微波無溶劑法提取東紫蘇精油的工藝研究及成分分析

代亞賢，鄒偉，徐芳，徐文靜，張雪輝，王琦

（昆明醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，云南昆明650500）

東紫蘇（Elsholtiza bodinieri Vaniot）屬唇形科香薷屬植物，又名小香薷、鳳尾茶等[1-2]，是云南滇南地區(qū)的日常飲品。其嫩尖可以泡茶飲用，有清熱解毒的功效[3-4]，東紫蘇富含多種化學(xué)成分，其植株中精油成分具有抗氧化、解熱、鎮(zhèn)痛、解痙、增強(qiáng)免疫、抗菌消炎、殺蟲、降血脂、抗癌等作用[5-12]，具有較高食用和藥用價值[13]。

常用的東紫蘇精油提取方法有水蒸汽蒸餾法（steam distillation，SD）和超臨界 CO2萃取法（supercritical CO2extraction，SC-CO2）[14]，這些方法存在操作復(fù)雜、提取時間過長、有機(jī)溶劑殘留、能耗大等弊端[15]。隨著新技術(shù)不斷的發(fā)展，微波無溶劑提取法 （solventfree microwave extraction，SFME）進(jìn)入到了植物精油提取行列。Chemat 等[16]首次提出了該方法，將微波加熱與干提取法相結(jié)合，在大氣壓下可在不加入任何溶劑或大量水的情況下，通過微波輻射加熱新鮮植物樣品或經(jīng)浸泡濕潤處理后的干燥植物組織，使植物內(nèi)部水分快速汽化，將組織內(nèi)的精油帶出，經(jīng)冷凝、分離得到精油。該方法利用樣品自身水分吸收微波并加熱進(jìn)行提取，進(jìn)而達(dá)到干蒸餾提取的目的，具有高效、簡便、環(huán)保節(jié)能等特點。與傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法相比，該方法提取用時短，效率高[17-20]。目前，采用微波無溶劑法提取東紫蘇精油的文獻(xiàn)還未見報道。因此，本試驗首先將干燥的東紫蘇樣品用水浸泡一定時間，使其盡量達(dá)到新鮮時的含水狀態(tài)，再采用微波無溶劑法提取東紫蘇精油，并采用氣相色譜-質(zhì)譜法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）對精油進(jìn)行化學(xué)成分分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

東紫蘇：云南省建水縣。

NEOS 微波萃取儀：意大利Milestone 公司；7890型氣相色譜儀：美國Agilent 公司；JEA 1002 型電子天平：上海浦春計量儀器有限公司；DYF-1000C 型粉碎機(jī)：上海比朗儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 東紫蘇精油的提取

取曬干東紫蘇50 g，粉碎后用微波無溶劑提取儀進(jìn)行提取，收集餾出液，靜置分層，測量體積，每組試驗重復(fù)3 次，取平均值，后置于4 ℃冰箱內(nèi)密封保存。

1.2.2 東紫蘇精油提取單因素試驗

用微波無溶劑法提取東紫蘇精油，按1.2.1 方法進(jìn)行提取，設(shè)計單因素分別考察料液比[1 ∶3、1 ∶4、1 ∶5、1 ∶6、1 ∶7（體積比）]、浸泡時間（0.5、1、2、3、4 h）、提取時間（30、40、50、60、70 min）、微波功率（300、400、500、600、700 W）對東紫蘇精油得率的影響。

1.2.3 正交試驗

取曬干東紫蘇50 g，按1.2.1 方法，在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交表進(jìn)行試驗。

1.2.4 微波無溶劑提取東紫蘇精油成分分析

東紫蘇精油化學(xué)成分采用氣相色譜-質(zhì)譜法分析。

氣相色譜條件為色譜柱：DB-5MS 石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；程序升溫：初始溫度為60 ℃，保持 10 min，以 3 ℃/min 的速率升至 200 ℃，保持 5 min；進(jìn)樣口溫度：230 ℃；柱箱溫度：60 ℃；進(jìn)樣模式：分流；柱流量：1 mL/min；吹掃流量：5 mL/min；分流比：50 ∶1；載氣：高純氦；進(jìn)樣量：1 μL ；溶劑延遲：3 min。

質(zhì)譜條件為電離方式：EI；電子能量：70 eV；接口溫度：200 ℃；離子源溫度：200 ℃；采集方式：scan；掃描范圍：40 amu～400 amu。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1 正交試驗數(shù)據(jù)處理

采用SPSS Statistics V17.0 數(shù)據(jù)分析軟件對正交試驗結(jié)果進(jìn)行分析。

1.3.2 東紫蘇精油成分分析

采用NIST05 標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫進(jìn)行檢索，并用峰面積歸一法確定化學(xué)成分及相對含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 料液比對精油得率的影響

料液比對得率的影響見圖1。

圖1 料液比對得率的影響Fig.1 Effects of material liquid ratio on extraction rate

在圖1 中，精油得率隨著液體的增加，出現(xiàn)先上升后降低的趨勢。當(dāng)料液比為1 ∶5（體積比）時，精油得率達(dá)到最大值；由于過多的水會導(dǎo)致物料沒有被完全提取，導(dǎo)致精油得率下降。因此，1 ∶5（體積比）是微波提取東紫蘇精油的最佳料液比。

