新鮮黃山貢菊葉中揮發(fā)油的提取＊

胡曉倩,朱洋洋,陳樂,吳永祥

(黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,黃山安徽,245041)

新鮮黃山貢菊葉中揮發(fā)油的提取＊

胡曉倩,朱洋洋,陳樂,吳永祥

(黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,黃山安徽,245041)

文中采用水蒸氣蒸餾法對黃山貢菊新鮮根、莖、葉、花及干葉、干花中揮發(fā)油進行了提取實驗,并用正交實驗法對新鮮葉中揮發(fā)油的提取條件進行了優(yōu)化。實驗結(jié)果表明:從葉中提取的揮發(fā)油得率最高,pH值在 5～9之間對葉中揮發(fā)油的得率無明顯影響,粒徑大小、浸泡時間、料液比、蒸餾時間對揮發(fā)油的得率均有影響,優(yōu)化后最佳提取工藝為粒徑大小 4 mm、浸泡時間 12 h、料液比 (g∶mL)1∶3、蒸餾時間 4 h,揮發(fā)油得率達 0.002 0 mL/g,驗證實驗表明此工藝穩(wěn)定、可行。

黃山貢菊葉,水蒸氣蒸餾法,正交實驗,揮發(fā)油

貢菊[Dendranthem a m orifolium(Ramat)Tzvel.cv.Gongju]中有效成分主要為揮發(fā)油、黃酮、綠原酸等[1-5],而揮發(fā)油有較好的藥理作用,如抑菌性能[6]、抗氧化性能[7]、消炎作用[8]等。菊花根、嫩苗、葉、花均可入藥,菊花莖葉與花序的藥用功能相似[9],但目前對貢菊的研究和利用多集中在花序上,對貢菊干花中揮發(fā)油的提取工藝及組分都已有一定的研究,如秦民堅等測得從貢菊干花中提取的揮發(fā)油成分主要為萜類和倍半萜的含氧衍生物及烷烴類[10]。Shoji Yahara等從貢菊花中分得一種新的三萜棕櫚酸酯[11]。一直以來,學(xué)者對黃山貢菊的根、莖、葉等部位的研究與利用較少。在貢菊的栽培過程中,會產(chǎn)生大量莖葉,如能將這些莖葉進行開發(fā)利用,則能大大提高藥農(nóng)收入,增加菊花栽培的經(jīng)濟效益。本研究擬著重對黃山貢菊葉中揮發(fā)油的提取工藝進行了研究,旨為作為藥用和保健食品資源的黃山貢菊植株不同部位的綜合開發(fā)利用提供實驗參考依據(jù)。

1 實驗材料與儀器

1.1 材料

黃山貢菊 [Dendranthem a m orifolium(Ramat)Tzvel.cv.Gongju]植株,采自黃山貢菊原產(chǎn)地黃山市歙縣上豐趙村;貢菊干花,購于黃山市豐華大市場,由黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院張慧沖副教授鑒定。

1.2 主要儀器

揮發(fā)油提取測定儀 (安徽省天長市千玻教學(xué)儀器有限公司),YP3001N電子天平 (上海精密科學(xué)儀器有限公司),DGX-9073B-2電熱鼓風(fēng)干燥箱 (上海福瑪實驗設(shè)備有限公司)。

2 實驗方法

2.1 材料預(yù)處理

取新鮮貢菊植株,除去枯黃及壞死部分,清洗,晾干,摘下葉,切下根,把新鮮根、莖、葉裝進保鮮袋放入冰箱備用。新鮮葉 60℃烘干,碎成粒徑 2～4 mm備用。

2.2 水蒸氣蒸餾法提取揮發(fā)油的基本步驟[12]

(1)用天平稱取樣品,碎成粒徑 2～4 mm。向1 000 mL圓底燒瓶中加自來水、材料及沸石 5粒。

(2)燒瓶置電熱套中連接電源 (電壓為 150 V)緩緩加熱至沸。在飽和水蒸氣的滲透擴散作用下,貢菊內(nèi)低沸點油分先被蒸出,在加大蒸氣流量時,稍高沸點油分被蒸出,從而能高效提取揮發(fā)油。保持微沸至測定器中油滴不再增加,實驗發(fā)現(xiàn),約 4～5 h以后揮發(fā)油得量非常穩(wěn)定。

