超聲輔助水蒸氣蒸餾提取硬尖神香草精油的工藝優(yōu)化

付 曉，王 瑩，蘭 衛(wèi)*

(1.新疆醫(yī)科大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院，新疆 烏魯木齊 830002)

神香草是新疆特有的芳香植物，野生硬尖神香草主要產(chǎn)于新疆北部阿勒泰地區(qū)[1]。硬尖神香草為唇形科(Labiatae)、神香草屬(Hyssopus)硬尖神香草(HyssopuscuspidatusBoriss.)全草[2]，為民間傳統(tǒng)習(xí)用藥材，主要用于治療咳嗽、氣喘、感冒發(fā)熱和風(fēng)濕等[3]。神香草精油用途廣泛，經(jīng)濟(jì)價值極高，研究者因此對神香草精油的提取工藝進(jìn)行了廣泛研究。2016年，吳曉菊等先后對超聲強(qiáng)化水蒸氣蒸餾法[4]、水蒸氣蒸餾法[5]、有機(jī)溶劑法[6]提取神香草精油的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，確定超聲強(qiáng)化水蒸氣蒸餾法的最優(yōu)工藝條件為：超聲功率160 W、超聲強(qiáng)化時間15 min、料液比1∶15(g∶mL，下同)、提取時間1 h，精油得率為0.738%；水蒸氣蒸餾法的最優(yōu)工藝條件為：料液比1∶15、MgSO4用量10 g·L-1、提取時間2 h，精油得率為0.688%；有機(jī)溶劑法的最優(yōu)工藝條件為：提取溶劑為正己烷、提取時間4 h、提取溫度50 ℃、料液比1∶15，精油得率為1.093%。

超聲提取法主要利用機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)、熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)促進(jìn)目標(biāo)分子快速從載體上分離。采用超聲法提取硬尖神香草精油，質(zhì)量好的硬尖神香草，精油含量高，有神香草的特異香氣，香氣濃郁；質(zhì)量差的硬尖神香草，精油含量低，香氣寡淡，甚至無味；提取工藝也因硬尖神香草的品種、產(chǎn)地、采收時間、貯藏時間的不同而有所不同，精油得率差別也很大。因此，作者采用超聲輔助水蒸氣蒸餾提取硬尖神香草精油，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)對影響精油得率的超聲頻率、超聲時間、料液比、提取時間等因素進(jìn)行優(yōu)化，以得到最優(yōu)的提取工藝，為規(guī)?；a(chǎn)提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

硬尖神香草，由新疆銀朵蘭維藥股份有限公司提供，并由新疆醫(yī)科大學(xué)姚藍(lán)副教授鑒定為硬尖神香草(HyssopuscuspidatusBoriss.)。

揮發(fā)油提取器，鹽城新明特玻璃儀器有限公司；MS304TS型電子天平，梅特勒托利多公司；HH-S4型電熱套，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；KQ-300VDV型雙頻數(shù)控超聲清洗儀，昆山舒美超聲儀器有限公司。

1.2 超聲輔助水蒸氣蒸餾提取硬尖神香草精油

取硬尖神香草，干燥，粉碎，過篩，按一定料液比加入蒸餾水，將超聲發(fā)生器連接水蒸氣蒸餾器和冷凝器；在一定超聲頻率下超聲一定時間，然后水蒸氣蒸餾提取一定時間，收集精油，按下式計(jì)算精油得率：

1.3 提取工藝優(yōu)化

首先采用單因素實(shí)驗(yàn)考察超聲頻率、超聲時間、料液比、提取時間對精油得率的影響；然后以精油得率為指標(biāo)，以超聲頻率、超聲時間、料液比、提取時間為考察因素，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化硬尖神香草精油的提取工藝。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果[7-10]

2.1.1 超聲頻率對精油得率的影響

取50 g硬尖神香草粗粉，固定超聲時間為30 min、料液比為1∶8、提取時間為2 h，在超聲頻率分別為40 kHz、60 kHz、80 kHz、100 kHz時提取硬尖神香草精油，考察超聲頻率對精油得率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 超聲頻率對精油得率的影響

