用不同方法提取山蒼子油的比較研究

韓艷利，曠春桃，李湘洲，姜思同，李 穎

（中南林業(yè)科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410004）

用不同方法提取山蒼子油的比較研究

韓艷利，曠春桃，李湘洲，姜思同，李 穎

（中南林業(yè)科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410004）

采用超聲微波輔助水蒸氣蒸餾法，微波輔助水蒸氣蒸餾法和水蒸氣蒸餾法提取山蒼子干果中山蒼子油。通過單因素實驗對提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，超聲微波協(xié)同提取法的提取條件為：微波功率100 W，液料比20∶1，提取時間2 h，得率為3.22%；微波輔助水蒸氣蒸餾法的提取條件為：微波功率100 W，液料比20∶1，提取時間2 h，得率為3.20%；在液料比為20∶1，提取時間為4h的條件下，普通水蒸氣蒸餾法的得率為3.17%。

山蒼子油；提取；超聲微波輔助水蒸氣蒸餾法；微波輔助水蒸氣蒸餾法；水蒸氣蒸餾法

山蒼子Litsea cubeba是樟科木姜子屬落葉灌木或小喬木，主要分布在我國湖南、廣東、江西和貴州等省份[1]，其果實中富含精油，俗稱山蒼子油，山蒼子油具有抗氧化[2-4]，抗菌[5-6]和抗病蟲害[7-9]等作用，在醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域有著重要作用；山蒼子油中主要成分為檸檬醛，檸檬醛是一種合成香料的重要原料[10-13]，廣泛應(yīng)用于日化、煙草、化妝品、食品等領(lǐng)域。

目前工業(yè)上提取山蒼子油主要采用水蒸氣蒸餾法（SD），鄧波[14]采用SD法提取山蒼子油，比較了山蒼子粉碎前后的提取情況，粉碎后山蒼子油的提取率提高，能耗降低，提取時間縮短，與其它新型提取方法相比，該方法得率低，耗時長。張德權(quán)等[15]采用超臨界CO2提取山蒼子果實中山蒼子精油和山蒼子核仁油，山蒼子油和核仁油總得率為30.19%，主要為核仁油，要獲得山蒼子油需要進(jìn)一步分離。因此研究如何高效提取山蒼子油對于提高山蒼子資源的利用具有重要意義。

微波輔助水蒸氣蒸餾法（MASD）具有選擇性高，穿透性強(qiáng)等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于揮發(fā)油的提取[16-17]；超聲-微波協(xié)同提取法（UMASD）結(jié)合了微波的加熱迅速和超聲波的空化振蕩等優(yōu)點，已有采用該方法提取揮發(fā)油的研究報道[18-19]，研究表明，上述方法在提取揮發(fā)油方面具有提取效率高，提取時間短的優(yōu)點。

通過對本實驗的超聲-微波協(xié)同萃取儀進(jìn)行改造，使之適用于MASD和UMASD提取揮發(fā)油，然后采用SD，MASD和UMASD分別提取山蒼子干果中山蒼子油，優(yōu)化其提取工藝，旨在為山蒼子油的提取和利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山蒼子干果（湖南永順，粉碎，過20目備用），蒸餾水（自制），石油醚（30-60沸程)（天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司）。

1.2 主要儀器

CW2000超聲-微波協(xié)同萃取儀（上海新拓微波溶樣測試技術(shù)有限公司），WK-10B高能性中藥粉碎機(jī)（山東青州市精誠機(jī)械制造有限公司），ZDHW調(diào)溫電熱套（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗裝置圖

本研究通過本實驗室的超聲-微波協(xié)同萃取儀進(jìn)行改造，使之適用于MASD和UMASD提取揮發(fā)油，實驗裝置如圖1。

圖1 超聲微波協(xié)同法和微波輔助水蒸氣法裝置Fig.1 Schematic of UMASD and MASD

1.3.2 山蒼子油含量的測定

稱取40 g山蒼子干果于1 000 mL圓底燒瓶中，加入約400 mL蒸餾水，連接揮發(fā)油測定器，按《中國藥典》2010版一部附錄XD揮發(fā)油測定法測定山蒼子干果中精油含量，平行測定3次，取平均值。