(3)停止加熱,放置片刻,開啟活塞使油層下降至其上端恰與刻度 0線平齊,讀取揮發(fā)油得量 (mL),并計算供樣品中揮發(fā)油的得率 (mL/g)。

2.3 揮發(fā)油得率的計算

2.4 從貢菊干葉與干花中提取揮發(fā)油得率的比較

干葉和干花分別取材料 50 g,700 mL蒸餾水浸泡 12 h,按照方法 2.2分別提取其中的揮發(fā)油。

2.5 從新鮮貢菊植株不同部位(花、根、莖、葉)中提取揮發(fā)油

按照方法 2.2,分別取黃山貢菊不同部位 (花、根、莖、葉 )的材料 200 g,分別按照 1∶2、1∶2.5、1∶3(g∶mL)料液比加蒸餾水浸泡 12 h,在揮發(fā)油測定器中150 V蒸餾 5 h。

2.6 不同 pH值提取貢菊葉中的揮發(fā)油

按照方法 2.2,稱取黃山貢菊葉 200 g,按 1∶3料液比加蒸餾水浸泡 12 h,提取時自然狀態(tài)下的 pH值為 7,實驗組用 1 mol/L的 HCl或 NaOH調(diào) pH值分別為 5和 9。

2.7 正交實驗法優(yōu)化貢菊葉中揮發(fā)油的提取工藝

查閱有關(guān)文獻資料[13]和根據(jù)進行的預(yù)實驗,本實驗選擇粒徑大小 (A)、浸泡時間 (B)、料液比 (C)、蒸餾時間(D)4個因素,以揮發(fā)油得率為考察指標,每個因素選擇 3個水平,選用 L9(34)正交表進行實驗,以期得到一種提取成本低但提取效率高,揮發(fā)油質(zhì)量好的提取條件。

2.7.1 因素水平表的設(shè)置

表1 因素水平表

2.7.2 正交實驗的方案

表2 正交實驗方案

3 結(jié)果與分析

3.1 從黃山貢菊干葉與干花中提取揮發(fā)油得率的比較

表3 從黃山貢菊干葉與干花中提取揮發(fā)油的得率

從表 3可知,貢菊干葉中提取揮發(fā)油的得率為0.006 5 mL/g,顯著高于從貢菊干花中提取揮發(fā)油的得率 0.003 8 mL/g。

3.2 新鮮貢菊植株不同部位(根、莖、葉、花)提取揮發(fā)油得率的比較

表4 新鮮貢菊植株不同部位(根、莖、葉、花)提取的揮發(fā)油的得率

從表 4可以看出,從新鮮貢菊植株不同部位(葉、莖、根、花)提取到的揮發(fā)油的量有顯著差異,其中從新鮮貢菊葉中提取到的揮發(fā)油量最高,分別比莖中提取的約高 3倍,比根中提取的約高 7倍;從新鮮貢菊花中提取到的揮發(fā)油的量是微乎其微。作者所查到的文獻資料基本都是以四大名菊 (貢菊、滁菊、杭菊、亳菊)的干花為研究對象的,但本實驗研究表明,不論是從新鮮的貢菊葉中還是從貢菊干葉中,提取揮發(fā)油的得率要顯著高于從花中的揮發(fā)油提取得率,這為黃山貢菊的研究開發(fā)提供了新的發(fā)展思路。目前,黃山貢菊的開發(fā)利用 40%用于醫(yī)藥配方,60%用于飲料方面。因此,黃山貢菊的根莖葉,尤其是葉,在醫(yī)用方面的開發(fā)有較大的潛力,而花則是飲品的價值較高。

