薰衣草精油提取殘渣中多酚的提取純化工藝研究

薰衣草精油提取殘渣中多酚的提取純化工藝研究

張特，王秀麗，林洋，武旋，劉琴

(南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇 南京 210023)

摘要：以總酚含量為考察指標，從提取溶劑、料液比、提取時間和提取溫度4個方面對薰衣草精油提煉殘渣中的多酚提取工藝進行了優化，并對AB-8大孔樹脂對薰衣草多酚的純化工藝進行了研究。結果表明：以70%丙酮酸 [V(丙酮)∶V(HCl， 1 mol·L-1)= 7∶3]作提取溶劑，在料液比為1∶20(g∶mL)、40 ℃下水浴加熱1.0 h時多酚提取率最高；吸附動力學結果表明，按照AB-8大孔樹脂與薰衣草多酚的質量比為450∶1上樣時，在10 min內吸附率達到90%以上，20 min左右可達到吸附飽和，飽和吸附量約為2.5 mg·g-1；解附實驗表明，用甲醇和水的混合溶液進行梯度洗脫時，10 min內即可達到100%的解附率，其中60%的甲醇水溶液可將薰衣草多酚完全洗脫出來。

關鍵詞：薰衣草；多酚；提取；純化

基金項目：江蘇省大學生創新創業訓練計劃項目(201410327022Z)

收稿日期：2015-05-18

作者簡介：張特，男，安徽渦陽人，研究方向：食品化學，E-mail：1074610486@qq.com；

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.09.010

中圖分類號：TQ 461文獻標識碼：A

薰衣草(lavender)，又稱黃香草，氣芳香、味辛涼。我國薰衣草的主要栽培地區有新疆、陜西等地[1]。薰衣草具有改善睡眠、解痙鎮痛[2]、抗菌消炎[3]、抗腫瘤[4]的功效，被廣泛應用于香薰、香料[5]、醫藥、洗滌[6]、食品等行業[7]。國內外學者對薰衣草進行了大量研究，唐平平等[8]研究表明，飲用薰衣草花茶、嗅聞薰衣草精油均能緩解焦慮的癥狀；國外也有學者指出了薰衣草芳香療法可以改善PMS(pre-menstrual syndrome)[9]并且治療老年癡呆[10]。

薰衣草精油是由薰衣草花提煉出來的具有消毒、抗菌等多種生理作用的薰衣草主要加工產品，但其只占薰衣草干花含量的1.5%左右，提取精油后的殘渣中含有具有較高抗氧化性的多酚類化合物[11]，而目前殘渣大部分被丟棄，因此，提取殘渣中的多酚類物質可實現資源的再利用、提高薰衣草加工產業的附加值。

陳計巒等[12]進行了薰衣草多酚的提取，最優提取條件為：提取劑為體積分數75%的乙醇、料液比1∶25(g∶mL)、提取溫度40 ℃、提取時間1 h，但并沒有對不同溶劑的提取率進行比較。在對薰衣草精油的研究中，目前常用的分離提純方法為柱色譜法，趙軍等[13]和李紫薇等[14]研究表明，AB-8大孔樹脂對薰衣草精油中多酚物質的分離純化效果最優。而李紫薇等[14]在研究大孔樹脂分離純化薰衣草總黃酮時發現,體積分數為90%的乙醇才可將大孔樹脂洗脫完畢，其最佳吸附pH值為6.0、吸附時間為20 min。

作者以薰衣草精油提取殘渣為原料，以總酚含量(total phenolic content，TPC)為考察指標，對薰衣草多酚提取工藝進行了單因素優化；并以AB-8大孔樹脂為純化材料，對薰衣草多酚在AB-8大孔樹脂上的吸附、解附時間及洗脫劑的選擇進行了研究，確定了薰衣草多酚提取純化的最佳工藝條件。

1實驗

1.1　原料、試劑與儀器

薰衣草精油提取殘渣，江蘇省農科院李春陽博士贈送。

甲醇(AR)、乙醇(AR)、丙酮(AR)、石油醚(AR)、鹽酸(GR)，南京化學試劑有限公司；Folin&Ciocalteus酚試劑，上海藍季科技發展有限公司；阿魏酸(CP)，國藥集團化學試劑有限公司；無水碳酸鈉(AR)，上海山浦化工有限公司；AB-8大孔吸附樹脂，天津海光化工有限公司。

