龍腦型陰香葉片精油得率影響因素研究*

陳新強(qiáng) 連輝明 陳杰連 汪迎利 何波祥 陳一群 陳海英

（1.廣東省梅州市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東 梅州 510225；2.廣東省林業(yè)科學(xué)研究院/廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510520; 3.佛山市云勇生態(tài)林養(yǎng)護(hù)中心/佛山市云勇林場(chǎng)，廣東 佛山 528518）

天然產(chǎn)品和提取物的需求日益增長(zhǎng)，導(dǎo)致了自然植物資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)。歷史上有幾個(gè)因過(guò)度利用而導(dǎo)致植物滅絕的例子,人們開(kāi)始提倡綠色生產(chǎn)路線，而不是使用不可再生植物資源的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝[1]。東南亞利用龍腦香科野生植物提取藥材龍腦致使資源瀕臨滅絕就是一個(gè)慘痛教訓(xùn)。龍腦型陰香 (Cinnamomum burmannii chvar. borneol )是陰香的一個(gè)化學(xué)型品系，從其葉片中提取天然右旋龍腦，右旋龍腦又稱冰片或梅片，冰片是一種名貴的珍稀藥材、高級(jí)香料和重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、香料、化妝品和食品工業(yè)上[2]。龍腦型陰香作為龍腦企業(yè)主要經(jīng)營(yíng)樹(shù)種在我省的應(yīng)用，開(kāi)啟了龍腦的綠色生產(chǎn)道路。龍腦生產(chǎn)是兼顧種植、加工和銷售一體的跨農(nóng)工商的產(chǎn)業(yè)，采用良種良法經(jīng)營(yíng)原料林以及高效的精油提取技術(shù)都是非常重要的環(huán)節(jié)，因此研究影響精油得率的相關(guān)因素有助于提高企業(yè)的效率與產(chǎn)量。

水蒸汽蒸餾法是我國(guó)目前植物精油提取中應(yīng)用最廣泛的一種方法,適用于揮發(fā)性的、水中溶解度不大的成分的提取。設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易、成本低[3-5]。該法中影響精油得率首先是蒸餾前的原料處理因素，如原料粉碎度、浸泡時(shí)間、超聲輔助處理功率與時(shí)間，其次是蒸餾過(guò)程中的因素，如蒸餾時(shí)間、液料比、助劑種類與濃度。吉禮等[6]研究橙(Citrus sinensis)皮精油提取較優(yōu)條件是加入4%濃度NaCl，蒸餾時(shí)間2.5 h，液料比2 ∶1；孟根其其格[7]比較側(cè)柏(Platycladus orientalis)葉5 個(gè)蒸餾時(shí)間，結(jié)果以3 h 最佳；互葉白千層（Melaleuca alternifolia）葉精油提取方面，鄭恒等[8]得到最佳條件是浸泡2 h、蒸餾6 h、液料比為5 ∶1,最高精油得率0.406%，而弓寶等[9]結(jié)果是陰干粉碎過(guò)10 目篩,浸泡4 h 后加6 倍量水蒸餾4 h 較好；在薰衣草(Lavandula angustifolia)花、丁香(Syringa oblata)花、金柚(Citrus maxima cv. Meizhou Yu)皮和廣佛手(Citrus medical var. sarcodactylis)[10-13]精油提取上也有了結(jié)論。影響精油得率還有原料的因素，其一是采摘時(shí)間，植物葉受代謝影響精油含量在不同月份差異顯著，龍腦型陰香精油以11 和12 月最高[14]；不同類型樟(Cinnamomum camphora)葉精油也有差異，以生長(zhǎng)季節(jié)含量高，非生長(zhǎng)季低[15]；檸檬馬鞭草(Lippia citriodora)精油在生長(zhǎng)季中以6 月中旬最高[16]；甜牛至（Origanum majorana）精油則在8 月最高[17]； 赤松（Pinus densiflora）針葉精油則在6 月最高達(dá)0.61%[18]；其二是存放時(shí)間，即原料的鮮度，鮮度因素報(bào)道較少，文福姬等[18]比較貯存1、3、6、12 個(gè)月后赤松針葉精油含量分別為0.60%、0.58%、0.53%、0.21%,呈逐漸下降趨勢(shì)。由于生產(chǎn)上采摘量大，鮮葉無(wú)法及時(shí)完成蒸餾，因此研究貯存時(shí)間對(duì)精油產(chǎn)量的影響，可以幫助企業(yè)合理安排采摘進(jìn)度。本研究從企業(yè)應(yīng)用的水蒸汽蒸餾法角度著手，試驗(yàn)研究影響龍腦型陰香葉片精油得率的采摘時(shí)間、貯存時(shí)間（鮮度）、浸泡時(shí)間、蒸餾方法、液料比等因素，從中獲得較佳的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源