1.3.3 UMASD提取山蒼子油

稱取一定質(zhì)量過20目的山蒼子粉末，加入超聲微波協(xié)同提取儀的500 mL反應(yīng)器中，按試驗設(shè)計方案加入一定比例蒸餾水，設(shè)置微波功率和提取時間，提取完畢后將提取出的山蒼子油轉(zhuǎn)移至已稱量好的小燒杯中，用石油醚潤洗揮發(fā)油收集器內(nèi)壁，將殘余液一并轉(zhuǎn)移至小燒杯中，待石油醚揮發(fā)完畢后稱量，計算得率。

1.3.4 MASD提取山蒼子油

采用1.3.3 的方法提取山蒼子油，區(qū)別是在提取時將超聲波關(guān)閉。

1.3.5 SD提取山蒼子油

稱取一定質(zhì)量的山蒼子粉末，加入500 mL蒸餾燒瓶中，按試驗條件加入一定量蒸餾水，連接揮發(fā)油測定器，電熱套微沸加熱至設(shè)定時間，其它處理方法同1.3.3，計算得率。

2 結(jié)果與分析

2.1 山蒼子油的含量

按《中國藥典》2010版一部附錄XD揮發(fā)油測定法測定山蒼子干果中油含量，平均含量為3.35%。

2.2 UMASD和MASD提取山蒼子油

2.2.1 微波功率對山蒼子油得率的影響

在液料比為10∶1，提取時間2 h下，考察了不同功率對提取山蒼子油得率的影響。

表1 山蒼子油得率與微波功率的關(guān)系(UMASD和MASD)Table 1 Relationship of L. cubeba essential oil yield and microwave power (UMASD and MASD)

由表1可以看出，隨著微波功率的增大，UMASD和MASD法提取山蒼子油的得率增大，相同條件下，UMASD的得率高于MASD，因為在超聲振蕩和微波的協(xié)同作用下，山蒼子果實細(xì)胞壁更容易破裂，山蒼子油的逸出速率更快，從而導(dǎo)致得率增大，但微波功率過高會導(dǎo)致液體爆沸，故適宜功率選擇100 W。

2.2.2 液料比對山蒼子油得率的影響

在微波功率100 W，提取時間2 h下，考察了不同液料比對提取山蒼子油得率的影響。

表2 山蒼子油得率與液料比關(guān)系（UMASD和MASD）Table 2 Relationship of L. cubeba essential oil yield and liquid to solid ratio (UMASD and MASD)

由表2可知，隨著液料比的增大，山蒼子油的得率逐漸變大，當(dāng)液料比為達(dá)到20∶1后，山蒼子油的得率不再增加，由Fick定律可知，溶質(zhì)的擴(kuò)散速率與濃度差成正比，故得率隨液料比增大而增大，當(dāng)液料比超過20∶1后，由于干果粉末投料量的減少，導(dǎo)致?lián)]發(fā)油收集過程中損失加大，故適宜液料比為20∶1。

2.2.3 提取時間對山蒼子油得率的影響

在微波功率為100 W，液料比為20∶1條件下，考察了不同提取時間對山蒼子油得率的影響。

表3 山蒼子油得率與提取時間關(guān)系（UMASD和MASD）Table 3 Relationship of L. cubeba essential oil yield andextraction time (UMASD and MASD)

由表3可以看出，山蒼子油的得率隨著時間的增加而增大，2 h后增加緩慢。已有研究表明，超聲波的空化效應(yīng)和伴隨超聲波空化產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)會使得渦流擴(kuò)散加強(qiáng)[21]，從而在提取過程中增大了總的擴(kuò)散系數(shù)[22]，縮短了提取時間；而微波除具有加熱作用外，還具有區(qū)別于常規(guī)加熱方式的非熱效應(yīng)[23]，非熱效應(yīng)會產(chǎn)生諸如促進(jìn)物質(zhì)擴(kuò)散等作用，同樣會縮短提取時間。因此，在山蒼子油的提取過程中，2 h內(nèi)已將大部分山蒼子油提取出來，同時，考慮到提取時間過長可能還會導(dǎo)致山蒼子油中化學(xué)成分的變化，因此，適宜提取時間為2 h。