由圖1可知，隨著超聲頻率的升高，硬尖神香草精油得率先升高后降低，在超聲頻率為60 kHz、80 kHz、100 kHz時精油得率較高，80 kHz時達(dá)到最高。因此，選擇60 kHz、80 kHz、100 kHz作為正交實(shí)驗(yàn)超聲頻率的3個水平。

2.1.2 超聲時間對精油得率的影響

取50 g硬尖神香草粗粉，固定超聲頻率為80 kHz、料液比為1∶8、提取時間為2 h，在超聲時間分別為15 min、30 min、45 min、60 min時提取硬尖神香草精油，考察超聲時間對精油得率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 超聲時間對精油得率的影響

由圖2可知，隨著超聲時間的延長，硬尖神香草精油得率先升高后降低，在超聲時間為30 min、45 min、60 min時精油得率較高，45 min時達(dá)到最高。因此，選擇30 min、45 min、60 min作為正交實(shí)驗(yàn)超聲時間的3個水平。

2.1.3 料液比對精油得率的影響

取50 g硬尖神香草粗粉，分別按料液比1∶6、1∶8、1∶10、1∶12加入蒸餾水，在超聲頻率為80 kHz、超聲時間為45 min、提取時間為2 h的條件下提取硬尖神香草精油，考察料液比對精油得率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 料液比對精油得率的影響

由圖3可知，隨著料液比的減小，即提取溶劑蒸餾水用量的增加，硬尖神香草精油得率先升高后降低，在料液比為1∶6、1∶8、1∶10時精油得率較高，1∶8時達(dá)到最高。因此，選擇1∶6、1∶8、1∶10作為正交實(shí)驗(yàn)料液比的3個水平。

2.1.4 提取時間對精油得率的影響

取50 g硬尖神香草粗粉，在超聲頻率為80 kHz、料液比為1∶8、超聲時間為45 min的條件下分別提取1 h、2 h、3 h、4 h，考察提取時間對精油得率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 提取時間對精油得率的影響

由圖4可知，隨著提取時間的延長，硬尖神香草精油得率先升高后降低，在提取時間為2 h、3 h、4 h時精油得率較高，3 h時達(dá)到最高。因此，選擇2 h、3 h、4 h作為正交實(shí)驗(yàn)提取時間的3個水平。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以精油得率為指標(biāo)，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化硬尖神香草精油的提取工藝。L9(34)正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平見表1，結(jié)果與分析見表2。

表1 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平

表2 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析

由表2中R值可知，各因素對硬尖神香草精油得率的影響大小依次為：D(提取時間)>B(超聲時間)>A(超聲頻率)>C(料液比)；最優(yōu)提取工藝組合為A1B2C1D2，即超聲頻率60 kHz、超聲時間45 min、料液比1∶6、提取時間3 h。由F值和P值可知，提取時間對精油得率有顯著性影響(P<0.05)，而超聲頻率、超聲時間、料液比對精油得率無顯著性影響，故確定最優(yōu)提取工藝為A1B1C1D2，即超聲頻率60 kHz、超聲時間30 min、料液比1∶6、提取時間3 h。

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在超聲頻率為60 kHz、超聲時間為30 min、料液比為1∶6、提取時間為3 h的最優(yōu)條件下采用超聲輔助水蒸氣蒸餾法提取硬尖神香草精油，3個平行實(shí)驗(yàn)的精油得率分別為1.35%、1.35%、1.40%，平均得率為1.37%，RSD值為1.72%。在相同條件下，即料液比1∶6、提取時間3 h，采用常規(guī)水蒸氣蒸餾法提取硬尖神香草精油，精油得率為1.12%。與常規(guī)水蒸氣蒸餾法相比，超聲輔助水蒸氣蒸餾提取硬尖神香草精油的得率提高了22.32%。

3 結(jié)論

采用單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)對超聲輔助水蒸氣蒸餾提取硬尖神香草精油的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，確定最優(yōu)工藝條件為：超聲頻率60 kHz、超聲時間30 min、料液比1∶6(g∶mL)、提取時間3 h，在此條件下，精油得率為1.37%。與常規(guī)水蒸氣蒸餾法(1.12%)相比，超聲輔助水蒸氣蒸餾提取硬尖神香草精油的得率提高了22.32%。