試驗(yàn)材料采自位于梅州市平遠(yuǎn)縣石正鎮(zhèn)馬山村的某公司龍腦型陰香種植基地內(nèi)，馬山村位于東經(jīng)115°50’1”、北緯 24°28’28”。處于南亞熱帶與中亞熱帶過(guò)渡的氣候區(qū)，氣候溫和，熱量資源豐富，雨量充沛，一月平均氣溫11.1 ℃，七月平均氣溫28.5 ℃，年均氣溫19.3 ℃，年均相對(duì)濕度為77%，極端高溫39 ℃，極端低溫-4 ℃，年降雨量約l 600 mm，年日照時(shí)數(shù)約l 600 h，無(wú)霜期≥ 300 d[19]。2017-2018 年在該公司混系種植基地內(nèi)固定選擇2014 年種植連續(xù)的30 株樹(shù)木，試驗(yàn)各月初從各株樹(shù)中部采樣0.4 kg，合計(jì)12.0 kg，均勻混合作為供試材料。

1.2 精油提取方法

采用《中國(guó)藥典》（2010 版）一部附錄XD[20]，采用水蒸汽蒸餾法提取精油。所用儀器為5 000 mL的套式恒溫器（中國(guó)海寧生產(chǎn)，型號(hào)為TC-15）、自配不銹鋼反應(yīng)釜，蛇形玻璃冷凝管及分液漏斗。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 不同月份/鮮度對(duì)精油得率影響試驗(yàn) 鮮度劃分是按存放5 d 為一個(gè)鮮度，即存放1-5 d 為鮮度 F1、6-10 d 為鮮度 F2、11-15 d 為鮮度 F3、16-20 d 為鮮度 F4、21-25 d 為鮮度 F5。2018 年1-12月連續(xù)12 個(gè)月開(kāi)展試驗(yàn)，每個(gè)月重復(fù)為1 次，合計(jì)12 次重復(fù)。

1.3.2 不同蒸餾方法對(duì)精油得率影響試驗(yàn) 蒸餾方法分共水蒸餾和隔水蒸餾兩種，每個(gè)月重復(fù)5次，連續(xù)試驗(yàn)5 個(gè)月。

1.3.3 碎葉與否對(duì)精油得率影響試驗(yàn) 蒸餾前對(duì)葉片進(jìn)行剪碎處理，處理1 是整葉，處理2 是用剪刀將葉片剪碎到整葉1/10 大小，然后在其他條件相同的情況下開(kāi)展蒸餾試驗(yàn)。在2017 年10-12月每月蒸餾5 個(gè)重復(fù)，合計(jì)15 個(gè)重復(fù)試驗(yàn)。

1.3.4 浸泡時(shí)間對(duì)精油得率影響試驗(yàn) 蒸餾前對(duì)葉片分三種方法進(jìn)行處理，處理1 是對(duì)照不浸泡，處理2 是用蒸餾水浸泡12 h，處理3 是用蒸餾水浸泡24 h，然后在其他條件相同的情況下開(kāi)展蒸餾試驗(yàn)。在2018 年10—12 月每月蒸餾5 個(gè)重復(fù)，合計(jì)重復(fù)15 次試驗(yàn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)的精油得率為研究指標(biāo)，其計(jì)算方法是：

精油得率（%）=精油質(zhì)量（g）/鮮葉質(zhì)量（g）×100

采用微軟OFFICE（2010 版）的EXECL 軟件整理數(shù)據(jù)，應(yīng)用SAS（V9.4）軟件作方差分析與多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同月份/鮮度對(duì)精油得率的影響

黃浩等[14]以鮮葉開(kāi)展研究現(xiàn)龍腦型陰香葉片中精油含量受不同月份/季節(jié)的影響，結(jié)論是差異顯著，以11-12 月最高，因此企業(yè)一般安排在11 月至次年1 月采葉提取精油。由于采收量大，蒸餾生產(chǎn)滯后，因此采收的枝葉需要在車間堆放10～20 d。為了解堆放貯存后不同月份/鮮度的葉片對(duì)精油得率的影響，最大限度提高精油得率，開(kāi)展不同月份/鮮度葉片蒸餾試驗(yàn)。年度內(nèi)12 個(gè)月5 個(gè)鮮度精油得率方差分析結(jié)果顯示：年度內(nèi)各月（包括5 個(gè)鮮度）精油得率差異顯著（F=22.21，P＜0.000 1），但是5 個(gè)不同鮮度精油得率差異不顯著（F=1.47，P=0.214 5）。以不同月份（包括5 個(gè)鮮度）精油得率均值與F1（鮮葉）精油得率一起繪制曲線圖（圖1），圖1 顯示1-9 月份精油得率呈波浪性變化，單月高雙月低，8 月開(kāi)始精油得率開(kāi)始升至11 月最高，然后從11 月起下降2 月，最高的4 個(gè)月依次是11、12、10 和1月，處于當(dāng)?shù)厍锒竟?jié)。鮮葉精油得率除6 月低于全月均值外，其他月份均高于或等于全月均值,變化趨勢(shì)與月均值相同。

