不同方法提取樟樹落葉揮發油的比較

黎 莉，呂 萌，方繼德，巨修練，劉 戀，顧 蕓，胡云飛，鄧 斌

［武漢工程大學綠色化工過程教育部重點實驗室，環境與化工清潔生產實驗教學中心（國家級），湖北 武漢 430074］

0 引 言

樟樹［Cinnamomum camphora（L.）Presl］系樟科樟屬常綠喬木植物，在我國資源豐富，主要分布在長江以南及西南各省區；全株各部分均可供藥用，具有祛風散寒，消腫止痛，強心鎮痙，殺蟲等作用［1］.樟樹的根、莖、葉、枝和果均富含揮發油，揮發油的化學成分是重要的化工原料，被廣泛應用于醫藥、輕工、食品和香料等行業.

溶液萃取法［2］、水蒸氣蒸餾［3］、同時蒸餾萃取法［4］是目前最常用的提取精油的方法，而傳統方法從植物中提取精油面臨的主要問題是最終產品的品質不高和質量不穩定.較低的提取效率、熱不穩定性成分的損失、不飽和成分的熱分解和水解反應以及溶劑的殘留都是這些傳統方法難以避免的.另外，傳統方法都消耗大量的能源并耗時巨大.所以，一些新技術引入植物精油提取行業.

微波具有良好的選擇加熱性和穿透性，已廣泛應用于精油的分離和分析.微波輔助提取是指使用適合的溶劑在微波反應器中從天然藥用植物［5］、礦物［6］、動 物 組 織［7］中 提 取 各 種 化 學 成 分.與傳統的方式相比，保持熱效應的同時引入微波能，利用微波的穿通性加快提取速率.而微波無溶劑提取法這種新技術，則是在大氣條件下利用微波干餾新鮮的原料（如果材料干燥則需要浸泡一段時間），加熱植物原料本身所含的水分從而達到提取的目的.微波無溶劑提取已經應用于多種香料［8］、中草藥［9］.

本研究以樟樹落葉為原料，分別采用傳統水蒸氣蒸餾（HD）、微波輔助－水蒸氣蒸餾法（MAHD）、無溶劑微波提取法（SFME）提取揮發油，通過氣相色譜－質譜法（GC－MS）分析測定其化學成分，考察了不同方法提取的揮發油的品質和提取率，分析了主要成分變化及其可能的原因，為微波技術進一步應用于植物揮發油的提取奠定了一定的基礎.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

NJL07－3型實驗專用微波爐（南京杰金微波設備有限公司），Finnigan Trace GC－MS氣相色譜－質譜聯用儀（美國熱電菲尼根質譜公司）.揮發油提取器（天津玻璃儀器廠，符合2010年版中華人民共和國藥典有關標準）.樟樹落葉于2010年10月采自武漢工程大學校園內（含水質量分數約60%），產地為湖北武漢，經中南民族大學萬定榮教授鑒定，樟樹葉為樟科樟屬常綠大喬木樟樹Cinnamomum camphora （L.）Presl的落葉.無水Na2SO4（分析純，天津博迪化工有限公司生產）.蒸餾水為武漢工程大學化工與制藥學院自制.

1.2 揮發油的提取

1.2.1 水蒸汽蒸餾（Hydro－distillation，HD）準確稱取樟樹落葉樣品20.00g，剪碎至1cm2后置于500mL圓底燒瓶中，再加入300mL蒸餾水，按常規水蒸汽蒸餾法提取至冷凝器中揮發油含量不再增加.收集上層油相，加入Na2SO4干燥后，4℃儲藏備用.

1.2.2 微波輔助水蒸汽蒸餾（Microwave assisted hydro－distillation，MAHD） 準確稱取樟樹落葉樣品20.00g，剪碎至1cm2后置于500mL圓底燒瓶中，再加入300mL蒸餾水.在微波功率為500W的情況下，連續進行微波輔助蒸餾，直到冷凝器中揮發油含量不再增加為止.收集上層油相，加入Na2SO4干燥后，4℃儲藏備用.

1.2.3 微波無溶劑提取（Solvent－free microwave extraction，SFME）） 準確稱取樟樹落葉樣品20.00g，剪碎至1cm2后置于500mL圓底燒瓶中，再加入300mL蒸餾水.在微波功率為300W的情況下，連續進行微波無溶劑蒸餾，直到冷凝器中揮發油含量不再增加為止.收集上層油相，加入Na2SO4干燥后，4℃儲藏備用.

1.3 氣相色譜－質譜條件

1.3.1 氣相色譜條件 Finnigan Trace GC－MS氣相色譜－質譜聯用儀，色譜柱為：DB－1色譜柱（30m×0.25mm，0.25μm）；柱溫60～280℃，程序升溫3℃／min，恒溫3min；進樣量為0.06μL，分流比25∶1，進樣口溫度220℃，接口溫度為220℃，載氣為高純氦氣（99.999%），流量：0.9mL／min，壓力0.4MPa.

1.3.2 質譜條件：EI離子源；電子能量70eV；分子量掃描范圍35～550amu. 用二氯甲烷分別稀釋HD，MAHD，SFME三種方法所得的樟樹落葉揮發油，按照上述實驗參數進行GC－MS分析.

