正交設計法分析儲存條件對艾葉揮發油成分的影響

苗麗坤 熊國璽 喻世濤 程書鋒 肖龍恩

摘要：【目的】利用正交設計法探討不同儲存條件對艾葉揮發油成分的影響，為其儲存及開發利用提供技術參考。【方法】以艾葉為原料，在單因素試驗基礎上，分別以儲存溫度、儲存濕度及儲存時間為影響因素，以艾葉揮發油提取率及香氣質量為評價指標，通過正交設計試驗確定艾葉的最佳儲存條件。【結果】影響艾葉儲存效果的因素主次排序為：儲存溫度>儲存濕度>儲存時間，艾葉最佳儲存條件為：儲存溫度40 ℃、儲存濕度40%、儲存時間8個月，揮發油平均提取率為0.645%；在此儲存條件下得到的艾葉揮發油香氣特征明顯、豐富，經GC-MS分析，其主要成分有桉葉油醇（31.54%）、右旋龍腦（8.94%）、左旋樟腦（6.12%）和石竹烯（6.09%）等。【結論】采用正交設計法優化得到的艾葉儲存條件能有效保持其揮發油成分含量和香氣質量，可在實際生產中推廣應用。

關鍵詞： 艾葉；揮發油；儲存條件；提取率；香氣質量；GC-MS分析

中圖分類號： R284.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）01-0112-05

0 引言

【研究意義】艾葉又稱艾蒿，為菊科植物艾（Artemisia argyi Levl. et Vant.）的干燥葉。艾葉是一種傳統中藥，能夠散寒除濕、溫經止血（張學蘭和吳美娟，1992；楊長江等，2004），同時還有止咳平喘（黃學紅等，2006）、抗菌消炎（韓軼等，2005；張鵬等，2015）等功效。艾葉具有清香味，含有大量揮發油，由于受不同生長環境及儲藏條件等因素影響，其有效成分含量及功效均存在一定差異（梁歡等，2014）。因此，有必要對其儲存條件進行研究。【前人研究進展】目前已有不少學者對天然植物的儲存條件進行相關研究。陳偉光和盛靜（2006）研究不同存儲時間和存儲方法對杭白菊總黃酮含量的影響，結果表明，杭白菊中總黃酮含量隨存儲時間的延長逐漸降低，密閉（真空）包裝或冷藏可有效延緩總黃酮含量下降。喻良文等（2008）分析貯藏時間對廣藿香揮發油含量的影響，結果表明，廣藿香藥材揮發油含量隨貯藏時間的延長而逐漸減少，揮發油在0～10 ℃下放置時各組分百分含量變化小；藥材貯藏時間不宜超過2年，所提取的揮發油能保存2年以上。李哲和贠建民（2009）研究不同儲藏條件對顆粒酒花苦味物質的影響，結果表明，在5 ℃、避光、抽真空條件下儲藏3個月后，酒花的α-酸、β-酸含量最多，比在25 ℃、避光、密封條件下儲藏3個月的酒花α-酸、β-酸含量分別高0.78%和0.43%。施婷婷等（2014）研究保存方法對桂花精油提取及香氣成分的影響，結果發現，冷凍保存的桂花能保留鮮花的原有香氣成分，精油提取率基本不變；而自然干燥處理的桂花精油香氣成分及提取率有很大程度下降。【本研究切入點】近年來，艾葉在醫學、香料和食品等領域已成為研究熱點，但關于儲存條件對其有效成分影響的系統研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】通過正交設計試驗，對不同儲存條件下的艾葉進行揮發油提取，結合香氣質量及成分對比分析，確定最佳儲存條件，為艾葉的儲存及開發利用提供技術參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

艾葉購自武漢龍泰藥業有限公司。無水乙醇、無水硫酸鈉均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。主要儀器設備有：LX-80恒溫恒濕箱（深圳市聯欣檢測設備有限公司）、FA3204B型電子天平（上海精密科學儀器有限公司）、揮發油提取器（天津市天玻玻璃儀器有限公司）、Thermo TRACE GC Ultra-DSQⅡ氣相色譜—質譜（GC-MS）聯用儀（美國Thermo-Fisher公司）。

1. 2 揮發油提取

準確稱取0.2 kg艾葉置于圓底燒瓶中，加入2.0 kg水浸泡10 h，回流提取5 h可得到艾葉揮發油；向揮發油中加入無水硫酸鈉，靜置過夜備用。根據每克原料所提取得到的揮發油質量（g）計算提取率（%）。

1. 3 單因素試驗

1. 3. 1 儲存溫度對艾葉揮發油的影響 將艾葉儲存溫度分別設為10、20、30、40、50和60 ℃，保持儲存濕度50%，72 h后提取揮發油，計算提取率。

1. 3. 2 儲存濕度對艾葉揮發油的影響 將艾葉儲存濕度分別設為30%、40%、50%、60%、70%和80%，保持儲存溫度30 ℃，72 h后提取揮發油，計算提取率。

1. 3. 3 儲存時間對艾葉揮發油的影響 設定艾葉儲存溫度30 ℃、濕度50%，分別儲存2、4、6、8、10和12個月后提取揮發油，計算提取率。

1. 4 正交設計試驗

在單因素試驗基礎上，選擇儲存溫度（A）、儲存濕度（B）和儲存時間（C）為考察因素，以揮發油提取率和香氣質量為評價指標，利用正交設計法對艾葉儲存條件進行優化。正交試驗因素與水平見表1。

