少溶劑微波蒸餾同時萃取神農(nóng)香菊葉精油

張博雅,徐明,周婧丹,趙茹,谷會巖*,楊磊,莫開林*

1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；

2.東北林業(yè)大學(xué)化學(xué)化工與資源利用學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；

3.四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川成都 610081

神農(nóng)香菊（Dendranthenma indicumvar.aromaticum）系菊科菊屬多年生草本植物，分布于湖北省神農(nóng)架地區(qū)海拔2 000 m以上向陽的開闊空曠地上，全株具有獨(dú)特的濃郁香氣，為神農(nóng)架地區(qū)特有植物[1]。與原變種相比，神農(nóng)香菊的特點(diǎn)在于花、葉均具有顯著地香氣，其濃郁的香味是衡量其市場價格的重要指標(biāo)之一[2]，神農(nóng)香菊花被用來提取精油或浸膏，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于飲料、中藥、化妝品及香煙中[1]。神農(nóng)香菊是我國特有植物，目前的研究多集中于神農(nóng)香菊花的部位，而莖和葉則丟棄，造成了資源浪費(fèi)[3]。為了更好地開發(fā)和綜合利用神農(nóng)香菊資源，本文采用少溶劑微波蒸餾同時萃取法對神農(nóng)香菊葉的精油提取和分析。

當(dāng)前，植物精油獲得的主要方法是水蒸氣蒸餾法、溶劑提取法、超聲波輔助提取法和超臨界CO2流體萃取法等[4]。溶劑提取法、超聲波輔助提取法和超臨界CO2流體萃取法是基于溶劑的提取方法，獲得的產(chǎn)物黏稠，往往含有長鏈烷烴等非揮發(fā)性化合物，限制了產(chǎn)品的應(yīng)用。水蒸氣蒸餾作為一種有效的方法，可以從天然植物或復(fù)雜的混合物中分離出揮發(fā)性的物質(zhì)，是提取植物精油十分重要的手段之一。但是常規(guī)的水汽蒸餾裝置存在著很多不足之處，最主要的問題就是蒸餾耗時較長，部分揮發(fā)性物質(zhì)與水形成水溶膠（純露）使精油得率降低[5]。微波蒸餾法提取植物精油源于上世紀(jì)80年代，它具有所需溶劑量少、溶解時間短等特點(diǎn)，這項技術(shù)被廣泛應(yīng)用在食品和農(nóng)林業(yè)等領(lǐng)域。微波提取精油技術(shù)有多種形式，從最初的微波輔助水蒸氣蒸餾技術(shù)發(fā)展到無（少）溶劑微波蒸餾等技術(shù)。無（少）溶劑微波蒸餾是無污染、高收率的提取植物精油的一種有效方法[6]。無（少）溶劑微波蒸餾法是利用微波直接對植物加熱的特性，利用原料自身含有的水分汽化，揮發(fā)性成分隨水蒸氣蒸餾。在此過程中，將少量有機(jī)溶劑加入精油提取器的冷凝液接收管中，實(shí)現(xiàn)原位液液萃取，避免了水溶膠的形成，提高精油得率。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和試劑

神農(nóng)香菊新鮮葉片2019年10月采自東北林業(yè)大學(xué)花卉圃，經(jīng)東北林業(yè)大學(xué)何淼教授鑒定。葉片在?20±3℃塑料袋密閉避光冷凍儲存。實(shí)驗(yàn)所用的樣品均為同一批次。格蘭仕微波爐，型號為P70D20N1P-G5，輻照頻率2.45 GHz，連續(xù)可調(diào)功率最大輸出功率為700 W，頂端鉆孔，安裝精油提取器，微波爐改造由東北林業(yè)大學(xué)工科教學(xué)實(shí)習(xí)中心完成。正己烷、沸程30～60 ℃石油醚和沸程60～90 ℃石油醚為國產(chǎn)分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

每次取50 g（折干重）原料，加入1 000 mL的圓底燒瓶中，補(bǔ)加去離子水后，于微波爐中接好精油提取管（管內(nèi)預(yù)先精確裝入定量萃取劑）和冷凝管接通冷卻水后，開啟微波爐以一定的微波輻照功率和時間，停止微波加熱，精油測定管溫度冷卻至室溫后，小心放出上層含有精油的萃取劑（主要盡可能與水分離），揮去萃取劑，計量精油重量和得率。

1.3 常規(guī)水蒸氣蒸餾對照實(shí)驗(yàn)

取上述相同質(zhì)量的物料，置圓底燒瓶中，加入5倍質(zhì)量的去離子水，在相同加熱功率下用加熱套加熱提取精油，提取時間3 h。

1.4 氣相色譜-質(zhì)譜分析精油組分

神農(nóng)香菊葉精油的化學(xué)成分通過安捷倫氣相色譜儀Agilent 6890-5973進(jìn)行檢測分析。進(jìn)樣量1μL。氣相檢測條件如下：升溫程序：柱溫60℃，保持5 min，以10℃·min–1的升溫速度升溫至200℃并保持5 min，再以10℃·min–1升至280℃保持15 min。質(zhì)譜條件：載氣（He）流速1 mL·min–1；電離方式EI；電子能量70 eV；離子源溫度230℃；接口溫度280℃；掃描質(zhì)量范圍15～500 u。得到的數(shù)據(jù)與NIST05質(zhì)譜庫進(jìn)行對比，分析精油組成。

