響應(yīng)面優(yōu)化薰衣草精油的提取工藝及其抗氧化性能研究

高曉敏 龍旭 羅鳳

摘 ? ? ?要：本研究對薰衣草精油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化并考察其抗氧化性能。通過響應(yīng)面優(yōu)化了料液比、浸泡時間、提取時間等參數(shù)。當(dāng)料液比為1∶7、浸泡時間1.0 h，提取時間3.0 h時，薰衣草精油的提取率最高，為1.18%。薰衣草精油具有一定的抗氧化性，且對質(zhì)量濃度有一定的依賴作用，精油量為100 mg·mL-1時，自由基清除率最佳，為70.33%。

關(guān) ?鍵 ?詞：薰衣草;精油;抗氧化;響應(yīng)面法

中圖分類號：O 644.3 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ?文章編號：1671-0460（2020）10-2186-05

Abstract： The extraction process of lavender essential oil was optimized and the antioxidant properties were studied. The response surface method was used to optimize the parameters including the ratio of material to liquid， soaking time and extraction time. The optimum conditions were obtained as follows： the material-liquid ratio 1∶7， the soaking time 1.0 h， and the extraction time 3.0 h. Under above conditions， the extraction rate of lavender essential oil was the highest， 1.18%.The results of antioxidant activities of lavender essential oil showed that the concentration affected the antioxidant activity markedly. When the essential oil concentration was 100 mg·mL-1， the optimal free radical scavenging rate was 70.33%.

Key words： Lavender; essential oil; antioxidant; response surface method

薰衣草為唇形科薰衣草屬半耐熱性植物，喜涼爽，現(xiàn)在我國新疆伊犁地區(qū)大面積種植 [1-4]。薰衣草的莖、葉、花全株都呈現(xiàn)濃郁的香味，沒有刺激感和毒副作用，薰衣草富含精油、香豆素、單寧、類黃酮、類多酚等化學(xué)成分，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化妝、洗滌和食品等領(lǐng)域[5-6]。薰衣草精油具有抗氧化性、鎮(zhèn)定、松弛平滑肌、抗凝血、抗狂躁、驅(qū)蟲、抗真菌、鎮(zhèn)靜催眠和抗焦慮等功效[2， 7-10]。因此，本研究采用薰衣草花朵作為原料，考察提取工藝參數(shù)，利用響應(yīng)面法對薰衣草精油的最佳提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最后考察其體外抗氧化性能，為薰衣草資源的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 ?實驗部分

1.1 ?試劑與儀器

1.1.1 ?試劑

薰衣草花，藥材市場購買;無水乙醇，AR，重慶茂業(yè)化學(xué)試劑有限公司;氯化鈉，AR，重慶茂業(yè)化學(xué)試劑有限公司，無水硫酸鈉，AR，重慶茂業(yè)化學(xué)試劑有限公司;1，1-二苯基-2-苦肼基（DPPH），分析純，Sigma-Aldrich公司。

1.1.2 ?儀器

恒溫磁力攪拌器（IKA C-MAG HS7），紫外-可見分光光度計（日本島津），電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津中環(huán)），粉碎機（A10 basic），電子天平（JM-B10002，諸暨市超澤衡器設(shè)備有限公司），循環(huán)水多用真空泵（SHB-III）。

1.2 ?步驟及表征

1.2.1 ?薰衣草精油水蒸氣蒸餾提取

將原料薰衣草干花置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中于30 ℃干燥24 h，粉碎過20目（0.830 mm）篩備用。提取流程如下：薰衣草干花→粉碎→過20目篩→稱量→浸泡→提取→收集精油→稱量→記錄。

稱取一定量的薰衣草干花粉末置于500 mL三頸燒瓶中，加入適量二次蒸餾水，浸泡一段時間，于100 ℃條件下回流一段時間，獲得蒸餾液。轉(zhuǎn)入分液漏斗中加入2.0 g氯化鈉促進(jìn)油水分離，靜置24 h，加入適量無水硫酸鈉對其進(jìn)行干燥處理，純化后稱重，并用下式計算薰衣草精油的提取率：

