百里香精油的提取工藝①

楊 敏

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)香料研究所 云南昆明 650201）

百里香又名麝香草，唇形科百里香屬多年生芳香植物，原產(chǎn)于地中海沿岸，廣泛分布于世界各地。百里香花和葉具有強(qiáng)烈的芳香氣味，在食用、藥用和觀賞等方面有應(yīng)用價(jià)值，是人類應(yīng)用最古老的調(diào)味香料之一。百里香精油具有抗氧化、殺菌、抑菌等特性［1-6］，廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域［7-12］。目前百里香精油的提取方法主要有水蒸氣蒸餾法、有機(jī)溶劑萃取法和超臨界流體萃取法。水蒸氣蒸餾法溫度高，有效香氣成分易于分解［13］；溶劑萃取法在低溫下操作可避免水解發(fā)生，但通常提取時(shí)間長達(dá)數(shù)小時(shí)，精油中存在殘留溶劑，而且溶劑必須通過蒸餾除去，易發(fā)生不利的熱降解反應(yīng)；超臨界流體萃取法是近年來發(fā)展的提取百里香精油的新方法，但設(shè)備昂貴，成本和操作技術(shù)要求較高。由于超臨界流體萃取法工藝過程簡單，提取溫度低，萃取選擇性較強(qiáng)，不會(huì)破壞精油的品質(zhì)，可以得到香氣純正，性能優(yōu)良的百里香精油，產(chǎn)品收率可達(dá)4.22%，因此應(yīng)用前景較好。水蒸氣蒸餾法是目前提取芳香植物精油普遍采用的方法，近年來國內(nèi)很多學(xué)者對水蒸氣蒸餾法提取百里香精油進(jìn)行了研究，水蒸氣蒸餾提取百里香精油的得率為1.59%，因?yàn)槌杀镜?，無溶劑殘留，香味純正，是目前提取百里香精油的最佳方法。近年，雙水相萃取技術(shù)［14-15］引起了人們廣泛關(guān)注，在生物化學(xué)和生物化工領(lǐng)域的產(chǎn)品分離和提取中被廣泛應(yīng)用。微膠囊技術(shù)能有效保護(hù)精油成分，雙水相萃取技術(shù)選擇性和專一性較高，提取揮發(fā)油的前景較好，但用于百里香精油提取的相關(guān)報(bào)道還較少。筆者結(jié)合微膠囊和雙水相萃取技術(shù)，采用β-環(huán)糊精-硫酸鈉雙水相體系［16］提取百里香精油，通過正交試驗(yàn)法研究了β-環(huán)糊精濃度、硫酸鈉濃度、萃取溫度和萃取時(shí)間對提取百里香精油的影響，簡化提取步驟，縮短提取時(shí)間，避免提取過程中由高溫引起的氧化和聚合，降低能耗及生產(chǎn)費(fèi)用，提高精油質(zhì)量，優(yōu)化工藝參數(shù)，篩選最佳提取工藝，為百里香精油提取工藝的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

百里香，購自安徽亳州藥材公司；α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精，鄭州萬瑞達(dá)化工產(chǎn)品有限公司；硫酸鈉（分析純），中國醫(yī)藥上海試劑公司生產(chǎn)；95%乙醇（分析純），上海化學(xué)試劑廠。

LK粉碎機(jī)，上海隆拓儀器設(shè)備有限公司；揮發(fā)油測定器，上海青浦滬西儀器廠；KDC-160HR高速冷凍離心機(jī)，中國科大創(chuàng)新科技有限公司；電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；RE-5205旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 微膠囊雙水相體系萃取百里香工藝流程

百里香粉碎，加入40%乙醇浸泡24 h，過濾，濾液加入β-環(huán)糊精和硫酸鈉，攪拌靜置，糊精相離心，糊精囊化物加入95%乙醇攪拌釋放囊心，離心，百里香精油和乙醇減壓蒸餾，得到百里香精油

1.2.2 百里香樣液的制備

在粉碎機(jī)中加入百里香250 g粉碎并過篩，然后加入40%乙醇溶液浸泡百里香24 h，料液比1∶2，抽濾，再加入40%乙醇溶液浸泡濾渣24 h，抽濾，合并濾液備用。

1.2.3 囊壁材料的選擇

采用α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精3種壁材制備百里香精油微膠囊，通過比較精油微膠囊密度及水溶性，選擇最佳的精油包裹材料。

1.2.4 微膠囊雙水相體系的選擇

為了比較百里香精油在不同水相中的分布，研究β-環(huán)糊精-硫酸鈉體系和β-環(huán)糊精-氫氧化鈉體系提取百里香精油的工藝，并采用單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)對微膠囊雙水相體系萃取百里香精油的工藝進(jìn)行研究，獲得提取百里香精油的最佳工藝。