FW-100型高速萬能粉碎機，天津華鑫儀器廠；HH-4型數顯恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司；SHA-B型水浴恒溫振蕩器，金壇榮華儀器制造有限公司；TE214S型電子天平，德國賽多利斯公司；Hitachi U-3900型紫外可見分光光度計，日本日立儀器有限公司；Allegra 64R Centrifuge型高速冷凍離心機，美國Beckman Coulter有限公司；N-1100D-WD型旋轉蒸發儀，日本東京理化。

1.2　方法

1.2.1薰衣草精油提取殘渣預處理

薰衣草精油提取殘渣粉碎過60目篩，然后用沸程為30～60 ℃的石油醚采用索氏抽提法在60 ℃下抽提8 h再次除油，除油后攤開放在通風櫥中過夜，將殘留的石油醚揮發干，得到供試樣品。

1.2.2薰衣草多酚的提取

1)提取工藝標準曲線的繪制

采用Folin酚法對所提取的熏衣草總酚含量進行測定[14]。鑒于薰衣草多酚中存在大量的阿魏酸衍生物，采用阿魏酸為標準樣品進行總酚含量的測定，具體過程如下：配制濃度分別為50 μg·mL-1、100 μg·mL-1、200 μg·mL-1、250 μg·mL-1、400 μg·mL-1的阿魏酸系列標準溶液，分別取300 μL標準溶液加入3.9 mL Folin酚工作液，再加入3 mL 60 g·L-1Na2CO3溶液，于25 ℃下水浴1.5 h后測定溶液在760 nm處的吸光度，以吸光度為縱坐標、溶液濃度為橫坐標繪制標準曲線，見圖1。擬合標準曲線方程為y=0.0025x+0.0342，R2=0.9990，在濃度為50～400 μg·mL-1之間線性關系良好。

圖1　以阿魏酸為標準樣品的總酚測定標準曲線 Fig.1　The standard curve for determination of total phenol with ferulic acid as standard sample

2)提取溶劑的優化

取樣品各1.000 g置于50 mL圓底燒瓶中，分別用15 mL70%甲醇酸 [V(甲醇)∶V(HCl，1 mol·L-1)= 7∶3]、70%乙醇酸 [V(乙醇)∶V(HCl，1 mol·L-1)= 7∶3]、70%丙酮酸 [V(丙酮)∶V(HCl，1 mol·L-1)= 7∶3]、70%甲醇水 [V(甲醇)∶V(水)=7∶3]、70%乙醇水 [V(乙醇)∶V(水)=7∶3]、70%丙酮水[V(丙酮)∶V(水)=7∶3] 于50 ℃條件下振蕩提取2 h，提取液用冷凍離心機離心。測定提取液的總酚含量，以總酚含量表示提取率，比較不同提取溶劑對總酚提取效率的影響。

3)料液比的優化

取樣品各1.000 g置于50 mL圓底燒瓶中，按料液比(g∶mL,下同)1∶10、1∶15、1∶20、1∶25分別加入70%丙酮酸溶液，在50 ℃下恒溫振蕩提取1.5 h，提取液用冷凍離心機離心。測定提取液的總酚含量，比較不同料液比對總酚提取效率的影響。

4)提取時間的優化

取樣品各1.000 g置于50 mL圓底燒瓶中，按料液比1∶20加入70%丙酮酸溶液，分別在40 ℃下恒溫振蕩提取0.5 h、1.0 h、1.5 h 和2.0 h，測定提取液中的總酚含量，比較不同提取時間對總酚提取效率的影響。

5)提取溫度的優化

取樣品各1.000 g置于50 mL圓底燒瓶中，按料液比1∶20加入70%丙酮酸溶液，然后分別在30 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃條件下恒溫振蕩提取1.5 h，測定提取液中的總酚含量，比較不同提取溫度對總酚提取效率的影響。

1.2.3薰衣草多酚的純化

1)純化工藝標準曲線的繪制

精確稱取阿魏酸，配制濃度分別為20 μg·mL-1、30 μg·mL-1、40 μg·mL-1、50 μg·mL-1、60 μg·mL-1的系列標準溶液，在350 nm波長下測定吸光度，繪制標準曲線。