圖1 年度內(nèi)不同月份精油得率均值與鮮葉精油得率變化Fig.1 Dynamic change diagram of mean value of essential oil yield and of fresh leaf essential oil yield in each month of the year

圖2 龍腦型陰香不同鮮度精油得率多重比較Fig. 2 Multiple comparison of essential oil yields with different freshness

年度內(nèi)5 個(gè)不同鮮度精油得率多重比較分析圖（圖2）顯示：5 個(gè)鮮度中以F1 精油得率最高，說(shuō)明生產(chǎn)中應(yīng)利用鮮葉進(jìn)行蒸餾，葉片貯存時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。另外圖中還可看出在采后25 天內(nèi)，其精油得率處于一個(gè)變化的過(guò)程中，從采后1 天至15 天，精油得率下降，隨后其含量又呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明采收后的葉片可能仍然存在生理代謝，這種現(xiàn)象在生產(chǎn)中應(yīng)用的意義有待進(jìn)一步研究。

2.2 不同蒸餾方法對(duì)精油得率的影響

在其他條件相同的情況下，開(kāi)展5 個(gè)月2種不同蒸餾方法試驗(yàn)，方差分析結(jié)果顯示2 種不同蒸餾方法精油得率差異不顯著（F=0.05，P=0.818 1），多重比較分析圖（圖3）顯示隔水蒸餾法均值為0.252 2%，較共水蒸餾法均值為0.247 8%稍高，表明不同的蒸餾方法對(duì)精油得率影響不明顯。

圖3 龍腦型陰香2 種不同蒸餾方法精油得率多重比較Fig.3 Multiple comparison of essential oil yields obtained by two different distillation methods

圖4 龍腦型陰香3 種浸泡時(shí)間精油得率多重比較Fig.4 Multiple comparison of essential oil yields of three kinds of soaking time

圖5 龍腦型陰香整葉與碎葉精油得率多重比較Fig.5 Multiple comparison of essential oil yields of full leaves and crushed leaves

2.3 葉片浸泡時(shí)間對(duì)精油得率的影響

方差分析結(jié)果顯示3 種浸泡處理精油得率差異顯著（F=2.76，P=0.076 1），多重比較圖4 顯示，葉片不浸泡與浸泡差異顯著，不同浸泡時(shí)間差異不顯著。說(shuō)明浸泡可能導(dǎo)致精油散失，生產(chǎn)上不需要浸泡處理。

2.4 葉片碎化處理對(duì)精油得率的影響

方差分析結(jié)果整葉與碎葉精油得率差異不顯著（F=0.06，P=0.807 9），但多重比較圖（圖5）顯示碎葉精油得率比整葉高出2.15 個(gè)百分點(diǎn)，因而生產(chǎn)上應(yīng)考慮碎葉的經(jīng)濟(jì)成本來(lái)確定是否需要進(jìn)行碎葉。

3 結(jié)論與討論

年內(nèi)不同月份龍腦陰香葉片精油得率差異顯著，以當(dāng)?shù)?1、12、10 和1 月得率最高。不同鮮度精油得率差異不顯著，但以F1（即新鮮葉片）精油得率最高，說(shuō)明生產(chǎn)中應(yīng)利用鮮葉進(jìn)行蒸餾，葉片貯存時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)貯存中葉片可能仍然存在生理代謝，其精油含量處于一個(gè)先降后升的變化過(guò)程中，這種現(xiàn)象在生產(chǎn)應(yīng)用的意義可以進(jìn)一步深入研究。同樣共水蒸和隔水蒸兩種不同蒸餾方法以及簡(jiǎn)單破碎葉片進(jìn)行蒸餾對(duì)精油得率影響都不明顯，但是不同的浸泡處理有顯著差異，以不浸泡處理為佳，浸泡處理可能導(dǎo)致精油散失。本研究初步結(jié)論是在秋冬季節(jié)的10—12月及翌年1 月采葉，利用新鮮葉片，采用隔水蒸餾法可以獲得較高的精油得率，葉片不需浸泡和簡(jiǎn)單破碎處理。