精油收率/%＝RK/（1+RK）

其中R＝Vt/Vb（Vt，Vb分別是上、下相體積，mL）；K＝Ct/Cb（Ct，Cb分別是上下相百里香精油的質(zhì)量濃度，mg/mL）

2 結(jié)果與分析

2.1 囊壁選擇實(shí)驗(yàn)

由表1可知，采用α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精制備精油微膠囊，3種壁材包裹制備的精油微膠囊的密度差別較小。3種壁材制備的微膠囊溶解性有所不同，在水中溶解性較好的是用β-環(huán)糊精制備的精油微膠囊，沒有分層現(xiàn)象，溶解性不好的是用α-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精制備的精油微膠囊，容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象。因此，β-環(huán)糊精是最佳的囊壁材料。

表1 3種包裹方法得到的百里香精油微膠囊的物理性能

2.2 微膠囊雙水相體系的選擇

在離心管中加入30 mL百里香樣液，45%的β-環(huán)糊精和20%的硫酸鈉，40℃攪拌，通過分析百里香精油上、下相中的含量，測定百里香精油在2種體系中的分相能力。由表2可知，上相β-環(huán)糊精中主要是百里香精油，在這2個(gè)體系中的分布也不相同，比較了2種微膠囊雙水相體系的K和精油回收率，可知K在β-環(huán)糊精-硫酸鈉體系中較大，為89.8，精油回收率較高，可達(dá)95%。兩個(gè)體系提取的百里香精油都具有強(qiáng)烈的藥香味，顏色均為淡黃綠色，透明度較高的是β-環(huán)糊精-硫酸鈉體系提取的精油。因此，β-環(huán)糊精-硫酸鈉體系是最佳的微膠囊雙水相體系。

表2 雙水相體系的選擇

2.3 β-環(huán)糊精-硫酸鈉微膠囊雙水相體系萃取百里香精油的影響因素研究

2.3.1β-環(huán)糊精濃度對百里香精油收率的影響

當(dāng)萃取時(shí)間30 min，硫酸鈉濃度15%，萃取溫度40℃時(shí)，研究不同β-環(huán)糊精濃度（40%、45%、50%、55%、60%）對百里香精油收率的影響結(jié)果見圖1。

圖1 不同β-環(huán)糊精濃度對精油收率的影響

由圖1可知，百里香精油收率隨著β-環(huán)糊精濃度的增加而升高，但如果β-環(huán)糊精濃度超過55%精油收率就下降，原因是精油被包裹在過量的β-環(huán)糊精中，導(dǎo)致精油微膠囊難于釋放，使得精油收率下降。因此，45%的β-環(huán)糊精濃度是最佳萃取濃度。

2.3.2 硫酸鈉濃度對百里香精油收率的影響

當(dāng)萃取時(shí)間30 min，ββ-環(huán)糊精濃度40%，萃取溫度40℃時(shí)，不同硫酸鈉濃度（15%、20%、25%、30%、35%）對精油收率的影響結(jié)果見圖2。

圖2 不同硫酸鈉濃度對精油收率的影響

由圖2可知，百里香精油收率隨著硫酸鈉濃度的增加而升高，但如果硫酸鈉濃度超過30%精油收率就下降，原因是硫酸鈉濃度增加后，改變了兩相與水分子的競爭，進(jìn)而雙水相分配系數(shù)被改變，精油收率隨之下降。因此，20%的硫酸鈉濃度是最佳的萃取濃度。

2.3.3 萃取溫度對百里香精油收率的影響

當(dāng)萃取時(shí)間30 min，β-環(huán)糊精濃度45%，硫酸鈉濃度20%時(shí)，不同萃取溫度（30、35、40、45、50℃）對百里香精油收率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 不同萃取溫度對精油收率的影響

由圖3可知，百里香精油收率隨著溫度的升高而升高，當(dāng)溫度45℃時(shí)精油收率達(dá)到最高。若繼續(xù)升高溫度，會(huì)造成精油揮發(fā)損失，精油收率明顯下降。因此，45℃是最佳的萃取溫度。

2.3.4 萃取時(shí)間對百里香精油收率的影響

當(dāng)β-環(huán)糊精濃度40%，硫酸鈉濃度15%，萃取溫度40℃時(shí)，不同萃取時(shí)間（10、20、30、40、50 min）對百里香精油收率的影響結(jié)果見圖4。

由圖4可知，百里香精油收率隨著萃取時(shí)間的增加而升高，若延長萃取時(shí)間，精油收率不再升高。如果長時(shí)間萃取，精油中的酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)被改變。因此，20 min是最佳的萃取時(shí)間。

2.4 環(huán)糊精-硫酸鈉微膠囊雙水相萃取百里香精油的正交試驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，采用4因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，研究β-環(huán)糊精濃度、硫酸鈉濃度、萃取溫度和萃取時(shí)間4個(gè)因素對精油收率的影響，優(yōu)化最佳萃取工藝參數(shù)，詳見表3。

