分子蒸餾技術提取玫瑰精油及其成分分析

趙國建，趙悅菡，盧龍嘯，侯召華

〔齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）食品科學與工程學院，山東 濟南 250353〕

玫瑰為多年生落葉灌木，是薔薇屬植物，原產自中國，現已在世界各地廣泛栽培[1]。玫瑰花中化學成分含量高達300 多種，含有大量的的芳香醇、醛類、脂類、黃酮類和多酚類物質[1-2]。玫瑰精油則是從玫瑰花中提取的一種安全、無毒、有特殊香味的揮發(fā)性物質[3]。玫瑰精油具有抗焦慮、抗沖突[4]和抗菌功效，具有柔和細膩、芳香純正的花香，可作為天然的香味劑，亦可用于保健、化妝、醫(yī)療、食品等多個領域。因其價格昂貴，素有“液體黃金”之稱，而且僅用兩滴即可制成1 L 高品質的香水[2-4]。

分子蒸餾技術（molecular distillation）可在高真空條件下，利用不同物質分子運動平均自由程不同的特點，進而將各類物質分開[5]，是一種特殊的液-液分離技術。分子蒸餾的優(yōu)勢能夠有效地分離、純化和濃縮天然物[6]，非常適合在低壓下對不穩(wěn)定成分和分子量不同的揮發(fā)性成分進行分離純化，而且還可以降低熱分解的風險。王朝臣等[7]利用分子蒸餾法純化柞蠶油，通過響應面分析試驗確立了最優(yōu)的柞蠶油分子蒸餾純化工藝；張峰榛等[8]利用短程分子蒸餾的方法分離香茅油中的香茅醛，建立了適用于多元物系的傳質模型?，F在分子蒸餾技術在醫(yī)藥、食品和化妝品等領域已被廣泛應用[9]。

目前提取玫瑰精油的方法有多種，如水蒸汽蒸餾法[10-11]、分子蒸餾法[12-13]、超聲波提取法[14]和超臨界流體萃取法[15-16]等。為解決玫瑰原油中多種含量較高的有效成分無法進一步有效地分離和提純，且其提純成本高和實用性差等技術問題，本研究以短程分子蒸餾技術對玫瑰原油進行分離純化，利用氣相色譜-質譜對分離各組分進行分析，優(yōu)化得到最佳分離條件，以期為玫瑰原油進一步精深加工利用提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

1.1.1 試驗材料 試驗所用玫瑰‘豐花一號’采集于山東省平陰縣，經山東芳蕾玫瑰集團有限公司任金靜高級工程師鑒定為薔薇科薔薇屬植物（Rosa rugosa Thunb）新鮮花朵（玫瑰）。

1.1.2 試劑 正己烷、無水硫酸鈉（分析純，國藥集團試劑有限公司）；氦氣（99.999%，濟南德陽特種氣體有限公司）；實驗室用水為Milli-Q 超純水。

1.1.3 儀器與設備 TSQ 8000 Evo 三重四極桿氣質聯用儀（美國賽默飛公司）；VKL-70 型短程分子蒸餾裝置（德國瑞達）；BCD-185TMPQ 電子天平（上海越平科學儀器有限公司）；SHZ-C 恒溫水浴鍋（常州賽普實驗儀器廠）；DHG-9140A 干燥箱（常州賽普實驗儀器廠）；MDF-U3386S 超低溫冰箱（上海松下健康醫(yī)療器械有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 玫瑰精油的三級分子蒸餾 本研究使用VKL-70 型短程分子蒸餾裝置[17]，短程蒸餾過程中，在一定真空度和加熱的條件下，低沸點化合物轉化為蒸汽，輕組分（DF）是蒸汽化合物冷凝濃縮而成，重組分（RF）則是剩余成分。本研究經預試驗確定蒸餾參數（預加熱溫度50℃、冷凝管溫度10℃、進料流速10～15 mL/min）后，利用三級分子蒸餾，一級條件為：蒸發(fā)溫度60 ℃，真空度45 hPa，刮膜轉速350～360 r/min；二級條件：蒸發(fā)溫度80℃，真空度0.50 hPa，刮膜轉速350～360 r/min；三級條件：蒸發(fā)溫度80 ℃，真空度0.03 hPa，刮膜轉速350～360 r/min；進樣溫度60 ℃，冷凝水溫度為10 ℃。一級分子蒸餾得到RF1 和DF1；然后對RF1 進行二級分子蒸餾，得到RF2 和DF2；最后對RF2 進行三級分子蒸餾，得到RF3和DF3。三級分子蒸餾共得到DF1、DF2、DF3 和RF3 共4 種組分。