2)吸附實驗

取樣品20 g，以70%丙酮酸作提取溶劑，在料液比為1∶20、提取溫度為40 ℃條件下水浴振蕩提取1.0 h(單因素優化得到的最優條件)，然后經冷凍離心機離心，將上層清液用旋轉蒸發儀蒸干溶劑，隨后加10 mL蒸餾水重新溶解。將上述濃縮后的溶液按1∶100比例用蒸餾水稀釋，得到總酚濃度為66.7 μg·mL-1的溶液。

準確稱量AB-8大孔樹脂0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g于4個燒杯中，用30 mL 95%乙醇溶液浸泡8 h，蒸餾水洗滌3次后分別放入編號為①～④的錐形瓶中備用。將上述4個錐形瓶中的蒸餾水過濾除去，然后分別加入濃度為66.7 μg·mL-1的薰衣草多酚溶液各50 mL，用保鮮膜密封，并在25 ℃條件下水浴振蕩，每隔10 min在350 nm下測定溶液吸光度，直至吸光度基本不變，以獲得飽和吸附量和最佳吸附時間。

3)解附實驗

準確稱量AB-8大孔樹脂1.0 g 6份，分別放入編號為①～⑥的錐形瓶中，用30 mL 95%乙醇溶液浸泡8 h，用蒸餾水洗3次后分別加入濃度為66.7 μg·mL-1多酚溶液各50 mL，用保鮮膜密封，在25 ℃下水浴振蕩30 min，然后倒出上層溶液，得到吸附飽和的AB-8大孔樹脂。在裝有吸附飽和的AB-8大孔樹脂的錐形瓶中分別加入50 mL蒸餾水、20%甲醇溶液、40%甲醇溶液、60%甲醇溶液和80%甲醇溶液以及純甲醇作為洗脫劑，25 ℃下水浴振蕩，每隔10 min測定溶液在350 nm下的吸光度，直至吸光度基本不變。

2結果與討論

2.1　薰衣草多酚的提取工藝研究

2.1.1提取溶劑的優化(圖2)

圖2　提取溶劑的優化 Fig.2　Optimization of extraction solvent

由圖2可知，選用70%甲醇水、70%乙醇水和70%丙酮水3種混合溶劑提取時，70%甲醇水的提取率最高；而70%甲醇酸、70%乙醇酸、70%丙酮酸3種酸性的混合溶劑對薰衣草多酚的提取率均顯著高于不含酸的混合溶劑，其中70%丙酮酸對薰衣草多酚的提取率最高。因此，選用70%丙酮酸作提取溶劑。

2.1.2料液比的優化(圖3)

由圖3可知，多酚提取率隨溶劑用量的增加而升高，當料液比為1∶20時，提取率達到最高。因此，選取料液比為1∶20。

2.1.3提取時間的優化(圖4)

由圖4可知，多酚提取率在1.0 h即達到最大，超過1.0 h后，多酚提取率隨提取時間延長逐漸降低。原因可能是溶出的多酚在1.0 h后隨提取時間的延長被氧化而導致含量降低。因此，選取提取時間為1.0 h。

圖3　料液比的優化 Fig.3　Optimization of the solid-liquid ratio

圖4　提取時間的優化 Fig.4　Optimization of extraction time

2.1.4提取溫度的優化(圖5)

圖5　提取溫度的優化 Fig.5　Optimization of extraction temperature

由圖5可知，提取溫度為40 ℃時多酚提取率最大，當提取溫度高于40 ℃后，多酚提取率反而下降，這可能是在溫度較高的條件下多酚會受熱氧化分解所導致的。因此，選取提取溫度為40 ℃。

2.2　薰衣草多酚的純化工藝研究

2.2.1AB-8大孔樹脂對薰衣草多酚的吸附

AB-8大孔樹脂是多酚提取純化中常用的柱層析材料。研究發現，薰衣草多酚初提液濃縮時若用有機溶劑和水的混合溶劑(如50%甲醇水)重新溶解時，大孔樹脂對多酚提取液中的多酚幾乎沒有吸附。考慮到薰衣草多酚的水溶性較好，因此在濃縮時采用純水重新溶解進行吸附實驗。對AB-8大孔樹脂對薰衣草多酚的吸附量和吸附動力學進行研究，結果見圖6。