劉青等[14]得貢菊花中揮發(fā)油為黃色,按《中華人民共和國藥典》2000年版附錄中揮發(fā)油測定法得到揮發(fā)油是黃褐色[15]。本實驗所得揮發(fā)油顏色根據(jù)提取部位的不同有所差異,分別有淡黃色、黃色、紅棕色、紅褐色、深綠色 5種 (表 3、表 4)。從黃山貢菊根、莖、葉提取到的揮發(fā)油分別是紅褐色和黃色,還是符合文獻和藥典的要求,只有從黃山貢菊干花中提取到的揮發(fā)油呈深綠色,顏色明顯差異于從干葉中及新鮮根莖葉中提取的揮發(fā)油的顏色,這可能是因為從新鮮貢菊菊花制成干花的過程中,由于溫度、水分的改變、或者是制作過程添加了某些化學(xué)物質(zhì)等因素導(dǎo)致了提取的揮發(fā)油的顏色的改變。

綜上所述,新鮮貢菊葉可以做為揮發(fā)油提取的優(yōu)良原材料。本實驗的后續(xù)研究就以新鮮貢菊葉為研究對象,來優(yōu)化從貢菊葉中提取揮發(fā)油的工藝。

3.3 不同 pH值對貢菊葉揮發(fā)油提取得率的影響

表5表明,在 pH值 5、pH值 7(自然狀態(tài)下)、pH值 9這 3種狀態(tài)下,從貢菊葉中提取揮發(fā)油的得率基本一致,因此,在自然狀態(tài)下提取葉中的揮發(fā)油可以不考慮 pH值這個因素的影響。

表5 不同 pH值對貢菊葉揮發(fā)油提取得率的影響

3.4 正交實驗結(jié)果分析

3.4.1 正交實驗結(jié)果

表 6 正交實驗結(jié)果 L 9(34)(n=2)

3.4.2 正交實驗方差分析表

表7 方差分析表

由表 7可知:對揮發(fā)油得率的影響大小,為浸泡時間﹥蒸餾時間﹥粒徑大小﹥料液比,其中浸泡時間和蒸餾時間對揮發(fā)油得率的影響尤為明顯。

3.4.3 正交因子效應(yīng)圖

由表 7可畫出 4個正交影響因子的效應(yīng)曲線圖(圖1)。

圖 1 四個正交因子的影響效應(yīng)曲線圖

由圖 1可知,從黃山貢菊葉中提取揮發(fā)油得率最高的工藝 (A1B3C3D3)為粒徑大小 2 mm、浸泡時間 12 h、料液比 1∶4、蒸餾時間 5 h。

(1)粒徑越小越好,但在 2～4 mm間對得率只有輕微影響。考慮到切的越小越費時費力,很不經(jīng)濟,所以選擇粒徑大小 4 mm很合適。

(2)由曲線走勢可知,浸泡時間小于 6 h對得率影響不明顯,但超過 6 h對得率的影響明顯增強。所以浸泡時間不應(yīng)低于 6 h,本實驗浸泡時間為 12 h效果最好。

(3)料液比對得率的效應(yīng)曲線趨向平緩,考慮到應(yīng)節(jié)約水資源,所以料液比 1∶3為最佳選擇。

(4)蒸餾時間在 3～4 h間效應(yīng)曲線上升特快,4～5 h間趨向平緩。考慮到電能的利用對得率的影響,所以以定蒸餾時間 4 h為合理。

(5)綜合考慮以上四因素,用水蒸氣蒸餾法提取黃山貢菊葉中揮發(fā)油時的優(yōu)化最佳工藝 (A2B3C2D2)為:粒徑大小 4 mm、浸泡時間 12 h、料液比 1∶3、蒸餾時間 4 h。

3.4.4 驗證實驗結(jié)果

為了考察在實際生產(chǎn)中優(yōu)化最佳提取工藝是否既能節(jié)約提取成本又不影響揮發(fā)油得率,本文做如下驗證實驗:黃山貢菊新鮮葉各取 200 g,分別按照得率最高工藝 (A1B3C3D3)和優(yōu)化最佳工藝 (A2B3C2D2)提取揮發(fā)油,結(jié)果見表 8。

表8 正交實驗的驗證實驗

由表 8可知,優(yōu)化最佳工藝揮發(fā)油提取量只比得率最高工藝揮發(fā)油提取量低 0.000 1 mL/g,而且優(yōu)化后的揮發(fā)油提取工藝重現(xiàn)性良好。因此,考慮生產(chǎn)中節(jié)約成本和能源,在未來實際生產(chǎn)中應(yīng)選擇優(yōu)化最佳工藝,即粒徑大小 4 mm、浸泡時間 12 h、料液比 1∶3、蒸餾時間 4 h。