回收率計算公式：回收率=FW/TW 100%，式中，FW 為各組分質量（g）；TW 為樣品初始總質量（g）。

1.2.2 玫瑰精油及其不同餾分的氣相色譜-質譜（GCMS）分析 分別將樣品（約0.1 mL）溶解到100 mL 正己烷中，添加過量無水硫酸鈉除去水分，正己烷為空白。每個樣品均采用GC-MS 進行分析。

色譜條件：TG-WAXMS 石英毛細管色譜柱（30 m 0.25 mm 0.25m）；色譜柱起始溫度50 ℃，保持1 min，然后以10 ℃/min 的速率升至140 ℃，保持5 min，在以4℃/min 的速率升至210 ℃，保持15 min；載氣為氦氣，流速為1.0 mL/min；進樣量為1L；分流比為100∶1；進樣口溫度為240℃，氣相色譜-質譜接口溫度240℃。質譜條件：電子轟擊（EI）離子源，離子源溫度200℃，電子能量70 eV，掃描模式Full Scan，掃描質量范圍

（m/z）50～550 u。

1.2.3 數據處理 定性分析：樣品經GC-MS 檢測后，利用其所配置的NIST 14 標準質譜數據庫對樣品進行自動檢索，結合文獻進行人工譜圖解析，確定玫瑰原油及其蒸餾產物的成分。定量分析：按照峰面積歸一化方法計算玫瑰精油及其蒸餾產物中各成分的相對含量。

2 結果與分析

2.1 玫瑰精油的三級分子蒸餾結果

由表1 可知，三級分子蒸餾共得到DF1、DF2、DF3和RF3 四部分，取玫瑰原油1 556.00 g 進行上樣，4 部分回收率為1.95%、64.46%、18.84%和10.62%；4 部分餾分物（DF1、DF2、DF3和RF3）共1 491.82 g，回收率為95.87%。一級蒸餾是為了把原油中的水分等雜質除去，而三級分餾則是為了除去蠟和色素等高溫組分，二級蒸餾的目的就是為了得到高品質玫瑰精油，所以DF2比例偏高，這表明本研究采用的三級分子蒸餾技術具有極少的損失。

2.2 玫瑰精油及其餾分物揮發(fā)性成分分析

2.2.1 外觀分析 玫瑰原油和4部分餾分物DF1、DF2、DF3 和RF3 的外觀如圖1 所示，總離子流圖如圖2 所示。從圖1 可看出，各組分顏色由明顯差異，玫瑰原油呈橘黃色，DF1 和DF2 基本無色，DF3 則為淡黃色，而RF3 卻為橙紅色。

表1 玫瑰精油分子蒸餾餾分物結果Table 1 Molecular distillation results of rose essential oil

2.2.2 成分分析 利用三級分子蒸餾技術對玫瑰原油進行分離純化，得到4 部分餾分物DF1、DF2、DF3和RF3，并利用GC-MS 對分離純化的各部分進行定性分析。從圖2 可以看出，玫瑰原油及其DF1、DF2、DF3 和RF3 4 部分餾分物中成分的種類及含量存在一定的差異，三級輕組分（DF3）化合物含量明顯多于其他組分，輕組分成分與重組分相比，各組分出現時間偏早，表明輕組分主要成分應為沸點較低的烯烴類化合物，而重組分出現時間晚些，表明其應為沸點較高的脂類化合物。郭暢等[18]在沙田柚皮精油分離及分析試驗中也得出，各組分化合物存在差異，并且輕組分總體成分為烯烴類化合物。陳紅麗等[19]從甜橙精油蒸餾的輕組分中分離出22 種化合物，大多為萜烯、醇類和醛類。

圖1 分子蒸餾分離后玫瑰原油及其餾分物的外觀Fig.1 Appearance of rose crude oil and its fractions after molecular distillation and separation

圖2 玫瑰原油及4 部分餾分物（DF1、DF2、DF3 和RF3）的GC-MS 總離子流圖Fig.2 GC-MS total ion flow diagram of rose crude oil and 4 fractions（DF1,DF2,DF3 and RF3）