圖4 不同萃取時(shí)間對精油收率的影響

微膠囊雙水相萃取百里香精油的影響因素正交試驗(yàn)結(jié)果表明，硫酸鈉濃度＞萃取時(shí)間＞β-環(huán)糊精濃度＞萃取溫度。正交試驗(yàn)得到精油萃取的最佳組合為A2B2C3D1，即加入45%β-環(huán)糊精和20%硫酸鈉在45℃下萃取20 min，精油收率可達(dá)95.22%。

3 討論與結(jié)論

本研究采用β-環(huán)糊精-硫酸鈉雙水相體系提取百里香精油，研究了萃取時(shí)間、β-環(huán)糊精濃度、硫酸鈉濃度和萃取溫度對提取百里香精油的影響，結(jié)果表明：影響百里香精油收率的因素依次為硫酸鈉濃度、萃取時(shí)間、β-環(huán)糊精濃度、萃取溫度。本研究建立了微膠囊雙水相提取百里香精油的方法，通過正交試驗(yàn)得到提取百里香精油的最佳條件為：β-環(huán)糊精濃度45%，硫酸鈉濃度20%，45℃下萃取20 min，精油平均收率可達(dá)95%以上。

微膠囊雙水相法可用于醛、酮、醇等弱極性至無極性香味成分的提取，而且能分離細(xì)胞勻漿中的極微小碎片，提取過程避免加熱和相變，分相時(shí)間短，僅為5～15 min，大多數(shù)情況下，目標(biāo)產(chǎn)物的收率高于90%，容易連續(xù)操作和工程放大，而且處理容量大，工藝步驟少，提取質(zhì)量高，能耗及生產(chǎn)費(fèi)用低，主要用于生物大分子物質(zhì)和中草藥有效成分的分離。微膠囊雙水相法提取植物精油，能有效地保護(hù)精油的天然組分，提取過程不會(huì)發(fā)生高溫、氧化、聚合等情況，調(diào)整精油和鹽的用量即可改變分配比，控制囊化萃取物中精油的成分比例，達(dá)到有目的和最有效的囊化萃取，從而有效地保護(hù)目標(biāo)產(chǎn)品在提取過程中的化學(xué)和物理性質(zhì)，應(yīng)用前景較好。王娣等［17］采用微膠囊雙水相體系萃取百里香精油，結(jié)果表明微膠囊雙水相體系中硫酸鈉濃度對精油收率的影響最為顯著，其次是β-環(huán)糊精濃度和萃取溫度。最佳工藝條件是在45℃下加入0.45 g/mLβ-環(huán)糊精和0.20 g/mL硫酸鈉，百里香精油的收率可達(dá)95%，與本研究結(jié)果相似。

本研究采用正交實(shí)驗(yàn)法研究了β-環(huán)糊精濃度、硫酸鈉濃度、萃取溫度和萃取時(shí)間4個(gè)因素對精油收率的影響，結(jié)果表明，最佳萃取時(shí)間為20 min，因此本工藝只需進(jìn)行20 min萃取，精油收率就可達(dá)95%以上。王娣等［18］利用超臨界CO2提取百里香精油，試驗(yàn)得出制備百里香精油的工藝條件為：萃取壓力25 MPa，萃取溫度40℃，萃取時(shí)間4 h，萃取收率為4.22%。因此，傳統(tǒng)提取百里香精油的方法存在著提取時(shí)間長，收率不高等問題。本研究不但簡化了提取步驟，縮短了提取時(shí)間，能耗及生產(chǎn)費(fèi)用低，提取的精油質(zhì)量高，而且在低溫常壓下操作，安全無毒，簡單快捷，提取百里香精油的前景較好。因此，采用微膠囊雙水相技術(shù)提取百里香精油的優(yōu)越性是傳統(tǒng)提取法不可比擬的，可廣泛應(yīng)用于植物揮發(fā)油的提取。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

百里香應(yīng)用廣泛，在食用、藥用、觀賞方面具有重要開發(fā)價(jià)值，是一種開發(fā)潛力較大的芳香植物。百里香香味清香、持久，可在日化產(chǎn)品和食品中廣泛應(yīng)用，而且在抗氧化、抗菌消炎、抗癌抗病毒、防治血栓等方面具有重要的藥用價(jià)值。本研究采用β-環(huán)糊精-硫酸鈉雙水相體系提取百里香精油，精油收率可達(dá)95%，而且能簡化提取步驟，降低能耗，值得進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。百里香屬植物種類多，今后要加強(qiáng)百里香在抗病毒方面的研究，并擴(kuò)大種植面積，進(jìn)一步深入探索微膠囊雙水相技術(shù)提取百里香精油的工藝，提高精油的品質(zhì)，發(fā)展百里香產(chǎn)業(yè)，開發(fā)利用好這一重要天然香料資源。