4 討論

(1)有關(guān)研究表明,溶劑提取法、超臨界 CO2流體萃取法對揮發(fā)油的品質(zhì)和化學(xué)成分有很大影響[16-17],而水蒸氣蒸餾法是一種經(jīng)濟適用的有效提取中草藥中揮發(fā)油的重要方法,此法避免了溶劑萃取過程中存在有機溶劑殘留的弊端、未對油質(zhì)造成影響、操作簡便安全,而且不污染環(huán)境,產(chǎn)品可直接用于食品、藥品、化妝品的領(lǐng)域,因此水蒸氣蒸餾法較優(yōu)。

(2)本實驗僅對影響揮發(fā)油得率的因素進行分析,并未對揮發(fā)油顏色進行任何處理。在實驗中發(fā)現(xiàn),不同提取條件下和不同部位提取的揮發(fā)油的顏色有些許差異,具體的原因有待于深入研究。

2004年,黃山貢菊被國家質(zhì)檢總局批準列為原產(chǎn)地保護的農(nóng)產(chǎn)品。近年來,黃山市高度重視黃山貢菊產(chǎn)業(yè)發(fā)展,實施原產(chǎn)地產(chǎn)品保護,推進無公害貢菊生產(chǎn)及品牌創(chuàng)建,開發(fā)出黃山貢菊禮茶等系列飲品,發(fā)展貢菊生產(chǎn)已經(jīng)成為山區(qū)農(nóng)民增收的重要渠道,已成為黃山市最具特色的優(yōu)勢主導(dǎo)農(nóng)產(chǎn)品之一,但這是以貢菊的花的茶用為主要發(fā)展手段的。近年來,為了提高菊花的附加值,有關(guān)企業(yè)及科研人員進行了提取菊花硒、黃酮類化合物、揮發(fā)油等方面的研究[18-20],將貢菊提取物揮發(fā)油和黃酮類物質(zhì)用于新型保健食品及醫(yī)用方面的開發(fā),將有巨大的潛在市場和發(fā)展空間。黃山市每年采摘菊花之后,除了少數(shù)有經(jīng)驗的藥農(nóng)有時在夏季會用貢菊葉浸泡的汁水來止癢消炎外,對貢菊的葉子幾乎沒有任何利用。本實驗的研究結(jié)果可以為黃山貢菊葉的開發(fā)利用——其揮發(fā)油作為新型藥用或保健食品的開發(fā),提供理論參考。

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Study on Extraction Process of Volatile O il fromDendranthem a m orifolium(Gongju)Fresh Leaves

Hu Xiao-qian,Zhu Yang-yang,Chen Le,Wu Yong-xiang
(Life and Environment Science College,Huangshan University,Huangshan 245041,China)

The volatile oil extraction yield of the different parts in Gongju was compared and extraction process from fresh leaveswas optimized.The volatile oilwas extracted bywater distillation from roots,stems,leaves,flowers and dried leaves,dried flowersof fresh Gongju.The extracting conditions from fresh leaveswere optimized by orthogonal design.It showed that the extraction yield from fresh leaveswas the highest,there was no significant variation in volatile oil yield from fresh leaveswhen pH valued at 5～9,the extraction yield was affected by particle size,soaking ti me,solid-liquid ratio,distillation ti me.The opti mum extraction conditionswere:particle size 4mm,soaking ti me 12 h,solid-liquid ratio 1∶3,the distillation time 4 h,the extraction yield 0.0020 mL/g.The opti mum extraction processwas stable and feasible.The results shows that the study of deep processing of Gongju leaves is necessary and itmay have good application in medical and health products industries.

fresh leaves ofDendranthem a m orifoliumcv.Gongju,steam distillation,orthogonal design,volatile oil

碩士,副教授。

＊黃山學(xué)院自然科學(xué)基金項目(2010xkj004)

2010-09-15,改回日期:2010-12-07