本研究用各月不同鮮度葉片的精油得率動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與黃浩等[14]研究具胡較高的的相似度，以在非生長(zhǎng)期的秋冬季精油含量較高，但與同科同屬不同化學(xué)型芳樟(C.camphora var. linaloolifera)葉精油含量在生長(zhǎng)季高而非生長(zhǎng)季低的變化規(guī)律也相異[15]而同科同屬的天竺桂（C. japonicum）精油含量也是以12 和1 月為高，但其在生長(zhǎng)初期的3 月出現(xiàn)一個(gè)次高峰[21]；胡文杰等[22]研究另一個(gè)同科同屬的主要化學(xué)成分為異-橙花叔醇的異樟（C. camphora var. sonerolidl）年內(nèi)單數(shù)月精油含量變化規(guī)律，結(jié)論是3—9 月逐漸增加，9 月達(dá)到最高然后下降至1 月。看來(lái)即使同科同屬不同樹(shù)種精油含量動(dòng)態(tài)變化沒(méi)有完全相似的規(guī)律，可能受植物遺傳和氣候環(huán)境等眾多因素的影響，不同樹(shù)種加工企業(yè)應(yīng)深入研究其精油動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，對(duì)提高企業(yè)效益有重要的意義。同樣以采葉為主的互葉白千層不同月份精油含量動(dòng)態(tài)變化規(guī)律是從3月開(kāi)始遞增到10 月達(dá)到最高，然后下降至12 月，含量最高的月份依次是10、9、11 和12 月[23]，與本研究結(jié)論類似，但以采花為主的玫瑰花精油含量集中在花季，不存在月份變化，在花季其精油含量與單株花產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，盛花期花產(chǎn)量大時(shí)精油含量低，而初花期和末花期產(chǎn)花量小時(shí)精油含量高[24]。

水蒸氣蒸餾法主要有四種方式[25]，一是隔水蒸，二是共水蒸，三是汽蒸法，四是發(fā)酵蒸餾法。本研究目前僅比較了前兩種方法。結(jié)果顯示這兩種不同的蒸餾方法差異不明顯，但以隔水蒸精油得率稍高一點(diǎn)。湯強(qiáng)華[26]在以生藥比較兩種方法時(shí)認(rèn)為以共水蒸精油得率相對(duì)較高。齊菲等[27-28]不同材料比較兩種蒸法，結(jié)果都是以共水蒸餾精油得率高于隔水蒸餾，但差異并不大，以當(dāng)歸（Angelica sinensis）、川芎（Ligusticum chuanxiong）為材料共水蒸餾精油得率（0.66%）比隔水蒸餾（0.63%）高0.03%，而以當(dāng)香附（ Cyperus rotundus）艾葉（Artemisia argyi）為材料則共水蒸餾精油得率（0.98%）比隔水蒸餾（0.87%）高0.11 個(gè)百分點(diǎn)。本研究認(rèn)為龍腦型陰香葉片蒸餾前不需要浸泡，但張婷婷等[11]研究丁花香精油提取時(shí)認(rèn)為浸泡24 h 精油得率相對(duì)較高，而齊菲等[27-28]以當(dāng)歸、川芎比較0、0.5、1.0、1.5 和2 h 5 個(gè)浸泡時(shí)間對(duì)精油得率的影響，結(jié)果是以浸泡1 h 精油得率最高，以香附、艾葉為材料比較0、1、2、3、4 h 時(shí)對(duì)揮發(fā)油得率的影響，以浸泡2 h 得率最高。不同物種采用何種蒸餾方法，是否需要浸泡以及浸泡時(shí)間都應(yīng)深入試驗(yàn)研究才能提高精油得率。

影響水蒸氣蒸餾法提高植物精油得率的因素還有很多，如材料深度粉碎度、蒸餾液料比、蒸餾中添加無(wú)機(jī)鹽助劑種類及以及蒸餾時(shí)間等都對(duì)植物精油得率存在影響[10-13，29]，另外近幾年出現(xiàn)超聲輔助水蒸氣蒸餾法，即在蒸餾前用超聲波輔助清洗處理植物材料，然后通過(guò)水蒸氣蒸餾法提取植物精油，其中超聲波功率及處理時(shí)間對(duì)精油得率都有影響[10-11，29-35]。本研究團(tuán)隊(duì)將在后續(xù)研究中以龍腦型陰香為材料深入探討這些因素對(duì)精油得率的影響并作相關(guān)報(bào)道。