扁柏精油提取工藝的優化及成分分析

吳 穎， 季紅斌， 張 泓， 范逸君， 唐 文， 李晶晶

（1.上海應用技術學院a.化學與環境工程學院；b.香料香精技術與工程學院，上海 201418；2.上海師范大學生命與環境科學學院，上海 200234）

扁柏精油提取工藝的優化及成分分析

吳 穎1a， 季紅斌1b， 張 泓1a， 范逸君1b， 唐 文1b， 李晶晶2

（1.上海應用技術學院a.化學與環境工程學院；b.香料香精技術與工程學院，上海 201418；2.上海師范大學生命與環境科學學院，上海 200234）

以扁柏（柏樹）樹葉為原料，采用水蒸氣蒸餾法提取柏樹精油.設計單因素試驗，考察了浸泡時間、蒸餾時間、蒸餾溫度以及樣品粒徑對柏樹精油提取得率的影響，并采用正交設計試驗優化柏樹精油提取工藝，用氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）技術對所提產物進行化學成分分析.結果表明，正交試驗的優選提取工藝為：浸提時間2 h，蒸餾時間3 h，加熱溫度175°C，粒徑100目.在該條件下精油得率最高可達0.547%.柏樹精油主要成分為5-蒈醇（29.55%）、欖香醇（20.01%）和大根香葉烯（10.86%）等.

柏樹樹葉；精油；水蒸氣蒸餾；氣相色譜-質譜聯用

扁柏（cypress trees），又名香柏、柏樹、宋柏、掃帚柏、柏香樹，屬柏科植物，常綠喬木，是廣泛栽種的園林樹種之一［1］.文獻報道柏樹可以治療燙傷、吐血、痢疾和痔瘡等疾病［2］.利用柏樹樹葉為原料提取的揮發性油被稱為“柏樹精油”，柏樹樹葉精油主要成分由萜烯類物質組成［3-4］.柏樹精油因具有解熱、利肺、抗菌消炎等［5］醫療功效而深受人們喜愛，并且成為現今國內外學者研究熱點之一.但是，目前的研究還側重于對柏樹精油的化學成分分析，對其提取工藝方面研究并不多.本文以常見園林綠化的柏樹為例，著重研究柏樹精油的提取工藝優化，在最優條件下獲得更多的柏樹精油.同時通過對柏樹精油的成分研究，掌握其構成成分，以便人們更好地利用園林修剪后的柏樹廢棄資源提取柏樹精油.

1 材料與方法

1.1 原料、試劑與儀器

柏樹葉采自上海周邊地區，采摘后去枝洗凈，陰干一定時間后粉碎備用.所有試劑均為分析純.試驗所用儀器為揮發油提取器（北京中西遠大科技有限公司）.

1.2 提取工藝

提取工藝流程為：樣品→去枝取葉→洗凈陰干→粉碎→水蒸氣蒸餾→餾分干燥→稱重→保存.精油得率計算式為

1.3 單因素對柏樹精油得率影響

以柏樹精油得率作為指標，主要考察浸泡時間、蒸餾時間、加熱溫度以及樣品粒徑對柏樹精油提取得率的影響.

（1）浸泡時間：稱取100 g柏樹葉粉碎樣品，分別浸泡1，1.5，2，2.5，3 h，在125°C下蒸餾2 h后收集精油，用無水硫酸鈉干燥后稱重.

（2）蒸餾時間：稱取100 g柏樹粉碎樣品，浸泡2 h后，在125°C下分別加熱1，1.5，2，2.5，3 h，收集精油，用無水硫酸鈉干燥后稱重.

（3）加熱溫度：稱取100 g柏樹粉碎樣品，浸泡2 h，在100，125，150，175，200°C下蒸餾2 h后，收集精油，用無水硫酸鈉干燥后稱重.

（4）樣品粒徑：稱取未粉碎、1 cm長度、過20，60，100目篩的柏樹樹葉各100 g，浸泡2 h，在125°C下蒸餾2 h，收集精油，用無水硫酸鈉干燥后稱重.

1.4 正交試驗

根據單因素試驗結果設計L16（45）正交試驗.