1. 5 揮發油成分分析

1. 5. 1 樣品處理 用無水乙醇對所得揮發油進行稀釋，并加入無水硫酸鈉，靜置過夜待分析。

1. 5. 2 GC-MS分析條件 色譜柱HP-5MS（30 cm×0.25 mm×0.25 μm）；初始柱溫50 ℃，保持4 min，以10 ℃/min速率升至250 ℃，保持10 min；傳輸線溫度250 ℃；恒流模式，載氣為氦氣；流速1 mL/min；進樣量1 μL，分流進樣，分流比10∶1；EI離子源，電離電壓70 ev，掃描范圍50～450 amu。

1. 5. 3 定性方法 通過WILEY和MAINLIB譜庫自動檢索，結合保留指數（可接受誤差≤1%）共同確定，相對百分含量采用峰面積歸一化法計算。

2 結果與分析

2. 1 單因素試驗結果

2. 1. 1 儲存溫度對艾葉揮發油的影響 由圖1可知，隨著原料儲存溫度的升高，艾葉揮發油提取率呈逐漸增加趨勢；當儲存溫度為60 ℃時，提取率可達0.790%，但此時揮發油香氣略顯不足。這是由于儲存溫度過高時，艾葉在儲存過程中其揮發性成分逐漸散失。考慮到實際生產中的成本問題，儲存溫度應盡量接近室溫，故選擇20、30和40 ℃ 3個溫度水平進行正交設計試驗。

2. 1. 2 儲存濕度對艾葉揮發油的影響 由圖2可知，隨著原料儲存濕度的增加，艾葉揮發油提取率逐漸降低；當濕度超過70%后，揮發油香氣質量變差。這是由于儲存濕度過高時，艾葉原料易發霉變質，影響香氣質量。因此，選擇40%、50%和60% 3個濕度水平進行正交設計試驗。

2. 1. 3 儲存時間對艾葉揮發油的影響 由圖3可知，隨著原料儲存時間的延長，艾葉揮發油提取率也呈逐漸降低的變化趨勢；儲存初期時（2～6個月），揮發油提取率下降較快，到儲存后期（8～12個月）提取率趨于平緩；且整個儲存過程揮發油的香氣質量無明顯變化。因此，選擇艾葉儲存時間8、10和12個月3個水平進行正交設計試驗。

2. 2 正交試驗結果

由表2可知，各因素對艾葉揮發油提取率的影響排序為：A>B>C，即儲存溫度對艾葉揮發油提取率的影響最大，其次是儲存濕度，儲存時間的影響相對較小。艾葉儲存條件最佳組合為A3B1C1，即儲存溫度40 ℃、儲存濕度40%、儲存時間8個月。

2. 3 驗證試驗結果

為驗證組合A3B1C1是否為艾葉原料最佳儲存條件，特進行3次平行試驗。同時，考慮到儲存環境對艾葉揮發油香氣質量的影響，選擇表2中香氣質量較優的試驗組1（A1B1C1）、2（A1B2C2）、4（A2B1C2）與組合A3B1C1進行GC-MS成分對比分析。結果表明，在組合A3B1C1儲存條件下，艾葉揮發油的平均提取率為0.645%，高于正交設計試驗的任一組合。由圖4可知，4組艾葉揮發油成分的出峰時間主要集中在第11～13 min和第16～18 min。4組艾葉揮發油通過GS-MS分析，共檢出33種主要成分，包括萜烯類、醇類、脂肪烴類等；經檢索分析，組合A3B1C1中含有的桉葉油醇、右旋龍腦、左旋樟腦、石竹烯等主要成分含量均與試驗組1、2、4接近，其中以桉葉油醇的相對百分含量最高，為31.54%（表3）。

綜合考慮，組合A3B1C1的儲存條件可同時滿足艾葉揮發油提取率高及香氣質量良好的要求。

3 討論

本研究以艾葉揮發油提取率及香氣質量為評價指標，對不同儲存條件下的艾葉原料進行對比分析，結果表明，儲存溫度升高能提高艾葉揮發油提取率，但當儲存溫度高于50 ℃時揮發油香氣變弱，因此，在實際儲存過程中應選擇較低溫度以保持艾葉揮發油的原香氣；儲存濕度過高時會降低揮發油提取率，并影響香氣質量，在實際儲存過程中應控制環境濕度小于60%；儲存時間延長使艾葉揮發油有效成分有所損失，同時提取率逐漸降低，在實際儲存過程中應盡量縮短儲存時間。本研究采用正交設計法結合GC-MS成分分析，得到艾葉的最佳儲存條件為：儲存溫度40 ℃、儲存濕度40%、儲存時間8個月，較紅景天的儲存溫度高、儲存濕度小（苗麗坤等，2015），較廣藿香藥材的儲存時間短（喻良文等，2008），可見不同植物的儲存條件存在一定差異。

利用GC-MS對艾葉揮發油成分進行分析，發現艾葉的主要成分有桉葉油醇、樟腦、右旋龍腦和石竹烯等，與文福姬等（2007）的研究結果一致。艾葉具有較高的藥用價值，但目前僅有關于不同年份艾葉的化學成分（靳然等，2010）和艾葉燃燒生成自由基的ESR波譜（竇傳字等，2013）等方面的研究，尚無對艾葉儲存條件進行系統研究的相關報道，故本研究對艾葉的儲存利用具有重要意義。然而，本研究僅對儲存溫度、濕度和時間因素進行了初步探索，并通過對比分析各因素條件下艾葉揮發油成分含量的差異，下一步可針對艾葉的具體用途，對影響艾葉功效的其他因素（干燥方法、光照條件）進行更深入的綜合研究，從而獲得艾葉原料的最佳儲存方法。

4 結論

采用正交設計法優化得到的艾葉儲存條件能有效保持其揮發油成分含量和香氣質量，可在實際生產中推廣應用。

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（責任編輯 羅 麗）