精油提取率="精油質(zhì)量（g）" /"原料質(zhì)量（g）" ×100% ?。

1.2.2 ?薰衣草精油最佳提取工藝參數(shù)的考察

1）最佳料液比的確定。準(zhǔn)確稱取40.0 g薰衣草干花細(xì)粉于500 mL三頸燒瓶中，分別按不同料液比（1∶6、1∶7、1∶8和1∶9）加入二次蒸餾水，室溫密閉浸泡1.0 h，在100 ℃條件下回流3.0 h，獲得薰衣草蒸餾液。將薰衣草蒸餾液轉(zhuǎn)至250 mL分液漏斗中，加入2.0 g氯化鈉，靜置24 h待分層后，分離出上層微黃色油狀物，加入1.0 g無水硫酸鈉，待無水硫酸鈉結(jié)成大塊后將其過濾，得純凈薰衣草精油，最后稱重。

2）最佳浸泡時間。準(zhǔn)確稱取40.0 g薰衣草干花細(xì)粉于500 mL三頸燒瓶中，按料液比為1∶7加入二次蒸餾水，室溫分別密閉浸泡不同時間（0、0.5、1.0、1.5、2.0 h），在100 ℃條件下回流3.0 h，獲得薰衣草蒸餾液。將薰衣草蒸餾液轉(zhuǎn)入250 mL分液漏斗中，加入2.0 g氯化鈉，靜置24 h待分層后，分離出上層微黃色油狀物，加入1.0 g無水硫酸鈉，待無水硫酸鈉結(jié)成大塊后將其過濾，得純凈薰衣草精油，最后稱重。

3）最佳提取時間。準(zhǔn)確稱取40.0 g薰衣草干花細(xì)粉于500 mL三頸燒瓶中，按料液比為1∶7加入二次蒸餾水，室溫密閉浸泡1.0 h后在100 ℃條件下分別回流不同時間（2.5 h、3.0 h、3.5 h和4.0 h），獲得薰衣草蒸餾液。將薰衣草蒸餾液轉(zhuǎn)入250 mL分液漏斗中，加入2.0 g氯化鈉，靜置24 h待分層后，分離出上層微黃色油狀物，加入1.0 g無水硫酸鈉，待無水硫酸鈉結(jié)成大塊后將其過濾，得純凈薰衣草精油，最后稱重。

1.2.3 ?抗氧化研究

采用薰衣草精油清除DPPH·自由基能力來研究其抗氧化活性。將薰衣草精油試樣配置成系列不同質(zhì)量濃度的溶液，考察精油質(zhì)量濃度變化對DPPH·自由基的清除率的影響規(guī)律。分別以質(zhì)量濃度和DPPH·自由基清除率作為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)作圖，獲得薰衣草精油質(zhì)量濃度與自由基清除率的關(guān)系圖譜。于516 nm波長下，通過測定吸光度值的變化，對薰衣草精油抗氧化活性的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

準(zhǔn)確移取2.00 mL濃度為0.65 mmol·L-1的DPPH·儲備液，置于100 mL容量瓶中，用無水乙醇稀釋并定容，搖勻備用，溶液濃度為0.065 mmol·L-1。移取上述DPPH?溶液2.00 mL于離心管中，再加入2.00 mL無水乙醇在516 nm處測定吸光度[11]，可得A0;分別移取濃度為0.065 mmol·L-1的DPPH?溶液2.00 mL于7支10 mL離心管中[11]，依次加入質(zhì)量濃度為10、20、30、40、60、80、100 mg·mL-1的薰衣草精油無水乙醇溶液2.00 mL，靜置30 min后測定吸光度可得Ai;分別移取不同質(zhì)量濃度的薰衣草精油溶液于7支離心管中再加入2.00 mL無水乙醇，在516 nm處測得吸光度，可得Aj。每一吸光度值平行測3次，取其平均值。樣品溶液對DPPH?自由基的清除能力按下式計算：

DPPH清除率（%）=（1-（A_i-A_j）/A_0 ）×100% 。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?料液比對薰衣草精油提取率的影響