1.5 氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）條件

GC條件：色譜柱為DB-1石英毛細管柱（30 m× 0.25 mm i.d.×0.25μm）；進樣口溫度220°C，升溫程序：柱溫60°C，保持5 min，以3°C／min升至220°C，保持5 min；載氣∶氦氣，分流比為30∶1. MS條件：EI源，離子溫度250°C，接口溫度220°C.

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 浸泡時間對柏樹精油提取的影響

由圖1可見，隨浸提時間增加，精油得率逐漸上升.1.5～2 h精油得率上升最為明顯，從0.342%增至0.405%.但2 h后，精油得率出現下降趨勢，可能是由于浸泡時間過長會使原料中的果膠等成分溶出，產生乳化作用，抑制揮發性成分蒸出，導致精油得率下降.綜上考慮，選取浸泡時間為2 h為宜.

圖1 浸泡時間對柏樹精油提取的影響Fig.1 Effects of soaking time on the extraction of cypress essential oils

2.1.2 蒸餾時間對柏樹精油提取的影響

由圖2可見，隨蒸餾時間延長，精油得率不斷提高.在提取2 h內提取率增加速度較快，2 h后，精油得率雖有增加，但增加幅度很緩慢，且蒸餾時間過長會導致精油降解和雜質產生.故從實際生產出發，選取蒸餾時間2～3 h為宜.

圖2 蒸餾時間對柏樹精油提取的影響Fig.2 Effects of distilling time on the extraction of cypress essential oils

2.1.3 加熱溫度對精油得率的影響

由圖3可見，加熱溫度在175°C前，柏樹精油得率隨加熱溫度增加而增加，175°C后精油得率隨溫度增加呈下降趨勢，可能由于溫度過高，大分子精油分解成小分子精油，易隨蒸餾揮發出去.故綜上考慮，選取溫度175°C左右為宜.

圖3 加熱溫度對柏樹精油提取的影響Fig.3 Effects of heating temperature on the extraction of cypress essential oils

2.1.4 樣品粒徑對精油得率的影響

由圖4可見，樣品粒徑大小對柏樹精油得率影響較明顯，隨著粒徑減少（過篩目數增加）精油得率也呈增加趨勢，過篩目數為100目時達到最大值，這可能是由于粒徑越小，接觸面積越大，柏樹中精油成分更易與水溶液相接觸，隨水分揮發出來.故綜上所述，選取柏樹樹葉粒徑100目為宜.

圖4 粒徑大小對柏樹精油提取的影響Fig.4 Effects of size on the extraction of cypress essential oils

2.2 正交試驗結果

選取浸提時間、加熱時間、加熱溫度以及粒徑作為考察因素，每個因素取4個水平，選用L16（45）正交設計表進行試驗.因素水平表見表1，以柏樹精油的提取率作為考察指標，正交結果見表2.對表2的精油得率進行統計學方差分析，結果見表3.

表1 柏樹精油提取工藝正交設計試驗因素水平Tab.1 The orthogonal design factor level table of the extraction process of cypress essential oils

表2 柏樹精油提取工藝正交設計試驗結果Tab.2 The results of orthogonal design on the extraction of cypress essential oils

表3 柏樹精油提取量的方差分析Tab.3 The analysis of variance on the quantity of the extraction cypress essential oils

由表2直觀分析可知，極值RB＞RD＞RA＞RC，這表明蒸餾時間對精油提取得率影響最大，加熱溫度影響最小.由每個因素的K值比較可知，最佳組合條件為A3B3C4D3，即浸提時間為2 h、加熱時間為3 h、加熱溫度為175°C、粒徑為100目.

由表3方差分析的結果看出，只有蒸餾時間對柏樹精油提取的影響是顯著的（P＜0.05），浸提時間、加熱溫度、粒徑這3個因素對精油的提取從統計學上分析都不是顯著性的.

采用正交最優化條件浸提時間2 h、加熱時間3 h、加熱溫度175°C、樣品粒徑100目，進行驗證性試驗.該條件下提取樣品中精油，得率高達0.547%.