2.3 SD提取山蒼子精油

2.3.1 液料比對山蒼子油得率的影響

在提取時間為2 h時，考察不同液料比對山蒼子油得率的影響。

表4 山蒼子油得率與液料比關(guān)系（SD）Table 4 Relationship of L. cubeba essential oil yield and liquid to solid ratio (SD)

由表4可以看出，隨著液料比的增大，山蒼子油的提取率逐漸變大，至20∶1后趨于穩(wěn)定，但傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法加熱慢，受熱不均勻，對細(xì)胞壁的破壞作用小，山蒼子油得率增加不大。

2.3.2 提取時間對山蒼子油得率的影響

在液料比為20:1時，考察不同提取時間對山蒼子油得率的影響。

表5 山蒼子油得率與提取時間關(guān)系（SD）Table 5 Relationship of L. cubeba essential oil yield and extraction time (SD)

從表5可以看出，隨著提取時間的增大，山蒼子油的得率逐漸增大，在5.0 h可達(dá)最大，因為水蒸氣蒸餾法提取山蒼子油的擴(kuò)散系數(shù)小，傳質(zhì)速率比較慢，所以需要較長時間才能將山蒼子油提取完全。但當(dāng)提取時間為4.0 h時，山蒼子油提取率逐漸趨緩，同時鑒于提取時間不宜過長的原則，因此，適宜提取時間為4.0 h。

3 結(jié) 論

山蒼子干果中平均含油率為3.35%；單因素實驗表明，UMASD提取山蒼子油的條件為功率100.00 W，液料比20∶1，提取時間2 h，得率為3.22%。

MASD提取山蒼子油的條件為功率為100 W，液料比為20∶1，提取時間為2 h，得率為3.20%。

SD提取山蒼子油的條件為液料比為20∶1，提取時間為4 h，得率為3.17%。

受微波加熱的非熱效應(yīng)和超聲場中空化和機(jī)械攪拌振蕩作用的影響，UMASD和MASD提取山蒼子油在較短時間內(nèi)就可以將山蒼子油提取完全，得率較高，較之SD提取山蒼子油有較大優(yōu)勢；但有關(guān)UMASD和MASD提取山蒼子油的化學(xué)成分與SD法的比較還需進(jìn)一步研究，以便為UMASD和MASD的應(yīng)用提供一定理論依據(jù)。

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Comparative study of extraction of Litsea cubeba essential oil by different methods

HAN Yan-li, KUANG Chun-tao, LI Xiang-zhou, JIANG Si-tong, LI Ying
(School of Materials Science and Engineering, Central South University of Forestry &Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

∶ Ultrasonic and microwave-assisted steam distillation (UMASD), microwave-assisted steam distillation(MASD) and steam distillation(SD) were used to extract essential oil from dried Litsea cubeba fruits. The extraction process was optimized by single factor experiments. The extraction yield of UMASD was 3.22% under the optimum conditions of microwave power 100W, liquid to solid ratio 20∶1 and extraction time 2 hours. The extraction yield of MASD was 3.20% under the optimum conditions of microwave power 100 W, liquid to solid ratio 20∶1 and extraction time 2 hours. The extraction yield of SD was 3.17% under liquid to solid ratio 20∶1 and extraction time 4 hours.

∶ Litsea cubeba essential oil; extraction; ultrasonic and microwave-assisted steam distillation; microwave-assisted steam distillation; steam distillation

S727.32

A

1673-923X(2013)11-0175-04

2013-08-16

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201204811)，湖南省科技計劃項目(2012NK3103)

韓艷利（1986-），男，遼寧北票人，碩士研究生，主要從事天然產(chǎn)物化學(xué)與利用

曠春桃（1973-），男，湖南衡山人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事天然產(chǎn)物化學(xué)與利用及有機(jī)合成的研究；E-mail：hnkct@163.com

[本文編校：吳 毅]