由表2 可知，相對含量在1.2%以上成分共確定29種。玫瑰原油中檢測到17 種化合物，其中香茅醇的相對含量達54.26%；DF1 中檢測到10 種化合物，主要是金合歡烯和香茅醇等醇類物質，香茅醇的相對含量達55.17%；DF2中檢測到9 種化合物，主要也是香茅醇和橙花醇等醇類物質，香茅醇含量達66.11%；DF3 中檢測到16 種物質，其中主要是香葉醇、苯乙醇和丁香酚等醇類和酚類；RF3 中檢測到了11 種物質，其中，主要是木香醇、氨基醛和甲酸甲酯等醇、醛和脂類物質。

由圖3 可知，玫瑰原油及其4 部分餾分物DF1、DF2、DF3 和RF3 中化合物數量分別為17、10、9、16 和11 種。玫瑰原油、DF1、DF2、DF3 和RF3 中共有的化合物主要是香茅醇；玫瑰原油、DF1、DF2 和DF3 共有的是香茅醇、香葉醇、甲基丁香酚；玫瑰原油、DF1 和DF2 共有的是吡喃、芳樟醇、乙酸香茅脂、香茅醇、橙花醇、香葉醇和甲基丁香酚。玫瑰原油、DF1 和DF2 相關研究表明，玫瑰精油中的揮發(fā)性成分大致相同，李國明等[20]研究表明，香檳玫瑰花揮發(fā)油中有11 個揮發(fā)成分的相對質量分數為1.0%以上，主要有香茅醇、橙花醇、香葉醇、芳樟醇、丁香酚及其酯類等，這些成分含量和種類的差異是影響玫瑰精油不同氣味的主要原因。劉彥紅等[21]研究表明，共檢測出玫瑰精油的基本香氣成分有70 多種，占主要的為香茅醇及脂類、苯乙醇、香葉醇及脂類、乙酸橙花酯和丁香酚等物質。

醇類、酚類和萜烯類化合物是構成玫瑰精油濃香味的主要成分。由此可見，為達到對玫瑰原油中不同組分純化的目的，可以利用短程分子蒸餾技術對其中的不同組分進行拆分，從而為不同組分的利用提供保證。

表2 玫瑰原油及4 部分餾分物的主要化學成分及其相對含量Table 2 Main chemical composition and relative content of rose crude oil and 4 fractions

續(xù)表2

圖3 玫瑰原油及4 部分餾分物的主要化學成分及其相對含量韋恩圖Fig.3 Venn diagram of the main chemical composition and relative content of rose crude oil and 4 fractions

3 結論

1 556.00 g玫瑰原油經過三級分子蒸餾共得到DF1、DF2、DF3和RF34 部分產物，回收率分別為1.95%、64.46%、18.84% 和10.62%；總回收率為95.87%；三級條件分別為：一級：蒸發(fā)溫度60 ℃，真空度45 hPa，刮膜轉速350～360 r/min；二級：蒸發(fā)溫度80 ℃，真空度0.50 hPa，刮膜轉速350～360 r/min；三級：蒸發(fā)溫度80 ℃，真空度0.03 hPa，刮膜轉速350～360r/min；后2 次進樣溫度60 ℃、冷凝水溫度為10 ℃。

對玫瑰原油和4部分餾產物DF1、DF2、DF3和RF3分別進行GC-MS 分析，共檢測出29 種化合物，主要成分為烷烴、香茅醇、香葉醇、芳樟醇、橙花醇、苯乙醇、甲基丁香酚、乙酸香茅脂、金合歡烯、單萜和倍半萜等；玫瑰原油及4 部分餾分物DF1、DF2、DF3和RF3中化合物數量分別為17、10、9、16 和11種。玫瑰原油、DF1、DF2、DF3 和RF3 中共有的化合物主要是香茅醇；玫瑰原油、DF1、DF2和DF3共有的是香茅醇、香葉醇和甲基丁香酚；玫瑰原油、DF1 和DF2 共有的是吡喃、芳樟醇、乙酸香茅脂、香茅醇、橙花醇、香葉醇和甲基丁香酚。以上結果表明，分子蒸餾技術能有效對玫瑰原油成分進行拆分，可用于玫瑰精油的加工利用。本研究提供了一種利用分子蒸餾技術的三級蒸餾提取玫瑰原油中各有效成分的方法，可在食品和化妝等領域，按各成分的不同功效，快速有效地對玫瑰原油進行進一步的分離純化。