2.3 柏樹精油化學組分

對最佳提取條件下所得精油進行GC-MS分析，結果見表4.將所得譜圖與標準譜圖對照進行定性分析，利用色譜峰面積歸一化法進行定量分析.從水蒸氣蒸餾得到的柏樹揮發油中共分離得到63個峰，鑒定出34種物質，占揮發油總量88.44%，其中含量最高的是5-蒈醇，占29.55%，其次是欖香醇，大根香葉烯分別為20.01%，10.86%.不同的提取工藝對精油的組分影響較大［6］.本文采用常壓水蒸餾法，主要提取產物為醇類、萜烯和酯類，這些均可作為化工原料合成其他香原料物質.

表4 柏樹精油化學成分Tab.4 Chemical component of essential oils from cypress trees

3 結 語

本文以常見園林柏樹的樹葉為原料，通過水蒸氣蒸餾來探究浸泡時間、加熱時間、加熱溫度以及樣品粒徑對柏樹精油提取得率的影響.試驗得到最佳提取工藝條件為：浸提時間2 h、加熱時間3 h、加熱溫度175°C、樣品粒徑100目.在該條件下精油得率最高可達0.547%.利用GC-MS對柏樹精油的成分進行分析，共分離得到63個峰，鑒定出34種物質，占揮發油總量88.44%，其中，含量最高的是5-蒈醇，占29.55%，其次是欖香醇，大根香葉烯分別為20.01%，10.86%.所提取的柏樹精油組分主要為醇、萜烯和酯類化合物，可用于其他重要香原料的合成.

［1］ 張正香，羅小龍，宋紅，等.柏樹綜合利用研究概況［J］.林產化工通訊，1999，33（2）：29-31.

［2］ 劉寶華，田順華，朱緒文.柏的臨床應用［J］.河北中醫，2004，26（11）：844-845.

［3］ 楊華，李龔，陳炳旭.側柏葉揮發油的提取及成分分析［J］.廣東農業科學，2011（12）：89-90.

［4］ 郝德君，張永慧，戴華國，等.氣相色譜／質譜法分析柏樹葉揮發油的化學成分［J］.色譜，2006，24（2）：185-187.

［5］ 文福姬，俞慶善.松樹精油的化學成分及抗菌活性研究［J］.林業實用技術，2009（10）：3-5.

［6］ 李文珠，吳青思，哈力克，等.不同工藝提取的杉木精油組分含量研究［J］.浙江林業科技，2014，34（1）：28-32.

（編輯 呂丹）

Extraction Optimization and Chemical Component Analysis of Essential Oils from Cypress Trees

WU Ying1a， JI Hong-bin1b， ZH ANG Hong1a， FAN Yi-jun1b， TANG Wen1b， LI Jing-jing2
（1a.School of Chemical and Environmental Engineering；1b.School of Perfume and Aroma Technology，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 201418，China；2.College of Life and Environment Sciences，Shanghai Normal University，Shanghai 200234，China）

Cypress tree leaves were used as material to extract essential oils through steam distillation. Effects of soaking time，distilling time，heating temperature and size of cypress trees leaves on extraction yield were investigated through single factor tests.Then orthogonal design was used to optimize extraction conditions.The gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）was used to analyze chemical component of essential oils from cypress trees.The results indicated that the optimum extraction conditions were as follows：soaking time 2 h，distilling time 3 h，heating temperature 175°C and the size 100 mesh.The highest yield of essential oils from cypress trees leaves could reach 0.547%under these conditions.The major component of essential oils was 5-caraneol（29.55%），elemol（20.01%）and germacrene（10.86%），respectively.

cypress trees leaves；essential oils；steam distillation；gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）

S 791

A

1671-7333（2015）01-0055-04

10.3969／j.issn.1671-7333.2015.01.009

2014-10-21

上海市大學生創新基金資助項目（PE2014056）；上海應用技術學院大學生創新基金資助項目（DCX2014043）

吳 穎（1972-），女，副研究員，博士，主要研究方向為香料香精化妝品分離分析.E-mail：wuying7210＠163.com

唐 文（1970-），男，副教授，博士，主要研究方向為食品及生物化學.E-mail：ecusttw＠yahoo.com.cn