料液比變化對薰衣草精油提取率的影響趨勢結(jié)果如圖1所示。二次蒸餾水與原料薰衣草顆粒的充分接觸，促使精油類有效物質(zhì)被充分轉(zhuǎn)移至溶劑中，所以精油提取率逐步增加[11]。但當(dāng)料液比超過1∶7后，溶劑水用量提高，薰衣草粉在水中所占比例減少，后處理過程中精油損失增加，導(dǎo)致精油提取率略有所下降。因此，最佳料液比應(yīng)控制為1∶7。

2.2 ?浸泡時間對薰衣草精油提取率的影響

薰衣草精油提取率隨著浸泡時間的變化趨勢如圖2所示。浸泡時間延長，薰衣草精油提取率呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)浸泡時間達(dá)到1.0 h時，提取率最大。但當(dāng)浸泡時間超過1.0 h后，精油提取率反而呈現(xiàn)下降趨勢。這是由于在浸泡過程中，水分子逐步向薰衣草中進(jìn)行擴散，并以其作為載體將精油逐步擴散到其表面，因此，隨著浸泡時間越長，擴散越完全，提取的精油含量就越高[12]。但若浸泡時間過長，薰衣草中的部分精油揮發(fā)，提取率反而會有所下降。因此，最佳浸泡時間為1.0 h。

2.3 ?提取時間對薰衣草精油提取率的影響

圖3為提取時間長短對精油提取率的影響規(guī)律。精油提取率隨著提取時間延長，先增大后減小，當(dāng)提取時間為3.0 h時，精油提取率最大。隨著提取時間的增長，溶劑水將干燥的薰衣草顆粒充分浸潤后并將有效成分溶解出來，使精油的提取率逐步增加。但在有效成分?jǐn)U散完成的前提下，當(dāng)提取時間過長，反而會導(dǎo)致精油中的有效成分揮發(fā)損失而降低總的提取率[11]。綜合考慮提取時間為3.0 h最好。

2.4 ?響應(yīng)面法實驗設(shè)計方案及結(jié)果

綜合考慮薰衣草精油提取過程中的工藝參數(shù)：料液比（A），浸泡時間（B），提取時間（C）對精油提取率的影響，根據(jù)Box-Behnken的設(shè)計原理，設(shè)計了3個因素，每個因素3個水平，見表1。響應(yīng)面實驗方案及結(jié)果如表2所示。

以精油提取率作為因變量，采用Design-Expert軟件對各因素進(jìn)行擬合，得到二次回歸方程： ? ? Y = 1.17 + 0.057 6A + 0.100 7B + 0.046 8C- ? 0.025 3AB + 0.145 3AC + 0.071 5BC - 0.172 3A 2 - 0.114 1B 2 - 0.284 1C 2，R 2 =0.994 5。方差分析如表3所示。模型P值小于0.000 1，說明二次回歸方程顯著性高，模型與實驗實際擬合度良好，實驗誤差相對較小，能較好地反映出精油收率與料液比、浸泡時間和提取時間之間的關(guān)系。二次項中除料液比與浸泡時間的交互作用不顯著外（P>0.05），其他作用均顯著。根據(jù)F值大小可知，影響精油收率的優(yōu)先條件為浸泡時間（B）>料液比（A）>提取時間（C）。

采用Design-Expert軟件擬合分析2個自變量的交互作用對薰衣草精油收率影響的三維響應(yīng)面圖，如圖4所示。等高線的形狀反映出交互效應(yīng)的強弱，橢圓形表示兩因素交互作用顯著，而圓形則表示兩因素交互作用較弱[13]。由圖4可知，料液比與提取時間交互效應(yīng)顯著，浸泡時間與提取時間交互效應(yīng)顯著，料液比與浸泡時間交互效應(yīng)較弱。經(jīng)Design-Expert軟件分析回歸模型的精油的最優(yōu)提取條件為料液比0.145 g·mL-1，浸泡時間1.232 h，提取時間3.078 h，在此條件下精油提取率為1.188%。

2.5 ?驗證試驗

結(jié)合軟件擬合結(jié)果和實驗操作條件，確定薰衣草精油的最優(yōu)提取工藝參數(shù)為料液比為1∶7，浸泡1 h，提取3 h，重復(fù)提取3次，薰衣草精油提取率為1.16%，相對平均偏差為0.57%，RSD為0.61%，說明基于Box-Behnken實驗設(shè)計獲得的最佳提取工藝參數(shù)可靠，具有實用價值。