2.1.2 浸泡時間對精油得率的影響

浸泡時間對得率的影響見圖2。

由圖2 可知，東紫蘇精油得率先升后降。如果繼續(xù)增加浸泡時間會導(dǎo)致精油得率下降，這是因為浸泡時間過長，引起原料發(fā)生部分水解后成分揮發(fā)所致[21]。因此，2 h 是微波提取東紫蘇精油的最佳浸泡時間。

2.1.3 提取時間對精油得率的影響

提取時間對得率的影響見圖3。

圖2 浸泡時間對得率的影響Fig.2 Effects of soaking time on extraction rate

圖3 提取時間對得率的影響Fig.3 Effects of extraction time on extraction rate

從圖3 中看出，隨著提取時間的延長，精油得率不斷升高，當(dāng)提取時間超過60 min 時，精油得率無明顯差別。因此，東紫蘇精油提取到60 min 已基本完成，考慮到節(jié)省時間，減少耗能，選擇60 min 作為微波提取東紫蘇精油的最佳提取時間。

2.1.4 微波功率對精油得率的影響

微波功率對得率的影響見圖4。

圖4 微波功率對得率的影響Fig.4 Effects of microwave power on extraction rate

由圖4 可知，當(dāng)微波功率過低時，精油提取不完全；當(dāng)提微波功率超過600 W 時，精油得率無明顯差別，但過高功率會造成部分物料糊化，精油味道變質(zhì)。因此，為了獲得較高精油質(zhì)量，選擇600 W 作為微波提取東紫蘇精油的最佳提取功率。

2.2 正交試驗結(jié)果

由于料液比、浸泡時間、提取時間、微波功率4 個因素間能相互影響，在4 個單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交表安排試驗，通過正交試驗優(yōu)化得到微波無溶劑提取東紫蘇精油的最佳工藝。因素-水平表見表1，正交試驗結(jié)果與分析見表2。

表1 微波無溶劑提取東紫蘇精油正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of the orthogonal experiment on solvent-free microwave extraction

表2 正交試驗結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal test

由表2 可知，在4 個主要因素中，由極差可以看出C＞A＞D＞B，即提取時間的影響最大，料液比次之，微波功率第三，而浸泡時間的影響最小。根據(jù)結(jié)果分析，該東紫蘇精油的最佳提取工藝為A3B1C3D3，即料液比為1 ∶6（體積比），浸泡時間為2 h，微波提取時間為 60 min，微波功率為600 W。采用此條件進(jìn)行精油的提取，結(jié)果與實際吻合，最佳得率為0.096 mL/50 g。東紫蘇精油提取工藝優(yōu)化四因素三水平正交試驗結(jié)果方差與顯著性分析見表3。

表3 方差與顯著性分析Table 3 Tests of between-subjects effects

由表3 可知，浸泡時間對東紫蘇精油得率的影響最小，故將B 浸泡時間做為誤差項[22]，并對其他因素進(jìn)行顯著性分析，可得出 P 值C＜A＜0.05＜D，可知提取時間和料液比相對于其他因素對東紫蘇精油的得率具有顯著影響。

2.3 微波無溶劑提取東紫蘇精油的化學(xué)成分分析

微波無溶劑提取東紫蘇精油的GC-MS 總離子流圖見圖5，化學(xué)成分定性分析及相對含量（以面積歸一法測得）見表4。

圖5 微波無溶劑提取法提取的東紫蘇精油GC-MS 總離子流圖Fig．5 Total ion current chromatograms of the essential oil from the Elsholtiza bodinieri Vaniot extracted by organic solvent

表4 微波無溶劑提取法提取的東紫蘇精油的化學(xué)組成Table 4 Chemical composition of essential oil from the Elsholtiza bodinieri Vaniot extracted by organic solvent

東紫蘇精油共檢測出43 種化學(xué)成分，乙酸松油酯是東紫蘇精油含量最高的一種物質(zhì)，其相對含量達(dá)到了56.25%，其次為丙酸香葉酯（6.8%）、棕櫚酸（4.95%）、依樸酚醇（4.83%）、氧化石竹烯（4.41%）、乙酸（Z）-5-十二烯醇酯（3.28 %）、α-松油醇（2.91 %）、（S）-（+）-5-（1-羥基-1-甲基乙基）-2-甲基-環(huán)己烯-1酮（1.18%）、萜品醇（1.14%）、植酮（1.1%），其他檢測出的成分相對含量均未達(dá)到1%以上。除此之外，還有多種醇類、脂類、醛類、萜烯類和酮類等化合物。

3 結(jié)論

用微波無溶劑提取法對東紫蘇精油進(jìn)行提取，通過單因素試驗和L9（34）正交試驗確定了東紫蘇精油的最佳提取工藝條件，并且進(jìn)行了統(tǒng)計學(xué)分析，采用試驗進(jìn)一步驗證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

采用氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)對東紫蘇精油進(jìn)行成分分析，結(jié)果表明，用微波無溶劑提取法提取的東紫蘇精油共含有43 種化學(xué)成分，主要成分為乙酸松油酯，相對含量達(dá)到了56.25%，其次為丙酸香葉酯（6.8%）、棕櫚酸（4.95 %）、依樸酚醇（4.83 %）、氧化石竹烯（4.41%）、乙酸（Z）-5-十二烯醇酯（3.28%）、α-松油醇（2.91%）、（S）-（+）-5-（1-羥基-1-甲基乙基）-2-甲基-環(huán)己烯-1 酮（1.18%）、萜品醇（1.14%）、植酮（1.1%）。