圖6　AB-8大孔樹脂對薰衣草多酚的吸附實驗結果 Fig.6　Experimental results for the adsorption of AB-8 macroporous resin to lavender polyphenols

由圖6可以看出，AB-8大孔樹脂對薰衣草多酚的飽和吸附量約為2.5 mg·g-1；吸附動力學表明，大孔樹脂對薰衣草的吸附很快，50 mL多酚溶液中加入2.0 g大孔樹脂(即大孔樹脂與薰衣草多酚質量比約600∶1上樣)時，在前10 min即可達到吸附飽和；加入1.5 g大孔樹脂(即大孔樹脂與薰衣草多酚質量比為450∶1上樣)時，在10 min可達到90%左右的吸附率，而在20 min時，達到吸附飽和。采用AB-8大孔樹脂進行分離純化時，從經濟角度出發，可以按照大孔樹脂與薰衣草總酚質量比為450∶1進行分離提取。

2.2.2不同溶劑對AB-8大孔樹脂上薰衣草多酚的解附(圖7)

圖7　解附實驗結果 Fig.7　Experimental results of desorption

由圖7可以看出，溶劑對于薰衣草多酚在大孔樹脂上的解附速度非常快，無論用何種溶劑，10 min時即達到了最大的解附率。這與李紫薇等[14]的結果有所不同，這可能是由于原料中的多酚的組成存在差異。他們的提取原料為薰衣草，而本實驗的提取原料為薰衣草精油提取殘渣。在用甲醇水混合溶劑洗脫時發現，盡管水也可以把部分薰衣草多酚溶解，隨著甲醇含量增加，多酚洗脫率增大， 用60%甲醇水溶液已基本洗脫完畢，說明薰衣草多酚由極性較大的化合物組成。

3結論

以總酚含量為考察指標，對薰衣草精油提取殘渣中的多酚的提取及純化工藝進行了研究。結果表明，以70%丙酮酸[V(丙酮)∶V(HCl，1 mol·L-1)=7∶3]為提取溶劑，當料液比為1∶20(g∶mL)、提取溫度為40 ℃、提取時間為1.0 h時多酚提取率最大。按照大孔樹脂與薰衣草多酚質量比為450∶1上樣時，10 min內可達到90%以上的吸附率；20 min可達到吸附飽和，飽和吸附量約為2.5 mg·g-1。解附實驗結果表明，60%甲醇水溶液可在10 min內將大孔樹脂上的薰衣草多酚完全洗脫。本研究結果表明薰衣草精油提取殘渣中富含多酚類物質，用大孔樹脂吸附和有機溶劑洗脫即可對薰衣草多酚進行純化，可為薰衣草精油提取殘渣的再利用提供參考。

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Study on Extraction and Purification of Polyphenols from Extraction

Residue of Lavender Essential Oil

ZHANG Te，WANG Xiu-li，LIN Yang，WU Xuan，LIU Qin

(CollegeofFoodScienceandEngineering，NanjingUniversityof

FinancesandEconomics，Nanjing210023，China)

Abstract：Using total phenolic content(TPC) as index,the extraction conditions of lavender polyphenols from extraction residue of lavender essential oil were optimized based on following factors：extraction solvent，solid-liquid ratio,extraction time and extraction temperature.Then the purification of lavender polyphenols was studied by using AB-8 macroporous resin as separation material.The results showed that the best solvent was 70% acidified acetone [V(acetone)∶V(HCl,1 mol·L-1)=70∶30].The extraction yield of polyphenols was the highest when the solid-liquid ratio was 1∶20(g∶mL)，extraction time was 1 h and extraction temperature was 40 ℃.The adsorption kinetic results showed that,the saturable adsorption of AB-8 macroporous resin was 2.5 mg·g-1,the adsorption rate reached more than 90% within 10 min and reached saturation in 20 min by controling the mass ratio of AB-8 resin and total phenolics at 450∶1，desorption could be completed with in 10 min with the desorption rate of 100% when methanol aqueous solution was used as elution solvent.And the lavender polyphenols could be completely eluted by 60% methanol solution.

Keywords：lavender；polyphenols；extraction；purification