2.6 ?薰衣草精油的抗氧化性能

圖5為薰衣草質(zhì)量濃度變化對其抗氧化性能的影響規(guī)律。從圖可知，精油質(zhì)量濃度對DPPH·自由基的清除率影響較大。DPPH·是一種很穩(wěn)定的以氮為中心的自由基，其中的N原子可氧化H質(zhì)子從而使顏色變淺，吸光度降低，是評價天然產(chǎn)物抗氧化劑清除DPPH·自由基活性的重要指標(biāo)之一。從圖5可知，薰衣草精油對DPPH·自由基有一定的清除活力，隨著精油質(zhì)量濃度的增加，抗自由基活性持續(xù)升高，這說明精油質(zhì)量濃度和抗氧化性能之間具有明顯的質(zhì)量濃度依賴效應(yīng)，當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到 ? ? 100 mg·mL-1時，自由基清除率可達(dá)到70.33%。

3 ?結(jié)束語

基于薰衣草的藥用價值，以薰衣草干花作為原料，考察料液比、浸泡時間和提取時間對精油提取率的影響規(guī)律。通過響應(yīng)面法建立薰衣草精油水提法的二次多項式數(shù)學(xué)模型，考察了提取工藝參數(shù)之間的交互作用，獲得最佳提取工藝參數(shù)。利用清除DPPH·自由基法考察薰衣草精油的抗氧化性能，結(jié)果表明，薰衣草精油具備明顯的抗氧化性能，為薰衣草產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙潔，唐軍，陳兆慧，等. 薰衣草化學(xué)成分分析及差異標(biāo)志物的識別[J].質(zhì)譜學(xué)報，2016，37（6）：517-525.

[2]林玉環(huán)，高昆，呂鑫華，等. 薰衣草精油的制備及其微膠囊化工藝研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（13）：76-79.

[3]HAWKINS J， HIRES C， DUNNE E， et al. The relationship between lavender and tea tree essential oils and pediatric endocrine disorders： A systematic review of the literature [J].Complementary Therapies in Medicine， 2020， 49： 102288.

[4]KHAYYAT S.Thermal，photo-oxidation and antimicrobial studies of linalyl acetate as a major ingredient of lavender essential oil [J]. Arabian Journal of Chemistry， 2020， 13（1）：1575-1581.

[5]古力尼尕爾·阿布力克木，尼格爾熱依·亞迪卡爾，阿吉艾克拜爾·艾薩，等. 薰衣草殘渣化學(xué)成分及其生物活性[J].中成藥， 2019，41（4）：818-822.

[6]楊慧，吳俊穗，陳立偉，等. 薰衣草精油包合最佳條件的研究[J].飼料研究，2019（7）：86-88.

[7]譚為，張?zhí)m蘭，涂磊，等. 薰衣草總黃酮抗UVB致皮膚光損傷的防護(hù)作用[J]. 時珍國醫(yī)國藥，2019，30（5）：1087-1090.

[8]吳樟強.薰衣草精油應(yīng)用研究進(jìn)展[J].營養(yǎng)與日糧，2016，330（10）：26-28.

[9]郝瑞芬，朱羽堯，陳斌，等. 三種薰衣草葉精油含量及成分研究[J]. 中國食品添加劑試驗研究，2016（6）：53-59.

[10]RAFII F， AMERI F， HAGHANI H， et al.The effect of aromatherapy massage with lavender and chamomile oil on anxiety and sleep quality of patients with burns [J]. Burns， 2020，46（1）：164-171.

[11]龍旭，唐于平，史亞軍，等. 竹葉黃酮提取工藝及體外抗氧化性研究綜合實驗[J].化學(xué)教育（中英文），2019，40（18）：65-69.

[12]劉楠楠，蔣水星.秦嶺艾葉揮發(fā)油的提取工藝及微膠囊的制備研究[J].現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)研究，2018，33（16）：24-28.

[13]楊靜，聶炎炎，陳遂，等. 響應(yīng)曲面優(yōu)化—微波輔助法對葛根中葛根素的提取及測定[J]. 當(dāng)代化工，2018，47（1）：64-67.