2 結(jié)果和討論

2.1 萃取劑的影響

如圖1所示，隨著正己烷和石油醚(沸程30～60 ℃和60～90℃的)的用量的增加，精油得率迅速增加，當(dāng)萃取劑用量為1 mL時，精油得率接近最大，但當(dāng)進(jìn)一步增加萃取劑的用量時，精油得率增加趨勢變緩，甚至基本維持不變。因此萃取劑用量1 mL即可滿足要求。對比3種萃取劑正己烷、石油醚(沸程30～60℃和60～90℃的)的精油得率，石油醚(沸程30～60℃)的精油得率最大，推測造成上述結(jié)果的原因在于含有精油的萃取劑揮去萃取劑時，高沸點(diǎn)的萃取劑揮發(fā)難度大，揮發(fā)過程中造成精油成分的損失而時得率降低。沸程30～60℃石油醚屬低沸點(diǎn)萃取劑，精油成分損失很少，因此沸程30～60℃石油醚更適合做微波蒸餾同時萃取的萃取劑。

圖1 萃取劑對精油得率的影響Fig.1 Effectsof extraction solvent on essential oil yield

2.2 液料比的影響

選擇石油醚（沸程30～60℃）作為萃取劑，用量1 mL，在微波輻照功率為540 W條件下蒸餾40 min，通過改變料液比，研究料液比對黃酮得率的影響。由圖2可以看出，料液比2∶1為最優(yōu)條件。

圖2 液料比對精油得率的影響Fig.2 Effects of liquid-solid ratio on essential oil yield

2.3 微波輻射功率的影響

選擇石油醚（沸程30～60℃）作為萃取劑，用量1 mL，液料比2∶1 mL·g?1，不同微波輻照功率下蒸餾40 min，結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，隨著微波輻照功率的增大，精油得率增加，微波輻照功率540 W和700 W精油得率無顯著差異，本著節(jié)約能源降低成本的原則，選擇微波輻照功率540 W作為最佳操作條件。

圖3 微波輻照功率對精油得率的影響Fig.3 Effects of microwaveirradiation power on essential oil yield

2.4 微波輻射時間的影響

選擇石油醚（沸程30～60℃）作為萃取劑，用量1 mL，液料比2∶1mL·g?1，在微波輻照功率540 W下蒸餾，精油得率結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯?，隨著微波輻照時間的增加，精油得率增大，當(dāng)微波輻照功率超過40 min后，精油得率增加趨勢變緩，因此選擇微波輻照時間40 min即可達(dá)到滿意。

圖4 微波輻照時間對精油得率的影響Fig.4 Effectsof microwave irradiation timeon essential oil yield

2.5 GC-MS測定精油化學(xué)成分

按照2.4所述對神農(nóng)香菊葉油進(jìn)行分析，通過鑒定得到的成分見表1。如表1所見，神農(nóng)香菊葉精油主要含有乙酸桃金娘烯酯(Myrtenyl acetate)(21.72%)和順式香檜醇(cis-Sabinol)(19.23%)。根據(jù)表1所列結(jié)果表明，少溶劑微波蒸餾同時萃取法得到的精油所含化合物共檢測到47個，常規(guī)的微波水汽蒸餾法得到的精油所含化合物共檢測到44個。2種工藝得到的精油所含化合物的種類相似，各成分含量相差也不大。主要成分乙酸桃金娘烯酯(Myrtenyl acetate)(21.72%)和順式香檜醇(cis-Sabinol)表明神農(nóng)香菊精油成分比較特殊，具有很好的潛在利用價值。

表1 神農(nóng)香菊葉精油組分分析Tab.1 Chemical composition analysis of essential oil from Dendranthenma indicum var.aromaticum leaves

（續(xù)表1）

3 結(jié)論

本文將少溶劑微波蒸餾同時萃取應(yīng)用到神農(nóng)香菊鮮葉精油的提取上，并根據(jù)神農(nóng)香菊精油的得率對蒸餾過程進(jìn)行了一個簡單的優(yōu)化，結(jié)果表示使用石油醚（非常30～60℃）作為萃取劑，用量1 mL，液料比2∶1 mL·g?1，微波輻照功率540 W蒸餾時間40 min為較優(yōu)的操作條件。并與常規(guī)的水蒸氣蒸餾法進(jìn)行對比，根據(jù)神農(nóng)香菊精油的得率得出，少溶劑微波蒸餾同時萃取在神農(nóng)香菊葉精油上，能夠在更短的時間內(nèi)得到一個較高的得率。此外，通過GC-MS分析得出，神農(nóng)香菊葉精油的主要成分是乙酸桃金娘烯酯(Myrtenyl acetate)(21.72%)和順式香檜醇(cis-Sabinol)(19.23%)，因此合理開發(fā)神農(nóng)香菊精油對實(shí)現(xiàn)神農(nóng)香菊的綜合利用具有較大的推進(jìn)作用，而少溶劑微波蒸餾同時萃取更是獲得神農(nóng)香菊葉油的一個較優(yōu)的方法，具有良好的發(fā)展前景。