最低，為0.35%;當水量繼續(xù)增大為8∶1時，提取率最高，為0.52%；當液料比繼續(xù)升高，提取率反而下降。另外，當溶劑量過小時，提取不徹底導致產(chǎn)率下降；而當溶劑量增加過大時，揮發(fā)油在水中的溶解量也在增大，導致提取率下降。

2.1.2 不同浸泡時間對揮發(fā)油提取率的影響

常溫下選取液料比為8∶1，分別選取浸泡時間為4 h、6 h、8 h、10 h、12 h,在蒸餾時間為2 h的條件下，考察不同浸泡時間對揮發(fā)油提取率的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨著浸泡時間的加長，揮發(fā)油提取率呈上升趨勢，當浸泡時間達到6 h時，提取率相對最大，隨著時間的繼續(xù)延長，提取率反而呈下降趨勢。這是因為在浸泡過程中，水向艾葉進行滲透，并以它作為載體將揮發(fā)油逐步擴散到表面，因而浸泡時間越長，擴散越完全，但如果時間過長，部分物質(zhì)易揮發(fā)，反而會造成損失。

圖2不同浸泡時間對揮發(fā)油提取率的影響

2.1.3 不同蒸餾時間對揮發(fā)油提取率的影響

分別選擇蒸餾時間為1 h、2 h、3 h、4 h，選擇液料比為8∶1，浸泡時間為4 h,考察不同蒸餾時間對揮發(fā)油提取率的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，隨著蒸餾時間的增加，提取率逐步提高，當蒸餾時間為3 h時，提取率最高，為0.61%，這是因為時間越長，提取越完全，但當蒸餾時間過長，超過3 h后，由于揮發(fā)油易揮發(fā)損失，提取率反而下降。

圖3不同蒸餾時間對揮發(fā)油提取率的影響

2.1.4 艾葉揮發(fā)油提取工藝的正交優(yōu)化試驗

在單因素實驗的基礎上，選取液料比(mL/g)、浸泡時間(h)、蒸餾時間(h)3個因素，以艾葉揮發(fā)油提取率(%)為考察指標，采用L9(33)正交試驗優(yōu)化方案，因素水平見表1，實驗結(jié)果見表2。

表1 艾葉揮發(fā)油提取工藝正交優(yōu)化試驗因素水平表

表2 艾葉揮發(fā)油提取率正交試驗結(jié)果

由表2可以看出，影響揮發(fā)油提取工藝的主次順序為：蒸餾時間、液料比、浸泡時間。艾葉揮發(fā)油提取最優(yōu)工藝為C3A2B2,即蒸餾時間為4 h，液料比為8∶1，浸泡時間為8 h。驗證試驗該條件下提取率為0.68%。

圖4艾葉揮發(fā)油微膠囊的表面結(jié)構(gòu)

2.2 艾葉揮發(fā)油微膠囊的制備

2.2.1 艾葉揮發(fā)油的制備流程

收集最佳工藝下提取的艾葉揮發(fā)油作為芯材，采用噴霧干燥法制備微膠囊：將阿拉伯膠、麥芽糊精(其比例為1∶1)作為壁材溶解在50 ℃左右的蒸餾水中，均勻攪拌30 min后加入艾葉揮發(fā)油(芯材含量為25%)，均質(zhì)乳化后進行噴霧干燥，冷卻后即得艾葉揮發(fā)油微膠囊產(chǎn)品，經(jīng)測定，產(chǎn)品包埋率為82.6%。

2.2.2 SEM觀察艾葉揮發(fā)油微膠囊的超微結(jié)構(gòu)

肉眼看微膠囊產(chǎn)品為顆粒細小、均勻的白色粉末，在SEM下放大1 000倍觀察可知：大部分顆粒呈圓球狀、橢球狀，囊壁完整，絕大多數(shù)微膠囊表面光滑，但依舊存在少數(shù)微膠囊表面有凹陷、皺縮、不平整的現(xiàn)象，其主要原因為在噴霧干燥過程中，由于進風溫度很高，表面液滴在高溫下迅速蒸發(fā)從而產(chǎn)生凹陷皺縮。

3 結(jié)語

通過單因素及正交實驗優(yōu)化，考察了液料比(mL/g)、浸泡時間(h)、蒸餾時間(h)對艾葉揮發(fā)油提取效果的影響，各影響程度依次為：蒸餾時間、液料比、浸泡時間。經(jīng)優(yōu)化，在蒸餾時間為4 h，液料比為8∶1，浸泡時間為8 h的條件下，提取率有了提高。通過噴霧干燥法制備的微膠囊產(chǎn)品表面光滑，壁膜致密完整，可大大提高艾葉揮發(fā)油的穩(wěn)定性，也為艾葉揮發(fā)油的運輸保藏提供了理論基礎。