2 結果與討論

2.1 三種提取方法對揮發油提取率的比較

按上述實驗條件對樟樹葉揮發油進行提取和分析測定，樟樹葉揮發油的提取率及性狀見表1.

由表1可知，三者的提取率接近，無明顯差異，但由于微波技術的應用，時間消耗明顯降低，揮發油品質也有所提高.時間從HD 6h縮短為MAHD 40min，而SFME更短只需20min，僅為HD法的1／18.提取時間的明顯縮短能大幅度降低能耗，同時揮發油的品質也有所改善，由淡黃色變成無色透明狀.

表1 不同提取方法對揮發油品質及提取率的影響Table 1 Effects on quality and extraction yield of volatile oil of different methods

2.2 揮發油成分測定

經GC－MS分析鑒定，通過譜庫NIST04檢索及文獻查閱，確認了29種化學成分，用峰面積歸一化法確定各化學成分的相對含量（表2）.

2.3 揮發油成分分析和比較

由表2可知，HD，MAHD，SFME三種不同的方法的樟樹葉揮發油的主要成分基本相同，其中以單萜類含氧化合物為主，分別為79.94%（HD），84.23%（MAFD），71.99%（SFME）.HD 法所得的揮發油共鑒定出21種化合物，主要為香樟醇25.58%，桉樹葉醇21.26%，樟腦16.79%，α－松油醇11.19%.MAHD法所得揮發油共鑒定出19種化合物，主要為桉樹葉醇28.72%，香樟醇26.29%，樟腦15.64%，α－松油醇10.16%.SFME法所得揮發油共鑒定出25種化合物，主要為桉樹葉醇17.74%，香樟醇17.74%，樟腦17.74%，α－松油醇12.46%.

從實驗結果可知，在單萜類含氧化合物方面HD法與MAHD法得到的成分接近，桉樹葉醇和香樟醇得率MAHD法略大于HD法，而在樟腦和莰醇方面HD法優于MAHD法.另外SFME法所得揮發油與另外兩種方法所得揮發油成分有較大差異，除樟腦得率相近外，其余成分得率均低于其他兩種方法所得揮發油.在單萜類化合物方面，SFME法（14.24%）明顯優于 HD 法（4.97%）與MAHD法（5.91%），不僅質量分數上SFME法有優勢，而且種類上SFME法也有明顯的優勢，SFME法有9種單萜類化合物，而其他兩種方法只有5種.在倍半萜類化合物方面，SFME法也同樣優勢明顯，種類和質量分數均多于其他兩種方法.值得注意的是質量上MAHD法（1.39%）所得比HD法（0.75%）所到接近大了一倍.在倍半萜類含氧化合物方面，HD法得率最高（14.53%），SFME 法 次 之 （11.12%），MAHD 法 最 低（8.49%）.

表2 不同方法對揮發油化學成分的影響Table 2 Effects on chemical constituents of volatile oil of different methods

因此實際應用時可以根據不同要求采用不同工藝.MAHD法更適合于提取富含單萜類含氧化合物的揮發油.SFME法對單萜類物質提取具有獨特的效果，與其他兩種方法相比，提取率最高，萜類種類也最多，SFME法有13種，MAHD法和HD法各有7種.對于倍半萜類氧化物而言，HD法有一定優勢.當MAHD法和HD法提取的揮發油成分和得率比較接近時，考慮到MAHD法大幅減少了反應時間，大大降低了能耗，MAHD法無疑明顯優于HD法.

三種方法得到的主要成分相似，但是在其他成分上卻差異明顯.原因可能有兩點：一個原因是由于HD的提取時間最長（6h），能更好的提取高沸點的化合物；二是微波對提取過程的影響.HD法中揮發油是在熱效應的影響下在原料中從內向外擴散，再擴散進水中，再由水蒸氣攜帶出來，因此揮發油中就偏向于極性大的成分，即高沸點的化合物.而MAHD法不僅利用了熱效應，同時利用微波的穿通性使揮發油從物料內向外擴散的速率大大加快，因而MAHD法提取效率明顯高于HD法，大大減少了時間，同時可以得到更多極性稍小的成分.SFME則是直接加熱物料內部的水分，直接使細胞產生裂紋或者孔洞，揮發油直接隨水分子氣化，一起進入冷凝器，因此效率更高，耗時更短，同時極性小的成分遠遠多于另外兩種.

3 結 語

微波技術應用于樟樹揮發油提取工藝使提取時間大幅縮短，大大提高了提取效率，并降低了能源.并且提取率相對于傳統技術略微上升，揮發油品質有所提高.通過GC－MS分析，筆者發現水蒸氣蒸餾法，微波輔助－水蒸氣蒸餾法，微波無溶劑提取法三者所得揮發油的主要成分相近，但是其他成分差距明顯.水蒸氣蒸餾法更適合于提取沸點高，極性大的物質，微波輔助－水蒸氣蒸餾法適合于單萜類氧化物，微波無溶劑提取法更適合于提取不含氧萜類物質.

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